Для поиска темы - пользуйтесь СИСТЕМОЙ ПОИСКА


Стоимость дипломной работы


Home Материалы для работы Сучасні методи одержання енергії з відновлюванних джерел. Сонячна енергетика

Сучасні методи одержання енергії з відновлюванних джерел. Сонячна енергетика
загрузка...
Рейтинг пользователей: / 1
ХудшийЛучший 

Сучасні методи одержання енергії з відновлюванних джерел. Сонячна енергетика


До відновлюваних джерел енергії відносяться:
    енергія сонця;
    енергія вітру;
    енергія геотермальних вод;
    енергія приливів;
    енергія біохімічних процесів та ін.
Представимо технології одержання сонячної енергії на Україні.
На територію України за рік падає така кількість енергії сонця, що перевищує рівень її нинішнього споживання більш ніж у п'ятсот разів. Тобто, досить використати тільки 0,5% енергії сонця, що досягає поверхні України, щоб задовольнити енергетичні потреби країни.

Пряме перетворення енергії сонячної радіації в електричну здійснюється за допомогою напівпровідникових фотоелектричних перетворювачів (ФЕП).
Фотоелектричні перетворювачі працюють на принципі внутрішнього фотоефекту, при якому фотони, які поглинаються в базовому шарі ФЕП, передають свою енергію безпосередньо електронам. Як і для будь-якого перетворювача одного виду енергії в інший вид основною експлуатаційною характеристикою ФЕП є коефіцієнт корисної дії (ККД).
ККД перетворювача сонячної енергії являє собою відношення електричної потужності зробленої при роботі ФЕП до потужності сонячного випромінювання, що падає на його поверхню при стандартній щільності сонячної радіації 1 квт/м2 (1000Вт/м2 ).
Так, наприклад, при ККД 10% з 1м2 ФЕП можна одержати 100 Вт електричної потужності. По своєму конструктивно-технологічному рішенню фотоелектричні перетворювачі являють собою наукомісткі вироби електронної техніки. Перші надійні й довговічні ФЕП були виготовлені на основі монокристаличного кремнію для електропостачання космічних апаратів.

ККД таких одиничних ФЕП звичайно становить 14%. При цьому напруга холостого ходу становить 0,6 В, а щільність струму короткого замикання досягає 40ма/дів2. У зв’язку з тим, що для роботи більшості споживачів потрібні більш високі значення напруги й струму, то одиничні ФЕП послідовно збираються в сонячні модулі необхідної потужності й вихідної напруги. Вартість цих модулів визначається високою ціною пластин монокристалічного кремнію товщиною 300-500 мкм., використовуваних у його конструкції. Такі пластини з кремнію одержують розрізуванням вирощеного при температурі більше 10000С.  монокристального циліндра діаметром до 150 мм. При різанні на пластини майже половина цього дорогого матеріалу йде в стружку. Тому ФЕП на основі монокристаллов Si використаються переважно для апаратів космічного призначення. При виробництві монокристалічних кремнієвих ФЕП затрачується така кількість енергії й роботи, які не окупиться протягом усього часу їхньої експлуатації (20-25 років). Таким чином, для широкомасштабного наземного використання ФЕП на основі монокристалічного кремнію, мабуть, можуть застосовуватися тільки як відходи від їхнього космічного виробництва. У той же час ФЕП на основі вирощуваної полікристалічної кремнієвої стрічки є досить комерційно привабливими, незважаючи на більш низькі значення ККД, тому що протягом їхньої експлуатації вони виробляють електроенергії значно більше, ніж було витрачено на їхнє виробництво. На думку більшості вчених найбільш перспективними для наземного використання є тонкоплівкові ФЕП, низька вартість яких при масовому виробництві й при достатній ефективності визначається зменшенням товщини ФЕП в 100 разів. Найбільшу ефективність демонструють сонячні елементи на основі плівок напівпровідникових полікристалічних з'єднань Cu(InGa)Se2, CdTe товщиною порядку декількох мкм і плівок гидрогенізированого аморфного кремнію aSi:H.
Одержання тепла шляхом прямої абсорбції сонячного випромінювання. Одержання тепла шляхом прямої абсорбції сонячного випромінювання представляє найбільш простий по технічній реалізації спосіб використання сонячної енергії [62].
Тепло, одержуване в результаті прямої абсорбції сонячної радіації, використовується для нагрівання води, обігріву приміщень, сушіння матеріалів і продуктів сільськогосподарського виробництва. Великий практичний інтерес до обігріву приміщень й одержанню гарячої води за рахунок сонячної радіації обумовлений тим, що в промислово розвинених країнах близько 30-40% зробленої енергії споживається на так називані низькотемпературні нагрівання (<1000С).
Одержання такого низькотемпературного тепла можна здійснити за допомогою плоских теплових колекторів, які працюють на принципі тепличного ефекту. Фізична суть цього ефекту полягає в тім, що сонячне випромінювання, що падає на поверхню теплового колектора, покритого прозорим для сонячних променів матеріалом, практично без втрат проникає усередину теплового колектора й, попадаючись на теплоприймач нагріває його, а процес розсіювання теплової енергії теплоприймача мінімізований. Тому що основна інтенсивність сонячного випромінювання в наземних умовах перебуває в спектральному інтервалі 0.4 мкм -1.8 мкм, те в якості прозорого верхнього шару використовується  звичайне скло, що має коефіцієнт пропущення в цьому спектральному діапазоні до 95%. Розташований у нижній частині колектор теплоприемник являє собою абсорбуюче покриття з коефіцієнтом поглинання сонячного випромінювання до 90 %. Поглинаючи пряме сонячне випромінювання, це абсорбуюче покриття навіть без верхнього скла може нагріватися залежно від потужності падаючого випромінювання до (50-80)оС. Нагріте до таких температур тіло випромінює теплову енергію, основна потужність якого перебуває в інфрачервоному діапазоні.
Для спектрального діапазону, що відповідає інфрачервоному випромінюванню, скло має низький коефіцієнт пропущення. Це й приводить до тепличного ефекту, що полягає в нагромадженні енергії під склом і збільшенні температури теплоприемника до 160оС, якщо перетворена енергія не виводить із колектора теплоносієм. У робочому режимі накопичене тепло витрачається на нагрівання повітря або води, які циркулюють через колектор

