Солнечная энергия – самая лучшая альтернатива

Альтернативные источники энергии – источники энергии, не основанные на сжигании ископаемого топлива в процессе получения энергии.

Возобновляемые источники энергии – источники, использующие не накопленную солнечную энергию в различных формах (энергия ветра, биомассы, солнечной радиации в солнечных батареях, геотермальная энергия).

Что подтолкнуло меня начать исследовательскую работу, именно на эту тему?

Моя работа началась с того, что нашему классу задали доклад по физике на тему: «Альтернативные источники энергии». Я выбрала альтернативный источник энергии – солнечные батареи. Потому, что на мой взгляд, это самый перспективный вид альтернативной энергии. Вместе с этим в РФ вышли несколько документов о необходимости альтернативных источников энергии.

Первые шаги российского Правительства в направлении развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ) были сделаны с внесения поправок 4 ноября 2007 г. в Федеральный закон N35 “Об электроэнергетике”, в которых было введено понятие “возобновляемых источников”, названы источники энергии, которые государство относит к возобновляемым, обозначены основные направления, принципы и методы поддержки ВИЭ, а именно:

• Выпуск сертификатов, подтверждающих определенный объем генерации на основе возобновляемых источников, с последующим погашением

• Установление надбавки к равновесной цене оптового рынка для генераторов на основе ВИЭ

• Установление обязательного объема потребления электроэнергии, произведенной на основе ВИЭ, для покупателей на оптовом рынке.

Функции регулирования, сертификации и контроля передаются “Совету рынка”. Этот законодательный акт является базовым для всех последующих законодательных инициатив, однако, не останавливается подробно на вопросах механизмов поддержки. Для целей развития правовой базы по вопросам механизмов поддержки, в 2008 г. было принято 2 документа.

Это постановление Правительства РФ N426 от 3 июня 2008 г. “О квалификации генерирующего объекта на основе возобновляемых источников энергии”, которое определяет генерирующий объект, имеющий право на государственную поддержку. Этим правом обладает генератор, при условии его соответствия следующим критериям:

• Функционирование на основе исключительно возобновляемых источников или в режиме комбинированного использования возобновляемых и иных источников энергии

• Нахождение в эксплуатации

• Присоединение к электрическим сетям сетевой организации и наличие необходимых средств измерения

• Выполнение с помощью генератора целевых показателей.

Кроме этого в документе оговаривается механизм взаимодействия с “Советом рынка” и подтверждения статуса объекта, как классифицированного функционирующим на основе ВИЭ.

Другой документ – Приказ Минэнерго от 17 ноября 2008г. N187 “О порядке ведения реестра выдачи и погашения сертификатов, подтверждающих объем производства электрической энергии на квалифицированных генерирующих объектах, функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии” устанавливает систему выпуска и возмещения сертификатов, подтверждающих генерацию на основе возобновляемых источников. А также устанавливает для различных источников энергии сертификаты разного вида, в целях большей гибкости системы стимулирования. Срок действия сертификатов установлен в размере 3 лет. Орган, ведущий реестр – “Совет рынка”.

8 января 2009 г. принят один из наиболее важных на сегодняшний день документов – Распоряжение Правительства N1-р “Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 г. ”, устанавливающий принципы государственной политики, комплекс мер по развитию и целевые показатели (показатель в 4,5% электроэнергии на основе ВИЭ к общей генерируемой энергии к 2020 г. ).

Основная часть

Для начала я выбрала с какого вида альтернативного источника мне начать. Этим источником стали солнечные батареи.

Дальше мне стало интересно, для начала, как пользуются солнечными батареями за границей.

А как дела в этой отрасли обстоят в нашей стране?

В нашей стране все только начинается.

А ведь количество солнечной энергии, поступающей на Землю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и других энергетических ресурсов. Использование все-го лишь 0,0125 % могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергети-ки, а использование 0,5% - полностью покрыть потребности в будущем.  Преимущества технологий, использующих энергию солнца, в том, что при работе солнечных установок практически не добавляется тепло в приземные слои атмосферы, не создается тепличный эффект и не происходит загрязнения воздуха. Но у солнечной энергии есть недостаток - ее зависимость от состояния атмосферы, времени суток и года и продолжительности солнеч-ного сияния.

Поэтому я разыскала карту наиболее благоприятных районов, где продолжительность солнечного сияния максимальна, а значит наиболее эффективно использование в этих районах солнечных установок.

Такими районами в нашей стране, по оценкам специалистов, являются Северный Кавказ, Астраханская область, Калмыкия, Тува, Бурятия, Читинская область, Дальний Восток. Братск в эти районы не входит. Но наш край очень солнечный, уж я-то это знаю, живу здесь всю свою жизнь.

