Исследовательская работа на тему: "Солнечная энергия и ее использование"

• 1 слайд

  Исследовательская работа
  по теме:
  «Солнечная энергия и ее использование».
  

• 2 слайд

  Исследовательская работа
  по теме:
  «Солнечная энергия и ее использование».
  Выполнили учащиеся 8 класса
  МКОУ «Кисловская СОШ»
  Мельникова Оксана и
  Бабенко Алина
  Руководитель: учитель физики
  Вальковская В.В.
  

• 3 слайд

  1)Качество нашей жизни зависит от энергопотребления, поэтому каждый из нас энергозависим. Это связано с тем, что за пределами больших городов энергоснабжение является нестабильным. Существуют природные факторы. Примером могут послужить сильные ветра, ледяной дождь, которые приводят к обрыву электропроводов. 2)Поскольку нефть считается черным золотом, мы невольно задумываемся о людях будущего. И здесь человек сегодняшний должен проявить смекалку. Поскольку возможности природы не безграничны, следует работать в этом направлении и использовать возможности других природных видов энергии и в частности солнечной энергии. Солнечная энергия представляет собой сферу значимых инвестиций в условиях снижения запасов нефти и газа.
  Актуальность
  

• 4 слайд

  Изучить способы использования солнечной энергии и возможности замены «ископаемой» энергии на энергию Солнца
  Задачи:
  Изучить научную литературу по теме использования солнечной энергией
  Познакомиться с историей использования солнечной энергии.
  Выяснить, как и где можно использовать солнечную энергию.
  Узнать что такое фотоэлемент, солнечные батареи и как их использовать.
  Выяснить, как развивается солнечная энергетика в нашей стране и мире.
  Построить солнечную печь и испытать ее. Провести эксперимент и сформулировать
  
  Цель работы:
  

• 5 слайд

  Вопросы исследования
  Откуда Солнце берет энергию
  Что Солнце дарит Земле
  Почему и когда встал вопрос об использовании
  солнечной энергии
  Где можно использовать солнечную энергию
  Каковы перспективы использования энергии
  Солнца
  

• 6 слайд

  
  В центре Солнца находится солнечное ядро. Фотосфера — это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения. В ядре осуществляется протон-протонная термоядерная реакция, в результате которой из четырёх протонов образуется гелий. энергия Солнца имеет термоядерное происхождение.
  Откуда Солнце берет энергию
  

• 7 слайд

  
  
  Значение энергии солнца.
  Энергия Солнца является источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря и океаны, развиваются растения, животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива. Солнечная энергия может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество.
  

• 8 слайд

  История
  В религиях самых разных населяющих Землю народов, одним из самых главных богов всегда был бог Солнца, дарующий животворящее тепло всему сущему.
  

• 9 слайд

  Первой известной гелиосистемой можно считать статую Аменхотепа III, относящуюся к XV веку до н.э. Внутри статуи располагалась система воздушных и водяных камер, которые под солнечными лучами приводили в движение спрятанный музыкальный инструмент.
  

• 10 слайд

  Солнечная энергия до нашего времени…
  В Древней Греции и в Древнем Риме основной массив лесов был хищнически вырублен для строительства зданий и судов. Дрова для отопления почти не использовались. Для обогрева жилых домов и оранжерей активно использовалась солнечная энергия. Архитекторы старались строить дома так, чтобы в зимнее время на них падало бы как можно больше солнечных лучей. Согласно легенде Архимед, находясь на берегу, уничтожил неприятельский римский флот под Сиракузами. Как? При помощи зажигательных зеркал. Известно, что подобные зеркала делались также в VI веке. А в середине XVIII столетия французский естествоиспытатель Ж. Бюффон производил опыты с большим вогнутым зеркалом, состоящим из множества маленьких плоских. Они были подвижными и фокусировали в одну точку отраженные солнечные лучи. Этот аппарат был способен в ясный летний день с расстояния 68 м довольно быстро воспламенить пропитанное смолой дерево. Позднее во Франции было изготовлено вогнутое зеркало диаметром 1,3 м, в фокусе которого можно было за 16 секунд расплавить чугунный стержень. В Англии же отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, с его помощью удавалось расплавлять чугун за три секунды и гранит – за минуту.
  

• 11 слайд

  Первые опыты использования солнечной энергии
  В 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды.
  В конце XVII в. ведущий французский химик А. Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650 оС и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины.
  
  В 1866 г. француз А. Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных концентраторов и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов.
  
  В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000 °С.
  

• 12 слайд

  Использование энергии Солнца
  Сфера применения энергии солнца очень обширна, и с каждым годом она становится все больше. Так, еще совсем недавно дачный душ с солнечным нагревателем воспринимался как нечто необыкновенное, а возможность использования солнечного света для домашних электросетей и вовсе казалась фантастикой. Сегодня же никого не удивишь не только автономной гелиостанцией, но и мобильными зарядками на солнечных батареях и даже мелкой техникой (например, часами), работающей на фотогальваническом эффекте. Солнечную энергию можно использовать не только для подогрева воды, но и для подогрева воздуха, просушивания зерна, обогрева зданий, теплиц.
  

• 13 слайд

  Солнечные фотоэлементы
  Устройства для прямого преобразования световой или солнечной энергии в электроэнергию Преобразование солнечного света в электричество происходит в фотоэлементах, изготовленных из полупроводникового материала, например, кремния, которые под воздействием солнечного света вырабатывают электрический ток.
  

• 14 слайд

  Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции. В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: СЭС башенного типа и СЭС распределенного типа.
  Солнечная электростанция 
  Солнечная электростанция 
  

• 15 слайд

  Солнечные коллекторы и аккумуляторы теплоты
  Основным конструктивным элементом солнечной установки является коллектор, в котором происходит улавливание солнечной энергии, ее преобразование в теплоту и нагрев воды, воздуха или какого либо другого теплоносителя. Различают два типа солнечных коллекторов - плоские и фокусирующие.
  

• 16 слайд

  Использование энергии Солнца в автомобилях
  Электромобили на солнечных батареях— этот тип электромобилей, которые передвигаются благодаря энергии солнца. Для питания электродвигателей и подзарядки аккумуляторов гелиомобиль использует солнечные батареи. Как обычный электромобиль передвигается ночью, а днём ему хватает энергии солнца.
  

• 17 слайд

  Солнечная печь — устройство для использования энергии солнечного света,
  для приготовления пищи без использования топлива или электроэнергии.
  Аналогичные по принципу устройства иногда применяются для опреснения
   непригодной для употребления воды в засушливых регионах.
  Успешное использование солнечных печей (плит) отмечалось в Европе и Индии уже в 18-м веке.
  Солнечные плиты и духовые шкафы поглощают солнечную энергию, превращая ее в тепло,
  которое накапливается внутри замкнутого пространства. Поглощенное тепло используется для варки, жарки и выпечки. Температура в солнечной печи может достигать 200 градусов Цельсия.
  Солнечная печь
  Солнечная печь
  

• 18 слайд

  Практическая работа
  Практическая работа
  Предлагаем вашему вниманию самодельную солнечную печь.
  Мы считаем, что такую печь удобно использовать в походе,
  чтобы запечь картофель, согреть чай, поджарить сосиски и т.д..
  

• 19 слайд

  Развитие солнечной энергетика нашей стране и мире.
  Бесспорным мировым лидером по использованию солнечной энергии и выработке электроэнергии на ее базе является Германия. К 2050 году Германия планирует 100% обеспечить нужды страны в электроэнергии на базе одних лишь фотовольтаичных панелей и других солнечных инсталляций.
  

• 20 слайд

  Солнечная энергетика в России пока не является особо востребованной. И все же в 2010 году в Белгородской области была введена в эксплуатацию первая в России промышленная солнечная станция мощностью 100 кВт; разрабатываются проекты строительства станций в Ставропольском крае ("Хевел") и Иркутской области ("НИТОЛ"). Используются солнечные батареи в космонавтике. Уже третий советский искусственный спутник Земли, выведенный на орбиту 15 мая 1958 года, был оснащен солнечной батареей. А теперь широко распахнутые крылья, на которых размещены целые солнечные электростанции, стали неотъемлемой деталью конструкции любого космического аппарата.
  

• 21 слайд

• 22 слайд

  Плюсы» использования энергии солнца
  НЕТ! загрязнению
  окружающей среды!
  НЕТ! истреблению
  ресурсов!
  НЕТ! вредным воздействиям!
  
  
  Людям сегодня нужен ЧИСТЫЙ,
  ДЕШЁВЫЙ и БЕЗОПАСНЫЙ
  источник энергии!!!
  
  
  СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ, ПОСТУПАЮЩАЯ ЗА ТРИ ДНЯ НА ТЕРРИТОРИЮ РОССИИ, ПРЕВЫШАЕТ ЭНЕРГИЮ ВСЕЙ ГОДОВОЙ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ!!!
  
  Солнечная энергия - нефть 21-го века!
  Солнечная энергия - это то, что
  породило и кормит все живое!
  Солнечная энергия
  доступна всем!
  

• 23 слайд

  Заключение
  Исследуя тему использования энергии Солнца, мы пришли к выводу, что человечество постоянно совершенствует способы получения так необходимой ему энергии, в том числе электрической. Завтрашним Днем Энергетики благодаря аккумулированию тепла и гибридизации, тепловые солнечные электростанции могут стать устойчивым и гибким источником электроэнергии. Он надежен и способен производить электроэнергию тогда, когда она нужна. Хотя солнечная тепловая электростанция может стоить дороже традиционной, ценность ее может быть выше.
  

• 24 слайд

  Солнечная энергия это реально!
  
  
  Солнечная энергия
  это
  реально!
  

МКОУ «Кисловская СОШ»

Исследовательская работа

по теме:

«Солнечная энергия и ее использование».

                                                                   Выполнили учащиеся 8 класса

                                           МКОУ «Кисловская СОШ»

Мельникова Оксана и  

Бабенко Алина

                                                      Руководитель: учитель физики

                               Вальковская В.В.

2014-2015 учебный год

Содержание

1.      Введение.
1.1. Актуальность темы
1.2. Цели и задачи
1.3. Методы работы

2.      Энергия солнца.

3.      История применения.

4.      Практическое использование.

4.1. Солнечные фотоэлементы
4.2. Солнечные батареи.
4.3. Солнечные станции.

4.4. Солнечные коллекторы
4.5. Солнечные автомобили.
4.6. Солнечная печь.

