Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат

Министерство образования РФ

Иркутский муниципальный педагогический институт

Факультет арифметики, физики и информатики

Форма обучения заочная.

Курсовая работа

Гелиоэнергетика: состояние и перспективы

Выполнил: студент 3 курса, Гордеев Сергей Николаевич

Научный управляющий: Сухомлин Владимир Трофимович

Оценка:

Иркутск

2004

Оглавление Часть I. Введение ……………………………………………………………….4 Глава 1. Природные ресурсы применяемые в энергетике. Обычная и другая энергетика……………………………..4 Глава 2. Виды СЭ…………………………………………………………….6Часть II. Преобразование солнечного излучения в тепло Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат……………………7 Глава 1. Общие сведения о приемниках излучения………………………..7 Глава 2. Некие практические внедрения солнечных коллекторов..11Часть III. Преобразование солнечного излучения в электроэнергию……….16 Глава 1. Термоэлектрические генераторы………………………………….16 Глава 2. Фотоэлектрические генераторы…………………………………...21 Глава 3. Перспективы развития фотоэлектрических генераторов………..24Часть IV. Хим преобразование солнечного излучения(фотохимия)27Часть V. Общие препядствия и перспективы развития солнечной энергетики…………………………………………………………………………..31Часть VI. Заключение Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат…………………………………………………………..35 I . Введение Хоть какое вещественное тело для совершения работы должно затратить какое-то количество энергии, потому никакая деятельность невозможна без использования энергии. Из всех отраслей хозяйственной деятельности человека энергетика оказывает самое огромное воздействие на нашу жизнь. Просчеты в этой области имеют суровые последствия. Тепло и свет в Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат домах, транспортные потоки и работа индустрии - все это просит издержек энергии.Глава 1. Природные ресурсы применяемые в энергетике. Обычная и другая энергетика. Получением, а вернее сказать, преобразованием энергии наилучшие разумы населения земли занимаются не одну сотку лет. Создание энергии подразумевает ее получение в комфортном для использования виде, а само получение – только преобразование Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат из 1-го вида в другой.Современная наука знает последующие три метода освобождения энергии, заключенной в веществе: 1) за счет конфигурации электрических связей атомов в процессе хим реакций; получаемую в итоге этого энергию верно было бы именовать не хим, а атомной, так как освобождение ее связано с суще Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат­ствованием атомов (т. е. ядер с электрическими оболоч­ками); 2) за счет разрушения и конфигурации связи меж нуклонами томных ядер при ядерных реакциях деле­ния (ядерная энергия) либо соединения нуклонов легких ядер при ядерных реакциях синтеза (термоядерная энергия); 3) за счет полного перевоплощения вещества в поле при реакциях аннигиляции обыденного и Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат антиобыч­ного веществ; эту энергию за отсутствием наилучшего тер­мина можно именовать аннигиляционной.1-ые два метода, как понятно, являются основой современной энергетики, по­следний же относительно не так давно найден и находит­ся в стадии первого шага исследования. Припасы различ­ных источников энергии на Земле (без термоядерной и аннигиляционной Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат энергии) показаны в таблице 1. [Алексеев]Таблица 1Припасы неких источников энергии на Земле
Вид энергии Припасы, кВт•ч
Невозобновляемые источники энергии: Ядерная энергия (деления)Хим энергия горючих веществВнутреннее тепло Земли 547 000 •1012 55000•1012 134•1012
Раз в год возобновляемые источники энер­гии :Энергия солнечных лучейЭнергия морских приливов Энергия ветра Энергия рек 580000•1012 70000•1012 1700•1012 18•1012
Основой энергетики нынешнего денька являются топливные припасы угля Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, нефти и газа, также энергия рек, припасы которых составляют около 5% всех припасов энер­гии на Земле. И, все же, они удовлетворяют приблизительно девяносто процентов энергетических потребностей населения земли.Подсчитано, что при нынешнем уровне употребления энергии, даже без учета его роста, ископаемых источников энергии хватит еще максимум на 100-150 лет. В этот расчет не Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат входят другие источники энергии, такие как энергия ветра, морских приливов, тепла Земли, солнечного излучения и некие другие. А ведь энергия одних только морских приливов превосходит суммарную энергию всех хим горючих веществ – нефти, газа, угля (табл.1). Не считая того, фактически все направления другой энергетики неопасны в экологическом отношении Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, чего не скажешь о тех же ТЭС.С экономической же точки зрения, конкретно солнечная энергетика (СЭ) смотрится еще красивее всех других других источников энергии. Вправду, энергию приливов можно получать не всюду, а лишь на побережье огромных водоемов, но даже если использовать все потенциальные источники, вырабатываемой энергии все равно не хватило бы Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат для обеспечения даже текущих потребностей населения земли. Энергию ветра, хотя и можно добывать везде, но с ее внедрением связан выход огромных площадей из землепользования, не считая того, величина энергии вырабатываемой ветряными электрическими станциями очень очень находится в зависимости от погодных критерий. Вобщем, этот недочет, в большей либо Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат наименьшей степени свойственен фактически всей другой энергетике. Солнечное же излучение доступно фактически в хоть какой точке Земли. Мощность приходящего на Землю излучения составляет приблизительно 2 МВт• ч/м2 в год, потому для солнечной энергетики не требуются огромные земляные площади – с поверхности площадью 80-90 км2 можно было бы получать столько же энергии Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, сколько вырабатывается на данный момент. Солнечная энергия также очень универсальна – ее можно использовать как в виде тепла, так и преобразовывать в механическую и электронную.К недочетам СЭ можно отнести присущее всей другой энергетике непостоянство вырабатываемой энергии. К примеру, интенсивность солнечного излучения изменяется зависимо от географической широты от 2.2 МВт• ч Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат/м2 до 1.2 МВт• ч/м2 в год, а дневные колебания интенсивности еще более (табл. 2).[Бринкворт] Таблица 2Интенсивность солнечного излучения на горизонтальной поверхности (инсоляция)
Положение Широта, град Инсоляция, кВт• ч/м2
Наибольшее значение в денек Меньшее значение в денек Годичное значение
ЭкваторТропикиСредние широтыЦентральная АнглияПолярный круг 023.5455266.5 6.57.17.27.06.5 5.83.41.20.50 22001900150014001200
Относительная накладность фотоэлектрических преобразователей, не позволяла до ближайшего времени обширно использовать Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат их кое-где еще не считая как в астронавтике, прогресс в этом направлении достигнут исключительно в последние 7-10 лет. И, все же, невзирая на все недочеты, люди повсевременно пробовали освоить этот неисчерпаемый и практически даровой источник энергии, потому на сегодня существует достаточно много методов ее получения.Глава 2. Виды СЭ Выше уже упоминалось Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, что солнечное излучение универсально – не считая конкретного использования в виде тепла (теплоснабжение, опреснение воды, сушилки и пр.), существует огромное количество методов его использования. Энергию солнечного излучения можно преобразовывать в другие виды энергии, к примеру в электронную при помощи фотопреобразователей либо механическую (солнечный парус, фотонный движок, либо при Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат помощи обычной паровой турбины), можно, в конце концов, аккумулировать при помощи растений и фотосинтеза, как это и происходит в природе.
Применение солнечного излучения в виде тепла Преобразование солнечного излучения в электронную и механическую энергию
Гелиоустановки (солнечные коллекторы): Нагрев воды с целью теплоснабжения и жаркого водоснабжения жильяОпреснение водыРазличные сушилки и выпариватели Термоэлектрические Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат генераторы: Термоэлектронная эмиссияТермоэлементы (термопары)Фотоэлектрические генераторы: Фотоэлектронная эмиссия Полупроводниковые элементыФотохимия и фотобиология: Фотолиз (фотодиссоциация)Фотосинтез
Невзирая на многочисленность методов преобразования солнечной энергии, сейчас более обширно употребляется термическое действие света и преобразование его в электронную энергию при помощи фотоэлектрических генераторов. II . Преобразование солнечного излучения в тепло Глава 1. Общие сведения о приемниках излучения Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат

Общеизвестно, что на солнце предметы нагревают­ся. Солнечную энергию можно использовать или не­посредственно — для подогрева домов либо приготовле­ния еды, или косвенно — для генерирования элек­тричества. На солнце предметы нагревают­ся в итоге поглощения ими энергии солнечного излучения. Для разъяснения этого явления в свое время предлагалось Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат огромное количество устройств, но только по­явившаяся в этом столетии квантовая теория оказа­лась в состоянии совладать с схожей неувязкой.

В почти всех устройствах для термического преобразования употребляются так именуемые коллекторы - приемники солнечного излучения (рис. 1 ). Получая энергию от солнца, такое устройство вновь испускает ее, не обмениваясь излучением с окружающей средой Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат.

Рис. 1. Плоские солнечные коллекторы.

Обозначим интенсивность солнечного излучения через Р , а поглощательную способность пластинки для этого вида радиации через αс . Под действием солнечного излучения пластинка греется до того времени, пока не достигнет сбалансированной температуры Т . При таковой температуре интенсивность падающего и испускаемого излучения равны, что позволяет записать равенство

αс Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат Р = εσТ4 , (1)

где ε — излучательная способность пластинки при низких температурах.

Тогда сбалансированную темпера­туру Т мы получим из уравнения

(2)

Разумеется, сбалансированная температура тем выше, чем больше отношение αс /ε . А согласно табл. 3 [Бринкворт], это отношение время от времени, а именно для полированных металлов, добивается значений 2-3, но почаще оно много меньше Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат. Но полированные металлы вследствие их низкой поглощательной возможности неприменимы для производства коллекторов солнечного излучения. Для схожих целей обычно выбирают материалы с высо­кой поглощательной способностью, для которых отно­шение αс /ε близко к 1. Такие материалы именуются нейтральными поглотителями . Полагая Р = 800 Вт/м2 (обычная интенсивность сол­нечного излучения в тропиках в летнее время), из Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат уравнения (2) мы находим значение сбалансированной температуры, равное 343 К (70° С). Данная величина вправду близка к реальной темпе­ратуре темной пластинки, установленной на долгое время под тропическим солнцем.

