Гелиоэнергетика

Одним из наиболее перспективных источников энергии есть «чистый» и практически неисчерпаемый источник - излучения Солнца. Солнечная радиация - это основной источник энергии для всех процессов, происходящих в природе.  
 
Солнце благодаря высокой температуре плазмы, обусловленной термоядерными реакциями, излучает в межпланетное пространство огромное количество тепловой энергии. Как считают специалисты, есть все основания надеяться, что благодаря прогрессу науки и техники солнечная энергия ближайшее время будет поставлена на службу человеку.  
 
Земная поверхность получает солнечной энергии в 14 -20 тыс. раз больше нынешнего уровня мирового энергопотребления.  
 
Преимущества солнечной энергии - это доступность, отсутствие влияния на окружающую среду, практическая неисчерпаемость. Однако имеются и недостатки - низкая плотность и прерывистость поступления электроэнергии через смену дня и ночи.  
 
Для размещения гелио электростанций наиболее подходящими являются засушливые и пустынные зоны. При эффективном преобразовании солнечной энергии в электрическую, которая бы равнялась 10%, достаточно использовать всего 1% территории пустынных зон для размещения гелио электростанций, чтобы обеспечить современный уровень энергопотребления.  
 
Примером может служить СЭС мощностью 80 МВт, построенная к югу от Лос-Анджелеса ,причем затраты на ее строительство быстро окупились, получаемая энергия на 1/3 дешевле, чем энергия АЭС. Вода превращается в пар, приводит в движение турбогенератор. Электроэнергия поступает в городскую систему электроснабжения.

Введение………………………………………………………………		4
1.	Гелиоэнергетика…………………………………………………	6
2.	Виды солнечной энергетики……………………………………	5
3.	Гелиоэнергетика в Республике Беларусь……………………..	8
Выводы………………………………………………………………		13
Список использованной литературы……………………………….		14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ 
Все больше различных природоохранных организаций призывают общественность обратить внимание на экономное расходование природных ресурсов. Если в прошлом веке основная доля использованного топлива приходилась на нефть, уголь и газ, то сейчас ученые всего мира нацелены на расширение использования возобновляемых источников энергии. 
 
Особое внимание привлечено к солнечной энергии, которая является, по сути, абсолютно бесплатной. Солнечное же излучение доступно практически в любой точке Земли. Солнечная энергия также весьма универсальна – ее можно использовать как в виде тепла, так и преобразовывать в механическую и электрическую.  
 
Технологии производства солнечных батарей шагнули далеко вперед, благодаря чему их использование стало возможным как в бытовых, так и в промышленных установках. Основное распространение такие системы получили в странах с высокой солнечной активностью – Китай, Индия, Индонезия. Лидером в производстве и применении технологии солнечных батарей является США. Только в 2010 году там заключен контракт на сумму 700млн. долларов на строительство в штате Аризона двух электростанций на солнечных батареях общей мощностью 175МВт. Кроме того, для популяризации данной технологии, администрация президента Барака Обамы заявила о планах по установке системы солнечных батарей в Белом Доме. Такая инициатива призвана показать надежность и безопасность солнечных элементов для широкого применения, и была с восторгом принята американской общественностью. 
 
В условиях роста стоимости энергоносителей и осознания ограниченности запасов углеводородного сырья на планете в последние годы страны Западной Европы переживают бум в развитии альтернативной энергетики. Беларусь в этом процессе занимает роль стороннего наблюдателя, развивая разве что гидроэнергетику. Вместе с тем, дальновидные специалисты рекомендуют уже сейчас приступить к внедрению в стране проектов по использованию альтернативных, особенно возобновляемых, источников энергии. И примечательно, что в столице недавно была запущена в эксплуатацию экспериментальная гелиоустановка, которая обеспечивает электроэнергией подъезды типового многоквартирного дома.

                                                                                                                                                                                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гелиоэнергетика

 
Гелиоэнергетика (от греческого Helios — солнце) или солнечная энергетика - один из наиболее перспективных видов альтернативной энергетики. Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. 
 
Различают два основных варианта гелиоэнергетики: физический и биологический.

При физическом варианте энергия  аккумулируется солнечными коллекторами, солнечными элементами на полупроводниках  или концентрируется системой зеркал. Имеется несколько технологий солнечной энергетики. Получение электроэнергии от лучей Солнца не даёт вредных выбросов в атмосферу, производство стандартных силиконовых батарей также причиняет мало вреда. Но производство в широких масштабах многослойных элементов с использованием таких экзотических материалов, как арсенид галлия или сульфид кадмия, сопровождается вредными выбросами. 