У середній смузі Європи в літній період продуктивність таких колекторів може досягати 50-60 літрів води, нагрітої до 600 -700 С с кожного квадратного метра в день. ККД сонячного колектора становить порядку 70% і залежить от температури навколишнього середовища, щільності потоку сонячної енергії й температури, до якої необхідний нагрівати воду в колекторі. Зі зменшенням температури, до якої необхідний нагріти воду, що циркулює через колектор, ККД колектора збільшується. Однак стандартна температура нагріву води, становить 500С. Для сонячного колектора основною технічною характеристикою є обсяг води або повітря, нагрітих до заданої температури протягом світлового дня квадратним метром колектора. Цей параметр залежить от пори року й географічного положення місця, у якому встановлюються колектори. Ефективність сонячного колектора може бути збільшена приблизно на 20% при використанні на теплоприймаючій поверхні селективно поглинаючих покриттів, які мають властивість добре поглинати видиму частину сонячного спектра й практично не випромінювати в інфрачервоній області спектра. Селективні покриття являють собою єдиний наукомісткий елемент у конструкції сонячного колектора (один з видів селективних покриттів - „чорний алюміній“ - був розроблений у Харківському державному політехнічному університеті). Одним з основних економічних показників колектора, поряд з його вартістю, є надійність і довговічність. Саме цими показниками відрізняється продукція більшості Європейський країн. Термін служби колектора становить не менш 10 років. Такі колектори мають низьку матеріалоємність (вага матеріалу витраченого на виготовлення 1м2 поверхні) і низкою инерционностью (час нагрівання води до заданої температури при заданому тиску води).
У систему одержання низькотемпературного тепла також входять накопичувачі тепла, які в найпростішому випадку являють собою термоізольовані ємності (термоси) для зберігання гарячої води. Обсяг накопичувача й необхідна площа колекторів визначаються добовим споживанням тепла й середнім числом сонячних днів у році в даній місцевості. Якщо сонячний колектор використає не воду, а незамерзаючу рідину, то за допомогою теплообмінника в накопичувальному теплоізольованому баці й додатковому нагрівачі (газ, електрика й т.п.) можна протягом року заощаджувати до 50-60% енергії, необхідної для обігріву будинку й других теплових домашніх потреб, що практично широко використовується в промислово розвинених країнах. У цьому випадку сонячні колектори працюють постійно на протязі року в автоматичному режимі паралельно зі звичайними паливними або електричними нагрівачами води. У сонячних установках для сушіння матеріалів і продуктів сільського господарства як теплоносій використовується  повітря.


 
загрузка...

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить