Saule ir viens no drošākajiem un neizsmeļamākajiem enerģijas avotiem. Pareiza tā izmantošana ir jebkuras nozares vai valsts vides drošības un ekonomiskās efektivitātes jautājums. Šādam enerģijas avotam kā saule ir vairākas būtiskas priekšrocības salīdzinājumā ar citiem populāriem. Tas neizdzisīs un var dot cilvēkam milzīgu kilovatstundu skaitu, tas ir videi draudzīgs un ekonomisks, Saule ir pieejama jebkuram Zemes stūrim un spēj ietaupīt Dabas resursi noplicināts ar katru nozāģētu koku un iegūto kilogramu ogļu.
Saules enerģija ir atjaunojama, tas ir, tā var pastāvēt bez cilvēka iejaukšanās dabā, atšķirībā no atomenerģijas, saule nevar kaitēt videi un saglabā mežus un upes tīrus sākotnējā formā.
Lietošanas piemēri
Paņemiet parasto ar saules enerģiju darbināmu - tas ir elementārākais piemērs saules enerģijas izmantošanai un pārvēršanai elektroenerģijā, tumšas virsmas spēj efektīvi absorbēt starus un izmantot gaismekļa enerģiju, pārvēršot to siltumā. Saules enerģijas savākšanai un uzglabāšanai jau sen tiek izmantotas īpašas tehnoloģijas, kas ir progresīvi zinātnes un tehnikas sasniegumi, kas spējusi veiksmīgi aizstāt benzīnu automašīnās, siltumā un gaismas namos.
Lietošana ģeogrāfiskās iezīmes noteiktu ēku atrašanās vieta kopā ar mūsdienīgi materiāliļauj cilvēcei pilnībā pāriet uz saules gaismas enerģiju, kamēr viss modernas iekārtas komunikācijas: televīzija, internets un citas ērtības turpinās darboties kā ierasts. Šādas ēkas ir videi draudzīgas un ļoti ekonomiskas.
Veiksmīgi tiek izmantoti īpaši elementi, kas pārvērš saules enerģiju kosmosa tehnoloģijas, mūsdienu satelīti un kosmosa stacijas ir aprīkotas ar īpašām baterijām, kuras darbina parastas zvaigznes stari. Saules enerģija ir ļoti ērti lietojama un pieejama pat mežonīgākajos un attālākajos zemeslodes nostūros, kur sakaru un elektrolīniju izbūve ir ļoti sarežģīta vai neiespējama.
Lietošana elektriskā enerģija tīrā veidā ne vienmēr ir ērti, tāpēc daudzas sistēmas izmanto jauktus elektroenerģijas avotus, apvienojot Sauli un tradicionālos enerģijas veidus.
Mūsdienās enerģijas patēriņa problēma ir diezgan aktuāla – planētas resursi nav bezgalīgi, un savas pastāvēšanas laikā cilvēce ir diezgan daudz izpostījusi dabas doto. Šobrīd aktīvi tiek iegūtas ogles un nafta, kuru krājumi ar katru dienu kļūst mazāki. ļāva cilvēcei spert neticamu soli nākotnē un izmantot atomenerģiju, līdz ar šo svētību radot milzīgas briesmas visai videi.
Ne mazāk aktuāla ir arī vides problēma – aktīva resursu ieguve un to tālāka izmantošana nelabvēlīgi ietekmē planētas stāvokli, mainot ne tikai augšņu raksturu, bet pat klimatiskos apstākļus.
Tāpēc īpaša uzmanība vienmēr ir pievērsta dabas enerģijas avotiem, tādiem kā, piemēram, ūdens vai vējš. Visbeidzot, pēc tik daudzu gadu aktīvas pētniecības un attīstības cilvēce ir “izaugusi” līdz saules enerģijas izmantošanai uz Zemes. Par viņu tiks runāts tālāk.
Kas tajā ir tik pievilcīgs
Pirms turpināt konkrēti piemēri, noskaidrosim, kāpēc pētnieki no visas pasaules ir tik ieinteresēti šāda veida enerģijas ražošanā. Tās galveno vērtību var saukt par neizsmeļamu. Neskatoties uz daudzajām hipotēzēm, iespēja, ka tuvākajā nākotnē nodzisīs tāda zvaigzne kā Saule, ir ārkārtīgi maza. Tas nozīmē, ka cilvēcei ir iespēja saņemt tīru enerģiju pilnīgi dabiskā veidā.
Otra neapšaubāma saules enerģijas izmantošanas priekšrocība uz Zemes ir šīs iespējas videi draudzīgums. Ietekme uz vidi šādos apstākļos būs nulle, kas savukārt nodrošina visai pasaulei daudz gaišāku nākotni nekā tā, kas paveras ar pastāvīgu ierobežotu pazemes resursu ieguvi.
Visbeidzot, īpaša uzmanība jāpievērš tam, ka Saule rada vismazākās briesmas pašam cilvēkam.
Kā īsti
Tagad ķersimies pie lietas. Zem nedaudz poētiskā nosaukuma saules enerģija» patiesībā slēpjot starojuma pārvēršanu elektroenerģijā, izmantojot īpaši izstrādātas tehnoloģijas. Šo procesu nodrošina fotoelementi, kurus cilvēce ārkārtīgi aktīvi izmanto saviem mērķiem, turklāt diezgan veiksmīgi.
Saules radiācija
Vēsturiski tā ir sagadījies, ka lietvārds "starojums" cilvēkā izraisa vairāk negatīvu asociāciju nekā pozitīvas saistībā ar tām cilvēka izraisītajām katastrofām, kuras pasaulei savas dzīves laikā izdevās pārdzīvot. Neskatoties uz to, Saules enerģijas izmantošanas tehnoloģija uz Zemes nodrošina darbu ar to.
Faktiski šāda veida starojums ir elektromagnētiskais starojums, kura diapazons ir robežās no 2,8 līdz 3,0 mikroniem.