При биологическом варианте гелиоэнергетики используется солнечная  энергия, накопленная в процессе фотосинтеза в органическом веществе растений (обычно в древесине). Количество диоксида углерода, которое выделяется при сжигании растительной массы, равно  его усвоению при росте растений (так называемые <суммарные нулевые  выбросы>). Биологическим вариантом  гелиоэнергетики является получение  биогаза, а также швельгаза, который  образуется при термической обработке (пиролизе) органических бытовых отходов  в специальных установках, где  они в анаэробных условиях нагреваются до температуры 400-700оС. (В этом случае затрачивается некоторое количество тепловой энергии из традиционных источников).

 
Для всей территории республики поступление  солнечной энергии составляет около 208∙10¹² кВт∙ч в год или 256∙10⁹ т у. т. при планируемом потреблении в 2020 г. всех видов топливно-энергетических ресурсов 32,8∙10⁶ т у. т. Это в 7800 раз превышает потребность нашей республики в энергоресурсах и говорит о больших потенциальных возможностях гелиоэнергетики. На нашей планете за счет естественных процессов и производственно-хозяйственной деятельности человека происходит преобразование солнечной энергии в другие виды.

 Виды  солнечной энергетики

 
Энергию солнечного излучения можно  преобразовывать в другие виды энергии, например в электрическую с помощью  фотопреобразователей или механическую (солнечный парус, фотонный двигатель, или с помощью обыкновенной паровой  турбины), можно, наконец, аккумулировать с помощью растений и фотосинтеза, как это и происходит в природе.

Таблица - Преобразование солнечной энергии.

Применение солнечного излучения  в виде тепла	Преобразование солнечного излучения в электрическую и  механическую энергию
Гелиоустановки (солнечные  коллекторы):  Нагрев воды с целью теплоснабжения и горячего водоснабжения жилья  Опреснение воды  Различные сушилки и выпариватели	Термоэлектрические генераторы:  Термоэлектронная эмиссия  Термоэлементы (термопары)  Фотоэлектрические генераторы:  Фотоэлектронная эмиссия   Полупроводниковые элементы  Фотохимия и фотобиология:  Фотолиз (фотодиссоциация)  Фотосинтез

 
Несмотря на многочисленность способов преобразования солнечной энергии, на данный момент наиболее широко используется тепловое действие света и преобразование его в электрическую энергию  с помощью фотоэлектрических  генераторов. 
 
Солнечные батареи, или фотоэлектрический преобразователь (сокращённо ФЭП) используются для преобразования солнечного излучения в электроэнергию. Фотоэлектрогенераторы собраны из большого числа последовательно и параллельно соединенных элементов. Солнечные батареи могут помещаться на крышах домов, вдоль шоссейных дорог.

 
Они не требуют обслуживания и могут работать более 20 лет. Ученые всего мира работают над увеличением КПД фотоэлектрического преобразования. Сегодня фотоэлементы применятся для обеспечения бесперебойного электроснабжения сотовых базовых станций и метеорологических пунктов. Солнечные элементы так же широко используются в космических аппаратах. 
 
Особенности солнечных батарей позволяют располагать их на значительном расстоянии, а модульные конструкции можно легко транспортировать и устанавливать в другом месте. Поэтому, солнечные батареи, применяемые в сельской местности и в отдаленных районах дают более дешевую электроэнергию.  
 
Жители отдаленных районов используют энергию солнечных батарей для освещения, радиовещания и других бытовых нужд. Солнечная энергия применяется также при подъеме воды из скважин и на нужды здравоохранения. 
 
Главной причиной, сдерживающей использование солнечных батарей, является их высокая стоимость. Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии равняется 4,5 дол. за 1 Вт мощности и, как результат, цена 1кВт/час электроэнергии в 6 раз дороже энергии, полученной традиционным путём сжигания топлива. Возможно использование солнечной энергии для отопления жилищ. Однако в условиях нашей страны 80% энергии Солнца приходится на летний период, когда нет необходимости отапливать жильё, кроме того, солнечных дней в году недостаточно, чтобы использование солнечных батарей стало экономически целесообразно.  
 
Наиболее простым способом использования солнечной энергии для бытовых и промышленных нужд является ее преобразование в тепловую энергию. Тепловая гелиоустановка включает в себя: 
— приемник, в котором происходит поглощение и преобразование солнечного излучения в тепловую энергию; 
— передающее устройство с теплоносителем; 
— теплоаккумулятор и другие элементы. 

В качестве приемника используют коллекторы различных типов и  конструкций. В основе функционирования плоского коллектора лежит парниковый эффект. Плоские коллекторы предпочтительны  при нагреве теплоносителя до температуры не выше 100 ^оС, а эффективность их работы зависит от светопропускающих и теплоизолирующих свойств покрытия, а также поглощающих свойств нагреваемого тела. Тепловая гелиоустановка с плоским коллектором для обеспечения более надежного теплоснабжения должна оборудоваться тепловым аккумулятором. Концентрирующие коллекторы используют в случаях, когда требуется получить температуру нагрева более 100 ^оС. Объемные коллекторы используют солнечное излучение для нагрева больших объемов воздуха, воды, почвы, строительных конструкций и других поглотителей тепла. Для объектов АПК использование тепловых гелиоустановок очень перспективно. Установка небольшой мощности с площадью коллектора до 10 м² способна обеспечивать горячей водой отдельно стоящий сельский дом с семьей 4 - 5 человек с апреля по октябрь. В отопительный период применение таких установок, а также объемных коллекторов, позволит существенно снизить затраты топлива для отопления здания.

