Использование энергии солнца на Земле

 

Реферат по физике 

На тему: Использование  энергии Солнца на Земле 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

ученик 8 «А»  класса

средней школы  № 301

 Шапошников  Артем 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2

Преобразование  солнечной   энергии ………………………………………………………………….…… 3

Виды использования  солнечной энергии ……………………………………………….….........……. 4

• Освещение зданий …………………………………………………………………………………………….…… 4
• Солнечная термальная энергетика ……………….……………………………………….……... 4
• Солнечная кухня ………….……………………………………………….………………………………….……… 4
• Солнечный транспорт ………….……………………………………………….……………………….……… 5
• Использование солнечной энергии в химическом производстве ...… 5

Заключение …………………………………………….…………………………………………….………………………………… 6

Использованный материал ……………………………………………………………….……………………………. 7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

 
Рождение энергетики произошло несколько  миллионов лет тому назад, когда  люди научились использовать огонь. Огонь давал им тепло  и свет, был источником вдохновения и оптимизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством и т.д. 
На протяжении многих лет огонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарников, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), а затем была обнаружена возможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменный уголь, нефть, сланцы, торф. 

Прекрасный миф  о Прометее, даровавшем людям огонь, появился в Древней Греции значительно  позже того, как во многих частях света были освоены методы довольно изощренного обращения с огнем, его получением и тушением, сохранением  огня и рациональным  использованием  топлива. 
Сейчас известно, что древесина - это аккумулированная с помощью фотосинтеза солнечная  энергия. При сгорании каждого килограмма сухой древесины выделяется около 20 000 кДж тепла, теплота сгорания бурого угля равна примерно 13 000 кДж/кг, антрацита 25 000 кДж/кг, нефти и нефтепродуктов 42 000 кДж/кг, а природного газа 45 000 кДж/кг. Самой высокой теплотой сгорания обладает водород 120 000 кДж/кг. 
Человечеству нужна  энергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получить в реакторах-размножителях плутоний.

Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива - водорода, однако управляемые термоядерные реакции  пока не освоены, и неизвестно когда  они будут использованы для промышленного  получения  энергии  в чистом виде, т.е. без участия в этом процессе реакторов деления В связи с указанными проблемами становится все более необходимым  использование  нетрадиционных энергоресурсов, в первую очередь  солнечной , ветровой, геотермальной  энергии , наряду с внедрением энергосберегающих технологий. 
Среди возобновляемых источников  энергии солнечная  радиация по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространенности наиболее перспективна. 
 
 Энергия  солнца может быть использована как в земных условиях, так и в космосе.. В настоящее время  солнечную энергию экономически целесообразно использовать для горячего водоснабжения сезонных потребителей типа спортивно-оздоровительных учреждений, баз отдыха, бассейнов и т.п. 
 
 

Преобразование   солнечной   энергии  в теплоту, работу и электричество

 
Солнце - гигантское светило, имеющее  диаметр 1392 тыс. км. Его масса (2*1030 кг) в 333 тыс. раз превышает массу  Земли , а объем в 1,3 млн. раз больше объема  Земли . Химический состав Солнца: 81,76 % водорода, 18,14 % гелия и 0,1% азота. Средняя плотность вещества Солнца равна 1400 кг/м3. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции превращения водорода в гелий и ежесекундно 4 млрд. кг материи преобразуется в  энергию , излучаемую Солнцем в космическое пространство в виде электромагнитных волн различной длины. 
 Солнечную   энергию  люди используют с древнейших времен. Еще в 212г. н.э.с помощью концентрированных  солнечных  лучей зажигали священный огонь у храмов. Согласно легенде Приблизительно в то же время греческий ученый Архимед при защите родного города поджег паруса римского флота. 
 Солнечная  радиация - это неисчерпаемый возобновляемый источник экологически чистой  энергии . 
Верхней границы атмосферы  Земли  за год достигает поток  солнечной   энергии  в количестве 5,6*1024 Дж. Атмосфера  Земли  отражает 35 % этой  энергии  обратно в космос, а остальная  энергия  расходуется на нагрев земной поверхности, испарительно-осадочный цикл и образование волн в морях и океанах, воздушных и океанских течений и ветра. 
Среднегодовое количество  солнечной   энергии , поступающей за 1 день на 1м2 поверхности  Земли , колеблется от 7,2 МДж/м2 на севере до 21,4 МДж/м2  в пустынях и тропиках. 
 Солнечная   энергия  может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую  энергию , использована в химических и биологических процессах.  Солнечные  установки находят применение в системах отопления и охлаждения жилых и общественных зданий, в технологических процессах, протекающих при низких, средних и высоких температурах. Они используются для получения горячей воды, опреснения морской или минерализированной  воды, для сушки материалов и сельскохозяйственных продуктов и т.п. Благодаря  солнечной   энергии  осуществляется процесс фотосинтеза и рост растений, происходят  различные фотохимические процессы. 
Известны методы термодинамического преобразования  солнечной   энергии  в электрическую, основанные на  использовании  циклов тепловых двигателей, термоэлектрического и термоэмиссионного процессов,  а также прямые методы фотоэлектрического, фотогальванического и фотоэмиссионного преобразований. Наибольшее практическое применение получили фотоэлектрические преобразователи и системы термодинамического преобразования с применением тепловых двигателей. 
 Солнечная   энергия  преобразуется в электрическую на  солнечных  электростанциях (СЭС), имеющих оборудование, предназначенное для улавливания  солнечной   энергии  и ее последовательного преобразования в теплоту и электроэнергию. Для эффективной работы СЭС требуется аккумулятор теплоты и система автоматического управления. 
Улавливание и преобразование  солнечной   энергии  в теплоту осуществляется с помощью оптической системы отражателей и приемника сконцентрированной  солнечной   энергии , используемой для получения водяного пара или нагрева газообразного или жидкометаллического теплоносителя (рабочего тела). 
Для размещения  солнечных  электростанций больше подходят засушливые и пустынные зоны.  
 