Таблица 3

Радиационные свойства веществ

Вещество

Температура тела либо источника

излучения

20-100° С

5000° С

ρ

α

ε

ρ

α

Полированные металлы

Оксидированные металлы

Белоснежное глянцевое покрытие

Темное матовое покрытие

Алюминиевое покрытие

Бетон

Черепичная крыша

Стекло

0.9

0.2

0.1

0.05

0.5

0.1

0.1

0.1

0.1

0.8

0.9

0.95

0.5

0.9

0.9

0.9

0.1

0.8

0.9

0.95

0.5

0.9

0.9

0.9

0.7

0.8

0.8

0.1

0.8

0.4

0.2

0.1

0.3

0.2

0.2

0.9

0.2

0.6

0.8

0.0

Принципиальным фактором, влияющим на собира­ние Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат солнечной энергии, является длинноволновое излучение, приходящее из атмосферы. Оно испускается приемущественно молекулами углекислого газа и во­дяного пара при поглощении ими прямого солнечного излучения, также излучения, отраженного от земли и обусловленного конвекцией. Диапазоны поглощения этих молекул, связанные с их колебательными и вра­щательными движениями, лежат в видимой и инфра­красной областях. Общая Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат интенсивность Ра этого излучения сущест­венно находится в зависимости от содержания в атмосфере водяного пара, в особенности поблизости земной поверхности. При повы­шенной влажности и сплошной облачности атмосфера ведет себя приблизительно так же, как темное тело с темпе­ратурой около 280 К (10° С); соответственная интен­сивность излучения на горизонтальной поверхности Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат составляет около 300 Вт/м2 . Общая же интенсивность атмосферного излуче­ния изредка падает ниже 100 Вт/м2 . Для собирания этого излучения используют так именуемые селективные поглотители . Обычно таковой поглотитель представляет собой полированную железную поверхность, по­крытую узкой темного цвета защитной пленкой оки­сей никеля либо меди. Его поглощательная способность в Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат коротковолновой области достаточно высока, порядка 0,9. При очень узком покрытии схожий поглотитель прозрачен для излучения с длиной волны, превышаю­щей его толщину. Тогда его излучательная способность в длинноволновой части диапазона должна быть не выше, чем у металла, другими словами около 0,1. Сбалансированная темпе­ратура такового селективного поглотителя с величиной дела αс /ε , близкой Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат к 9, в рассмотренных ранее критериях должна повыситься до 427 К, либо 1540 С (если интенсивность длинноволнового атмосферного излучения составляет 200 Вт/м2 , а поглощательная способность к этому виду излучения равна 0,1). Одна­ко достигнуть такового существенного улучшения практи­чески очень трудно. Основная трудность состоит в том, что большая часть селективных Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат покрытий очень чувствительно к пылевому загрязнению, и в естествен­ных критериях их свойства с течением времени стремительно ухудшаются.

Предстоящего увеличения сбалансированной температуры поглотителя можно достигнуть, если при помощи зеркал сконцентрировать на нем энергию солнечного излучения. На рис. 2 схематически показано одно из таких простых устройств с плоскими зеркалами. Разумеется, что при Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат использовании вполне отражающей зеркальной системы интенсивность облучения поглотителя возрастает пропорционально отношению общей облучаемой поверхности зеркал к поверхности поглотителя. Этот показатель именуется коэффициентом концентрации К. Зеркала монтируют таким макаром, чтоб все падающие лучи были ориентированы на поверхность поглотителя. Если поглотитель квад­ратной формы оснащен, как показано на рис. 2 , че­тырьмя зеркалами такого Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат же размера (что упрощает сборку и сборку устройства), установленными под углом β = 60°, то в данном случае коэффициент концентрации равен 3. На практике воплотить все плюсы схожей конструкции оказывается невоз­можным, так как отражающая способность зеркал меньше 100%, а при малых углах падения поглощательная способность поглотителя понижается. Все же, величина К, обычно, бывает Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат не ниже 2. В данных критериях сбалансированная температура плоского солнечного коллектора с зеркальными отражателями рассмотренного типа добивается 180° С (для ней­трального поглотителя) и 332° С (для селективного


Рис. 2. Концентрация солнечного

излучения при помощи плоских зеркал.

Рис.3. Концентрация солнечного

излучения при помощи параболического зеркала.


поглотителя). Следует увидеть, что в этом случае при помощи Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат рефлекторов усиливается только ровная составляющая солнечной радиации, потому что скон­центрировать рассеянную составляющую оказывается неосуществимым.

Более совершенной конструкцией обладает па­раболический концентратор, который фокусирует сол­нечные лучи так, как это показано на рис. 3 . В ре­зультате коэффициент концентрации существенно уве­личивается. На 1-ый взор кажется, что в фокусе Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат такового концентратора можно получить совсем невероятную сбалансированную температуру, но на практике этому препятствует непараллельность сол­нечных лучей. Если для плоского зеркального отражателя схожее об­стоятельство не имеет существенного значения, то в случае параболического концентратора оно ограничи­вает величину коэффициента концентрации. Вслед­ствие непараллельности лучей их энергия собирается не точно в фокусе Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат (точке), а в некой области во­круг него. На рис. 3 показаны линии движения лучей, исходящих от обратных краев солнечного диска и попадающих в точки А и Б. Потому для получения наибольшего количества энергии облучаемое тело должно быть довольно огромным, чтоб принять все лучи, отраженные от концентрато­ра. Не Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат считая того, с ухудшением оптических параметров зеркальной поверхности концентратора и с повышением размеров приемника солнечной энергии миниатюризируется действенное значение К, а, следователь­но, и сбалансированная температура,

При среднем качестве зеркал и использовании приемников, доста­точно много воспринимающих отраженное излучение, К обычно не превосходит 10000. Сбалансированная темпера­тура составляет для такового коллектора Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат около 1930К (1660° С).

Не считая обыденных плоских коллекторов и коллекторов с концентраторами есть и другие конструкции солнечных коллекторов, к примеру солнечный бассейн. В таком устройстве поглотителем служит конкретно аква бассейн, который по мере надобности можно оборудовать хоть каким покрытием. Под воздействием солнечной радиации температура воды увеличивается как за счет непосредст Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат­венного поглощения водой фотонов энергии, так и за счет термообмена меж всасывающим излучение днищем бассейна и водой. При нагревании вода рас­ширяется и нагретые более легкие слои подымаются ввысь. Было обна­ружено, что в неких природных водоемах самые нагретые слои воды оказываются быстрее на деньке, чем на Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат поверхности. Как подразумевают, это явление обу­словлено высочайшим содержанием соли в таких во­доемах и температура меняется с глубиной бас­сейна так же, как и концентрация соли, которая у поверхности воды оказывается ниже, чем у дна. Ре­зультаты тестов проявили, что сбалансированная температура в схожих бассейнах может достигать 100° С Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат.

Процесс поглощения солнечной радиации осуществляется тут частично в толще воды, а частично у дна бассейна. Он сопровождается сложным перераспределением энергии меж разными сло­ями воды за счет теплопроводимости и излучения. Вследствие этого свойства излучения бассейна определяются его всасывающими качествами. Для простоты можно считать, что таковой бассейн подо­бен плоскому Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат коллектору, поглотитель которого по своим свойствам занимает некое среднее положение меж рассмотренными ранее нейтральным и селективным поглотителями.

Солнечные бассейны имеют ряд преимуществ перед коллекторами других типов. Это более дешевенькие приемники огромных количеств солнечной энергии; благодаря высочайшей теплоемкости воды они владеют широкими способностями сохранения внутренней энергии, и, невзирая на разные тех Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат­нические трудности, солнечные бассейны находят все большее применение.

В этой главе было поведано о поглощении солнеч­ной радиации молекулами вещественных тел, связан­ном с ним процессе конфигурации температуры изолиро­ванного тела, также методах увеличения сбалансированной температуры изолированного тела. В последующей главе будет поведано о том, как реализуются на практике все Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат эти явления и процессы.

Глава 2. Некие практические внедрения солнечных коллекторов

Отопление и горячее водоснабжение

Внедрение солнечной энергии для отопления и жаркого водоснабжения школ, фабрик, больниц, жилых домов и т.д. является одним из более симпатичных методов ее при­менения. Системы жаркого водоснабжения на базе плоского солнечного коллектора уже на Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат данный момент получили обширное распространение в Израиле и Стране восходящего солнца, а на юге США и даже в Европе действуют достаточно боль­шие экспериментальные установки для отопления домов и нагрева воды в плавательных бассейнах. Рис. 4 поможет осознать принцип деяния солнеч­ного водонагревателя. Находясь в контакте с погло Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат­тителем коллектора, вода греется и с помощью насоса либо естественной циркуляции отводится от него. Потом жидкость поступает в хранилище, откуда ее потребляют при необходимости, либо в теплообмен­ник, через который энергия передается теплоносителю.

Рис. 4. Обычный солнечный водонагреватель с естественной циркуляцией.