5.      Практическая работа:  Изготовление солнечной печи и её испытание.

6.      Развитие  солнечной энергетика в нашей стране и мире.

7.      Заключение.

8.      Литература.                                                                                                                                                   8. Приложения.
1. Схема изготовления печи.
2. Солнечная станция.
3. Солнечный автомобиль.
4. Солнечная батарея.

5. Солнечные фотоэлементы.

Введение

Энергия солнца – это всего лишь поток фотонов. И вместе с тем это – один из основополагающих факторов, обеспечивающих само существование жизни в нашей биосфере. Поэтому вполне естественно, что солнечный свет активно используется человеком не только в климатическом аспекте, но и в качестве альтернативного источника энергии.                                                                                                                                                                                  Солнечные лучи являются практически единственным источником энергии на Земле. Нельзя ли в таком случае использовать эту энергию и непосредственно? Нельзя ли создать такие установки, при помощи которых можно было бы использовать солнечные лучи в момент их падения на нашу планету?                                                                                                                            Актуальность солнечной энергетики постоянно растет, потому что солнечная энергия является экологически чистой. Вторая причина актуальности использования солнечной энергии заключается в её ресурсоемкости.                                                                                                           Всего за 9 минут Земля получает больше энергии от Солнца, чем человечество производит за весь год. Эта энергия поставляется бесплатно и не оказывает влияния на окружающую среду непосредственно в вашей квартире.

Актуальность

Качество нашей жизни зависит от энергопотребления, поэтому каждый из нас энергозависим. Это связано с тем, что за пределами больших городов энергоснабжение является нестабильным. Существуют природные факторы. Примером могут послужить сильные ветра, ледяной дождь, которые приводят к обрыву электропроводов.                                                                                          Поскольку нефть считается черным золотом, мы невольно задумываемся о людях будущего. И здесь человек сегодняшний должен проявить смекалку. Поскольку возможности природы не безграничны, следует работать в этом направлении и использовать возможности других природных видов энергии и в частности солнечной энергии. Солнечная энергия представляет собой сферу значимых инвестиций в условиях снижения запасов нефти и газа.                                                                                                      И мы решили выяснить, как эту зависимость можно уменьшить.

Цель работы: Изучить способы использования солнечной энергии и  возможности замены «ископаемой» энергии на энергию Солнца.                                                                                       Задачи:                                                                                                                                                                                    

1.       Изучить научную литературу по теме использования солнечной энергией

2.      Познакомиться с историей использования солнечной энергии.

3.      Выяснить, как и где можно  использовать солнечную энергию.

4.      Узнать что такое фотоэлемент, солнечные батареи и как их использовать.

5.      Выяснить,  как развивается солнечная энергетика в нашей стране и мире.

6.      Построить солнечную печь и испытать ее. Провести эксперимент и сформулировать вывод.                                                                                                                                               Методы работы: Работа с литературой и Практическая работа.

2. Энергия солнца и ее значение

    В центре Солнца находится солнечное ядро. Фотосфера — это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения.  В ядре осуществляется протон-протонная термоядерная реакция, в результате которой из четырёх протонов образуется гелий.   Таким образом энергия Солнца имеет термоядерное происхождение.                                                                                                                                                    Первоисточником энергии для протекания всех процессов на Земле служит Солнце.                                                                                                                                                  Поток энергии, посылаемый Солнцем к Земле, превышает 20 млн ЭДж в год. Из-за шарообразности Земли к границе атмосферы подходит только четверть этого потока. Из нее около 70% отражается, поглощается атмосферой, излучается в виде длинноволнового инфракрасного излучения. Падающая на поверхность Земли солнечная радиация составляет 1,54 мин ЭДж в год. Это огромное количество энергии в 5000 раз превышающее все потребление энергии человечеством в конце XX столетия и в 5,5 раза — энергию всех доступных ресурсов ископаемого топлива органического происхождения, накопленных в течение, как минимум, 100 млн. лет.

       Энергия Солнца является источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря и океаны, развиваются растения, животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива. Солнечная энергия может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество.                                                                                                                                  Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый биологический (биотический), развивающийся на основе большого. Малый круговорот состоит в непрерывном, циклическом, но неравномерном во времени и пространстве, перераспределении вещества, энергии и информации в пределах экологических систем. Оба круговорота взаимно связаны и представляют собой единый процесс.                                             Солнце – это не только источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии (энергии нефти, угля, воды, ветра)

3. История развития солнечной энергетики.

Уже древнейшие люди думали, что вся жизнь на Земле порождена и неразрывно связана с Солнцем. В религиях самых разных населяющих Землю народов, одним из самых главных богов всегда был бог Солнца, дарующий животворящее тепло всему сущему.

