ВАША КОРЗИНА ПУСТА
https://www.electra.com.ua/components/com_jshopping/files/img_products грн /cart/delete.html /product/view.html Ваша корзина пуста. Показать/скрыть подробности Параметры ⇓ Товар добавлен в корзину Товаров ВАША КОРЗИНА ПУСТА Товаров в корзине на сумму Удалить

Shapka Electra 23

Эволюция энергетических источников: возможности использования солнечной энергии на Земле и в космосе

Опубликовано в Источники энергии Просмотров: 3095

solnachnaya-energiaCолнечной энергии, поступающей на Землю за одну минуту, вполне достаточно для того, чтобы полностью удовлетворить годовые глобальные энергетические потребности всего населения планеты. На сегодняшний день солнечная энергетика уже зачислена в разряд одной из наиболее важных динамически развивающихся областей энергопитания. Солнечные батареи находят применения в электротранспорте, сфере производственных процессов, требующих энергоснабжения, обеспечении бытовых потребностей. Уже в 1970-х годах солнечные энергетические установки начали работу в пустынных регионах Советского Союза.

Сегодня же солнечная энергетика динамично развивается и расширяет области своего применения. По оценкам германских специалистов в 2100 году солнечная энергия станет основным источником получения электроэнергии на планете. Во многих странах исследования в области совершенствования технологии использования энергии солнечных лучей уже получают активную государственную поддержку. Солнечная энергетики имеет все шансы стать реальным конкурентом традиционной энергетики.

За период существования человечества базовый энергоноситель претерпел существенных изменений. Первоначально человеком в целях удовлетворения энергетических потребностей использовалась вода и ветер, немного позже – после промышленной революции XVIII века, человек нашел применение энергии угля и нефти. Ещё сравнительно недавно считалось, что светлое будущее за ядерной энергетикой – до момента, пока в 1986 году не произошла глобальная по своим масштабам катастрофа на Чернобыльской АЭС, заставившая мир по-новому взглянуть на предмет базового энергоносителя. Несовершенство ядерных технологий подтолкнуло к поиску иных значительно более экологически безопасных источников энергии. Особый интерес у ученых вызывала энергия ветра, солнца, тепло Земли. Сейчас уже довольно сложно выделить базовый энергоноситель – между различными видами энергии возникла конкуренция: наряду с ростом расхода газа и снижением потребления угля и нефти возросла доля применения энергии возобновляемых источников, ядерная же энергетика, несмотря на предсказания продолжительной жизни, претерпела провал. Ситуация угрозы быстрого исчерпания запасов невозобновляемых источников энергии на планете, сопровождаемая общим ростом стоимости их добычи, послужила стимулом начала исследовательских работ в области альтернативной энергетики.

Начало жизни солнечной энергетики

Из всех существующих возобновляемых источников энергии наиболее жизнеспособной, по утверждению ученых, является солнечная энергетика. Её перспективность и интенсивность мирового развития не вызывает сомнения: лишь за период 2010 года в мире было сооружено 22,7 ГВт (гигаватт) фотоэлектростанций, крупнейшие из которых возникли на территории Германии, Италии, Чехии, Японии. И это при том, что общая мощность построенных в том же году атомных электростанции не превысила 3 ГВт. Общая мощность всех солнечных электростанций планеты на сегодняшний день составляет 100 ГВт. Ученые подсчитали, что к началу 2050 года фотоэлектростанции будут обеспечивать 4600 ГВт энергии.

solnachnaya-energia-1

Развитие солнечное энергетики в значительной степени обусловлено совершенствованием электроники и техники. Долгое время производство фотоэлектрических элементов было довольно дорогостоящим процессом, поскольку единственным материалом при создании солнечных элементов был поликристаллический кремний, стоимость которого лишь в немногом уступала урану. В 70-х годы стали знаменательным этапом в направлении развития технологии получения кремния. В 80-х была разработана технология производства кремния, пригодного для создания фотоэлектрических элементов, основанная на процессе карботермического восстановления кварцитов. К началу 1990-х данный технологический процесс стал основным в изготовлении солнечных ячеек.

В 1980-х был создан первый тонкопленочный фотоэлемент на основе недорогого аморфного кремния. По причине низкой финансовой затратности производственных процессов в это время был отмечен резкий рост солнечной энергетики. Кремниевые тонкопленочные элементы стали лидерами среди солнечных ячеек, заполучив 80% объема мирового рынка. Благодаря удешевления солнечных панелей снизилась стоимость производимого с их помощью электричества. За 50 лет стоимость выработки электричества с участием фотоэлектрических элементов снизилась более чем в 33 раза, и с каждым годом открываются все новые и новые пути уменьшения финансовых расходом в данной области. К примеру, за период с 2006 по 2008 год новые энергоэффективные технологии позволили сократить расход кремния на 1 ватт установленной мощности с 10 до 8,7 г/Вт. В наше время ученым удалось добиться повышения КПД прямого преобразования солнечного света в электрическую энергию от 34 до 45%. Технологические новации последних лет являются прямым свидетельством того, что солнечная энергетика имеет перспективное будущее и уже в ближайшие время солнечное электричество может занять лидирующие позиции в силу своей дешевизны – к 2020 году стоимость электрической энергии, получаемой при помощи солнечных электросистем, снизится до 0,15 евро за кВт·ч.

solnachnaya-energia-3

Солнечная энергетика объединяет три области - фотоэлектроэнергетику, гелиотермоэнергетику и солнечные коллекторы для теплоснабжения. Фотоэлектроэнергетика подразумевает возможность прямого (безмашинного) преобразования солнечной энергии в электрическую благодаря использованию фотоэлектрических преобразователей (солнечных батарей, солнечных модульных элементов). Фотоэлектрические модульные элементы объединяются в единые структуры мощностью до нескольких сотен ватт, которые в последующем собираются в более крупные аккумуляторных сборки. Подобного рода электросистемы могут быть использованы, как для питания отдельных автономных систем, так и работы целых электрических сетей – подобного рода энергетические источники вполне конкурентоспособны и рентабельны. Солнечные модульные элементы, применяемые для питания целых энергосистем, сегодня широко используются в США, Японии и Германии.