В устройстве, изображенном на рис. 4 , главным теплообменником является поглотитель Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат. Жидкость тут или конкретно омывает тыльную часть - пластинки поглотителя, или проходит через систему труб, являющихся по существу частью этой пластинки. В воздухонагревательных коллекторах пластинки поглотителей имеют огромное количество отверстий, при прохожде­нии через которые воздух греется. В критериях неплохого термообмена меж окружающей средой и пластинами (это типично для Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат нагревания жид­кости) температуры поглотителя и воды одина­ковы. Так как жидкость греется при прохожде­нии через коллектор, разумеется, что на входе воды поглотитель холоднее, ежели на выходе. Перепад температуры зависит как от удельной теплоемкости воды, так и ее скорости.

Нужная мощность такового нагревателя находится в зависимости от мощности поступающего на него Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат солнечного излучения, потому нужно, сначала, избрать лучшую ориентацию коллектора. В принципе хоть какой коллектор при помощи специального механизма можно было бы всегда ориентировать на солнце, но это достаточно дорогой метод. Потому в текущее время употребляются недвижные коллекторы, у каких изменяется только угол наклона. Лучший угол наклона для большего выхода Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат энергии находится в зависимости от широты, к примеру для средних широт составляет ≈50-650 .

Фактически все солнечные коллекторы обозначенной конструкции имеют близкие характеристики, принципиальные для оценки их теплотехнического совершенства.

В обычной СВУ солнечный коллектор считается нацеленным на юг. Угол наклона коллектора к горизонту выбирался близким по значению широте местности и округлялся Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат в наименьшую сторону до целого значения градусов, кратного 5, к примеру, для Москвы с широтой около 560 , угол наклона коллектора принимался равным 550 . КПД большинства СВУ не превосходят 1%.

Кроме черт солнечного коллектора, другими необходимыми показателями обычной СВУ являются ее расчетная производительность по нагреваемой воде (расчетный объем потребляемой нагретой воды в день Vсут Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат ), объем бака-аккумулятора Vак , режимные характеристики (расход воды в контуре СВУ, график разбора воды к потребителю) и некие другие.
Обычная установка предугадывает суточную производительность Vсут = 100 л/сут. В согласовании с имеющимся опытом этого довольно для обеспечения умеренных дневных бытовых потребностей 2–3 человек в теплой воде. Повышение расчетного дневного употребления Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат воды может быть удовлетворено методом пропорционального роста площади солнечных коллекторов и объема бака-аккумулятора (масштабный фактор). При помощи масштабного фактора приобретенные в данной работе для обычной СВУ результаты могут быть применены для более больших установок.
Площадь солнечных коллекторов. Для рассматриваемой СВУ – это параметр, изменяющийся в спектре 1–3 м Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат2 . Обычно, в соответствующих для большинства районов Рф погодных критериях для нагрева в день 100 л большей, чем 3 м2 площади солнечного коллектора не требуется и экономически не обусловлено.

Режимные характеристики. Для обычной СВУ подразумевается, что расход воды через солнечный коллектор равен 50 л/(м2 •ч). Он может быть обеспечен как при помощи Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат циркуляционного насоса, так и в отлично спроектированных установках за счет естественной циркуляции воды. Выбор данного (рационального для СВУ) значения удельного расхода обоснован последующими соображениями. Повышение удельного расхода более 50 л/(м2 •ч), не приводит к приметному повышению КПД солнечного коллектора, но связано с повышением мощности и соответственно цены насоса либо с необходимостью Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат неоправданного подъема бака-аккумулятора над солнечным коллектором для обеспечения соответственной интенсивности естественной циркуляции воды в контуре.

Опреснительные установки

В почти всех богатых солнцем районах земного шара люди испытывают недочет пресной воды. И неуди­вительно, что давно солнечную энергию тут ис­пользовали для получения питьевой воды из загряз Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат­ненных либо соленых источников. Для этой цели применяли различные устройства различной сте­пени трудности. На рис. 5 показана одна из простей­ших систем подобного предназначения. Созданная для чистки вода набирается в поддон, расположенный в нижней части устройства, где она греется за счет поглощения солнечной энергии. Поверхность под­дона обычно чернят, потому Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат что вода практически беспрепятственно пропускает коротковолновую часть солнечного излучения (время от времени воду подкрашивают в темный цвет, и она становится поглотителем). С увеличением температуры движение молекул воды становится бо­лее насыщенным и часть из их покидает поверхность воды. Насыщенный водяными парами воздушный поток движется вверх, охлаждается; соприкасаясь с поверхностью Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат прозрачного покрытия, пары отчасти конденсируют­ся, а образовавшиеся капли стекают по ней вниз. Охлажденный воздух вновь опускается к поверхности воды, замыкая цикл конвективного движения.

Рис. 5. Обычный солнечный опреснитель

Для увеличения эффективности системы необхо­димо, чтоб при конденсации на поверхности покрытия создавалась аква пленка, потому что при конденса­ции воды в Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат виде капель значимая часть падающей на поверхность покрытия солнечной радиации отражается ими; даже при сравнимо огромных, углах наклона поверхности, когда вода достаточно стремительно стекает, приблизительно половина всей поверхности покрытия занята каплями воды. На кропотливо чистой от следов жира стеклянной поверхности обычно появляется пленка воды, тогда как практически на всех Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, даже более незапятнанных пластмассовых поверхностях сконденсированная вода выпадает в виде капель. На неких новых пластических материалах вероятна пленочная конденсация воды, но такие материалы вследствие высочайшей цены (приближающейся к цены стекла) для рассматриваемых целей неприменимы.

Разумеется, что производительность таковой солнечной опреснительной установки изменяется в течение денька в согласовании с Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат конфигурацией интенсивности солнечной радиации Р. При очень маленьком поддоне скорость получения питьевой воды в хоть какой момент времени зависит только от величины Р. При глубочайшем поддоне температура воды устанавливается только через некоторое количество дней, и в предстоящем питьевую воду можно полу­чать безпрерывно в протяжении суток. Для этого нужно Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, чтоб количество воды в таком резер­вуаре во много раз превышало дневную производи­тельность установки, к примеру 100 кг/м2 при глубине около 10 см.

Одним из недочетов подобного рода опреснительных установок является сезонное изменение их производительности. Предпринимались разные по­пытки преодолеть эту трудность. К примеру, была предложена установка, в какой вода Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат испарялась с листа темного поглотителя, впитывавшего воду по­добно фитилю. Положение такового поглотителя можно регулировать; его можно наклонить так, чтоб интенсивность падающего излучения была максимальна и, как следствие этого, обеспечивалась наибольшая производительность установки в протяжении года. Другим отлично известным типом опреснителя является плавающая пластмассовая установка, включаемая в снаряжение летчиков и моряков Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат многих стран.

Другие внедрения солнечного тепла

В протяжении веков человек использовал теп­ловое действие солнечных лучей в разных областях собственной деятельности, многие из которых имеют важ­ное экономическое и соц значение в развитии общества. К примеру, для получения соли методом вы­паривания ее из морской воды либо Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат сушки таких пи­щевых товаров, как фрукты и рыба. Обычно подоб­ные заготовки носят сезонный нрав. Удаление воды из пищевых товаров предутверждает размно­жение в их микробов и позволяет сохранить их в те­чение года.

Сушка на солнце происходит медлительно, и это ограничивает производительность таких процессов, как получение соли Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, заготовка дров, каучука и т.п. Ускорение сушки позволяет повысить эффективность перечисленных процессов. Проводятся поиски вероятных путей увеличения эффективности сушки за счет более оптимального размещения обезвоживаемых предме­тов на солнце и наилучшего использования солнечной энергии. Примером подобного исследования может служить работа, проведенная в Государственной физи­ческой лаборатории Индии. Было Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат показано, что с по­мощью простых солнечных концентраторов можно значительно ускорить процесс сушки пальмовых листьев и сладкого тростника, которые употребляются сельскими жителями в качестве горючего и для полу­чения сахара.

Солнечное излучение также употребляется и для изготовления еды. Один из вариантов конструкции солнечной печи по­казан на рис. 6 . Такая обычная печь Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат стремительно нагре­вается и позволяет приготовить еду за несколько часов. Энергозатраты на изготовление еды (около 300 Вт-ч/кг) обычно не превосходят количества энер­гии идущей на нагревание самой печи. Если печь за­щищена от ветра, сбалансированная температура устанав­ливается в ней в течение часа. Для более резвого изготовления Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат еды и осуще­ствления таких требующих высочайшей температуры про­цессов, как, к примеру, жарение, солнечные печи снаб­жаются параболическими рефлекторами. Конструк­ции, подобные изображенным на рис. 7 , с поперечником зеркала около 1,5 м испытывали в разных частях земного шара. Действенный коэффициент концентра­ции таких систем с краевым углом 30° (даже при плохо обработанной Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат поверхности зеркала) добивается 500—1000. В тропических критериях мощность, полу­чаемая в фокусе такового устройства, составляет 0,5— 11,0 кВт. Тень, отбрасываемая на зеркало сосудом для изготовления еды поперечником около 15 см, очень малозначительна, но, все же, пару раз в тече­ние часа нужно регулировать положение зеркала относительно солнца.

Рис. 6. Солнечная кухня Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат типа «горячий ящик»

Рис. 7. Солнечная кухня с параболическим зеркалом

Перспективы внедрения термического деяния солнечного излучения связаны с бессчетными иссле­дованиями, проводимыми в разных частях земного шара. Более того, в отдаленных и слаборазвитых рай­онах может быть возникновение новых видов производства, связанных с внедрением солнечной энергии для нагревания и сушки при Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат изготовлении картона, бу­маги, кровельных материалов и т. п. Но обширное внедрение таких процессов просит источников меха­нической и электронной энергии. В последующих гла­вах рассмотрены способности использования сол­нечной радиации для получения этих более комфортных видов энергии.