Cilvēces tik veiksmīgi izmantotais saules spektrs patiesībā sastāv no trīs veidu viļņiem: ultravioletā (apmēram 2%), aptuveni 49% ir gaismas viļņi un, visbeidzot, tikpat daudz nokrīt Saules enerģijai ir neliels skaits citu komponentu, bet viņu loma ir tik nenozīmīga, ka tiem nav īpašas ietekmes uz Zemes dzīvi.
Saules enerģijas daudzums, kas skar zemi
Tagad, kad ir noteikts cilvēces labā izmantotā spektra sastāvs, jāatzīmē vēl viena svarīga šī resursa iezīme. Saules enerģijas izmantošana uz Zemes šķiet ļoti daudzsološa arī tāpēc, ka tā ir pieejama diezgan lielos daudzumos par gandrīz minimālām apstrādes izmaksām. Kopējais zvaigznes izstarotās enerģijas daudzums ir ārkārtīgi liels, bet Zemes virsmu sasniedz aptuveni 47%, kas ir vienāds ar septiņsimt kvadriljonu kilovatstundu. Salīdzinājumam mēs atzīmējam, ka tikai viena kilovatstunda var nodrošināt desmit gadu spuldzes darbību ar simts vatu jaudu.
Saules starojuma jauda un enerģijas izmantošana uz Zemes, protams, ir atkarīga no vairākiem faktoriem: klimatiskie apstākļi, staru krišanas leņķis uz virsmas, gada laiks un ģeogrāfiskā atrašanās vieta.
Kad un cik daudz
Ir viegli uzminēt, ka ikdienas saules enerģijas daudzums, kas nokrīt uz Zemes virsmas, pastāvīgi mainās, jo tas ir tieši atkarīgs no planētas stāvokļa attiecībā pret Sauli un pašas zvaigznes kustības. Jau sen zināms, ka pusdienlaikā starojums ir maksimāls, savukārt no rīta un vakarā staru skaits, kas sasniedz virsmu, ir daudz mazāks.
Ar pārliecību varam teikt, ka saules enerģijas izmantošana būs visproduktīvākā reģionos, kas ir pēc iespējas tuvāk ekvatoriālajai joslai, jo tieši tur atšķirība starp augstākajiem un zemākajiem rādītājiem ir minimāla, kas norāda uz maksimālo sasniedzamo starojuma daudzumu. planētas virsma. Piemēram, tuksnešainajos Āfrikas apgabalos radiācijas apjoms gadā sasniedz vidēji 2200 kilovatstundas, savukārt Kanādā vai, piemēram, Centrāleiropā, rādītāji nepārsniedz 1000 kilovatstundas.
Saules enerģija vēsturē
Ja domājat pēc iespējas plašāk, mēģinājumi "pieradināt" lielo spīdekli, kas silda mūsu planētu, aizsākās senatnē pagānisma laikā, kad katru elementu iemiesoja atsevišķa dievība. Tomēr, protams, tad par saules enerģijas izmantošanu nebija runas – pasaulē valdīja maģija.
Tēmu par Saules enerģijas izmantošanu uz Zemes sāka aktīvi aktualizēt tikai 14. gadsimta beigās - 20. gadsimta sākumā. Īstu izrāvienu zinātnē 1839. gadā veica Aleksandrs Edmonds Bekerels, kuram izdevās kļūt par fotoelektriskā efekta atklājēju. Šīs tēmas izpēte ir ievērojami palielinājusies, un pēc 44 gadiem Čārlzs Fritss varēja izveidot pirmo moduli vēsturē, kura pamatā bija apzeltīts selēns. Šāda Saules enerģijas izmantošana uz Zemes deva nelielu daudzumu atbrīvotās elektroenerģijas - kopējais ģenerācijas apjoms toreiz bija ne vairāk kā 1%. Tomēr visai cilvēcei tas bija īsts izrāviens, kas pavēra jaunus zinātnes apvāršņus, par kādiem iepriekš nebija pat sapņos.
Pats Alberts Einšteins sniedza nozīmīgu ieguldījumu saules enerģijas attīstībā. AT mūsdienu pasaule zinātnieka vārds biežāk tiek saistīts ar viņa slaveno relativitātes teoriju, bet patiesībā viņam Nobela prēmija tika piešķirta tieši par pētījumu
Saules enerģijas izmantošanas tehnoloģija uz Zemes līdz pat mūsdienām piedzīvo vai nu straujus kāpumus vai ne mazāk straujus kritumus, taču šī zināšanu nozare tiek pastāvīgi papildināta ar jauniem faktiem, un mēs varam cerēt, ka pārskatāmā nākotnē durvis uz pilnīgi jaunu. pasaule atvērsies mūsu priekšā.
Daba ir pret mums
Mēs jau esam runājuši par Saules enerģijas izmantošanas priekšrocībām uz Zemes. Tagad pievērsīsim uzmanību šīs metodes trūkumiem, kas diemžēl nav mazāki.
Tiešās atkarības no ģeogrāfiskās atrašanās vietas, klimatiskajiem apstākļiem un Saules kustības dēļ saules enerģijas ražošana pietiekamā daudzumā prasa milzīgas teritoriālās izmaksas. Būtība ir tāda, ka jo lielāka ir saules starojuma patēriņa un apstrādes platība, jo lielāku videi draudzīgās enerģijas daudzumu mēs saņemsim izejā. Šādu milzīgu sistēmu izvietošanai ir nepieciešams liels brīvas vietas daudzums, kas rada zināmas grūtības.
Vēl viena problēma saistībā ar Saules enerģijas izmantošanu uz Zemes ir tiešā atkarība no diennakts laika, jo naktī paaudze būs nulle, bet no rīta un vakarā tā būs ārkārtīgi nenozīmīga.