В отличии от фотоэлектроэнергетики гелитермоэнергетика предполагает использование термодинамических преобразователей солнечное энергии. В них они превращается сначала в тепло, далее – в механическую энергию, и в итоге в генераторе модифицируется в электрическую энергию. Видоизменение энергии в термодинамических солнечных электростанциях проходит в четыре этапа: концентрирующие элементы воспринимают солнечное излучение, фокусируя его на приемнике, который поглощает солнечный свет и превращает его в последующем в тепловую энергию, которая используется для подогрева рабочей жидкости. Подобного рода солнечные электростанции могут применяться как для производства электричества, так и теплоснабжения населенных пунктов.

Гелиотермоэлектростанций бывают нескольких типов. В башенных солнечных энергетических системах солнечные лучи, отражаясь от плоских зеркал, концентрируются на центральном приемнике. Электростанции параболического типа состоят из опоры, на которой крепится приемник и отражатель. Последний представляет собой систему зеркал, радиально расположенных по периметру формы основы.

solnachnaya-energia-2

Принцип работы параболического концентратора сводится к разогреву воды теплоносителем и последующей отдачи тепла воде в теплообменнике, откуда вода, превращаясь в пар, доставляется к теплогенератору.

Работа солнечно-вакуумных электростанциях в значительной степени происходит благодаря разнице температуры воздуха вблизи земли и на некотором расстоянии от её поверхности. На поверхности земли размещается стеклянное покрытие, из центральной области которого выходит башня. Под воздействием солнечного тепла поток воздуха движется вверх по башне, вращая размещенную в ней турбину с генератором. Чем большая высота башни, тем большее количество энергии удается производить. Механизм работы солнечно-вакуумных электростанциях никак не связан с временем суток – она может работать круглые сутки, благодаря способности поверхности земли поглощать тепло в течении светового дня и отдавать его в ночное время. Первая электростанция такого типа мощностью 50 кВт была создана в Италии 30 лет тому назад. В 2006 году эстафету переняла Австралия, соорудив аналогичную электрическую станцию максимальной мощностью 1 МВт.

Для строительства солнечных электростанций наиболее подходят солнечные регионы с довольно таки засушливым климатом: Северная и Южная Африка, Ближний Восток, Южная Европа, западная Индия, северо-восточная Бразилия, Мексика, юго-запад США, Западная Австралия. В широтах, где солнечные дни редкое явление, вклад солнечных электростанций в развитие энергетики довольно незначителен. В этих регионах солнечные электростанции используются преимущественно в качестве дополнения иных энергетических систем.

solnachnaya-energia-4

К числу наиболее крупных геотермальных электростанций планеты можно отнести построение в Испании на территории провинции Андалузия мощностью 300 МВт, в США (штат Невада, 60 МВт), Аризоне (280 МВт), Калифорнии (250 МВт).

Солнечные термодинамические системы могут функционировать в сочетании с традиционными тепловыми электростанциями, обеспечивая таким образом надежные энергетические потоки для удовлетворения широких энергетических запросов потребителей, правда подобного рода «объединениям» свойствен довольно значительный недостаток – их высокая стоимость.

Солнечные коллекторы для теплоснабжения (гелиотеплоэнергетика) получили развитие в Китае, Германии, Греции и Австрии. Солнечные коллекторы для теплоснабжения используются большей частью для отопления жилых массивов. Подобного рода установки уменьшают зависимость от центрального теплоснабжения, однако, как и любая область солнечной энергетики, имеет слабую сторону, которая связана с непостоянством суточного и сезонного изменения количества солнечного излучения. Аккумуляторные батареи несовершенны и, несмотря на довольно большую емкость, могут обеспечивать электропитание лишь в течении нескольких часов. Иной изъян массового строительства солнечных коллекторов связан с потребностью отторжения значительных массивов земельных ресурсов под размещение фотоэлементов.

Интересно то, что первые солнечные элементы были созданы для космических аппаратов, и лишь позже учеными была отмечена перспективность построения подобных установок на поверхности Земли. На Земле солнечное тепло используется для отопления жилых помещений, выработки электроэнергии, обеспечения хода технологических процессов. Солнечная же энергия в космосе применяется для пространственного перемещения космических станций и иных летающих объектов, обеспечивая их довольно длительное пребывания в просторах космоса. На сегодняшний день предпринимаются попытки создания орбитальной космической станции, состоящей из большого количества светопоглощающих панелей, которые бы смогли эффективно улавливать солнечные лучи и производить большие объемы электрической энергии. Наиболее масштабный план, касаемый создания космической электростанции, выдвинула одна из японских компаний, предложив выстелить фотоэлектрическими панелями весь экватор Луны.

solnachnaya-energia-5

sergey-volter

Следите за нами