III . Преобразование солнечного излучения в электроэнергию

Солнечное излучение (СИ) можно преобразовывать в электричество через Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат преобразование его поначалу в тепло, а потом при помощи обыденных паровых турбин и соединенных с ними генераторов в электроэнергию - такие установки не имеют принципных различий от ТЭС, ГЭС и АЭС - а можно и конкретно, минуя термическую стадию. Достоинства второго метода явны - не много того, что такие устройства существенно Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат проще, компактнее и дешевле, не считая того, в их значительно меньше и энерго утраты, неминуемые при каждом преобразовании энергии из 1-го вида в другой, а это значит более высочайший КПД и экономическую рентабельность установок с конкретным преобразованием лучистой энергии. Все же, некие методы преобразования СИ через термическую фазу подвергнутся рассмотрению Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат из-за их более многообещающей базы - термоэлектронной эмиссии и эффекта Зеебека. Установки, основанные на этих явлениях (термоэлектрические генераторы) значительно отличаются от обычных - так, в их отсутствует теплоноситель и какие-либо передвигающиеся части. Но все таки основное внимание будет уделено конкретному преобразованию СИ в электроэнергию при помощи фотоэлектрических генераторов Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат.

Глава 1. Термоэлектрические генераторы

Термоэлектронный генератор

1-ый тип устройств для прямого генерирования электронной энергии — тер­моэлектронный либо как его еще именуют термоионный генератор . Этот прибор разработан в по­следние десятилетия, и может быть ему принадлежит исключи­тельно принципиальная роль при производстве электроэнергии в дальнейшем.

Принцип деяния термоионного генератора Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат пояс­няет рис. 8 . В базу работы генератора положен эффект, обнаруженный Эдисоном в 1883 г. и назван­ный термоионной (термоэлектронной) эмиссией . При нагревании 1-го из электродов, который позже стали именовать катодом , до довольно высочайшей тем­пературы значимая часть его электронов приобре­тает энергию, при которой они способны покинуть его поверхность. Правда, этот процесс протекает Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат небеспрепятственно, о чем будет сказано ниже

Рис. 8. Термоионный генератор.

Если побли­зости находится другой электрод — анод , то испущен­ные электроны можно навести к нему и там собрать. Это может быть только в этом случае, если оба электрода соединить наружной цепью, так как в неприятном слу­чае Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат рост отрицательного заряда на аноде препятствует движению к нему эмиттируемых электронов, и при определенных критериях они не сумеют его добиться. Но в термоионном генераторе катод и анод со­единены наружной цепью. Потому поток электронов, другими словами электронный ток, проходит через эту цепь, совершая в ней работу. На рис. 8 наружняя нагрузка Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат представлена сопротивлением R , но фактически это может быть какое-либо устройство, к примеру электродвигатель. Таким макаром, в термоионном генераторе употребляется часть энергии (в интересующем нас слу­чае это энергия солнечной радиации), израсходован­ной на нагревание катода, благодаря которой в нагрузке протекает ток и совершается работа. В таблице 4 плотности эмиссионного Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат тока при разных температурах для неких, применяемых на данный момент материалов.

Таблица 4

Плотность тока термоэмиссии (А/м2 ) при разных температурах

Температура,0 К

Материал

500

1000

1500

2000

2500

Вольфрам без цезиевого покрытия,W

Вольфрам с цезиевым покрытием, CsW

Окись серебра, Cs-Ag

25

100

1*107

0.1

5*106

25

4*107

6.5*103

Такое преобразование солнечной энергии в работу происходит не без утрат, и, естественно, встает вопрос о КПД подобного Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат устройства. Электроны поки­дают катод только при его нагревании, потому возни­кают энергопотери через теплоизлучение. Часть термический энергии попадает на анод, который при сильном разогреве также испускает электроны. Если хотя бы часть из их достигнула катода, это привело бы к умень­шению тока в нагрузке. Потому на остывание ано­да также нужна Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат энергия. Итак, способности этого метода преобразования энергии, также небеспредельны, ограничена, и величина его КПД находится на уровне 10-15%.

Термоэлектрический генератор (термопары)

Появление контактной разности потенциалов при соприкосновении 2-ух разнородных проводников, откры­тое Вольта в последнем десятилетии XVIII века, при­влекло внимание физиков к процессам, происходящим в цепях разнородных Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат материалов. Одной из фундамен­тальных работ в этой области, положившей практически начало термоэлектрическим исследованиям, явилась статья германского ученого Зеебека «К вопросу о магнит­ной поляризации неких металлов и руд, возникаю­щей в критериях разности температур», опублико­ванная в докладах Прусской академии в 1822 г.

Сущность явления, наблюдавшегося Зеебеком в процессе опыта (и Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат вошедшего потом в физику под терми­ном «эффект Зеебека» ), состояла в том, что при замыка­нии концов цепи, состоящей из 2-ух разнородных ме­таллических материалов, спаи которых находились при различных температурах, магнитная стрелка, помещенная поблизости таковой цепи, поворачивалась так же, как в присут­ствии магнитного материала. Угол поворота стрелки Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат был связан с величиной разности температур на спаях ис­следуемой цепи.

Беспристрастный анализ опытов Зеебека (даже при тогдашнем уровне физических познаний) мог бы дать однозначное разъяснение эффекту, обусловив его воз­никновением в схожей цепи электронного тока, тем паче, что воздействие на стрелку прекращалось при размыкании цепи. Но Зеебек предложил Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат свою интерпретацию эффекта, объясняющую его намагничиванием материалов под действием температуры и разработал в качестве ее следствия смелую догадку происхождения земного магнетизма, сущность которой сводится к тому, что земное магнитное поле образовалось в итоге разности температур меж полюсами и экваториальным поясом Земли. Заблуждение Зеебека сыграло положи­тельную роль Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат: чтоб опровергнуть электронное про­исхождение термоэлектрических токов, он на самых раз­личных материалах сопоставлял явление электризации (контактный потенциал) либо ряд Вольта с воздействием разности температур на магнитную стрелку и демонстрировал различие меж ними.

Составленный Зеебеком широкий термоэлектрический ряд (табл. 5) представляет энтузиазм и доныне. В современных обо­значениях (α — термоэлектродвижущая сила на 1° С Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат и σ — удельная электропроводность ) ряд Зеебека определяется произведением ασ заместо величины α2 σ/χ (где χ — удельная теплопроводимость ), которая харак­теризует термоэлектрические характеристики материала.

На базе эффекта Зеебека и создаются термоэлектрогенераторы. На рис.9 показана обычная конструкция термо­электрического генератора на базе проводников. Обычно проводники соединяются поочередно, потому что разность потенциалов на выходе каждой Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат пары проводников в реальных устройствах имеет величину порядка 300—400 мкВ на единицу, разности темпера­тур. Потому при разности температур 500 К выходное напряжение на каждой паре частей составляет менее 0,2 В.

Рис. 9. Термоэлектрический генератор.

Работу реальных устройств сопровождают опреде­ленные необратимые явления. Вероятна теплопере­дача от источника к охладителю конкретно через Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат элементы генератора. Снутри частей при протекании тока выделяется джоулево тепло.

Для хоть какой пары термоэлектрических частей скорость теплопередачи через проводимость пропорци­ональна разности температур на их концах (при усло­вии отсутствия рассеяния тепла). Тогда справедливо уравнение

Q т = K ( T1 - T 2 ) , (3)

где К находится в зависимости от теплопроводимости материалов, пло Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат­щади поверхности и длины частей.

Джоулево тепло, выделяющееся при прохождении тока I , равно

Q дж = I 2 R , (4)

Где К — общее сопротивление частей, зависящее (как и теплопроводимость) от удельного сопротивления материала, размеров и формы частей. Если снова же представить, что теплопотери отсутствуют, то половина энергии, перевоплощенной в джоулево тепло, проходит к каждому из Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат соединений.

Таблица 5

Термоэлектрические ряды

Ряд Зеебека (1822г.)

Ряд Юсти (1948)

Ряд Мейснера (1955)

Металлы и их соединения

Металлы

Полупроводники

PbS

Bi

Ni

Co

Pd

Pt

U

Au

Cu

Rh

Ag

Zn

C

Cd

Сталь

Fe

As

Sb

SbZn

Bi-80

Co-21

Ni-20

K-14

Pd-8

Na-7

Pt-5

Hg-5

C-3.5

Al-1.5

Rh+1

Zn+1.5

Ag+1.5

Au+1.5

Cu+2.0

W+2.5

Fe+12.5

Sb+42

Si+44

Te+49

Bi-70

Mi-18.0

Co-18.5

K-12

Pd-6

Pb-0.1

Sn+0.1

Rh+2.5

Zn+2.9

Mo+5.9

Fe+16

Sb+35

Te+400

Se Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат+1000

MnS-770

ZnO-714

CuO-696

Fe3 О4 -500

FeS2 -430

MoS-200

CuO-139

CdO-41

CuS-7

FeS+26

CdO+30

NiO+240

Mn2 О3 +385

Cu2 O3 +474

CuO+1120

Примечание: Величина термо-ЭДС дана в мкВ/град.

Получаемая в нагрузке мощность от такового генератора определяется из соотношения

P=S(T1 -T2 )I - I2 R,

где S коэффициент Зеебека зависящий от материала проводника.

Если Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат считать постоянными другие величины, значение КПД определяется только величиной тока. Установлено, что с уменьшением тока КПД поначалу вырастает, а потом падает. Наибольшее значение КПД находится в зависимости от параметра Z характеризующего некую совокупа параметров проводника, именуемого добротностью. Для металлов Z очень мала, потому для производства ТЭГ используют легированные полупроводники, для Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат которых добротность при определенных температурах не превосходит 0.0005 на 1 К. Тогда при температуре нагревателя 1000 К и охладителя 300 К, общий КПД преобразования составляет только около 7% и то при концентрации солнечного излучения при помощи зеркал.