 С момента появления на земле человек начал использовать энергию солнца. По археологическим данным известно, что для жилья предпочтение отдавали тихим, закрытым от холодных ветров и открытых солнечным лучам местам.
 Пожалуй, первой известной гелиосистемой можно считать статую Аменхотепа III, относящуюся к XV веку до н.э. Внутри статуи располагалась система воздушных и водяных камер, которые под солнечными лучами приводили в движение спрятанный музыкальный инструмент.                                                                                                                                        Использовали наши предки солнечную энергию и в более прозаических целях.                                                                В Древней Греции и в Древнем Риме основной массив лесов был хищнически вырублен для строительства зданий и судов. Дрова для отопления почти не использовались. Для обогрева жилых домов и оранжерей активно использовалась солнечная энергия. Архитекторы старались строить дома так, чтобы в зимнее время на них падало бы как можно больше солнечных лучей. Древнегреческий драматург Эсхил писал, что цивилизованные народы тем и отличаются от варваров, что их дома «обращены лицом к солнцу». Римский писатель Плиний Младший указывал, что его дом, расположенный севернее Рима, «собирал и увеличивал тепло солнца за счет того, что его окна располагались так, чтобы улавливать лучи низкого зимнего солнца». Раскопки древнего греческого города Олинфа показали, что весь город и его дома были спроектированы по единому плану и располагались так, чтобы зимой можно было поймать как можно больше солнечных лучей, а летом, наоборот, избегать их. Жилые комнаты обязательно располагались окнами к солнцу, а сами дома имели два этажа: один - для лета, другой - для зимы. В Олинфе, как и позже в Древнем Риме, запрещалось ставить дома так, чтобы они заслоняли от солнца дома соседей.                                                                                                                    Наиболее спорным является вопрос о так называемых «зажигательных зеркалах», с помощью которых Архимеду удавалось в открытом море сжигать римские корабли, которые флотом в 60 квинкверемами встали на якорь неподалёку от города.                                                                  Известно, что Архимед много занимался оптикой (он написал трактат по оптике, до нас не дошедший). Возможно,  это помогло ему создать систему вогнутых зеркал, которые фокусируя лучи солнечного света, могли аккумулировать достаточную энергию для создания температуры, необходимой для воспламенения корабля.

Византийский учёный Анфимий из Тралл (474 — не позднее 558 годы) в «О чудесных механизмах» сообщал, что Архимед пользовался не одним вогнутым зеркалом, а его установка могла состоять из множества плоских зеркал, которые устанавливались так, чтобы образовывалась одна огромная вогнутая отражающая поверхность. Солнечный свет в таком устройстве образовывал мощный луч, который можно было направить в одну точку. Для этого Архимед, возможно, сконструировал особую раму, на которой при помощи шарниров крепилось не менее 24 зеркал. Анфимий стремился дать реконструкцию зеркал, исходя из радиуса действия, равного дальности полёта стрелы                                                                                                                      
Таким образом, согласно легендам, Архимед направил солнечный огонь на вражеский флот и обратил его в пепел.                                                                                                                             Кажущаяся простота получения тепла при концентрации солнечных лучей не однажды порождала неоправданный оптимизм. Немногим более ста лет назад, в 1882 году, русский журнал «Техник» опубликовал заметку об использовании солнечной энергии в паровом двигателе. «Инсолатором» назван паровой двигатель, котел которого нагревается при помощи солнечных лучей, собираемых для этой цели особо устроенным отражательным зеркалом. Английский ученый Джон Тиндаль применил подобные конические зеркала очень большого диаметра при исследовании теплоты лунных лучей. Французский профессор  А.Б. Мушо воспользовался идеей Тиндаля, применив ее к солнечным лучам, и получил жар, достаточный для образования пара. Изобретение, усовершенствованное инженером Пифом, было доведено им до такого совершенства, что вопрос о пользовании солнечной теплотой может считаться окончательно решенным в положительном смысле».  Оптимизм инженеров, построивших «инсолатор», оказался неоправданным. Слишком много препятствий предстояло еще преодолеть ученым, чтобы энергетическое использование солнечного тепла стало реальным. Лишь сейчас, через сто с лишним лет, начала формироваться новая научная дисциплина, занимающаяся проблемами энергетического использования солнечной энергии, — гелиоэнергетика. И лишь сейчас можно говорить о первых реальных успехах в этой области.

4. Использование энергия Солнца.

Сфера применения энергии солнца очень обширна, и с каждым годом она становится все больше. Так, еще совсем недавно дачный душ с солнечным нагревателем воспринимался как нечто необыкновенное, а возможность использования солнечного света для домашних электросетей и вовсе казалась фантастикой. Сегодня же никого не удивишь не только автономной гелиостанцией, но и мобильными зарядками на солнечных батареях и даже мелкой техникой (например, часами), работающей на фотогальваническом эффекте. Солнечную энергию можно использовать не только для подогрева воды, но и для подогрева воздуха, просушивания зерна, обогрева зданий, теплиц.                                                                                           В большинстве стран мира количество солнечной энергии, попадающей на крыши и стены зданий, намного превышает годовое потребление энергии жителями этих домов. При помощи солнечных коллекторов можно обогреть жилые дома и коммерческие здания и/или обеспечить их горячей водой. Солнечный свет, сконцентрированный параболическими зеркалами (рефлекторами), применяют для получения тепла (с температурой до нескольких тысяч градусов Цельсия). Его можно использовать для обогрева или для производства электроэнергии. Кроме этого, существует другой способ производства энергии с помощью Солнца - фотоэлектрические технологии. Фотоэлектрические элементы - это устройства, которые преобразовывают солнечную радиацию непосредственно в электричество.                                                                            Солнечная энергия преобразуется в полезную энергию и косвенным образом, трансформируясь в другие формы энергии, например, энергию биомассы, ветра или воды. Энергия Солнца "управляет" погодой на Земле. Большая доля солнечной радиации поглощается океанами и морями, вода в которых нагревается, испаряется и в виде дождей выпадает на землю, "питая" гидроэлектростанции. Ветер, необходимый ветротурбинам, образуется вследствие неоднородного нагревания воздуха. Другая категория возобновляемых источников энергии, возникающих благодаря энергии Солнца - биомасса. Зеленые растения поглощают солнечный свет, в результате фотосинтеза в них образуются органические вещества, из которых впоследствии можно получить тепловую и электрическую энергию. Таким образом, энергия ветра, воды и биомассы является производной солнечной энергии.                                                                                               Солнечная энергия используется в следующих случаях:                                                                обеспечение горячей водой жилых домов, общественных зданий и промышленных предприятий; подогрев бассейнов; отопление помещений; сушка сельскохозяйственной продукции и др.; охлаждение и кондиционирование воздуха; очистка воды; приготовление пищи.

