Право. Гелиоэнергетика солнечные батареи

• Название: Гелиоэнергетика солнечные батареи
• Анкор: Право
• Дата: 24.06.2022
• Размер: 215.02 Kb.
• Имя файла: Право.docx
• Тип: Реферат; #613130

Реферат на тему

«Гелиоэнергетика: солнечные батареи»

Выполнил:

Студент группы З-5Б12,

Каштанов Максим Альбертович

Томск – 2022

Оглавление

Введение 3

2.Что такое гелиоэнергетика? 3

2.1. Возможности гелиоэнергетики 4

2.2.Виды гелиоэнергетики 4

3. Солнечная батарея. 5

3.1. Типы солнечных батарей. 6

3.2. Как работают солнечные батареи. 6

3.3. Как рассчитать солнечную энергию? 8

3.4.Энергообеспечение зданий. 8

3.5.Использование в космосе. 9

3.6.Недостатки солнечной электроэнергетики. 10

Вывод 11

Источники 11

Введение

Одним из основных факторов, определяющих уровень развития общества, является его энерговооруженность, причем потребности человечества в энергии удваиваются каждые 10-15 лет. Потребление энергии за историю развития человечества (в расчете на одного человека) выросло более чем в 100 раз.

Современная энергетика является топливной и более чем на 90% базируется на использовании химических топлив на основе природных горючих ископаемых: нефти, газа, угля (и продуктов их переработки), запасы которых на планете ограниченны и будут в конце концов истощены. Это определяет, с одной стороны, необходимость энергосбережения и разработку высокоэффективных методов добычи и переработки всех доступных ископаемых топлив, а с другой — поиск новых источников энергии и получение на их основе синтетических топлив. Речь идет о синтезе с затратой энергии веществ, которые можно было бы использовать в качестве удобного для потребления искусственного топлива. Более того, всевозрастающие проблемы человечества, связанные с защитой окружающей среды от химического, радиационного и теплового загрязнения, определяют ужесточение требований к экологической чистоте энергодобывающих процессов.

Одним из достаточных перспективных источников получения энергии, является гелиоэнергетика, а именно получение энергии от солнечных батарей. Данный способ является абсолютно экологически чистым, следовательно, уменьшится загрязнение окружающей среды, что в наше время является проблемой №1.

2. Что такое гелиоэнергетика?

Для более структурированного и полного понимая темы, раскроем само понятие «Гелиоэнергетика».

Гелиоэнергетика или солнечная энергетика - вид энергетики, который основан на применении солнечного излучения для получения энергии. Источник, из которого гелиоэнергетика получает энергию — это солнце, поэтому она является экологически чистой, не выделяющей никаких вредных отходов.

Источником «питания» является солнце, именно из него гелиоэнергетика получает энергию. Именно этот фактор указывает нам на то, что данный способ получения энергии является абсолютно экологичным, и не выделяет никаких вредных отходов.

2.1. Возможности гелиоэнергетики

Подсчитано, что за 1 год наша планета получает от Солнца 1018 кВт/ч, что в 10 раз превышает всю энергию, которую могут дать все известные человечеству виды ископаемого топлива. 30 % этой энергии отражается в космос, 20 % принимают участие в процессах круговорота воды в природе, конвекции, отражения, осадков, а 50 % преобразуется в тепло, которое рассеивается в качестве инфракрасного излучения в космос. Еще 0,2 % уходит на образования атмосферных и океанских потоков и всего 0,02 % уходит в хлорофилл и таким образом поддерживает жизнь на Земле. Именно благодаря этой незначительной доли процента солнечной энергии на нашей планете образовался тот огромный запас ископаемого топлива, который мы сейчас имеем. Таким образом можно сделать вывод о том, какие гигантские запасы энергии мы сможем получить, если будет более активно осваивать солнечную энергию.

2. Виды гелиоэнергетики

Существует 2 вида гелиоэнергетики: биологическая и физическая.

1. Биологическая гелиоэнергетика использует солнечную энергию, которая накапливается в растениях в процессе фотосинтеза. Чаще всего речь идет о сжигании древесины. Некоторые страны, в частности Англия, планируют засаживать быстрорастущими деревьями непригодные для ведения сельского хозяйства земли, чтобы впоследствии получить энергию от сжигания древесины. В Бразилии в качестве топлива используют этиловый спирт, который вырабатывается из отходов сахарного тростника. В США существуют электростанции, которые вырабатывают энергию путем сжигания отходов кукурузы. Существует еще масса методов получения солнечной энергии из растений.

К биологическому виду гелиоэнергетики также относится выработка биогаза, который образуется при нагревании до 400-700 °С бытовых органических отходов на специальных установках.

2. Физическая гелиоэнергетика предполагает преобразование солнечного излучения в другие виды энергии при помощи солнечных коллекторов, полупроводников или системы зеркал.

Солнечные коллекторы существуют в таких государствах, как Япония, Турция, Израиль, Греция, Египет. Там их используют как для нагрева воды, так и для отопления помещений. В России довольно широко распространены сушилки на солнечной энергии, использующиеся в сельском хозяйстве. Они позволяют на 40 % сократить расход энергии. Постепенно распространяются и установки, которые позволяют использовать солнечную энергию для отопления и нагрева воды.

3. Солнечная батарея.

Солнечная батарея, солнечная панель — объединение фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя.

Различные устройства, позволяющие преобразовывать солнечное излучение в тепловую и электрическую энергию, являются объектом исследования гелиоэнергетики. Производство фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов развивается в разных направлениях. Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий.

Обычно, в состав солнечной электростанции входит одна или более солнечная панель, инвертор, и так же в некоторых случаях аккумулятор и солнечный трекер.

3.1. Типы солнечных батарей.

Три типа солнечных батарей. Каждый из этих типов солнечных элементов сделан уникальным способом и имеет разный эстетический вид.

1. 
   Монокристаллический
   
2. 
   Поликристаллический
   
3. 
   Тонкопленочные солнечные батареи
   

3.2. Как работают солнечные батареи.

Две кремниевые пластины покрыты разными веществами (бор и фосфор). На пластинке с фосфором образуются свободные электроны. Они начинают двигаться под воздействием солнечного света. Образуется электрический ток, который впоследствии направляется в сами батареи, где и накапливается солнечная энергия.

Чем больше панель, тем больше энергии вы можете собрать. Иногда собирается больше энергии, чем необходимо, поэтому на более крупных панелях устанавливается стабилизатор напряжения для управления потоком энергии и предотвращения повреждения батареи. При выборе солнечной батареи нужно знать, сколько энергии она может хранить. Затем вы можете выбрать солнечную панель, которая может пополнить ваш запас энергии в батарее с учетом того, как часто вы пользуетесь какой-то техникой.



Рис. 1 солнечная батарея.

Система накопления солнечной энергии состоит из четырех основных частей:

Солнечные панели — они обеспечивают электричеством систему при достаточном солнечном свете.

Контроллеры заряда солнечных батарей — управляют мощностью, поступающей в батареи, и предотвращают обратный ток, который истощает батареи, когда солнце не светит.

Батареи — запасают энергию постоянного тока от солнечных панелей для последующего использования в доме.

Инвертор — преобразует мощность постоянного тока от солнечных панелей или батарей в мощность переменного тока для дома.



Рис. 2 система накопления энергии.

3.3. Как рассчитать солнечную энергию?

Теоретически, чтобы рассчитать энергию солнечной батареи, нужно умножить ватты (солнечной панели) на количество часов нахождения на солнце. Например, если телевизор мощностью 20 Вт будет включен в течение двух часов, его батарея потребует 20×2 = 40 Вт в день.

На практике этот способ не работает, так как есть множество внешних факторов, таких как сезонные различия, климатические и так далее.

Британская организация Solar Technology International приводит пример: в средний зимний день в Великобритании период солнечного света составляет всего один час, в летние дни — около шести часов солнечного света. Таким образом, зимой 10-ваттная панель будет обеспечивать 10-ваттную энергию обратно в батарею (10 Вт x 1 = 10 Вт). А летом 10-ваттная панель будет обеспечивать 60-ваттную энергию обратно в вашу батарею (10 Вт x 6 = 60 Вт).

4. Энергообеспечение зданий.

Солнечные батареи крупного размера, как и солнечные коллекторы, широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крышах домов.

Новые дома Испании с марта 2007 года оборудованы солнечными водонагревателями, чтобы самостоятельно обеспечивать от 30 % до 70 % потребностей в горячей воде, в зависимости от места расположения дома и ожидаемого потребления воды. Нежилые здания (торговые центры, госпитали и т. д.) должны иметь фотоэлектрическое оборудование[3].

В настоящее время переход на солнечные батареи вызывает много критики среди людей. Это обусловлено повышением цен на электроэнергию, загромождением природного ландшафта. Противники перехода на солнечные батареи критикуют такой переход, так как владельцы домов и земельных участков, на которых установлены солнечные батареи и ветряные электростанции, получают субсидии от государства, а обычные квартиросъемщики — нет. В связи с этим Федеральное министерство экономики Германии разработало законопроект, который позволит в ближайшем будущем ввести льготы для арендаторов, проживающих в домах, которые обеспечиваются энергией, поступающей от фотовольтаических установок или блочных тепловых электростанций. Наряду с выплатой субсидий владельцам домов, которые используют альтернативные источники энергии, планируется выплачивать дотации проживающим в этих домах квартиросъемщикам.



Рис. 3 принцип работы в доме.

4. Использование в космосе.

Солнечные батареи — один из основных способов получения электрической энергии на космических аппаратах: они работают долгое время без расхода каких-либо материалов, и в то же время являются экологически безопасными, в отличие от ядерных и радиоизотопных источников энергии.

Однако при полётах на большом удалении от Солнца их использование становится проблематичным, так как поток солнечной энергии обратно пропорционален квадрату расстояния от Солнца. На Марсе мощность солнечных батарей вдвое меньше чем на Земле, а около дальних планет гигантов солнечной системы мощность падает настолько, что делает солнечные батареи почти полностью бесполезными. При полётах же к внутренним планетам, Венере и Меркурию, мощность солнечных батарей напротив, значительно возрастает: в районе Венеры в 2 раза, а в районе Меркурия в 6 раз.

4. Недостатки солнечной электроэнергетики.

• 
  Необходимость использования больших площадей;
  
• 
  Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в вечерних сумерках, в то время как пик электропотребления приходится именно на вечерние часы;
  
• 
  Несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы могут содержать ядовитые вещества;
  
• 
  Солнечные электростанции подвергаются критике из-за высоких издержек, а также низкой стабильности комплексных галогенидов свинца и токсичности этих соединений. В настоящее время ведутся активные разработки бессвинцовых полупроводников для солнечных батарей, например, на основе висмута и сурьмы;
  
• 
  Из-за своей низкой эффективности, которая в лучшем случае достигает 20 процентов, солнечные батареи сильно нагреваются. Остальные 80 процентов энергии солнечного света нагревают солнечные батареи до средней температуры около 55 °C. С увеличением температуры фотогальванического элемента на 1° его эффективность падает на 0,5 %. Активные элементы систем охлаждения (вентиляторы или насосы), перекачивающие хладагент, потребляют значительное количество энергии, требуют периодического обслуживания и снижают надёжность всей системы. Пассивные системы охлаждения обладают очень низкой производительностью и не могут справиться с задачей охлаждения солнечных батарей.
  

Вывод

В наше время солнечные батареи набирают все большую популярность, конечно о полном переходе на такой способ получения энергии говорить конечно не стоит, как мне кажется это произойдет еще очень нескоро.

Солнечные батареи достаточно энергоэффективны, но требуют больших растрат в обслуживании и содержании. Есть большой плюс в том, что при получении энергии не происходит никаких выбросов вредных веществ или паров, а вот про производство солнечных батарей нельзя, так сказать.

Источники

1. 
   http://efarostov.ru/gelioenergetika.htm
   
2. 
   http://www.referatmix.ru/referats/101/referatmix_128931.htm
   
3. 
   https://ru.wikipedia.org/wiki/
   
4. 
   https://theoryandpractice.ru/posts/18400-kak-rabotayut-solnechnye-batarei