Papildu riska faktors ir paši laikapstākļi - pēkšņas apstākļu izmaiņas var ārkārtīgi negatīvi ietekmēt šāda veida sistēmas darbību, jo tās rada grūtības vajadzīgās jaudas atkļūdošanā. Savā ziņā situācijas ar krasām patēriņa un ražošanas apjoma izmaiņām var būt bīstamas.
Tīrs, bet dārgs
Saules enerģijas izmantošana uz Zemes šobrīd ir sarežģīta tās augsto izmaksu dēļ. Galveno procesu īstenošanai nepieciešamajiem fotoelementiem ir diezgan augstas izmaksas. Protams, šāda veida resursa izmantošanas pozitīvie aspekti atmaksājas, taču no ekonomiskā viedokļa šobrīd nav jārunā par pilnu skaidras naudas izmaksu atmaksu.
Taču, kā liecina tendence, saules bateriju cena pamazām krītas, lai ar laiku šo problēmu varētu pilnībā atrisināt.
Procesa neērtības
Saules kā enerģijas avota izmantošana ir arī sarežģīta, jo šī resursu apstrādes metode ir diezgan darbietilpīga un neērta. Radiācijas patēriņš un apstrāde ir tieši atkarīga no plākšņu tīrības, ko nodrošināt ir diezgan problemātiski. Turklāt elementu sasilšana arī ārkārtīgi negatīvi ietekmē procesu, ko var novērst, tikai izmantojot jaudīgākās dzesēšanas sistēmas, kas prasa papildu materiālu izmaksas un ievērojamas.
Turklāt saules kolektoros izmantotās plāksnes pēc 30 gadu aktīva darba pamazām kļūst nelietojamas, un jau iepriekš tika pieminēta fotoelementu cena.
vides jautājums
Iepriekš tika runāts, ka šāda veida resursa izmantošana nākotnē var glābt cilvēci no diezgan nopietnām problēmām ar vidi. Resursu avots un gala produkts ir patiesi videi draudzīgs, cik vien iespējams.
Neskatoties uz to, saules enerģijas izmantošana, saules kolektoru darbības princips ir izmantot īpašas plāksnes ar fotoelementiem, kuru ražošanai nepieciešams daudz toksisku vielu: svina, arsēna vai kālija. To izmantošana pati par sevi nenodara kaitējumu videi, tomēr, ņemot vērā to ierobežoto darbības laiku, laika gaitā plākšņu utilizācija var kļūt par nopietnu problēmu.
Par ierobežojumu negatīva ietekme Attiecībā uz vidi ražotāji pakāpeniski pāriet uz plānās plēves plāksnēm, kurām ir zemākas izmaksas un kuras ir mazāk kaitīgas videi.
Veidi, kā pārvērst starojumu enerģijā
Filmas un grāmatas par cilvēces nākotni gandrīz vienmēr sniedz mums aptuveni vienādu priekšstatu par šo procesu, kas patiesībā var būtiski atšķirties no realitātes. Ir vairāki konvertēšanas veidi.
Visbiežāk var saukt iepriekš aprakstīto fotoelementu iesaistīšanos.
Kā alternatīvu cilvēce aktīvi izmanto saules siltumenerģiju, kuras pamatā ir speciālu virsmu sildīšana, kas ļauj ar pareizu iegūtās temperatūras virzienu sildīt ūdeni. Ja šo procesu maksimāli vienkāršosim, to var salīdzināt ar tvertnēm, kuras privātā sektora mājās izmanto vasaras dušai.
Vēl viens veids, kā izmantot starojumu enerģijas iegūšanai, ir "saules bura", kas var darboties tikai šāda veida sistēmā, kas pārvērš starojumu
Problēmu par ģenerācijas trūkumu naktī daļēji risina saules balonu elektrostacijas, kuru darbība turpinās, pateicoties atbrīvotās enerģijas uzkrāšanai un dzesēšanas procesa ilgumam.
Mēs un saules enerģija
Saules un vēja enerģijas resursi uz Zemes tiek izmantoti diezgan aktīvi, lai gan mēs bieži to nepamanām. Iepriekš jau tika pieminēta tautas ūdens sildīšana āra dušā. Patiesībā šiem nolūkiem visbiežāk tiek izmantota saules enerģija. Tomēr ir daudz citu piemēru: gandrīz katrā apgaismojuma veikalā var atrast akumulācijas spuldzes, kas, pateicoties dienā uzkrātajai enerģijai, var darboties bez elektrības pat naktī.
Instalācijas, kuru pamatā ir fotoelementi, tiek aktīvi izmantotas dažādās sūkņu stacijas un ventilācijas sistēmas.
Vakar Šodien Rīt
Viens no kritiskie resursi cilvēcei - saules enerģija, un tās izmantošanas izredzes ir ārkārtīgi augstas. Šī nozare tiek aktīvi finansēta, paplašināta un pilnveidota. Tagad saules enerģija ir visvairāk attīstīta Amerikas Savienotajās Valstīs, kur daži reģioni to izmanto kā pilnvērtīgu alternatīvu enerģijas avotu. Tāpat šāda veida elektrostacijas darbojas citās valstīs, kamēr tās jau sen ir virzījušās uz šāda veida elektroenerģijas ražošanu, kas drīzumā var atrisināt vides piesārņojuma problēmu.
Lasīšana 8 min. Skatījumi 756 Publicēts 27.11.2015
Liels un varens, mūžīgs un vienmēr jauns, tāpēc daudzās senajās reliģijās cilvēki runāja par Sauli. Viņi runāja par viņu kā par animētu objektu un pielūdza viņu, mērīja laiku un slavēja viņu kā visu zemes svētību primāro avotu.
Un šodien, kad nevienam nav noslēpums, ka tieši Saule ir galvenais dabiskais siltuma avots un attiecīgi arī dzīvībai daudzējādā ziņā jāsaskan ar izpratni par debesu ķermeņa lomu cilvēces dzīvē.