Мне удалось взять информацию из метеоцентра за два года (2008 и 2009): ежедневные метеонаблюдения. Просчитав продолжительность солнечного сияния для каждого месяца года, нашла среднее значение для месяца. Разыскала в Интернете подобную информацию о других районах, сравнила:

Продолжительность солнечного сияния в некоторых городах бывшего СССР

Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Севастополь 62 75 145 202 267 316 356 326 254 177 98 64 Алушта 77 79 146 184 253 299 340 323 261 180 106 73 Батуми 99 105 126 148 199 235 214 223 201 176 125 107 Москва 30 58 113 161 242 256 258 218 136 73 32 20 Братск 101 127 329 235 291 258 311 223 135 90 65 41

Для большей наглядности представила эту таблицу в виде диаграмм, куда внесла допол-нительно данные о суммарной продолжительности дня для соответствующего месяца. Получилось очень наглядно и убедительно.

Продолжительность солнечного сияния (ч)

Продолжительность солнечного сияния за год

Как можно увидеть из этих графиков, Братск лишь чуть-чуть уступает Севастополю и Алуште. Годовая продолжительность солнечного сияния в Братске более 2000 часов, что соответствует благоприятным условиям использования преобразователей солнечной энергии.

Значит стоит и в нашем городе применять установки и системы преобразующие энергию Солнца в тепло и электроэнергию!!!

Но с чего можно начать?

Можно начать с наших дач или отдельных строений, куда трудно подвести электроэнер-гию.

Самое интересное то, что семья из 3 чел, проживая в 3-х комнатной квартире, потребляет порядка 200кВт/мес.

Загородный дом размеров 8х8 метров, площадь крыши (возьмем половину направленную на юг) будет около 40 м2. С 1-го м2 можно получить 0,12 кВт мощности. Что составит 4,8 кВт. а при умножении на 6 часов светового дня получим 25 кВт. ч энергии, что в месяц, при 20 солнечных днях даст 500 кВт. ч. Этого хватит с запасом.

(1м2 батареи приблизительно выдает до 120 Вт энергии в ясный день )

Заключение

Моя работа позволила мне сделать вывод, что на территории Братска и Братского района можно эффективно использовать преобразователи солнечной энергии разных видов, так как здесь достаточная продолжительность солнечного сияния (более 2000 часов в год). Я, конечно, понимаю, что проблема приобретения таких установок заключается в основном в цене, но наша промышленность так развивается, что можно надеяться на то, что в скором времени разработчики смогут предложить населению недорогостоящие, многофункциональные преобразователи.

В дальнейшем мне бы хотелось исследовать, а также возможно изобрести другие виды источников энергии.

Эта работа открыла мне дверь в необъятный мир альтернативных источников, я поняла, что это на самом деле очень интересная тема, а самое главное, она актуальна и интересует всех.

Вывод: Об альтернативных источниках энергии говорили, говорят и будут говорить. Происходит это не только потому, что с каждым днем на планете становится все жарче, исчезает какой-то вид растений и животных, но и по причине стремительного роста цен на самые необходимые продукты.

Энергия солнца и солнечные батареи.

Солнце - неисчерпаемый источник энергии - ежесекундно дает Земле 80 тысяч миллиардов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира.

Источником энергии Солнца служит его ядро — настоящий ядерный реактор, в котором атомы, сталкиваясь друг с другом, высвобождают огромную энергию. Солнце такое большое и его ядро настолько плотное, что требуются миллионы лет, для того чтобы ядерная энергия вышла на поверхность. Как сообщается на сайте Центра космических прогнозов, «если бы Солнце в настоящий момент вдруг перестало вырабатывать энергию, это существенно сказалось бы на нашей планете только через 50 000 000 лет!»

Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли в, 6,7 раза больше мирового потенциала ресурсов органического топлива. Использование только 0,5 % этого запаса могло бы полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. На Севере технический потенциал солнечной энергии в России (2,3 млрд. т. топлива в год) приблизительно в 2 раза выше сегодняшнего потребления топлива.

Исчезнувшая муха и усовершенствование солнечных батарей.

В журнале «Нью сайентист» писалось об одном ученом, который в музее увидел несколько фотографий исчезнувшей мухи, сохранившейся в янтаре. На глазах насекомого он заметил ряды решеток и заподозрил, что они, должно быть, помогали улавливать больше света, особенно падающего под очень острым углом. Вместе с другими исследователями он начал ставить опыты, и их догадки подтвердились.