Невзирая на то, что КПД современных термоэлек­трических генераторов очень мал, энтузиазм к ним про­должает расти Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат. Если учитывать, что еще несколько деся­тилетий вспять КПД термоэлектрических генераторов был в 10 раз ниже достигнутого в текущее время, а поиск новых более совершенных материалов длится, то можно возлагать на предстоящее усо­вершенствование этого типа генераторов. К примеру, если получится добиться величины добротности 0,005 на 1К в спектре температур Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат от 300 до 1000 К, то КПД генератора возрастет с 7 до 31%.

Следует увидеть, что температурные конфигурации добротности могут благоприятно отразиться и на эф­фективности системы, состоящей из плоского коллек­тора и термоэлектрического генератора (рис. 10 ). Ма­ксимальная температура в этом случае значитель­но ниже, но для довольно узенького интервала темпе­ратур можно Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат подобрать такую пару термоэлектриче­ских материалов, которые обеспечат сравнимо вы­сокую добротность. При температуре Т= 400 К и Z =0,002 на 1 К суммарный КПД составляет около 3,5%. Если учитывать, что получение таковой рабочей температуры не связано с применением сложных концентраторов, снабженных устройством, следящим за движением солнца, то си­стема схожей конструкции Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат оказывается полностью при­емлемой. Относительно низкая величина КПД си­стемы обоснована входящим в ее состав генератором.

Рис. 10. Термоэлектрический генератор с плоским коллектором.

Из всего произнесенного видно, что эффективность систем, в каких солнечная энергия употребляется для нагревания со­ответствующих устройств, принципно ограничена, в итоге чего полезно реализуется только незначи­тельная толика Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат падающей солнечной энергии. Даже по самым жизнеутверждающим прогнозам КПД схожих устройств не превзойдет 40%.

Таким макаром, предстоящее исследование устройств для преоб­разования энергии, в каких начальная стадия яв­ляется термический, кажется никчемным. В одном из таких устройств, которому еще 10 годов назад отводилось принципиальное место при решении вопросов крупномасштабного Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат получения энергии, применен магнитогидродинамический эф­фект, либо МГД-эффект, но свежие исследования, а в основном практические реализации такового устройства проявили, что его внедрение из-за низкого КПД неэффективно. В последующей главе будут описаны другие способы получения энергии. Их существенное отличие состоит в том, что они по­зволят использовать энергию Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат солнечной радиации без сколько-либо приметного увеличения температуры частей систем, другими словами термическая стадия в процессе преобразования энергии исключается.

Глава 2. Фотоэлектрические генераторы.

В преобразователях световой энергии в электриче­скую употребляется фотоэффект, открытый в 1887 г. Гер­цем и серьезно исследованный, начиная с 1888 г. Столетовым.

Фотоэффект выражается в «выбивании» электронов фотонами света с Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат поверхности тел (наружный фотоэф­фект) либо только из кристаллической решетки снутри полупроводника (внутренний фотоэффект), также в появлении под действием света, падающего на границу металл — полупроводник (либо n-полупроводник и p-полупроводник) ЭДС, вызывающей возникновение либо изменение тока в цепи (фотоэффект запирающего слоя либо вентильный фотоэффект).

Устройства, основанные на наружном и Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат внутреннем фотоэффекте рассматриваться не будут т.к. они подобны термоэлектронным генераторам, рассмотренным выше - различаются только методом получения электрического пучка. Можно только отметить, что КПД таких генераторов очень низок - всего 0.5-1%. Настолько маленький КПД является предпосылкой того, что при исследовании вопросов получения энергии фотоэмиссионным генераторам отводится малозначительная роль, хотя Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат может быть используя какие-то уникальные конструкции, их КПД можно существенно повысить. Но все эти способности остались неисследованными в связи с возникновением фотоэлектрических генераторов использующих вентильный фотоэффект.

Вентильный фотоэлектрический генератор.

Вентильный фотоэффект (фотоэффект запирающего слоя), являющийся разновидностью внутреннего фотоэффекта, это появление ЭДС (фото-ЭДС) при освещении контакта 2-ух различных полупроводников Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат либо полупроводника и металла (при отсутствии наружного магнитного поля).

Фотоэффект запирающего слоя положен в базу устройства полупроводниковых, либо, как их еще по другому именуют, вентильных фотоэлементов — устройств, непо­средственно превращающих лучистую энергию в электри­ческую.

Рис. 11. Принцип деяния солнечного электрогенератора.

Фотоэлементы с запирающим слоем строятся с 1888г., т.е Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат. со времени открытия этого эффекта Ульяниным (учеником Столетова), но их КПД при использо­вании металлов не превосходит 1 %. Применение полупро­водников с разными типами проводимости отдало существенно наилучшие результаты. Принцип деяния такового фотоэлемента состоит в последующем.

Пусть n-полупроводник приводится в контакт с p-полупроводником. Электроны из n Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат-полупроводника, где их концентрация выше, будут диффундировать в р-полупроводник, где их концентрация ниже. Диффузия же дырок происходит в оборотном направлении.

В n-полупроводнике из-за ухода электронов поблизости границы остается нескомпен­сированный положительный большой заряд недвижных ионов. В р-полупроводнике из-за ухода дырок поблизости границы появляется отрица­тельный большой Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат заряд недвижных ионов (рис. 11 ). Эти большие заряды образуют у границы двойной электронный слой (запирающий слой), поле которого, направленное от n-области к p-области, препятствует предстоящему переходу электро­нов в направлении п→р и дырок в направлении р→п.

Под действием света, проникающего через узкий слой n Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат-полупроводника, в нем происходит внутренний фотоэффект - образуются пары зарядов электрон-дырка. Если имеется наружняя цепь, то вновь образованные электроны, не имея способности пройти через запирающий слой, устремляются в нее. Дырки же просто проходят через запирающий слой к р-полупроводнику, где происходит рекомбинация - в цепи начинает протекать ток.

Фотоэлементы с вентильным фотоэффектом Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, владея, подобно элементам с наружным фотоэффектом, серьезной пропорциональностью фототока интенсивности излучения, имеют огромную по сопоставлению с ними интегральную чувствительность (см. табл. 6) и не нуждаются во наружном источнике ЭДС. К числу вентильных фотоэлементов относятся германиевые, кремниевые, селеновые, сернисто-серебряные и др.

Таблица 6

Интегральная чувствительность неких полупроводниковых материалов

Фотоэлементы

Наибольшая чувствительность Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, мкА/лм

С наружным фотоэффектом

Меднозакисный

Селеновый

Сернистосеребряный

Сернистоталлиевый

Германиевый

Кремниевый

150

100

600

8000

11000

30000

35000

Конструктивно хоть какой вентильный фотоэлемент достаточно прост. Делается так именуемый ниж­ний электрод, представляющий из себя железную пластинку, шириной от 1-го до 2-ух мм. Форма пластинки не имеет никакого принципного значения и определяется только предназначением фотоэлемента. Нижний железный электрод должен быть механи­чески крепким. На него наносится узкий Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат слой того либо другого полупроводника. Потом он подвергается соответ­ствующей обработке, цель которой заключается в созда­нии в толще полупроводника р- n -перехода. Когда эта цель достигнута, на внешную поверхность в большин­стве случаев наносится верхний железный электрод, представляющий из себя узкий полупрозрачный слой металла.

Время от времени Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат обработка полупроводникового слоя для созда­ния в нем р- n -перехода проводится при нанесенном уже верхнем железном электроде. Бывает и так, что полупроводник обрабатывается в отсутствии обоих элект­родов. Последние создаются уже после образования в полу­проводниковом слое р- n -перехода. При изготовлении неких фотоэлементов р- n -переход появляется в про Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат­цессе нанесения электрода.

Вся эта система помещается в оправку с окошком для светового по­тока. В оправку вмонтиро­ваны две токовые клеммы. Одна из их соединяется с нижним электродом, другая — с верхним.

Для предохранения на­ружной поверхности фотоэле­мента, от вредного воздействия атмосферного воздуха время от времени она покрывается Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат прозрачным лаком.

Если фотоэлемент делается из отлично прово­дящего полупроводникового вещества, к примеру кремния либо германия, то верхний электрод может быть выполнен в виде кольца, если фоточувствительная поверхность имеет форму диска, либо прямоугольной рамки.

Когда на верхний электрод фотоэлемента падает лу­чистый поток, то некая его Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат часть отражается от метал­лического слоя, другая часть поглощается в толще этого слоя и, в конце концов, остальная часть проходит через послед­ний и поглощается в прилегающей области полупровод­ника. Это приводит к освобождению пар электрон-дырка, о чем было поведано выше. В резуль­тате перемещения дырок к одному электроду, а Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат электро­нов к другому, они приобретут заряд противопо­ложных символов и меж ними возникнет разность по­тенциалов. Ее величина до определенного предела будет тем большей, чем больше интенсивность лучистого потока.

Что касается КПД современных фотоэлектрических преобразователей, то экспериментально показано, что в их преобразуется только около 50% падающей на элемент солнечной Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат энергии, также показано, что при правильном выборе материалов и достаточной освещенности можно достигнуть того, чтоб в процессе генерирования энергии учавствовало более 80% возникающих под действием фотонов пар электрон-дырка. Фотоэлемент с такими параметрами будет владеть КПД порядка 20%.

Об эффективности отлично согласованного с на­грузкой фотоэлектрического генератора, работающего в критериях тропиков Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, мы можем судить по данным рис. 12 .

Рис. 12. Зависимость выходной мощности фотоэлектрического ге­нератора от интенсивности солнечного излучения


При интенсивности солнечной радиации Р =800 Вт/м2 нужная мощность фактически не превосходит 130 Вт/м2 . Куда же расхо­дуется оставшаяся неиспользованной энергия? Следует избегать того, чтоб эта энергия затрачивалась на усиление колебаний кристаллической решетки Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, по­скольку в неприятном случае возбужденные носители могут преодолевать запирающий слой различ­ными «окольными» способами. Так как интенсивность колебаний решетки конкретно связана с темпе­ратурой, то в равной мере можно гласить о не­обходимости поддерживать температуру на малом уровне. Этого достигают разными методами. Обычно при повышении рабочей температуры Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат с 20 до 100° С КПД установки понижается на одну третья часть. Разумеется, ту часть диапазона солнечной радиации, кото­рая расходуется непродуктивно, можно убрать при помощи соответственных отражающих покрытий, но снутри генератора всегда происходят какие-нибудь термические процессы, потому нужно обеспечить по способности лучший отвод тепла через тепло­проводность либо лучеиспускание Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат.

Глава 3. Перспективы развития фотоэлектрических генераторов.

Вопреки разным оптимистичным прогнозам про­стейшие фотоэлектрические генераторы по КПД еще пока не превосходят системы на базе механических термических машин и термоионных преобразователей. Маленький КПД фотоэлектрического генератора разъясняется 2-мя основными причинами: с одной стороны, значимая часть световых фотонов обладает энер­гией, которая не оказывает Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат подходящего деяния на электроны материала, а с другой - разность потенциа­лов V на нагрузке составляет только малую часть от напряженности поля Eз в нелегальной зоне. Очень возможно, что проводимые в на­стоящее время исследования позволят сделать новые устройства, в каких обозначенные недочеты окажутся наименее существенными. В высоколегированных Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат полу­проводниках, где ширина нелегальной зоны значи­тельно больше, 2-ой из нареченных недочетов вы­ражен существенно слабее. В данном случае число но­сителей, преодолевающих р- n -переход «окольными» способами, миниатюризируется. Проводятся перспек­тивные исследования по созданию более сложных устройств, схематически показанных на рис. 13 .

Рис. 13. Типы фотоэлектрических генераторов: а—однокаскадный; б—многокаскадный Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат.

Солнечная радиация поначалу попадает на элемент, сделанный из полупроводника с большой шириной нелегальной зоны, по этому он обладает высо­ким КПД в подходящей нам части солнечного диапазона. Фотоны с энергиями ниже Eз не оказывают воздей­ствия на этот элемент, материал которого для их по существу является прозрачным. Пройдя Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат через 1-ый каскад, эти фотоны попадают во 2-ой, выполненный из материала с наименьшей величиной Eз (по сопоставлению с первым элементом). Его способность захватывать эти фотоны высока, хотя КПД ниже, чем у первого элемента. Такое сочетание 2-ух солнечных частей позволяет получить более высочайший суммарный КПД, чем для каждого из их Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат в отдельности. Возможность даль­нейшего совершенствования такового рода устройств от­крывается с применением для их производства инте­гральной технологии и созданием так именуемого интегрального генератора, в каком ширина запре­щенной зоны меняется с глубиной; она велика у облучаемой поверхности, а потом миниатюризируется в глубь материала. Эта и другие новые Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат разработки фотоэлект­рических генераторов открывают последующие перспек­тивы увеличения их КПД; подразумевается, что КПД фотоэлектрических систем может добиться 50—60%, другими словами превысить КПД всех других систем. Повышенное внимание уделяется вопросу удешевления конструк­ций фотоэлектрических генераторов, так как соз­данные по сей день устройства оказались очень дорогостоящими.

Еще 10-20 годов назад Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат стоимость фотоэлектрического пре­образователя площадью в 1 см2 составляла в среднем несколько баксов. Предпосылки таковой высочайшей стоимо­сти понятны, если учесть очень высочайшие требования к чистоте полупроводниковых материалов. В последние годы удалось удешевить создание, заменив дорогой монокристаллический кремний поликристаллическим и разработав новые технологии производства частей. В итоге цена наземных солнечных батарей снизилась в Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат пару раз. Также заместо незапятнанного кремния стали использовать относительно новый полупроводник алюминий-галий-мышьяк (AlGaAs) - с ним связывают надежды на новое понижение цены фотоэлементов.

IV . Хим преобразование солнечного излучения (фотохимия).

Издавна увидено, что солнечное излучение вызывает различ­ные хим перевоплощения, к примеру, отбеливает красители. Это явление веками Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат использовалось людь­ми на практике. Но только в XVIII в. стало понятно, что под воздействием освещения происходит почернение неких солей серебра. В 1839 г. Беккерель, иссле­дуя схожий эффект, нашел, что при измене­нии освещенности 1-го из электродов хим элемента разность потенциалов на его электродах меняется. Это послужило началом развития новейшей области Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат познаний, нареченной фотохимией , а в ближайшее время известной как радиационная химия .

Хотя некие из результатов исследовательских работ в фо­тохимии имеют важное значение для человече­ства—тут сначала мы должны именовать фотографию—но другие практические приложе­ния ее пока очень ограниченны. Частично это обуслов­лено отсутствием соответствующей аппаратуры Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат для поста­новки тестов. Только не так давно стало возмож­ным исследование ранешних стадий фотохимических реак­ций, длительность которых время от времени составляет миллионные толики секунды. И сейчас фотохимия на­чала бурно развиваться.

Фотодиссоциация

При поглощении солнечной радиации атомами и молекулами вещества в нем появляются различные физические эффекты. К Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат примеру, при нагревании тел под действием солнечного излучения колебательные и вращательные движения составляю­щих их молекул становятся более насыщенными. Эти эффекты обоснованы, перераспределением снутри тела энергии фотонов падающего излучения. Сейчас подвергнется рассмотрению последующий шаг воздействия радиации на вещество: разделение, либо лизис , молекул и образование новых хим соединений.

Исходя из Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат убеждений преобразования энергии процесс фотолиза увлекателен тем, что он позволяет «запасать» солнечную энергию средством получения более устойчивых хим соединений. При необходимо­сти эту энергию можно воплотить, к примеру, в виде тепла, выделяемого при сжигании таких веществ. Одной из разновидностей фотолиза является разло­жение воды на водород и кислород Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат. Реакцию разложения воды можно записать в последующем виде:

2Н2 О + солнечная энергия → 2Н2 + О2 (3)

Затраченную при всем этом солнечную энергию (по край­ней мере часть ее) в предстоящем мы могли бы полу­чить или при сжигании водорода и кислорода в печи либо бензиновом двигателе, или в топлив­ном элементе Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, где в итоге соединения водорода с кислородом с образованием воды вырабатывается электроэнергия. Отсюда видно, как принципиальное значение в жизни людей могло бы иметь осуществле­ние такового рода процессов. Они заслуживают того, чтоб изучить возможность их реализации.

Почему же процесс, описанный уравнением (3), не появляется естественным образом в природе? (В Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат неприятном случае в воздухе содержалось бы много водорода и было бы не много воды.) Таковой процесс мог бы произойти, если б энергия отдельного фотона оказалась достаточной для разложения молекулы воды. Если же какая-то молекула уже получила пор­цию энергии от 1-го фотона, то поглощение ею второго фотона исключено Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат. Даже при обыденных темпе­ратурах молекулы газа либо пара каждую секунду испытывают около 109 столкновений, потому хоть какой излишек энергии достаточно стремительно перераспределяется посреди примыкающих молекул. На данный момент разложение воды на кислород и водород осуществляется в процессе электролиза. В итоге этого процесса под действием электронного напряжения молекулы воды разла­гаются на Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат ионы обратного, знака. Совершае­мую при всем этом работу просто измерить. Для диссоциа­ции одной молекулы воды нужна энергия около 3 эВ. Если процесс диссоциации делается под действием солнечной радиации, то длина волны световых фотонов должна быть меньше 0,4 мкм. Но в диапазоне солнечного излучения на уровне моря такие Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат фотоны составляют только 3%, как следует, КПД процесса не превосходит 2%. Не­смотря на это, внедрение данного процесса могло быть фактически целенаправлено, если б для его реализации не требовалось огромных вещественных издержек. Основная трудность состоит в том, что вода прозрачна для фотонов с длиной волны около 0,4 мкм (по другому говоря, поглощение Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат таких фотонов молекулами воды очень слабенькое), потому КПД процесса оказывается еще меньше. Как видно из рис. 14, при этих длинах волн вода только начинает проявлять сколько-либо приметную поглощательную способность.

Рис. 14. Поглощение солнечной радиации в воде.

Энергия фотонов в этой области доста­точна для диссоциации воды, но в солнечном диапазоне Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат на уровне моря такие фотоны, отсутствуют.

Слабенькое поглощение фотонов водой препятствует и широкому использованию обозначенному выше методу разложения воды, то же можно сказать и о других реакциях, к примеру с получением перекиси водорода. Созданию такового типа повсевременно действующего аккума энергии препятствует почти все. Достаточно нередко продукты дис­социации оказываются так реактивными, что Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат практически здесь же вступают в реакции. В других случаях эти продукты сами поглощают энергию радиации, что приводит к образованию наименее нужных промежу­точных соединений. Но поисковые исследования в этой области длятся. В принципе совершенно необязательно, чтоб начальный материал был дешевеньким и широкодоступным, так как вероятны реакции, в Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат каких происходит регенерация рабочего вещества, другими словами запасенная в нем энергия восста­навливается, а само вещество можно использовать повторно и т. д. Таким макаром, круг веществ, применимых для воплощения рассматриваемых реакций, существенно расширяется.

Фотохимический элемент

Одним из проявлений фотохимической активности может служить появление разности потенциалов на зажимах хим элемента при освещении Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат 1-го из его электродов. Конкретно разность потенциалов играет тут решающую роль.

Простой хим элемент представляет собой два электрода из 1-го металла погруженные в электролит, содержащий ионы такого же металла. В таком элементе разность потенциалов появляется только в этом случае, если активность ионов поблизости электродов различна. В слабеньком электролите различие Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат в активности можно получить освещением 1-го из электродов. Радиация вы­зывает самые различные эффекты — от простей­шего возбуждения до эмиссии электронов из атомов. Большая часть таких эффектов приводят к нарушению равновесия в процессах, происходящих на электродах. Таким макаром, если один из элект­родов элемента освещать солнечными лучами Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, то бла­годаря поглощению энергий световых фотонов элект­роны могут проходить через внешнюю цепь и совер­шать там работу.

Но до сего времени ещё не обнаружены реакции, в каких обозначенные процессы происходят с доста­точно высочайшим КПД. Все же, принципно может быть воплощение целого ряда таких реакций, к Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат примеру, под воздействием ультрафиолетового излу­чения, фотоны которого имеют довольно высшую энергию. КПД фотохимического элемента опреде­ляется в главном 3-мя факторами. Во-1-х, КПД процесса поглощения солнечной энергии. Он обоснован квантовой природой этого процесса, и с учетом рассредотачивания солнечной энергии по длинам волн его наибольшее значение не превосходит 45%. Во-2-х Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, суммарный КПД не­посредственно находится в зависимости от соотношения скорости об­ратного процесса, либо оборотной реакции , и скорости передвижения ионов к поверхности электрода, последняя определяется их подвижностью . В конце концов, определен­ные конфигурации в электродных реакциях происходят при протекании тока во наружной цепи. В особенности суровую делему представляет перенапряжение Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат , при котором потенциал электрода находится в зависимости от плот­ности тока. Оно обосновано приемущественно огра­ниченной подвижностью ионов (вследствие взаимо­действия с другими ионами они могут передвигаться меж электродами только с некой средней скоро­стью). Разность потенциалов на зажимах фотохимического элемента меняется от наибольшего значения в режиме холостого хода Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат до нуля в режиме корот­кого замыкания, а лучшему режиму работы эле­мента соответствует некое промежуточное ее зна­чение.

Если принимать во внимание не только лишь неоргани­ческие, да и органические вещества, то можно именовать миллионы электродных реакций, применимых для ис­пользования в фотохимических элементах. Современ­ный уровень познаний Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат почти всегда не позво­ляет точно предсказать скорости протекания таких реакций (также связанных с нею причин, в част­ности подвижности ионов). В ближайшее время отме­чается завышенный энтузиазм к исследованию разных методов производства энергии, в том числе с исполь­зованием химических и фотохимических про­цессов. Ученые не теряют надежды Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, хотя получен­ные по сей день значения суммарного КПД для реакций, казавшихся очень перспектив­ными, очень разочаровывают.

V . Некие общие препядствия и перспективы развития солнечной энергетики

Солнечную энергию нередко считают безграничной так как она практически всюду без всякого роли нашей стороны льется массивными потоками. Многих поражает, почему же Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат этот большой источник не обеспечивает в обилии дешевенькой энергией. Но она, как и энергия других источников, недешева. Хоть какое получение энергии связано с вещественными затратами, а издержки на получение солнечной энергии в особенности значительны.

Одним из препятствий широкому использованию солнечной энергии является низкая интенсивность солнечной радиации даже при лучших атмосфер Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат­ных критериях. Около пополудни в тропиках на освещенной поверхности коллектора она добивается 1 кВт/м2 . Да и в этих безупречных критериях многие из рассмотренных нами устройств, предназна­ченных для преобразования солнечной энергии в дру­гие более комфортные для практического внедрения ви­ды, дают на выходе не больше 150 Вт/м2 . Каждодневное же Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат количество получаемой таким методом энергии не превосходит 0,5—1 кВт•ч/м2 . Необходимость исполь­зования коллекторов большущих размеров делает таковой метод преобразования неэкономичным и ограничивает его способности ублажение относительно не­больших энергетических потребностей местного значе­ния. В более продвинутых странах каждодневная энер­гетическая потребность на душу населения составляет около 50 кВт-ч Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат. Как следует, чтоб обеспечить энергией город с популяцией порядка 100 тыс. человек даже при более действенном способе преобразования солнечной энергии, необходимы коллекторы общей площадью около 5 км2 . Схожих размеров установка заняла бы всю местность такового городка. В развивающихся же земельных странах с их более умеренными энергетическими запросами перспективы внедрения солнечной Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат энергии очень многообразны. Солнечные энергоустановки в таких критериях могли бы удачно соперничать с источниками энергии других типов. Известен опыт удачного внедрения тут солнечных водонагревателей. Даже в продвинутых странах солнечный водона­греватель мог бы вполне обеспечить жаркой водой обыденный дом, при этом нужная площадь коллектора оказывается несколько меньше крыши дома. Миллионы Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат схожих устройств удачно про­шли тесты.

Другое суровое пре­пятствие к широкому практическому использованию солнечной энергии заключается в значимых се­зонных и дневных колебаниях интенсивности солнеч­ной радиации и отсутствие ее в течение большей части суток.

Непостоянство интенсивности солнечной радиации относится к числу важных ее особенностей, с Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат ко­торыми приходится считаться при использовании сол­нечной энергии. Но в ряде всевозможных случаев некие колебания вы­ходной мощности солнечной установки полностью допу­стимы. К примеру, при использовании преобразова­телей солнечной энергии для орошения засушливых районов непостоянство солнечной радиации не только лишь не является суровым препятствием к применению схожих установок, да и Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат довольно отлично согла­суется с запросами потребителя. Но такие случаи редки, еще почаще требуется обеспечить неизменный уровень выходной мощности установки. Тогда избы­точную энергию, поступающую деньком, нужно ак­кумулировать, чтоб потом использовать ее в ночное время.

Для аккумулирования солнечной энергии, не считая обычных методов скопления ее в Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат виде электричества в кислотных либо щелочных аккумах - очень неэкономичных и неэффективных - может употребляться и таковой как электролиз воды с образованием во­дорода и кислорода. Приобретенные газы можно соби­рать и хранить длительное время, запасенную в их энергию можно потом получить при их со­единении, к примеру в топливном элементе Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат. В послед­нем случае восстанавливается до 60% энергии, затра­ченной при электролизе. Этот метод позволяет избе­жать утрат энергии в процессе ее хранения. В процессе разложения воды, для разделения одной молекулы на ее элементы с высвобождением одной молекулы водорода необходи­мо около 3 эВ энергии. Так как 1 кВт-ч соответ­ствует-2,3*1025 эВ Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, то в безупречном случае такая элек­тролитическая система должна создавать около 7,5*1024 молекул водорода на 1 кВт-ч затраченной энергии. При обыкновенной температуре это количество водорода занимает объем около 0,25 м3 . Следователь­но, хранить водород в количествах, соответственных нескольким МВт-ч энергии, нужно в критериях высочайшего давления. При таком методе аккумулиро­вания Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат энергии принципиальным фактором является цена компрессора и сосудов для хранения газа.

Увеличение к. п. д. преобразователей солнечной энергии почти всегда связано с применением концентрирующих зеркал и соответственных систем слежения за кажущимся движением солнца. Стои­мость зеркал и приспособлений для управления ими может достигать 3 /4 общей цены установки. Эф­фективная Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат система с внедрением зеркал для крупномасштабного производства энергии должна стоить более 200 долл. в пересчете на квадратный метр поверхности коллектора поперечником до нескольких метров. С повышением поперечника коллектора в два раза его цена, - приведенная к единице поверхности, увеличивается на 30%. Эти особенности систем с концентраторами значи­тельно усугубляют их экономические характеристики Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, по­скольку цена плоского коллектора независимо от его размеров составляет только десятую часть от цены концентратора. Разница в цены обуслов­лена особенными требованиями в отношении точности геометрической формы концентратора, точности уп­равления его положением и его стойкости против ветра. В итоге при использований концентрато­ров цена устройств увеличивается Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат резвее, чем их КПД.

Вещественные издержки на создание системы термическая машина—тонкий коллектор оцениваются величиной 1000 долл, на 1 кВт мощности. На 1-ый взор, может показаться, что из-за высочайшей цены энергии такие системы будут неконкурентоспособными по сопоставлению с термическими либо гидроэлектростанциями, для которых этот показатель составляет около 100 долл. на 1 кВт мощности. Даже Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат маленькие дизельные электроустановки не требуют огромных издержек. Но если учитывать цена горючего, то приведенное сопоставление будет не настолько разительным. Не исключено, что низкотемпера­турные солнечные энергоустановки как по цены технического обслуживания, так и по сроку службы окажутся вне конкуренции. По этим показателям, провести сравнение еще сложнее. Подсчитано, что Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат при помощи маленьких низкотемпературных солнечных установок можно было бы получать электроэнергию ценой порядка 0,05—0,01 долл. за 1 кВтч. Подобная цифра для коллектора типа солнечный бассейн составляет около 0,02 долл. за 1 кВтч.

Высочайшая цена сырья для фотоэлектрических частей - сверхчистого кремния - сопоставимого по цены с обогащенным ураном для АЭС, ограничивало создание на их Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат базе высокоэффективных установок, ограничивая их КПД до 10-12%. Но в технологию добычи урана за полстолетия его использования вложены большие средства, бюджет же «солнечных» исследовательских работ куда более скромен. Хлорсилановая разработка производства солнечного кремния, разработанная около 35 годов назад, по сей день фактически не поменялась, сохранив все отрицательные черты хим технологий 50-х годов Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат: высочайшая энергоемкость, маленький выход кремния, экологическая опасность.
Основной материал для производства кремния - кремнезем в виде кварцита либо кварцевого песка, составляет 12% от массы литосферы. Большая энергия связи Si-О - 464 кДж/моль обуславливает огромные энергозатраты на реакцию восстановления кремния и следующую его чистку хим способами - 250 кВтч/кг, а выход кремния Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат составляет 6-10%.
С 1970 года в СССР, Германии, Норвегии и США проводились исследования по созданию технологий получения кремния, исключающих хлорсилановый.
В 1974 году компания "Симменс" (Германия) и в 1985 году компания "Элкем" (Норвегия), вместе с компаниями США "Дау Корнинг" и "Эксон" сказали о окончании разработки технологии получения солнечного кремния карботермическим восстановлением особо незапятнанных кварцитов с Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат КПД солнечных частей 10,8-11,8%.
В 1990 году КПД частей из солнечного кремния составил 14,2% по сопоставлению с 14,7% из хлорсиланового кремния. Разработка "Симменс" предугадывала внедрение особо незапятнанных кварцитов с содержанием примесей 20.10 по массе. Качество русских кварцитов одно из самых больших в мире, а имеющиеся припасы достаточны для производства солнечных фотоэлектрических станций мощностью более Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат 1000 ГВт.
Новенькая разработка производства кремния солнечного свойства способом прямого восстановления из природно-чистых кварцитов имеет последующие свойства: расход электроэнергии 15-30 кВтч/кг, выход кремния 80-85%, цена кремния 5-15 долл/кг. В случае внедрения этой технологии в широких масштабах цена солнечных частей и модулей составит 0,7-1,4 долл/Вт и 1,0-2,0 долл/Вт соответственно, а цена электроэнергии Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат 0,10-0,12 долл/кВтч. В новейшей технологии хим способы изменены на экологически применимые электрофизические способы.

Предстоящее понижение цены «солнечной» электроэнергии связано с совершенствованием частей на базе поликристаллического кремния, преобразованием концентрированного солнечного излучения при помощи высокоэффективных частей на базе кремния и относительно нового полупроводникового материала AlGaAs.

В конце концов еще Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат одна неувязка состоит в том, что конкретно там где солнечная энергетика более нужна - в сельских районах - люди живущие там и имеющие доход 100 долл в год не будут растрачивать 1000 долл/кВтч, даже если через какое-то время ее эксплуатация и окажется прибыльной. Таким макаром, данная неувязка перестает быть чисто технической Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат и экономической, она становится социальной. Потому тут нужна мощная поддержка страны в виде серьезных денежных вложений.

VI . Заключение

Обширно всераспространено мировоззрение о том, что практиче­ское внедрение солнечной энергии — дело отда­ленного грядущего. Это мировоззрение ошибочно. Солнечная энергетика уже сейчас могла бы стать кандидатурой классической.

До того как ассоциировать Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат разные энерго технологии по экономическим и другим показателям, необходимо найти их действитель­ную цена, ведь в Рф цены на горючее и энер­гию многие десятилетия не отражали реальных издержек на их создание. То же можно сказать и о глобальных ценах, потому что до сего времени в хоть какой стране Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат часть стоимо­сти энергии не учитывается в тарифах, а переносится на другие издержки общества. Но только «честные» цены могут и будут провоцировать сбережение энергии и раз­витие новых технологий в энергетике.

Принципиальная составляющая, не включаемая в тарифы, связана с загрязнением среды. По многим оценкам, только прямые социальные издержки, связан Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат­ные с вредным воздействием электрических станций (заболевания и понижение длительности жизни, оплата меди­цинского обслуживания, утраты на производстве, сни­жение урожая, восстановление лесов, ускоренный из­нос из-за загрязнения воздуха, воды и земли и т. д.), со­ставляют до 75% глобальных цен на горючее и энергию. По существу, эти Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат издержки общества — типичный «эко­логический налог», который платят граждане за несо­вершенство энергетических установок. Справедливее было бы включить его в стоимость энергии для формирова­ния муниципального фонда сбережения энергии и со­здания новых, экологически незапятнанных технологий в энер­гетике. Таковой налог (от 10 до 30% от цены нефти) введен в Швеции, Финляндии, Нидерландах.

Сего Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат­дня экономически более оправданы проекты «сол­нечного дома», на обеспечение энергией которого по­надобится горючего на 60% меньше, чем при традицион­ных системах тепло- и энергоснабжения. В Германии удачно осуществлен проект «2000 солнечных крыш» и разработана прозрачная термоизоляция построек и сол­нечных коллекторов с температурой до 90 °С. В Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат США солнечные водонагреватели общей мощностью 1400 МВт установлены в 1,5 млн домов, а несколько экспе­риментальных установок мощностью от 0,3 МВт до 6,5 МВт уже включены в общую энергосистему.

Видимо, в другой энергетике наибольшее значение будут иметь солнечные электростанции (СЭ Они способны решить как локальные задачки энергоснабжения, так и глобальные препядствия энергетики. При неиндивидуальном на сей Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат день КПД 12% всю употребляем в Рф электроэнергию можно получить на СЭС с действенной площадью около 4000 км2 (0,024% местности страны).

Создание термических коллекторов и фотоэлементов в мире год от года вырастает нарастающими темпами, к примеру, если 20 годов назад их суммарная мощность исчислялась кв, то в прогнозе на 2005 год Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат она должна составить 260 МВт (см. табл. 7). Потому, невзирая на разные трудности с внедрением, роль солнечной энергетики в мире повсевременно вырастает. Это вселяет надежду на то в недалеком будущем энергетика сможет освободиться от сковывающей ее пока «углеводородной зависимости».

Таблица 7

Динамика мирового производства солнечных фотоэлектрических модулей, с прогнозом на наиблежайшие 6 лет.

Годы

МВт

Годы

МВт

1975

1988

1991

1993

1995

0.2

31.5

50

63

80

1997

1999

2000

2005

2010

127

200

260

650

1700

Экономические Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат зако­ны и опыт развития дают подсказку, что рациональная структура использования природными ресурсами в долго­срочной перспективе будет определяться соотношени­ем их припасов на Земле. Так как кремний занимает в земной коре по массе 2-ое место после кислорода, можно представить, что, унаследовав от первобытных людей «тягу» к кремниевым орудиям труда Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, человече­ство через многие тыщи лет создаст мир, построенный в большей степени из кремния (керамика, стекло, сили­катные и композиционные материалы), а в качестве гло­бального источника энергии будут употребляться кремниевые СЭС. Трудности дневного и сезонного ак­кумулирования, может быть, будут решены при помощи солнечно-водородных преобразователей, также ши Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат­ротного расположения СЭС и новых систем передачи электроэнергии меж ними.

Так как 1 кг кремния в солнечном элементе вы­рабатывает за 30 лет 300 тыс. кВт-ч электроэнергии, несложно подсчитать, что 1 кг кремния «эквивален­тен» 25 т нефти (с учетом же того, что КПД термических электрических станций, работающих на мазуте, равен 33%, 1 кг кремния «заменяет Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат» приблизительно 75 т нефти). Меж­ду тем срок службы СЭС можно довести до 50 и даже до 100 лет. Для этого только будет нужно поменять по­лимерные герметики более стойкими. При подмене же солнечных частей кремний можно использовать повторно, что сулит практически неограниченные перспек­тивы. Так что уже сейчас разумеется Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат — в дальнейшем все свои потребности население земли станет удовлетворять за счет Солнца.

Литература

1. Бринкворт, Б. Дж. Солнечная энергия для человека. - М., Мир, 1976.

2. Соминский, М.С. Солнечная электроэнергия. - М., Наука, 1965.

3. Бестужев-Лада, И.В. Другая цивилизация. - М., Владос, 1998.

4. Фаренбрух, А., Бьюб, Р. Солнечные элементы: теория и опыт. - М., Энергоатомиздат Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, 1987.

5. Алексеев, Г.Н. Конкретное перевоплощение разных видов энергии в электронную и механическую. - М., Госэнергоиздат, 1963.

6. Трофимова, Т.И. Курс физики. - М., Высшая школа, 1998.

7. Лаврус, В.С. Источники энергии. - М., Наука и техника, 1997.

8. Иорданишвили, Е.К. Термоэлектрические источники питания. - М., Русское радио, 1968.

9. Иоффе, А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. - М., Издательство АН СССР Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат, 1956.

10. Охотин, А.С., Ефремов, А.А., Охотин, В.С. Термоэлектрические генераторы. - М., Атомиздат, 1971.

11. Состояние и перспективы развития мировой энергетики. Наша родина и современный мир, №4, 2001, 231-238.

12. Емельянов, А. Солнечная кандидатура. Экология и жизнь, №6, 2001,22-23.

13. Емельянов, А. Нестандартная энергетика. Экология и жизнь, №6, 2001,24-26.

14. Андреев, В.М. Свет звезды. Экология и жизнь, №6, 2001, 49-53.

15. Гринкевич, Р. Тенденции мировой электроэнергетики. Глобальная Гелиоэнергетика: состояние и перспективы - реферат экономика и международные дела, №4, 2003, 15-24.



gemoliticheskaya-sistema-eritrociti-barana-gemoliticheskaya-sivorotka.html
gemoliticheskij-shoketiologistadiiklinikalechenie.html
gemopoez-i-metabolicheskij-status-eritrocitov-mishej-pri-dlitelnom-kombinirovannom-vozdejstvii-ioniziruyushej-radiacii-i-himicheskih-veshestv-modeliruyushem-usloviya-mezhplanetnih-polyotov.html