4.1.Солнечные фотоэлементы

Устройства для прямого преобразования световой или солнечной энергии в электроэнергию называются фотоэлементами (по-английски Photovoltaics, от греческого photos - свет и названия единицы электродвижущей силы - вольт). Преобразование солнечного света в электричество происходит в фотоэлементах, изготовленных из полупроводникового материала, например, кремния, которые под воздействием солнечного света вырабатывают электрический ток. Соединяя фотоэлементы в модули, а те, в свою очередь, друг с другом, можно строить крупные фотоэлектрические станции. Крупнейшая такая станция на сегодняшний день - это 5-мегаваттная установка Карриса Плейн в американском штате Калифорния. КПД фотоэлектрических установок в настоящее время составляет около 10%, однако отдельные фотоэлементы могут достигать эффективности 20% и более.                                                   Солнечные фотоэлектрические системы просты в обращении и не имеют движущихся механизмов, однако сами фотоэлементы содержат сложные полупроводниковые устройства, аналогичные используемым для производства интегральных схем. В основе действия фотоэлементов лежит физический принцип, при котором электрический ток возникает под воздействием света между двумя полупроводниками с различными электрическими свойствами, находящимися в контакте друг с другом.                                                                         Совокупность таких элементов образует фотоэлектрическую панель, либо модуль.                                                                  В ближайшие десятилетия значительная часть мирового населения познакомится с фотоэлектрическими системами. Благодаря им,  исчезнет традиционная необходимость сооружения крупных дорогостоящих электростанций и распределительных систем. По мере того, как стоимость фотоэлементов будет снижаться, а технология - совершенствоваться, откроется несколько потенциально огромных рынков фотоэлементов. К примеру, фотоэлементы, встроенные в стройматериалы, будут осуществлять вентиляцию и освещение домов. Потребительские товары - от ручного инструмента до автомобилей - выиграют в качестве от использования компонентов, содержащих фотоэлектрические компоненты. Коммунальные предприятия также смогут находить все новые способы применения фотоэлементов для удовлетворения потребностей населения.                                                  Солнечные фотоэлементы являются вполне реальной технически и экономически выгодной альтернативой ископаемому топливу в ряде применений. Солнечный элемент может напрямую превращать солнечное излучение в электричество без применения каких-либо движущихся механизмов. Благодаря этому, срок службы солнечных генераторов довольно продолжителен. Фотоэлементы служат основным источником питания для спутников на околоземной орбите с 1960-х годов. В отдаленных районах фотоэлементы обслуживают автономные энергоустановки с 1970-х. В 1980-х годах производители серийных потребительских товаров начали встраивать фотоэлементы во многие устройства: от часов и калькуляторов до музыкальной аппаратуры. В 1990-х предприятия энергоснабжения начали применять фотоэлементы для обеспечения мелких потребностей пользователей.                                                                                                  Фотоэлектрические установки качают воду, обеспечивают ночное освещение, заряжают аккумуляторы, подают электричество в общую энергосистему и т. д. Они работают в любую погоду. При переменной облачности они достигают 80% своей потенциальной производительности; в туманную погоду - около 50%, и даже при сплошной облачности они вырабатывают до 30% энергии.                                                                                         Фотоэлементы с успехом применяются для электрификации деревень. В наше время два миллиарда людей во всем мире живут без электричества. Большая часть из них - в развивающихся странах, где 75% населения не имеют доступа к электроэнергии. Удаленные деревни часто не подключены к сети.                                                                                                    Опыт показывает, что фотоэлементы служат экономически выгодным источником электричества для основных нужд, таких как: освещение; водозабор; средства связи; медицинские учреждения; местный бизнес.                                                                           Электрическое освещение при помощи фотоэлементов более эффективно, чем керосиновые лампы, а установка фотоэлектрической системы обычно стоит дешевле, чем продление электросети. Более того, многие развивающиеся страны расположены в регионах с высоким уровнем солнечной радиации, то есть в изобилии располагают бесплатным источником энергии круглый год.