Nu ko gan citu cilvēce var izmantot savā ikdienā, ja ne pielūdz un saprot Saules nozīmi civilizācijas vēsturē? Protams, Saule ir augu fotosintēzei nepieciešamās enerģijas avots, tā liek dabā norisināties ūdens ciklam, tikai pateicoties Saulei, uz planētas ir viss mūsdienās zināmais fosilais kurināmais. Un arī saules enerģiju cilvēks var izmantot, lai apmierinātu savas vajadzības pēc enerģijas – siltuma un elektrības.
Saule ir galvenais enerģijas avots uz Zemes
Daba ir gudri parūpējusies par saules enerģijas nogādāšanas procesu uz Zemi, raidot saules starojumu no spīdekļa virsmas Trīs galvenie viļņu veidi sasniedz Zemes virsmu no visa elektromagnētiskā starojuma spektra:
- ultravioletie viļņi, to kopējais daudzums Saules spektrā pēc dažādām aplēsēm ir aptuveni 2%, kamēr cilvēka acij tas ir neredzams,
- gaismas viļņi veido apmēram pusi no Zemi sasniedzošās enerģijas - 49%, pateicoties šī diapazona viļņiem, cilvēkam ir iespēja redzēt visas pasaules krāsas;
- infrasarkanie viļņi, kas veido 49% no spektra, savukārt tieši pateicoties šiem 49% tiek uzkarsēta Zemes virsma, okeāni un zeme, un tieši šie viļņi ir cilvēces mūsdienās visvairāk pieprasītās saules enerģijas avots.
Saules enerģijas pārvēršanas elektrībā un siltumā princips
Tāpat kā jebkurš cits process, saules gaismas pārvēršana siltumenerģijā un elektriskajā enerģijā notiek saskaņā ar gaismas enerģijas tiešas pārvēršanas siltumenerģijā vai elektriskajā enerģijā principu - saules gaisma, nokrītot uz īpašas virsmas, uzsāk gaismas enerģijas pārvēršanas procesu elektriskajā vai siltumenerģijā. enerģiju.
Siltuma un elektroenerģijas iegūšanas process no saules enerģijas, neskatoties uz zināmu atšķirību, parasti ir ļoti līdzīgs, un to var attēlot daudzos veidos līdzīgu shēmu veidā:
- siltumenerģijas iegūšanai izmanto termokolektoru infrasarkano viļņu absorbēšanai, pēc tam atkarībā no sistēmas sarežģītības gala produkta sildīšanai izmanto akumulatorus un siltummaiņus;
- lai iegūtu elektroenerģiju, tiek izmantots saules gaismas tiešas pārvēršanas elektroenerģijā princips līdzstrāva Saules baterija saņem saules gaismu uz tās virsmas un pārvērš to elektrībā.
Kā mūsdienās tiek izmantota saules enerģija?
Daudzos veidos bezmaksas un atjaunojamās, un, attiecīgi, visdaudzsološākās saules enerģijas izmantošana mūsdienās jau sen ir pārgājusi no teorētiskās izpētes praksē. Liels skaits komercfirmu priekšlikumu padara šādu enerģiju pieejamu gandrīz ikvienam, savukārt galvenās šādas enerģijas izmantošanas jomas Ikdiena ir daudz pazīstamu lietu.
Saules paneļi
Visizplatītākais saules gaismas pārveidošanas avots elektrībā. Neskatoties uz salīdzinoši augstajām izmaksām un zemo jaudu, saules paneļi jau šodien var nodrošināt pusi no cilvēces vajadzībām pēc bezmaksas apgaismojuma.
Neskatoties uz šāda veida elektroenerģijas avota relatīvo novitāti un joprojām nepilnīgo tehnoloģiju, saules baterijas jau šodien tiek izmantotas gan dārza celiņu un ielu apgaismošanai, gan jau tiek izmantotas kā enerģijas avoti māju un pilsētas dzīvokļu apgaismošanai.
Mājas energoapgāde
Pirms pāris gadiem saules paneļu sistēma mājas apgaismošanai bija kaut kas ārpus fantāzijas sfēras, taču mūsdienās ir pilnīgi iespējams uz balkona vai ārsienas uzstādīt saules paneļu komplektu, kas var nodrošināt enerģiju atsevišķai dzīvoklis vai lauku māja.
Saules enerģijas izmantošanas tehnoloģija elektroenerģijas ražošanai vēl neļauj sasniegt pārāk augstu efektivitāti - vidēji tas ir aptuveni 13%, un ģenerētā strāva ir 12 V, taču arī ar šo enerģijas daudzumu pilnīgi pietiek, lai bez maksas izmantotu apgaismojumu dzīvoklī vai mājā.
Skepse pret mājas aprīkošanu ar saules paneļiem daudzējādā ziņā papildina iespēju paneļus darbināt mākoņainā dienā vai krēslas laikā, tomēr šis ir sen aizmirsts posms – visi prezentētie saules paneļi darbojas pat dziļā krēslā, un baterijas ir pietiekamas, lai barotu patērētājus ar strāvu līdz nākamajai uzlādei.
Pārnēsājami saules paneļi
Cits elektriskās strāvas avotu veids, ja nav stacionāra elektrotīkls. Pārnēsājamie paneļi, viegli un ērti, ir neaizstājami tiem, kuru dzīve ir saistīta ar pastāvīgu pārvietošanos tālu no civilizācijas, tūristiem, ceļotājiem un vasaras iedzīvotājiem, kuriem objektā nav elektrības, ļoti nepieciešama lieta tālruņa uzlādēšanai vai barošanai. radio.
saules kolektors
Vēl plašāks pielietojums ir atklājis saules enerģijas pārvēršanas procesa izmantošanu siltumenerģija. Tās vienkāršākais piemērs ir āra duša, kad trauks ar ūdeni tiek uzkarsēts saulē. Tomēr šodien tas nebūt nav visrentablākais risinājums saules enerģijas izmantošanai sadzīves vajadzībām - Vienkāršākais saules kolektors padara ūdens sildīšanas procesu daudz efektīvāku.
Saules kolektora būtība ir enerģijas absorbcija absorbējošajā elementā un tās pārnešana siltumenerģijas veidā, lai uzsildītu šķidrumu. Mūsdienās tiek izmantoti vairāki saules kolektoru veidi:
- dzīvoklis kolektors, kurā absorbējošais elements ir izgatavots plakana paneļa formā, kurā cirkulē dzesēšanas šķidrums;
- cauruļveida kolektors- saules enerģijas instalācijas veids, kurā darba šķidruma sildīšana notiek savstarpēji savienotās caurulēs ar labu siltumvadītspēju.
Karstā ūdens apgāde
Iestatījumi karstā ūdens apgāde- mūsdienās visvairāk izmantotais saules enerģijas instalācijas veids ar saules kolektoru. Saules sakarsētais darba šķidrums pa cauruļvadu nonāk koncentratora tvertnē, kur caur siltummaini tiek uzsildīts ūdens.
Ierīces shēma ir līdzīga parastajam elektriskajam katlam, tikai tvertnes iekšpusē elektriskā sildelementa vietā ir cauruļveida siltummainis ar darba šķidrumu. Salīdzinoši neliela iekārta ar saules kolektoru spēj nodrošināt bezmaksas mājas ūdens sildīšanu ikdienas patēriņam. karsts ūdens 4 cilvēku ģimene pavasara-rudens periodā.
Atšķirībā no karstā ūdens uzstādīšana autonomai apkurei apgāde, izmantojot saules gaismu, šodien izskatās daudzējādā ziņā joprojām ļoti eksotiska, bet kopumā tā nav fantāzija. Tas ir balstīts uz siltumenerģijas uzkrāšanas principu un tās pakāpenisku izmantošanu mājas telpu apkurei. Šādās instalācijās tiek izmantota kombinēta pieeja:
- ēka tiek labiekārtota- tiek veikta efektīvāka siltumizolācija, samazināti siltuma zudumi, nomainīti stikla pakešu logi;
- pagrabā ir siltuma akumulators, spēj uzkrāt lielu daudzumu siltumenerģijas;
- saules kolektori ir uzstādīti ar pildījumu ar īpašu dzesēšanas šķidrumu, spēj sasilt pie minimālās pozitīvas gaisa temperatūras;
Šāda apkures sistēma spēj nodrošināt lauku mājas apkuri rudens-ziemas periodā 60-70 dienas un ievērojot silta ziema, ar daudz saulainām dienām un iztikt bez citiem enerģijas avotiem visas apkures sezonas garumā.
saules koncentratori
Diezgan eksotisks, lai arī senatnīgs aparāts gaismekļa enerģijas izmantošanai. Koncentrētas saules gaismas izmantošana vienā punktā tiek skaitīta no laika Senā Grieķija kad Arhimēds ar spoguļu palīdzību sadedzināja ienaidnieka floti.
Mūsdienās saules koncentratorus galvenokārt izmanto kā videi draudzīgas virtuves kempingos vienkāršu maltīšu gatavošanai un saules enerģijas izmantošanai, kad tie ir ieslēgti. lielas platības paraboliskie spoguļi koncentrē saules gaismu uz cauruļvadiem ar dzesēšanas šķidrumu.
Saules transports
Mūsdienās nav nekāds pārsteigums, ka dīvaiņi izmanto saules enerģiju dažādiem mērķiem, taču, neskatoties uz to, Austrālijas regulārās sacīkstes visā kontinentā ar saules automašīnām joprojām tiek publicētas ziņkārības slejās. Un tajā pašā laikā pēdējo 10 gadu laikā šādu saules transportlīdzekļu ātrums ir palielinājies no 6 līdz 80 kilometriem stundā. Turklāt tiek gatavots otrais ar saules enerģiju darbināmas lidmašīnas ceļojums apkārt pasaulei.
Un, lai gan rūpnieciskais dizains joprojām ir tālu, bet, ja gaisa kuģis, kas izmanto saules enerģiju, riņķoja apkārt pasaulei, tad tuvākajā nākotnē tas kļūs par ikdienu.
Kur vislabāk izmantot saules enerģiju?
Savādi, bet to valstu reitingā, kuras saules enerģiju izmanto visracionālāk, praktiski nav neviena štata, kas ģeogrāfiski saņem visvairāk saules gaismas. Tas lielā mērā izskaidrojams ar to, ka brīvā enerģija visvairāk tiek mīlēta tur, kur viņi var skaitīt naudu.
Turklāt starp 10 valstīm, kas visvairāk izmanto saules enerģiju, ir valstis ar augsto tehnoloģiju attīstību, un tāpēc tās ir padarījušas saules enerģijas izmantošanas tehnoloģiju par vispieejamāko.
Šodien līderu vidū ir valstis, kas cenšas nodrošināt enerģētisko neatkarību ne tikai no valsts, bet arī no atsevišķa pilsoņa - Vācija, Itālija, Japāna.Šajās valstīs lielākā daļa saules enerģijas iekārtu tiek izmantotas kā saules paneļi āra apgaismojumam un karstajam ūdenim.
Amerikas Savienotajās Valstīs, kur atrodas lielākais saules elektrostaciju skaits, saules enerģijas izmantošana ir kļuvusi par rūpniecisku pamatu. Bet Saules izmantošanu vides nolūkos vislabāk var izdarīt Izraēlā - šeit viņi ne tikai atsāļo ūdeni, bet arī attīra kanalizācijas notekas ar saules instalācijām.
Saules enerģijas attīstības perspektīvas
Kari un naftas krīzes pašas par sevi mudina cilvēkus meklēt lētus un mūžīgus enerģijas avotus. Lai cik lēta būtu derīgo izrakteņu ieguve, bet to krājumi nav neierobežoti, turklāt ieguves tehnoloģijas daudzējādā ziņā kļūst bīstamas pašai cilvēces dzīvotnei. Un tāpēc saules enerģija arvien vairāk ieņem pozīcijas attīstīto valstu enerģētikas sektorā, pakāpeniski aizstājot kodolenerģiju un siltumenerģiju.
Šodien vairākas valstis jau ir pieņēmušas saules enerģijas attīstības programmas, kurās, piemēram, Vācijā līdz 2050.gadam plānots līdz 50% palielināt saules enerģijas izmantošanu valsts kopējā bilancē. Un Izraēla jau šodien izmanto aptuveni 15% no saules paneļu saražotās elektroenerģijas.
Saule ir milzīgs gaismas starojuma avots, kas nepārtraukti sūta milzīgu enerģijas daudzumu Zemes virzienā. Dzīve uz Zemes nebūtu iespējama bez saules siltuma un gaismas. Pateicoties saules enerģijai, notiek gaisa un ūdens cirkulācija, augos notiek fotosintēzes procesi, izdalās skābeklis.
Kā izmantot saules enerģiju?
Lai iegūtu enerģiju, cilvēce būtībā iznīcina ogļu, naftas un gāzes krājumus, kas ar katru dienu kļūst arvien mazāki. Kodolenerģijas izmantošana ir saistīta ar milzīgiem riskiem un rada milzīgu apdraudējumu videi. Tāpēc zinātnieki no visas pasaules strādā, lai palielinātu saules enerģijas izmantošanu uz Zemes.
Rīsi. 1. Saule ir spoža.
Saules starojums Zemi sasniedz tikai 480 sekundēs.
Cik daudz enerģijas var iegūt no saules
Saule katru gadu sūta uz Zemi 20 miljonus eksadžoulu (EJ). 1 EJ = 10 18 J. Uz Zemes ierodas aptuveni 25%. 70% no šīs enerģijas absorbē atmosfērā, atspoguļojas un pazūd. 1,54 miljoni eksadžouli gadā tieši sasniedz Zemes virsmu. Šī vērtība 5 reizes pārsniedz visu ogļūdeņražu degvielas (ogļu, naftas, gāzes) enerģijas rezervi, kas uz Zemes uzkrāta miljoniem gadu. Lielākā daļa enerģija uz mūsu planētas virsmas pārvēršas siltumā. Siltums sasilda zemi, ūdeni un gaisu. Tam tiek tērēta neliela daļa no saņemtās enerģijas. Piemēram, augi patērē tikai 0,5% no ienākošās saules enerģijas. Tādējādi enerģijas rezerves, ko cilvēce var izmantot ogļūdeņražu sadedzināšanas vietā, ir patiesi neierobežotas.
Saules enerģijas izmantošanas piemēri uz Zemes
Vienkāršākais saules enerģijas izmantošanas piemērs ir vasaras duša valstī, kurā ūdeni silda saule. Saules enerģiju mūsdienās izmanto tādās dzīves jomās kā:
- Privātmāju, pansionātu, sanatoriju elektroapgāde;
- Energoapgāde apmetnes atrodas tālu no pilsētas infrastruktūras;
- Lauksaimniecība;
- astronautika;
- Ekotūrisms;
- Ielu apgaismojums, dekoratīvais apgaismojums vasarnīcās;
- Mājokļu un komunālo pakalpojumu departaments;
- Lādētāji (uzlādes kalkulatori, pulksteņi, mobilie sīkrīki).
Vēl nesen šīs tehnoloģijas tika izmantotas tikai militārajā sfērā un astronautikā. Ar saules bateriju fotoelementu palīdzību ar enerģiju tika piegādāti satelīti un uz zemes esošie speciālie objekti.
Rīsi. 2. Kosmosa kuģis ar saules paneļiem.
Tagad saules enerģija ir kļuvusi izmantota ikdienas dzīvē un rūpnieciskajā ražošanā. Mūsdienās saules sistēmas bieži var atrast dienvidu reģionos. Visbiežāk tos izmanto privātajā sektorā, kā arī mazos tūrisma uzņēmumos (sanatorijas, atpūtas nami u.c.).
Kā mūsdienās tiek izmantota saules enerģija?
Saules starojuma enerģija uz Zemes tiek pārveidota siltumenerģijā un elektriskajā enerģijā, izmantojot pasīvās un aktīvās sistēmas. Pasīvās sistēmas ietver ēkas, kuru būvniecības laikā tiek izmantoti būvmateriāli, kas efektīvi absorbē saules starojuma enerģiju. Savukārt aktīvās sistēmas ietver siltuma kolektorus, kas pārvērš saules starojumu enerģijā, kā arī fotoelementus, kas to pārvērš elektrībā.
Saules paneļi
Pusvadītāju elementi (silīcija vafeles, Si) ģenerē elektrība kad saules gaisma tos skar, pateicoties Alberta Einšteina atklātajam fotoelektriskajam efektam. Liela skaita fotoelementu plākšņu komplekts veido saules bateriju. Šādus fotoelektriskos pārveidotājus ir viegli lietot, jo tie ir mazi, viegli kopjami un ir diezgan efektīvi kā saules enerģijas pārveidotāji. Darbs pie koeficienta palielināšanas noderīga darbība saules paneļu (efektivitāte) ir nepārtraukti. Ja pagājušā gadsimta vidū to efektivitāte bija 1%, tagad tā sasniedz 15%.
Rīsi. 3. Saules paneļi uz jumtiem vai uz zemes.
Līdz 2020. gadam Ķīna plāno kosmosā izvietot saules elektrostaciju.
Ko mēs esam iemācījušies?
