ПРОЕКТ. Актуально везде, поскольку нельзя представить себе место на Земле без Солнца, в большей или меньшей степени. К сожалению, в настоящее время существует проблема цена на электричество поднимается всё выше и выше.
 Скачать 28.77 Kb.
|
|
Введение Применение солнечных электростанций актуально везде, поскольку нельзя представить себе место на Земле без Солнца, в большей или меньшей степени. К сожалению, в настоящее время существует проблема: цена на электричество поднимается всё выше и выше. Поэтому необходимо использовать альтернативные источники энергии, и практическая значимость использование солнечной энергии посредством солнечных батарей у нас вполне осуществимо, так как наш климат вполне этому благоприятствует. Солнечная энергия и солнечная электростанция Солнечное излучение - экологически чистый и возобновляемый источник энергии. Запасы солнечной энергии огромны. Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечного излучения в электрическую энергию. Способы преобразования солнечного излучения различны и зависят от конструкции электростанции. Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов: 1. СЭС башенного типа. Данные электростанции основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров (в зависимости от мощности и некоторых других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой. Этот резервуар покрашен в чёрный цвет для поглощения теплового излучения. Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая пар на турбогенератор, который находится вне башни. По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты. 2. СЭС тарельчатого типа. Данный тип СЭС использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции. Станция состоит из отдельных модулей. Модуль состоит из опоры, на которую крепится ферменная конструкция приемника и отражателя. Приемник находится на некотором удалении от отражателя, и в нем концентрируются отраженные лучи солнца. Отражатель состоит из зеркал в форме тарелок (отсюда название), радиально расположенных на ферме. Диаметры этих зеркал достигают 2 метров, а количество зеркал — нескольких десятков (в зависимости от мощности модуля). Такие станции могут состоять как из одного модуля (автономные), так и из нескольких десятков (работа параллельно с сетью). 3. СЭС, использующие фотобатареи. СЭС этого типа в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных модулей (фотобатарей) различной мощности и выходных параметров. Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.). Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями. Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением городов. 4. СЭС, использующие параболические концентраторы. Принцип работы данных СЭС заключается в нагревании теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе. Конструкция СЭС: на ферменной конструкции устанавливается параболоцилиндрическое зеркало большой длины, а в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет теплоноситель (чаще всего масло). Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в теплообменных аппаратах отдаёт теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор. 5. Комбинированные СЭС. Часто на СЭС различных типов дополнительно устанавливают теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. В этом и состоит суть комбинированных СЭС. Также на одной территории возможна параллельная установка концентраторов и фотобатарей, что тоже считается комбинированной СЭС. 6. Солнечно-вакуумные электростанции. Используют энергию воздушного потока, искусственно создаваемого путем использования разности температур воздуха в приземном слое воздуха, нагреваемого солнечными лучами в закрытом прозрачными стеклами участке, и на некоторой высоте. Состоят из накрытого стеклянной крышей участка земли и высокой башни, у основания которой расположена воздушная турбина с электрогенератором. Вырабатываемая мощность растет с ростом разности температур, которая увеличивается с высотой башни. Путём использования энергии нагретой почвы способны работать почти круглосуточно, что является их серьёзным преимуществом. 