4.2. Солнечная батарея

Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей.                                                                                                                         Солнечная батарея — несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. Фотоэлемент это электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую.                                                                                                                           Наиболее эффективными, с энергетической точки зрения, устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП),поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии.                     Солнечные батареи бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы до занимающих крыши автомобилей и зданий.
Использование:
1) Микроэлектроника.                                                                                                                                                  Для обеспечения электричеством или подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники — калькуляторов, плееров, фонариков и т. п.
2) Электромобили. Для подзарядки электромобилей.
3) Энергообеспечение зданий. Солнечные батареи крупного размера, очень широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья, где их помещают на крышах домов.
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.                                                             Преимущество фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. При этом срок их службы практически не ограничен. Они имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. Недостатком ФЭП является высокая стоимость и низкий КПД.                                                                         Солнечные батареи пока используются в основном в космосе, а на Земле только для энергоснабжения автономных потребителей мощностью до 1 кВт, питания радионавигационной и маломощной радиоэлектронной аппаратуры, привода экспериментальных электромобилей и самолетов.

4.3. Солнечная электростанция

Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.
Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов:

§  СЭС башенного типа

§  СЭС тарельчатого типа

§  СЭС, использующие фото батареи

§  СЭС, использующие параболические концентраторы

§  Комбинированные СЭС

§  Аэростатные солнечные электростанции

§  Солнечно-вакуумные электростанции

Автономные солнечные электростанции (СЭС) служат для электроснабжения дачных домов, коттеджей, удаленных стоянок, стойбищ, гуртов и даже целых поселков, удаленных от централизованного электроснабжения.                                                                                                       Имеют в своем составе:                                                                                                                                                    — солнечные модули;                                                                                                                                                        — контроллер заряда аккумуляторных батарей (АКБ);                                                                                                                                               — АКБ;                                                                                                                                                                       — инвертор (преобразует постоянный ток в переменный).                                                                                               — автоматы защиты, соединительную и крепежную арматуру.                                                      Сетевые солнечные электростанции преобразуют энергию солнечного излучения в электрическую и передают ее в сеть электросетевой компании или в сеть того объекта, где установлена эта солнечная электростанция (это может быть завод, железнодорожный вокзал, больница, школа, заправка, гостиница, жилой дом и т.д).  В своем составе имеют поле солнечных модулей и инвертор (инверторы), а также при необходимости трансформатор, повышающий выходное напряжение из инвертора до сетевого.                                               Солнечные модули могут располагаться:                                                                                                          — на отдельном участке земли;                                                                                                                                               — на плоских крышах промышленных зданий;                                                                                            — в виде фасадного материала на стенах высотных зданий;                                                                  — в виде навесов паркингов, остановок общественного транспорта и т.д.

4.4. Солнечные коллекторы

В основе многих солнечных энергетических систем лежит применение солнечных коллекторов. Коллектор поглощает световую энергию Солнца и преобразует ее в тепло, которое передается теплоносителю (жидкости или воздуху) и затем используется для обогрева зданий, нагрева воды, производства электричества, сушки сельскохозяйственной продукции или приготовления пищи. Солнечные коллекторы могут применяться практически во всех процессах, использующих тепло. Технология изготовления солнечных коллекторов достигла практически современного уровня в 1908 году, когда Вильям Бейли из американской "Carnegie Steel Company" изобрел коллектор с теплоизолированным корпусом и медными трубками. Этот коллектор весьма походил на современную термосифонную систему. К концу первой мировой войны Бейли продал 4 000 таких коллекторов, а бизнесмен из Флориды, купивший у него патент, к 1941 году продал почти 60 000 коллекторов.

Типичный солнечный коллектор накапливает солнечную энергию в установленных на крыше здания модулях трубок и металлических пластин, окрашенных в черный цвет для максимального поглощения радиации. Они заключены в стеклянный или пластмассовый корпус и наклонены к югу, чтобы улавливать максимум солнечного света. Таким образом, коллектор представляет собой миниатюрную теплицу, накапливающую тепло под стеклянной панелью. Поскольку солнечная радиация распределена по поверхности, коллектор должен иметь большую площадь.

Существуют солнечные коллекторы различных размеров и конструкций в зависимости от их применения. Они могут обеспечивать хозяйство горячей водой для стирки, мытья и приготовления пищи, либо использоваться для предварительного нагрева воды для существующих водонагревателей. В настоящее время рынок предлагает множество различных моделей коллекторов.

4.5. Использование энергии Солнца в автомобилях

Электромобили на солнечных батареях— этот  тип электромобилей, которые передвигаются благодаря энергии солнца. Для питания электродвигателей и подзарядки аккумуляторов гелиомобиль  использует солнечные батареи. Как обычный электромобиль передвигается ночью, а днём ему хватает энергии солнца.

В 1982 г. изобретатель Ханс Толструп на солнцемобиле «Quiet Achiever» («Тихий рекордсмен») пересёк Австралию с запада на восток со скоростью всего лишь 20 км/ч.

А уже в 1996 г. победитель IV Международного ралли солнцемобилей — «Dream» («Мечта») проехал 3000 км между Дарвином и Аделаидой со скоростью почти 90 км/ч, на отдельных участках 135 км/ч.

Один из крупных разделов программы «Солар-91» — развитие транспортных средств использующих солнечную энергию, так как автотранспорт «съедает» четверть энергетических ресурсов, необходимых стране. Ежегодно в Швейцарии проводится международное ралли солнцемобилей «Тур де сол». Трасса ралли, протяженностью 644 км, проложена по дорогам северо-западной Швейцарии и Австрии. Гонки состоят из шести однодневных этапов, длина каждого — от 80 до 150 км.                                                                                                                 Швейцарские граждане возлагают большие надежды на децентрализованное производство электрической и тепловой энергии собственными гелиоустановками. Наличие персональных гелиостанций стимулирует развитие в стране электроники и электротехники, приборостроения, технологии новых материалов и других наукоемких отраслей.

В июне 1985 г. Урс Мунтвайлер, 27-летний инженер из Берна, провел по дорогам Европы первое многодневное ралли легких электромобилей, оборудованных фотопреобразователями и использующих для движения солнечную энергию. В нем участвовало несколько швейцарских самодельщиков, восседавших в «поставленных на колеса ящиках из-под мыла» с прикрученными к ним сверху солнечными панелями. Во всем мире тогда едва ли можно было насчитать с десяток гелиомобилей.

Прошло четыре года. «Тур де сол» превратился в неофициальный чемпионат мира. В пятом «солнечном ралли», состоявшемся в 1989 г., участвовало свыше 100 представителей из ФРГ, Франции, Англии, Австрии, США и других стран. Тем не менее, больше половины гелиомобилей принадлежало по-прежнему швейцарским первопроходцам.

В течение последующих пяти лет появилось понятие серийный гелиомобиль. Гелиомобиль считается серийным, если фирма-изготовитель продала не менее 10 образцов и они имеют сертификат, разрешающий движение по дорогам общего пользования.

 4.6.Солнечная печь

Солнечная печь — устройство для использования энергии солнечного света, для приготовления пищи без использования топлива или электроэнергии. Аналогичные по принципу устройства иногда применяются для опреснения непригодной для употребления воды в засушливых регионах. Успешное использование солнечных печей (плит) отмечалось в Европе и Индии уже в 18-м веке. Солнечные плиты и духовые шкафы поглощают солнечную энергию, превращая ее в тепло, которое накапливается внутри замкнутого пространства. Поглощенное тепло используется для варки, жарки и выпечки. Температура в солнечной печи может достигать 200 градусов Цельсия.                                                                                                                                       Солнечные печи бывают разных форм и размеров: духовой шкаф, печь-концентратор, рефлектор, солнечный пароварочный аппарат и т.д. При всем разнообразии моделей, все печи улавливают тепло и удерживают его в теплоизолированной камере. В большинстве моделей солнечный свет непосредственно воздействует на пищу.
Простейшая солнечная печь представляет из себя особым образом  согнутый картон,     покрытый фольгой. Фольга отражает солнечный свет и фокусирует его на обычной черной металлической кастрюле. Кастрюля закрыта стеклянной крышкой и завернута в прозрачный пластиковый пакет, чтобы уменьшить теплопотери. Существуют и более совершенный вид солнечных печей — с металлическими отражателями и т. д., в том числе большие стационарные солнечные печи для столовых или кафе.                                                                                                Также термин «солнечная печь» применяется для обозначения более   сложных гелиоустановок для плавки и термообработки материалов. Такие солнечные печи отличаются высокой стоимостью и применяются в случаях, когда необходимо создать особые («стерильные») условия плавления и термообработки, исключающие внесение примесей в обрабатываемый материал.                                                                                                                         Крупнейшая в мире солнечная печь такого типа действует в Фон-Ромё-Одейо(Франция). Диаметр зеркала её гелиоконцентратора 54 м, мощность ~ 1 МВт.                                               Крупнейшая на территории бывшего СССР солнечная печь находится в Узбекистане, в 6 километрах от Паркента; диаметр параболического зеркала 47 метров, мощность 1000 кВт.                                                                                                                                            Комиссар ООН по беженцам  поддержал использование солнечных печей из картона и фольги для приготовления пищи в лагере беженцев Иридими, где нашли убежище около 18 тысяч людей, вынужденных покинуть Суданскую провинцию Дарфур. В этом регионе нет местных энергоносителей. В результате проекта ООН, беженцы получили около 15 тысяч картонных солнечных печей для приготовления пищи.

5.Практическая работа

Как известно энергия на планете Земля становится все дороже, а компании, вырабатывающие и распределяющие эту энергию все богаче. Но мы решили, что не обязательно платить владельцам энергоресурсов, можно самим использовать один из видов энергии в своих целях и бесплатно. Это солнечная энергия, которая давно известна, как один из мощнейших источников, способный заменить практически любой вид существующей и потребляемый человечеством на земле энергий. Предлагаем вашему вниманию самодельную солнечную печь. Мы считаем, что  такую печь  удобно использовать в походе,  чтобы запечь картофель, согреть чай, поджарить  сосиски и т.д..

6.Развитие  солнечной энергетика в нашей стране и мире.

Самые развитые страны нашей планеты уже давно поняли, что пора прибегать к неисчерпаемым альтернативным источникам энергии, в частности эффективно использовать солнечную энергию. Среди подобных стран, можно перечислить десять самых основных, то есть лидирующих стран по использованию солнечной энергии. Это - Германия,  Италия, Япония, США, Испания, Китай, Франция, Чехия, Бельгия и Австралия.                                                          Все эти страны уже не один год используют все преимущества преобразования солнечной энергии в электрическую. Большинство этих стран, имеют собственные огромные солнечный заводы, где вырабатывается необходимое для страны "топливо", то есть электроэнергия из преобразованной солнечной энергии.                                                                                                                                Бесспорным мировым лидером по использованию солнечной энергии и выработке электроэнергии на ее базе является Германия. К 2050 году Германия планирует 100% обеспечить нужды страны в электроэнергии на базе одних лишь фотовольтаичных панелей и других солнечных инсталляций.                                                                                                                 В США, в солнечной Калифорнии, построена первая электростанция башенного типа «Солар-1» мощностью 10 тысяч киловатт. В предгорьях Пиренеев французские специалисты ведут исследования на станции «Темис» мощностью 2, 5 тысячи киловатт. Станцию «ГАСТ» мощностью 20 тысяч киловатт запроектировали западногерманские ученые.                                                                                                                                                        Солнечная энергетика в России пока не является особо востребованной, несмотря на свой огромный потенциал.  На сегодняшний день существует множество препятствий в становлении солнечной энергетики в России. В  нашей стране отсутствует соответствующая законодательная база. Электроэнергию в России могут продавать лишь специализированные генерирующие или распределительные компании, рынок для частных производителей на сегодня закрыт.  Чтобы население и организации хотели использовать ФЭС (фотоэлектрические системы) необходимо принимать меры, стимулирующие применение солнечной энергетики в России: обеспечить льготное кредитование, создать систему учета электроэнергии. Популяризация использования солнечных батарей в жилых домах, офисных помещениях, для освещения улиц и объектов, находящихся вдали от основных энергосетей, привлечет многих потребителей, что, в свою очередь, даст большой толчок в развитии солнечной энергетики в России. Использование дополнительных источников энергии, подобных частным ФЭС, поможет государству сэкономить затраты на снабжение энергией различных объектов, снять часть нагрузки с городской электросети и обеспечить электроэнергией отдаленные районы.                                           К сожалению, на сегодняшний день солнечная энергетика в России является дорогостоящей, срок окупаемости ФЭС довольно долгий – 20-30 лет, многие предприятия не могут себе этого позволить.                                                                                                                                                                         И все же в 2010 году в Белгородской области была введена в эксплуатацию первая в России промышленная солнечная станция мощностью 100 кВт; разрабатываются проекты строительства станций в Ставропольском крае ("Хевел") и Иркутской области ("НИТОЛ").   Используются солнечные батареи в космонавтике.  Уже   третий советский искусственный спутник Земли, выведенный на орбиту 15 мая 1958 года, был оснащен солнечной батареей. А теперь широко распахнутые крылья, на которых размещены целые солнечные электростанции, стали неотъемлемой деталью конструкции любого космического аппарата. На советских космических станциях «Салют» и «Мир» солнечные батареи в течение многих лет обеспечивают энергией и системы жизнеобеспечения космонавтов, и многочисленные научные приборы, установленные на станции.                                                                                           Широкое использование солнечной энергетики в России имеет большое значение, так как более10 млн. граждан нашей страны на сегодняшний день проживают без централизованного энергоснабжения. Солнечная энергетика в России обладает огромным потенциалом для ее использования, особенно в Краснодарском крае и Ставрополье, Якутии и Магаданской области. До трехсот солнечных дней в году доходит во многих регионах Сибири и на юге страны. Такое же климатическое состояние имеет место в Южной Европе, где ФЭС активно используются. Применение солнечной энергетики в России особенно полезным будет для регионов, где подключение к единой энергосистеме обойдется слишком дорого. К таким регионам относятся отдаленные районы Восточной Сибири и Дальнего Востока, на долю которых выпадает достаточное количество солнечных часов. Солнечная энергетика в России может быть с успехом использована и в городах и районах с централизованным электрообеспечением. Примером здесь может служить опыт развитых стран, где солнечная энергия активно используется для автономного освещения подъездов жилых домов, рекламных щитов и т.п. Предприятия малого и среднего бизнеса используют солнечные системы для сокращения издержек в процессе производства и эксплуатации своих объектов.

7.Заключение

Исследуя тему использования энергии Солнца, мы пришли к выводу, что человечество постоянно совершенствует способы получения так необходимой ему энергии, в том числе электрической. Завтрашним Днем Энергетики благодаря аккумулированию тепла и гибридизации, тепловые солнечные электростанции могут стать устойчивым и гибким источником электроэнергии. Он надежен и способен производить электроэнергию тогда, когда она нужна. Хотя солнечная тепловая электростанция может стоить дороже традиционной, ценность ее может быть выше.                                                                                                                                                                                                                                                                                               Меньшая зависимость от колеблющихся цен на энергоносители - еще один фактор, делающий солнечные системы привлекательным вложением денег. Обычно, установка солнечного водонагревателя влечет за собой быструю и существенную экономию энергии. В зависимости от необходимого объема горячей воды и местного климата, предприятие может сэкономить 40-80% стоимости электричества и других энергоносителей.

Литература

1.      Тимошкин С. Е. Солнечная энергетика и солнечные батареи. М., 1966, с. 163-194

2.      Илларионов А. Г. Природа энергетики.//М: 1975., с. 98-105

3.      http://solarb.ru/ispolzovanie-solnechnoi-energii-na-zemle

4.      сайт http://teplonasos.ua

5.      http://www.solarbat.info/drugoe/o-razvitii-solnechnoi-energetiki-v-rossii

Солнечная станция

Солнечные фотоэлементы и батареи

Солнечная печь

Гелиомобиль .

Чертеж изготовления солнечной печи.

Наша солнечная печь