Виды  использований солнечной энергии

Освещение зданий

Солнечная термальная энергетика

Солнечная энергия  широко используется как для нагрева  воды, так и для производства электроэнергии. Солнечные коллекторы производятся из доступных материалов: сталь, медь, алюминий и т. д., то есть без применения дефицитного и дорогого кремния. Это позволяет значительно сократить стоимость оборудования, и произведенной на нём энергии. В настоящее время именно солнечный нагрев воды является самым эффективным способом преобразования солнечной энергии.

В 2001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $0,09-$0,12 за кВт·ч. Департамент Энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до $0,04-$0,05 к 2015—2020 г. 

Солнечная кухня

Солнечный транспорт

 

Использование солнечной энергии  в химическом производстве

Солнечная энергия  может применяться в различных  химических процессах. Например: 

• Израильский Weizmann Institute of Science в 2005 году испытал технологию получения не окисленного цинка в солнечной башне. Оксид цинка в присутствии древесного угля нагревался зеркалами до температуры 1200 °С на вершине солнечной башни. В результате процесса получался чистый цинк. Далее цинк можно герметично упаковать и транспортировать к местам производства электроэнергии. На месте цинк помещается в воду, в результате химической реакции получается водород и оксид цинка. Оксид цинка можно ещё раз поместить в солнечную башню и получить чистый цинк. Технология прошла испытания в солнечной башне канадского Institute for the Energies and Applied Research.

 

• Швейцарская компания Clean Hydrogen Producers (CHP) разработала технологию производства водорода из воды при помощи параболических солнечных концентраторов. Площадь зеркал установки составляет 93 м². В фокусе концентратора температура достигает 2200°С. Вода начинает разделяться на водород и кислород при температуре более 1700 °С. За световой день 6,5 часов (6,5 кВт·ч/кв.м.) установка CHP может разделять на водород и кислород 94,9 литров воды. Производство водорода составит 3800 кг в год (около 10,4 кг в день). 
   
  Водород может использоваться для производства электроэнергии, или в качестве топлива на транспорте.

 
 

Заключение 

В настоящее время  используется лишь ничтожная часть  солнечной энергии из-за того, что  существующие солнечные батареи  имеют сравнительно низкий коэффициент  полезного действия и очень дороги в производстве. Однако не следует  сразу отказываться от практически  неистощимого источника чистой энергии: по утверждениям специалистов, гелиоэнергетика  могла бы одна покрыть все мыслимые потребности человечества в энергии  на тысячи лет вперед. Возможно, также  повысить КПД гелиоустановок в несколько  раз, а разместив их на крышах домов  и рядом с ними, мы обеспечим  обогрев жилья, подогрев воды и работу бытовых электроприборов даже в  умеренных широтах, не говоря уже  о тропиках. Для нужд промышленности, требующих больших затрат энергии, можно использовать километровые пустыри  и пустыни, сплошь уставленные мощными  гелиоустановками. Но перед гелиоэнергетикой встает множество трудностей с сооружением, размещением и эксплуатацией  гелиоэнергоустановок на тысячах квадратных километров земной поверхности. Поэтому общий удельный вес гелиоэнергетики был и останется довольно скромным, по крайней мере, в обозримом будущем.

В настоящее время  разрабатываются новые космические  проекты, имеющие целью исследование Солнца, проводятся наблюдения, в которых  принимают участие десятки стран. Данные о процессах, происходящих на Солнце, получают с помощью аппаратуры, установленной на искусственных  спутниках Земли и космических  ракетах, на горных вершина и в  глубинах океанов.

Большое внимание нужно  уделить и тому, что производство энергии, являющееся необходимым средством  для существования и развития человечества, оказывает воздействие  на природу и окружающую человека среду. С одной стороны в быт  и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и  электроэнергия, что человек даже и не мыслит своего существования  без нее и потребляет само собой  разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все  больше и больше свое внимание заостряет  на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости  решения комплекса вопросов, среди  которых перераспределение средств  на покрытие нужд человечества, практическое использование в народном хозяйстве  достижений, поиск и разработка новых  альтернативных технологий для выработки  тепла и электроэнергии и т.д.

Сейчас учёные исследуют  природу Солнца, выясняют его влияние  на Землю, работают над проблемой  применения практически неиссякаемой солнечной энергии.

Для реферата использовался  материал:

Литература:

• Алфёров Ж. И., Андреев В. М., Румянцев В. Д. «Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики»

• Большая Энциклопедия Школьника

Ссылки:

• http://www.bestreferat.ru/referat-215688.html

• http://www.ecorostov.ru/index.php/mpublications/52-2009-03-05-19-05-36

• http://mnogodetnyy.narod.ru/5/index_r23.html

• http://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная_энергетика