1.2 История Солнечное излучение – экологически чистый и возобновляемый источник энергии. Запасы солнечной энергии огромны. К началу XXI века человечество разработало и освоило ряд принципов преобразования тепловой энергии в электрическую. Их можно условно разделить на машинные и безмашинные методы. Последние часто называют методами прямого преобразования энергии, поскольку в них отсутствует стадия преобразования тепловой энергии в механическую работу. Мы рассмотрим безмашинные методы преобразования термоэлектрическими, термоэмиссионными и фотоэлектрическими, непосредственно преобразующими энергию солнечного излучения в электрический ток. «Термоэлектрогенераторы основаны на открытом в 1821 году немецким физиком Т.И. Зеебеком термоэлектрическом эффекте, состоящем в возникновении на концах двух разнородных проводников термо-ЭДС, если концы этих проводников находятся при разной температуре, – пишет в «Соросовском образовательном журнале» Л.М. Драбкин. – Открытый эффект первоначально использовался в термометрии для измерения температур. Энергетический КПД таких устройств – термопар, подразумевающий отношение электрической мощности, выделяемой на нагрузке, к подведенному теплу, составлял доли процента. Только после того, как академик А.Ф. Иоффе предложил использовать для изготовления термоэлементов вместо металлов полупроводники, стало возможным энергетическое использование термоэлектрического эффекта, и в 1940—1941 годах в Ленинградском физико-техническом институте был создан первый в мире полупроводниковый термоэлектрогенератор. Трудами его школы в 40-50-е годы была разработана и теория термоэлектрического эффекта в полупроводниках, а также синтезированы весьма эффективные (по сей день) термоэлектрические материалы». Соединяя между собой отдельные термоэлементы, можно создавать достаточно мощные термобатареи. Электростанция мощностью 10 ГВт может весить до 200 тысяч тонн. Снижение веса энергоустановки напрямую связано с повышением коэффициента полезного действия преобразования солнечной энергии в электричество. Этого можно достичь двумя путями: увеличением термического коэффициента полезного действия преобразователя и снижением необратимых потерь энергии во всех элементах энергоустановки. В первом случае концентрированное излучение позволяет получать очень высокие температуры. Но одновременно при этом весьма возрастают требования к точности систем слежения за Солнцем, что для громадных по размерам концентрирующих систем маловероятно. Поэтому усилия исследователей неизменно направлялись на снижение необратимых потерь. Они попытались уменьшить переток тепла с горячих спаев на холодные теплопроводностью. Для решения этой задачи требовалось добиться увеличения добротности полупроводниковых материалов. Однако после многолетних попыток синтезировать полупроводниковые материалы с высокой добротностью стало ясно, что достигнутая сегодня величина является предельной. Тогда возникла идея разделить горячий и холодный спаи воздушным промежутком, подобно двухэлектродной лампе – диоде. Если в такой лампе разогревать один электрод – катод и при этом охлаждать другой электрод – анод, то во внешней электрической цепи возникнет постоянный ток. Впервые это явление наблюдал в 1883 году Томас Эдисон. «Открытое Эдисоном явление получило название термоэлектронной эмиссии, – пишет Л.М. Драбкин. – Подобно термоэлектричеству оно долгое время применялось в технике слабых токов. Позднее ученые обратили внимание на возможности использования метода для преобразования тепла в электричество. И хотя природа у термоэлектричества и термоэлектронной эмиссии разная, но выражения для КПД у них одинаковые. Главные составляющие необратимых потерь в ТЭП связаны с неизотермическим характером подвода и отвода тепла на катоде и аноде, перетоком тепла с катода на анод по элементам конструкции ТЭП, а также с омическими потерями в элементах последовательного соединения отдельных модулей. Для достижения высоких КПД цикла Карно современные ТЭП создают на рабочие температуры катодов 1700—1900 К, что при температурах охлаждаемых анодов порядка 700 К позволяет получать КПД порядка 10 процентов. Таким образом, благодаря снижению необратимых потерь в самом преобразователе и при одновременном повышении температуры подвода тепла КПД ТЭП оказывается вдвое выше, чем у описанного выше ТЭГ, но при существенно более высоких температурах подвода тепла». Теперь рассмотрим фотоэлектрический метод преобразования энергии, который сейчас очень широко используется в альтернативной энергетике. В солнечных батареях используется явление внешнего фотоэффекта, проявляющегося на p-n-переходе в полупроводнике при освещении его светом. Создают p-n (или n-p)-переход путем введения в монокристаллический полупроводниковый материал-базу примеси с противоположным знаком проводимости. При попадании на p-n-переход солнечного излучения происходит возбуждение электронов валентной зоны и образуется электрический ток во внешней цепи. Коэффициент полезного действия современных солнечных батарей достигает 13-15 процентов. У солнечных электростанций есть одна, но весьма существенная проблема. Получать и использовать «чистую» солнечную энергию на поверхности Земли мешает атмосфера. А что если разместить солнечные электростанции в космосе, на околоземной орбите. Там не будет атмосферных помех, невесомость позволит создавать многокилометровые конструкции, которые необходимы для «сбора» энергии Солнца. У таких станций есть большое достоинство. Преобразование одного вида энергии в другой неизбежно сопровождается выделением тепла, и сброс его в космос позволит предотвратить опасное перегревание земной атмосферы, что очень актуально в наше время. Как на самом деле будут выглядеть солнечные космические электростанции, сегодня точно сказать нельзя, хотя к проектированию подобных электростанций конструкторы приступили еще в конце 1960-х годов. Любой вариант проекта солнечной космической электростанции предполагает, что это колоссальное сооружение. Даже самая маленькая космическая электростанция должна весить десятки тысяч тонн. И эту гигантскую массу необходимо будет запустить на удаленную от Земли орбиту. 1.3 Мировой опыт эксплуатации солнечных электростанций В 1985 году все установленные мощности мира составляли 0,021 ГВт. В 2005 году Производство фотоэлементов в мире составляло 1,656 ГВт. На начало 2010 года общая мировая мощность фотоэлементной солнечной энергетики составляла лишь около 0,1 % общемировой генерации электроэнергии. В 2012 году общая мощность мировых гелиоэнергетических установок выросла на 31 ГВт, превысив 100 ГВт. Самая мощная солнечная электростанция (550 МВт) находится в Калифорнии, США. В настоящее время мировым лидером в производстве солнечной электроэнергии является Германия, не отличающаяся благоприятным и солнечным климатом, совокупный объем мощностей солнечных электростанций которой составляет по данным статистики на 2011 год 19ГВт. Так же стоит отметить, что сейчас в европейской энергетической структуре возобновляемым источникам энергии, в том числе солнечным электростанциям, отводится не менее 20%. Крупнейшие фотоэлектростанции мира
1.4 Светодиоидные ленты Светодио́дная ле́нта — источник света, собранный на основе светодиодов. Представляет собой гибкую печатную (монтажную) плату, на которой равноудалённо друг от друга расположены светодиоды. Обычно ширина ленты составляет 8-20мм, толщина (со светодиодами) 2—3 мм. При изготовлении лента наматывается в рулоны отрезками по 5 м. Для ограничения тока через светодиоды, в электрическую схему ленты вводятся ограничительные сопротивления (резисторы), которые также монтируются на ленте. Разновидности лент. В зависимости от типа светодиодов ленты разделяются по величине светового потока (количеству светодиодов) и цвету свечения. Бывают ленты с монохромным свечением (красного, зелёного, синего, жёлтого, белого цвета) и цветные. В конструкции цветной ленты используются цветные светодиоды, которые фактически представляют собой размещённые на одной основе светодиоды трёх цветов (красный, зелёный, синий), то есть эту ленту можно представить как три одноцветные ленты. Подключение ленты. Светодиодная лента работает от постоянного тока и подключается к постоянному напряжению, величиной обычно 12 В, реже 24 В. Для плавного управления яркостью и цветом свечения цветной светодиодной ленты применяются контроллеры, принцип работы которых состоит в изменении яркости свечения светодиодов отдельно по каждому цвету. Многие контроллеры могут управляться с помощью пульта дистанционного управления. Преимущества и недостатки. ПреимуществаПростота монтажа. Многие ленты имеют на обратной стороне двухсторонний скотч, что позволяет ее легко крепить практически на любые поверхности.