Вскоре ученые решили попробовать создать решетчатые солнечные панели, копирующие поверхность мушиных глаз. Они надеются, что такие солнечные панели будут вырабатывать больше энергии. Кроме того, может отпасть необходимость в дорогих системах наведения, которые в настоящее время требуются для нацеливания панелей на солнце. За счет усовершенствования солнечных панелей может сократиться потребление ископаемого топлива, а, следовательно, и загрязнение окружающей среды,— цель, что и говорить, стоящая. Подобные открытия помогают нам увидеть, что природа — это кладезь гениальных конструкций, которые только и ждут того, чтобы их открыли, поняли и по возможности с пользой скопировали.

Как экономят энергию за границей?

В Израиле и Исландии экономят электроэнергию за счет использования природных ресурсов:

■ на Святой земле воду в баках на крышах домов греет солнце.

Солнечный коллектор. Солнечные электростанции. Концетраторы.

Что представляет из себя такая конструкция, как солнечный коллектор?

■ Активные системы основаны на использовании коллекторов, устройств преобразующих солнечную энергию в тепло. Плоский солнечный коллектор состоит из поглощающей энергию плиты, остекления, и расположенных между плитой и стеклом труб. По трубам с помощью насоса циркулирует нагревающаяся жидкость.

Солнечный коллектор — устройство для сбора энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением

■ Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбером; он связан с теплопроводящей системой. Прозрачный элемент (стекло) обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов.

■ При отсутствии разбора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—200 °C.

■ Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности.

■ Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Так выглядит схема отопительной системы дома, работающей на энергии Солнца.

Температура в системе водоснабжения зависит от площади солнечного коллектора.

Солнечные коллекторы широко используются в мире для снабжения горячей водой домов

А в недалеком будущем так будут выглядеть крыши многих городов

Как преобразуется солнечная энергия?

Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии.

■ Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии является одним из наиболее быстро развивающихся в мире направлением использования возобновляемых источников энергии.

Солнечные электростанции.

Солнечные электростанции промышленного типа

■ Впервые идея создания солнечной электростанции промышленного типа была выдвинута советским инженером Н. В. Линицким в 1930-х гг. Тогда же им была предложена схема солнечной станции с центральным приёмником на башне. В ней система улавливания солнечных лучей состояла из поля гелиостатов — плоских отражателей, управляемых по двум координатам. Каждый гелиостат отражает лучи солнца на поверхность центрального приёмника, который для устранения влияния взаимного затенения поднят над полем гелиостатов. По своим размерам и параметрам приёмник аналогичен паровому котлу обычного типа.

■ Экономические оценки показали целесообразность использования на таких станциях крупных турбогенераторов мощностью 100 МВт. Для них типичными параметрами являются температура 500 °C и давление 15 МПа. С учётом потерь для обеспечения таких параметров требовалась концентрация порядка 1000. Такая концентрация достигалась с помощью управления гелиостатами по двум координатам. Станции должны были иметь тепловые аккумуляторы для обеспечения работы тепловой машины при отсутствии солнечного излучения.

■ В США с 1982 г. было построено несколько станций башенного типа мощностью от 10 до 100 МВт. Подробный экономический анализ систем этого типа показал, что с учётом всех затрат на сооружение 1 кВт установленной мощности стоит примерно $1150. Один кВт·ч электроэнергии стоил около $0,15.

Концентраторы

Что представляют концетраторы?

■ параболоцилиндрические концентраторы имеют форму параболы, протянутую вдоль прямой.

■ В 1913 году Франк Шуман (Frank Shuman) построил в Египте водоперекачивающую станцию из параболоцилиндрических концентраторов. Станция состояла из пяти концентраторов каждый 62 метра в длину. Отражающие поверхности были изготовлены из обычных зеркал. Станция вырабатывала водяной пар, с помощью которого перекачивала около 22 500 литров воды в минуту

■ Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в линию и может обеспечить его стократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка с теплоносителем (масло), или фотоэлектрический элемент. Масло нагревается в трубке до температуры 300—390 °C.

■ Параболоцилиндрические зеркала изготовляют длиной до 50 метров. Зеркала ориентируют по оси север—юг, и располагают рядами через несколько метров. Теплоноситель поступает в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором.

■ Концентрация солнечного излучения позволяет сократить размеры фотоэлектрического элемента. Но при этом снижается его КПД, и требуется некая система охлаждения.

■ Германская компания Solar Millennium AG строит во Внутренней Монголии (Китай) солнечную электростанцию. Общая мощность электростанции увеличится до 1000 МВт к 2020 году. Мощность первой очереди составит 50 МВт.

■ В июне 2006 года в Испании была построена первая термальная солнечная электростанция мощностью 50 МВт. В Испании к 2010 году может быть построено 500 МВт электростанций с параболоцилиндрическими концентраторами.

■ Всемирный банк финансирует строительство подобных электростанций в Мексике, Марокко, Алжире, Египте и Иране.