 

Гелиоэнергетика в Республике Беларусь

 
В Республике Беларусь целесообразны 3 варианта использования солнечной  энергии: 
 
• пассивное использование солнечной энергии методом строительства домов «солнечной архитектуры». Расчёты показывают, что количества энергии, падающее на южную сторону крыши домов площадью 100 кв. м. на широте Минска, вполне хватает даже на отопление зимой. Размеры дешёвого гравийного теплового аккумулятора под домом вполне приемлемы. Однако в настоящее время полностью игнорируются даже принципы пассивного солнечного отопления. Единственное здание в Беларуси, построенное с использованием этого принципа – немецкий Международный Образовательный Центр; 
 
• использование солнечной энергии для целей горячего водоснабжения и отопления с помощью солнечных коллекторов; 
 
• использование солнечной энергии для производства электроэнергии с помощью фотоэлектрических установок. 
 
Если проектирование зданий проводить с учётом энергетического потенциала климата местности и условий для саморегулирования теплового режима зданий, то расход энергии на теплоснабжение можно сократить на 20-60%. Так, строительство на принципах «солнечной архитектуры» может снизить годовое теплопотребление до 70-80 кВт\кв. м. 
 
В настоящее время финансируется создание отечественной установки на фотоэлементах. Одна солнечная электростанция установлена в Беловежской пуще и отапливает два дома, ещё несколько установлены в чернобыльской зоне. Солнечные коллекторы рекомендуется устанавливать в коттеджах, загородных домах. Они экономичнее традиционных угольных котлов. 
 
Создано опытное производство систем горячего водоснабжения, базирующихся на использовании солнечной энергии. Эти устройства включают в себя солнечные коллекторы и теплонакопители. Оптимальный для местного климата вариант – система с четырьмя коллекторами – позволяет обеспечить потребности в горячем водоснабжении семьи из 4-5 человек. Зимой установку можно интегрировать со стандартной системой отопления.  
 
В Республике Беларусь организовано производство гелиосистем для нагрева воды. Они представляют собой лёгкие, компактные конструкции, собираемые по модульному принципу. В зависимости от конкретных условий можно получить установку любой производительности. Основой гелиосистем является плёночно-трубочный адсорбирующий коллектор. Теплообменники, входящие в состав систем, изготавливаются из специальных материалов, исключающих коррозию при замерзании. Гелиоустановки могут подсоединяться к централизованной системе отопления или работать автономно с заправкой бака-накопителя требуемой ёмкости. Однако в целом в ближайшее время на значительное увеличение доли солнечной энергетики в Беларуси рассчитывать не приходится.

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

Для территории Беларуси свойственна  относительно малая интенсивность  солнечной радиации и существенное изменение её в течение суток  и года. В этой связи необходимо отчуждение значительных участков земли  для сбора солнечного излучения, весьма большие материальные и трудовые затраты. По оценкам, для обеспечения  потребностей Беларуси в электроэнергии при современном технологическом  уровне требуемая площадь фотоэлектрического преобразования составляет 200-600 км2, то есть 0,1 – 0,3 % площади республики. Появились  предложения об использовании территории Чернобыльской зоны для строительства  площадок солнечных и ветровых электростанций. Для нашей республики реально  использование солнечной энергии  для сушки кормов, семян, фруктов, овощей, подъёма и подогрева воды на технологические и бытовые  нужды. В результате возможная экономия ТЭР оценивается всего в 5 тысяч  тонн условного топлива в год (тыс. т у. т. / г.). В республике начат  выпуск гелиоводонагревателей и  уже накоплен некоторый опыт в  их эксплуатации. 
 
Высокая стоимость солнечных коллекторов, а также сопутствующие затраты на строительно-монтажные работы, конструкции, кабели, системы управления, технические средств для обслуживания, инфраструктуру в настоящее время накладывают сильные ограничения на развитие гелиоэнергетики в Беларуси. 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Алексеев В.В., Чекарев К.В. Солнечная  энергетика. №12. - М.: Знание, 1991.-64с.
2.	Кравченя Э.М., Козел Р.Н., Свирид И.П. Охрана труда и основы энергосбережения. – Мн.: ТетраСистемс, 2004.- 288 с.
3.	Основы энергосбережения: Учеб. пособие / М.В. Самойлов,     В.В. Паневчик, А.Н. Ковалев. – Мн.: БГЭУ, 2002.
4.	Усковский В.М. Возобновляющиеся источники  энергии. - М.: Россельхозиздат, 1986. – 126 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.