Невысокая цена эксплуатации. По отношению световой поток/стоимость эксплуатационных расходов светодиоды имеют один из самых высоких показателей. Надёжность. По сравнению с традиционными лампами накаливания и люминесцентными лампами, светодиоды имеют бо́льший срок службы. Неограниченный потенциал в увеличении светового потока по сравнению с точечными источниками, совместимыми со старой арматурой. Нет опасности перегрева элементов — световой поток пропорционален длине ленты. Возможность реализации оригинальных дизайнерских решений за счет гибкости и небольшой толщины светодиодной ленты. Недостатки При одинаковом световом потоке, стоимость светодиодной ленты выше, чем традиционных источников света, таких как лампа накаливания или люминесцентная лампа (на 2012 год). Полностью несовместима со старой арматурой. Раздел 2. Описание представленной модели солнечной электростанции Наша модель солнечной электростанции состоит из солнечной панели, проводов, аккумулятора и потребителя электроэнергии. Солнечная панель вырабатывает электроэнергию в светлое время суток. Характеристики солнечной панели: Напряжение – 12В Мощность – 20Вт Ток – постоянный Сила тока – 15А Размеры, мм - 540×360×30 Вес, кг – 2,2 Принцип работы: На кремниевую пластинку с одной стороны наносят тончайший слой фосфора, с другой стороны – тончайший слой бора. Там, где кремний контактирует с бором, возникает избыток свободных электронов, а там, где кремний контактирует с фосфором, наоборот электроны в недостатке, возникают так называемые «дырки». Стык сред, обладающих избытком и недостатком электронов, называется в физике p-n переход. Фотоны света бомбардируют поверхность пластины и вышибают избыточные электроны фосфора к недостающим электронам бора. Упорядоченное движение электронов – это и есть электрический ток. Осталось только «собрать» его, проведя через пластину металлические дорожки. Аккумулятор накапливает выработанную электроэнергию, которая расходуется потребителем в тёмное время суток или когда солнечная панель отсоединена от системы. Характеристики аккумулятора: Напряжение – 12В Ёмкость – 12А*ч Ток - постоянный Светодиодные ленты (потребитель) потребляют электроэнергию и светятся. Характеристики светодиодной ленты: Напряжение – 12В Сила тока – 4А Цена установки, руб: Солнечная батарея – 2870 Аккумулятор – взяли свой мотоциклетный Провода – взяли из электромонтажной мастерской Диодная лента – 300 Всего: 3170 рублей Заключение В процессе выполнения работы необходимо было показать, что с помощью солнечной энергии можно получить электрическую, без посторонних источников питания. Для понимания солнечной энергии и процессов ее преобразования в электроэнергию, было рассмотрено, что такое солнечное излучение, солнечная электростанция и типы солнечных электростанций, а также была рассмотрена история солнечной электроэнергетики и мировой опыт использования. В качестве потребителя электрической энергии нами были использованы светодиодные ленты. К каждому элементу были указаны характеристики, принцип их работы, а также роль, которые они выполняют в нашем макете. В завершении работы были подсчитаны материальные затраты на используемое оборудование макета. Список используемой литературы 1. Лаврус В.С. Источники энергии / Серия "Информационное Издание", Выпуск 3 "Наука и Техника", 2013-72 с. 2. Сайт «Новые технологии»: http// www.sphelar.ru 3. Сайт «СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ»: http//www.ecomuseum.kz Технологии применения солнечной энергии для агропромышленного комплекса решают широкий спектр задач в сфере сельскохозяйственной деятельности. Могут быть внедрены в любой ее отрасли. Наличие свободных территорий и значительной площади крыш и стен домов и хозяйственных построек позволяет получать и накапливать большие количества бесплатной электроэнергии. Монтаж фотоэлектрических систем выполняется для производства электроэнергии, которую можно применять для работы насосов, электропастуха на выпасах, медогонок на пасеке, электроножей и другого оборудования, а также обеспечения электричеством жилых зданий. Воздушные коллекторы служат для обогрева и вентиляции помещений, создавая комфортную среду проживания для людей, сельскохозяйственных животных и поддерживая показатели температуры и влажности на заданном уровне. Парники и теплицы, оборудованные гелиопанелями, не только сохраняют тепло и накапливают его, задерживая внутри, но и обеспечивают необходимый растениям микроклимат. Применение устройств для отопления и проветривания в зерно- и овощехранилищах, на складах позволяет обойтись без непрерывного участия обслуживающего персонала в поддержании заданных параметров среды и сохранить урожай, здания и технику наилучшим образом. |