< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Енергія Сонця

Сонце – це віддалений від Землі термоядерний реактор, в якому відбувається поєднання двох ядер водню в ядро гелію (рис. 2.11).

Енергія сонця

Рис. 2.11. Енергія сонця: 1 – ядра водню (протони); 2 – ядро гелію (2 протони + 2 нейтрони).

За приблизними розрахунками, якщо енергію сонячного випромінювання прийняти за 100%, то лише 15% її досягає поверхні Землі, Земля отримує близько 13 Вт/м2 енергії. Цей показник відомий як сонячна стала. Енергія потрапляє головним чином за рахунок електромагнітного випромінювання в спектральному діапазоні від коротких хвиль довжиною 30 м до рентгенівських хвиль довжиною 10-10 м. Сонце – це невичерпне джерело екологічно чистої енергії, але воно не може використовуватися рівномірно.

Кількість сонячної енергії, яка за рік надходить на 1м2 Землі, змінюється від 3000 Мдж/м2 в пустелях, до 8 Мдж/м2 на півночі. А крім того тривалість сонячної енергії змінюється в залежності від хмарності неба.

Енергію Сонця можна перетворити в електроенергію за допомогою геліоенергетичних установок. В експериментальних системах величезна кількість керованих комп'ютером дзеркал спостерігають за Сонцем і фокусують сонячне світло на центральний пункт збору сонячної енергії, розташований зазвичай на горі або на високій вежі. Це висококонцентроване сонячне світло забезпечує розігрів теплоносія, який під високим тиском подається на лопаті турбіни, яка виробляє електричний струм.

Найбільша в світі сонячна станція функціонує в Піренейських горах на півдні Франції з 1970 р. В ній досягається температура до 2000°С. Ця енергія використовується для виробництва чистих металів, а надмірне тепло використовується для виробництва електричного струму. Існують експериментальні геліоенергетичні установки в Італії, Японії, США. Але їх вартість в 4 – 6 разів дорожча ніж вартість нової АЕС.

Електроенергію виробляють також за допомогою батарей фотогальванічних елементів. Фотогальванічний елемент – це прямий перетворювач світлової енергії в електричну.

На рис. 3.12. зображено приклад використання батарей фотогальванічних елементів, які встановлені на даху будинку, для виробітку електроенергії, що використовується для комунально-побутових цілей.

Приклад застосування батарей фотогальванічних елементів

Рис. 2.12. Приклад застосування батарей фотогальванічних елементів.

Останнім часом стрімко зростає використання сонячних колекторів, які використовуються для прямого використання сонячної енергії з ціллю підігріву води в системах опалення. Як правило сонячні колектори працюють в системі, яка складається із комбінації різних систем отримання тепла (електричної, газової, біопалива, теплового насоса і т.п.)• Вигляд будинку, обладнаного сонячними колекторами, зображено на рис.2.13.

Говорити про вплив геліоустановок на природний тепловий режим планети не варто, оскільки ці установки використовують дуже малу частку сонячної енергії, а до того ж ця енергія повертається в природне середовище у вигляді тепла. Наземні перетворення сонячної енергії потребують відторгнення території. Але ці відторгнення набагато менші тих, які потрібні для будівництва ТЕС чи АЕС, якщо враховувати земельні розробки щодо видобування палива та складування продуктів його згорання.

Будинок, обладнаний сонячними колекторами

Рис.2.13. Будинок, обладнаний сонячними колекторами.

Основний шкідливий вплив геліоустановок непрямий і пов'язаний з технологічними процесами виробництва нових сполук, в тому числі на основі рідкоземельних елементів, які містяться в земних породах в дуже малих концентраціях. Але це в свою чергу означає, що внаслідок видобування цих елементів із господарського користування будуть виведені площі землі на облаштування кар'єрів та розташування відвалів порожніх порід.

Аналіз вітрового та сонячного режимів за сезонами року свідчить, що взимку зменшується сонячна радіація і зростає середня швидкість вітру, а влітку відбувається зниження швидкості вітру і збільшення рівня сонячної радіації. Тому поєднання енергії вітру і сонця згладжує нерівномірність вироблення енергії, підвищує надійність енергопостачання споживачів протягом року.

Принципова схема комбінованої геліовітрової установки зображена на рис.2.14.

Схема геліовітротетювої установки:

Рис. 2.14. Схема геліовітротетювої установки:

1 – сонячний колектор; 2 – триходовий регулятор; 3 – вітроелекгро-динамічний нагрівник; 4 – регулювальний клапан; 5 – вентилятор; 6 – зворотний клапан; 7 – система гарячого водопостачання; 8 – споживач; 9 – термоакумулятор

Геліовітроенергетичні установки можуть бути використані у схемі тепло- або електропостачання. У першому випадку геліоустановка перетворює сонячну енергію в теплоту, а нагріта вода акумулюється у баку. Вітроустановка виробляє електричну енергію, яка подається безпосередньо у ТЕН бака-акумулятора. Таким чином, об'єднане використання геліовітроустановок дозволяє автономно забезпечувати потребу в гарячій воді. Використання геліовітроустановок у схемі електропостачання дає можливість розширити функціональні можливості комплексу.

Обігрів теплоносія, що направляється на опалення і гаряче водопостачання, відбувається у теплообміннику за рахунок сонячної енергії і електричного нагрівника, який використовує енергію вітру.

Заслуговує на увагу використання геліовітроенергетичних установок для генерації біогазу. Підвищити ефективність теплопостачання автономних споживачів у випадку застосування геліовітрової установки можна за умови її роботи спільно із тепловим насосом. Такі агрегати можуть працювати як влітку (охолодження), так і взимку (обігрів). '

У силу закономірних та стохастичних коливань у часі швидкості вітру та сонячної енергії добове вироблення енергії іноді не узгоджується із вимогами графіка споживання. Для усунення цих недоліків у схемі геліовітроенергетичних установок необхідно передбачити акумулятор. За рахунок спільної роботи вітрових та сонячних установок значно скорочується ємність акумулятора порівняно із його значенням за умови роздільної експлуатації.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >