Перспективы развития солнечной энергетики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Старооскольский технологический институт им. А.А. Угарова

(филиал) федерального государственного автономного

образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МИСиС»

Факультет ММТ

Кафедра металлургии и металловедения им. С.П. Угаровой

Дисциплина Технологический прогресс. Современные проблемы науки

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Перспективы развития солнечной энергетики

Студент Шилов Александр Андреевич

Преподаватель

^{(подпись, ученая степень, звание, Ф.И.О.)}

Отчет защищен с оценкой

«____» __________________ 2016г.

Старый Оскол 2016

Содержание

Введение…………………………………………………………………………3

1. Перспективы развития солнечно энергетики……………………….….4

2. Термодинамическое преобразование солнечной энергии…………….7

3. Коллекторы солнечной энергии………………………………………...9

4. Наземные солнечные установки……………………………………….14

5. Космические солнечные станции………………………………….…..13

Заключение………………………………………………………………….….14

Список использованной литературы……………………………………….…15

Введение

Солнце – источник всего на Земле: света, тепла, жизни. Только солнечный свет дарил людям тепло до того, как они научились добывать огонь, – солнечная энергетика была первой, освоенной человеческим сообществом. Недаром само это сообщество возникло, как утверждают палеонтологи, под жарким солнцем экватора, в Центральной Африке. По-видимому, энергетика Солнца станет самой приемлемой и в будущие эпохи благодаря своей естественности (дается-то даром), неисчерпаемости и экологической чистоте.

Почему же до сих пор она оставалась в тени? Почему в течение тысячелетий человек предпочитал согревать себя и готовить пищу, сжигая дрова, уголь, нефть, создавая хитроумные сооружения на быстрых реках и продувных ветрах, добывая (в последнее время) опасный радиоактивный уран? Потому что для технически неразвитого общества, прикованного к земной поверхности, солнечные энергостанции были бы маломощными, громоздкими, зависящими от погоды – практически неконкурентными.

Только фантасты чутьем угадывали их будущий неизбежный взлет.

С выходом в космос, созданием орбитальных станций и бурным развитием электроники (в первую очередь полупроводников) ситуация резко изменилась. Сейчас солнечная энергетика – не далекая мечта, а каждодневная реальность, занимающая все больше места в деятельности научных институтов и промышленных организаций.

Солнечная энергия неисчерпаема – при бесконечном росте наших технических возможностей.

Перспективы развития солнечной энергетики

Ежесекундно солнце излучает 88·1024 кал. или 370·1012 ГДж теплоты. Из этого количества теплоты на Землю попадает в энергетическом эквиваленте только 1, 2·1012 Вт, т.е. за год 1018 кВт·ч, или в 10000 раз больше той энергии, которая сегодня потребляется в мире. По сравнению с ним все остальные источники энергии дают теплоты пренебрежимо мало. Если, к примеру, потенциал Солнца определять по солнечной энергии, падающей только на свободные необрабатываемые земли, то среднегодовая мощность составит около 10000 гВт, что примерно в 5000 раз больше, чем мощность всех современных стационарных энергетических установок мира. Практическую целесообразность использования солнечной энергии устанавливают исходя из максимального солнечного излучения, равного 1кВт/м². Это так называемая наибольшая плотность потока солнечного излучения, приходящего на Землю. Это излучение в диапазоне длин волн 0, 3 -2, 5 мкм, называется коротковолновым и включает видимый спектр. Однако оно длится всего 1-2 часа в летние дни на близких к экватору широтах. Для населенных районов в зависимости от места, времени суток и погоды среднее солнечное излучение составляет 200-250 Вт/м². Но и это очень много с точки зрения производственной деятельности. К примеру, средняя плотность искусственной энергии, обусловленной хозяйственной деятельностью равна всего 0, 02 Вт/м², т.е. в 10000 раз меньше средней плотности солнечной энергии. В отдельных местах Земного шара этот показатель значительно выше (в Японии - 2 Вт/м², в Русском районе в Германии - 20 Вт/м²). Расчеты показали, что для удовлетворения современного энергопотребления достаточно превратить солнечную энергию, падающую на 0, 0025% поверхности Земли, в электрическую. [2]

Этот краткий анализ позволяет сделать вывод, что непосредственное использование только солнечной энергии может свободно покрыть все потребности человечества в электроэнергии.

Тепловая энергия его может быть использована с помощью стандартных технических устройств (например, паровых турбин) и, что более важно, методами, разработанными на основе фотохимических и фотофизических взаимодействий. Солнечные устройства, использующие энергию солнечного излучения, могут располагаться как на поверхности Земли, так и вне атмосферы Земли.

В процессе прохождения коротковолнового солнечного излучения через атмосферу различают следующие виды взаимодействий:

1. поглощение - переход энергии излучения в тепло, возбуждение молекул, с последующим излучением света большой угол.

2. рассеяние - изменение направления распространения света в зависимости от угла.

3. отражение не зависит от угла, в среднем около 30% интенсивности космического солнечного излучения отражается обратно в космическое пространство. Большую часть излучения отражают об лака, меньшую - снег и лед на поверхности земли. [1]

Таким образом, установкой приемника солнечной энергии необходимо определить, какое количество энергии требуется собрать, как предлагается использовать собранную энергию. Тогда можно рассчитать размер приемника.

Наиболее очевидная область использования солнечной энергии это подогрев воды, воздуха. В районах с холодным климатом необходимо отопление жилых помещений и горячее водоснабжение. Энергия Солнца используется в нагревателях воды, воздуха, солнечных дистилляторах, зерносушилках, солнечных башнях (солнечная энергетическая установка башенного типа). Солнечные системы, которые предназначены для выработки электрической энергии, называются СЭС (солнечные энергетические станции).

Концентрация солнечной энергии позволяет получить температуры от 100 до700°С, т.е. достаточно высокие для работы теплового двигателя с приемлемым к.п.д. Изготовление параболических концентраторов с диаметром превышающим 30 м, довольно сложно, тем не менее мощность одного такого устройства составляет 700 кВт, что позволяет получить до 200 кВт*час электроэнергии. Этого достаточно для небольших энергосистем, но не для стационарных коммунальных сетей.