Tātad, mēs esam iemācījušies, kā ar pasīvo un aktīvo sistēmu palīdzību saules starojuma enerģija tiek pārvērsta siltumenerģijā un elektriskajā enerģijā. Saules baterijas, kuru pamatā ir pusvadītāju elementi, ļauj izveidot videi draudzīgas spēkstacijas, īpaši reģionos ar lielu saulaino dienu skaitu. Pamatojoties uz šo informāciju, iespējams sagatavot ziņojumu “Saules enerģijas izmantošana uz Zemes”. Lai stundā prezentētu referātu, var demonstrēt fotoelementa darbību, piemēram, izmantojot fotoekspozīcijas mērītāju.
Tēmu viktorīna
Ziņojuma novērtējums
Vidējais vērtējums: 4.4. Kopējais saņemto vērtējumu skaits: 140.
Saulei ir īpaša loma Zemes dzīvē. Visa mūsu planētas organiskā pasaule par savu eksistenci ir parādā Saulei. Saule ir ne tikai gaismas un siltuma avots, bet arī daudzu citu enerģijas veidu (naftas, ogļu, ūdens, vēja enerģijas) sākotnējais avots.
Kopš parādīšanās uz zemes cilvēks sāka izmantot saules enerģiju. Saskaņā ar arheoloģiskajiem datiem ir zināms, ka mājokļiem priekšroka tika dota klusām vietām, kas slēgtas no aukstiem vējiem un atvērtas saules stariem.
Iespējams, par pirmo zināmo Saules sistēmu var uzskatīt Amenhotepa III statuju, kas datēta ar 15. gadsimtu pirms mūsu ēras. Statujas iekšpusē atradās gaisa un ūdens kameru sistēma, kas zem saules stariem iedarbināja slēptu mūzikas instrumentu. Senajā Grieķijā viņi pielūdza Heliosu. Šī dieva vārds mūsdienās veidoja pamatu daudziem ar saules enerģiju saistītiem terminiem.
Problēma ar elektroenerģijas nodrošināšanu daudzām pasaules ekonomikas nozarēm, pastāvīgi augošās pasaules iedzīvotāju vajadzības tagad kļūst arvien aktuālākas.
Vispārīga informācija par Sauli
Saule ir centrālais ķermenis Saules sistēma, karsta plazmas bumba, tipiska G2 pundurzvaigzne.
Saules raksturojums
- Masa MS~2*1023 kg
- RS~629 tūkst.km
- V \u003d 1,41 * 1027 m3, kas ir gandrīz 1300 tūkstošus reižu lielāks nekā Zemes tilpums,
- vidējais blīvums 1,41*103 kg/m3,
- spožums LS=3,86*1023 kW,
- efektīvā virsmas temperatūra (fotosfēra) 5780 K,
- rotācijas periods (sinodiskais) svārstās no 27 dienām pie ekvatora līdz 32 dienām. pie stabiem
- paātrinājums Brīvais kritiens 274 m / s2 (ar tik milzīgu gravitācijas paātrinājumu cilvēks, kas sver 60 kg, svērtu vairāk nekā 1,5 tonnas).
Saules centrālajā daļā atrodas tās enerģijas avots jeb, tēlaini izsakoties, tā "plīts", kas to silda un neļauj atdzist. Šo apgabalu sauc par serdi (skat. 1. att.). Kodolā, kur temperatūra sasniedz 15 MK, izdalās enerģija. Kodola rādiuss nav lielāks par ceturtdaļu no kopējā Saules rādiusa. Tomēr puse no Saules masas ir koncentrēta tās tilpumā un tiek atbrīvota gandrīz visa enerģija, kas atbalsta Saules spīdumu.
Tūlīt ap kodolu sākas starojuma enerģijas pārneses zona, kur tā izplatās, absorbējot un izstarojot gaismas porcijas matērijā - kvantos. Ir nepieciešams ļoti ilgs laiks, lai kvants izsūktos caur blīvo saules vielu uz ārpusi. Tātad, ja Saulē esošā plīts pēkšņi nodziest, mēs par to uzzinātu tikai pēc miljoniem gadu.
Ceļā cauri iekšējiem saules slāņiem enerģijas plūsma saskaras ar reģionu, kurā gāzes necaurredzamība ievērojami palielinās. Šī ir Saules konvektīvā zona. Šeit enerģija vairs netiek pārnesta ar starojumu, bet gan ar konvekciju. Konvektīvā zona sākas aptuveni 0,7 rādiusa attālumā no centra un sniedzas gandrīz līdz visredzamākajai Saules virsmai (fotosfērai), kur galvenās enerģijas plūsmas pārnešana atkal kļūst starojoša.
Fotosfēra ir Saules izstarojošā virsma, kurai ir granulēta struktūra, ko sauc par granulāciju. Katrs šāds graudiņš ir gandrīz Vācijas lielumā un ir karstas vielas straume, kas izcēlusies virspusē. Fotosfērā bieži var redzēt salīdzinoši mazus tumšus laukumus - saules plankumus. Tie ir par 1500˚С aukstāki nekā tos apņemošā fotosfēra, kuras temperatūra sasniedz 5800˚С. Temperatūras atšķirības dēļ fotosfērā šie plankumi šķiet pilnīgi melni, skatoties caur teleskopu. Virs fotosfēras ir nākamais, retāk sastopamais slānis, ko sauc par hromosfēru, tas ir, krāsaino sfēru. Hromosfēra ieguva savu nosaukumu sarkanās krāsas dēļ. Un, visbeidzot, virs tā ir ļoti karsta, bet arī ārkārtīgi reta daļa saules atmosfēra- kronis.
Saule ir enerģijas avots
Mūsu Saule ir milzīga gaismas gāzes lode, kurā notiek sarežģīti procesi un rezultātā nepārtraukti tiek atbrīvota enerģija. Saules enerģija ir dzīvības avots uz mūsu planētas. Saule silda atmosfēru un zemes virsmu. Pateicoties saules enerģijai, pūš vēji, dabā notiek ūdens cikls, sasilst jūras un okeāni, attīstās augi, dzīvniekiem ir barība. Pateicoties saules starojumam, uz Zemes pastāv fosilais kurināmais. Saules enerģiju var pārvērst siltumā vai aukstumā, dzinējspēkā un elektrībā.
Saule iztvaiko ūdeni no okeāniem, jūrām, zemes virsma. Tas šo mitrumu pārvērš ūdens pilienos, veidojot mākoņus un miglu, un pēc tam liek tam nokrist atpakaļ uz Zemi lietus, sniega, rasas vai sala veidā, tādējādi radot milzīgu mitruma ciklu atmosfērā.
Saules enerģija ir vispārējās atmosfēras cirkulācijas un ūdens cirkulācijas avots okeānos. Tas it kā rada milzīgu mūsu planētas ūdens un gaisa sildīšanas sistēmu, pārdalot siltumu pa zemes virsmu.
Saules gaisma, krītot uz augiem, izraisa tajā fotosintēzes procesu, nosaka augu augšanu un attīstību; krītot uz augsnes, tas pārvēršas siltumā, sasilda to, veido augsnes klimatu, tādējādi dodot vitalitāte augsnē esošās augu, mikroorganismu un dzīvo radību sēklas, kuras bez šī siltuma būtu anabiozes (ziemas guļas) stāvoklī.
Saule izstaro milzīgu enerģijas daudzumu – aptuveni 1,1x1020 kWh sekundē. Kilovatstunda ir enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai 100 vatu kvēlspuldze darbinātu 10 stundas. Zemes ārējā atmosfēra pārtver aptuveni vienu miljono daļu no Saules izstarotās enerģijas jeb aptuveni 1500 kvadriljonus (1,5 x 1018) kWh gadā. Tomēr tikai 47% no visas enerģijas jeb aptuveni 700 kvadriljoni (7 x 1017) kWh sasniedz Zemes virsmu. Atlikušie 30% saules enerģijas tiek atspoguļoti atpakaļ kosmosā, aptuveni 23% iztvaiko ūdeni, 1% enerģijas nāk no viļņiem un straumēm, bet 0,01% no fotosintēzes veidošanās dabā.
Saules enerģijas izpēte
Kāpēc Saule spīd un neatdziest miljardiem gadu? Kāda "degviela" viņam dod enerģiju? Zinātnieki ir meklējuši atbildes uz šo jautājumu gadsimtiem ilgi, un tikai 20. gadsimta sākumā tika atrasts pareizais risinājums. Tagad ir zināms, ka, tāpat kā citas zvaigznes, tas spīd, pateicoties kodoltermiskām reakcijām, kas notiek tās dziļumos.
Ja vieglo elementu atomu kodoli saplūst smagāka elementa atoma kodolā, tad jaunā masa būs mazāka par kopējo masu tiem, no kuriem tas veidojies. Pārējā masa tiek pārvērsta enerģijā, ko aiznes reakcijas laikā izdalītās daļiņas. Šī enerģija gandrīz pilnībā tiek pārvērsta siltumā. Šī saplūšanas reakcija atomu kodoli var notikt tikai tad, kad augstspiediena un temperatūra pārsniedz 10 miljonus grādu. Tāpēc to sauc par kodoltermisko.
Galvenā viela, kas veido Sauli, ir ūdeņradis, tas veido aptuveni 71% no visas zvaigznes masas. Gandrīz 27% pieder hēlijam, bet atlikušie 2% - smagākiem elementiem, piemēram, ogleklim, slāpeklim, skābeklim un metāliem. Galvenā Saules "degviela" ir ūdeņradis. No četriem ūdeņraža atomiem transformāciju ķēdes rezultātā veidojas viens hēlija atoms. Un no katra reakcijā iesaistītā ūdeņraža grama izdalās 6x10 11 J enerģijas! Uz Zemes ar šādu enerģijas daudzumu pietiktu, lai uzsildītu 1000 m 3 ūdens no 0ºC temperatūras līdz vārīšanās temperatūrai.
Saules enerģijas potenciāls
Saule nodrošina mūs ar 10 000 reižu vairāk bezmaksas enerģijas, nekā patiesībā tiek izmantots visā pasaulē. Globālais komerciālais tirgus vien pērk un pārdod nedaudz mazāk par 85 triljoniem (8,5 x 10 13) kWh enerģijas gadā. Tā kā nav iespējams izsekot visam procesam, nav iespējams droši pateikt, cik daudz nekomerciālās enerģijas cilvēki patērē (piemēram, cik daudz koksnes un mēslojuma tiek savākts un sadedzināts, cik daudz ūdens tiek izmantots mehāniskās vai elektriskās enerģijas ražošanai). enerģija). Daži eksperti lēš, ka šāda nekomerciāla enerģija veido vienu piekto daļu no visas izmantotās enerģijas. Bet pat tad, ja tā ir taisnība, tad kopējā cilvēces gada laikā patērētā enerģija ir tikai aptuveni viena septiņtūkstošā daļa no saules enerģijas, kas tajā pašā laika posmā sasniedz Zemes virsmu.
Attīstītajās valstīs, piemēram, ASV, enerģijas patēriņš ir aptuveni 25 triljoni (2,5 x 10 13) kWh gadā, kas atbilst vairāk nekā 260 kWh uz vienu cilvēku dienā. Tas ir līdzvērtīgs vairāk nekā 100 100 W kvēlspuldžu darbināšanai katru dienu visu dienu. Vidējais ASV pilsonis patērē 33 reizes vairāk enerģijas nekā indietis, 13 reizes vairāk nekā ķīnietis, divarpus reizes vairāk nekā japānis un divreiz vairāk nekā zviedrs.