Статья на тему: "Альтернативные источники энергии".

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ 

Энергия Солнца – считается важным источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность нашей Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, исполняется круговорот воды в природе, нагреваются озера, моря и океаны, развиваются растения, благодаря которым животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива. Солнечная энергия имеет возможность преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество.

Солнечная энергия относится к количеству так именуемых восполняемых, или нетрадиционных, альтернативным источником энергии, ресурсы которых не исчерпываются от работы человека. К их количеству относят еще энергию ветра, морских приливов и волн. 

Довольно нередко к восполняемым источникам энергии относят и глубинное тепло нашей Земли-геотермальную энергию, но она на самом деле не считается восполняемой. Наверное, относят ее, например, в следствии того, собственно, что ее ресурсы довольно велики, они буквально неистощимы.  Напротив, но гидроэнергия-энергия рек, имеющая солнечное происхождение, с нашей человеческой точки зрения, вправду восполняема, но ее все же не включают в это число, может быть, потому что, она никак не может рассматриваться как нетрадиционная: гидроэнергия одной из самых первых была поставлена на службу человеку.

Наконец, побеседуем о солнечной энергии. Сразу же отметим: в ответе на вопрос, будет ли солнечная энергия широко использоваться в энергетике, да сих времен нет целостности.

Некоторые считают: что, будет, другие отвечают: нет, не будет, мотивируя последнее большой рассеянностью солнечной энергии на Земле.

Одной из наиглавнейших задач, состоящих перед всем населением земли, считается энергетическая проблема. В настоящее время в мире ведущими источниками энергии считаются уголь, нефть и газ. 

При современном уровне добычи разведанных человечеством запасов угля хватит на 400 лет, нефти на 42 года и газа на 61 год. 

Глобальная энергетическая и финансовая система стоит перед лицом больших задач. 

В следствии этого, быстрое истощение природных ресурсов Земли выводит население земли для поиска принципиально новых способов получения энергии на первый план и в ближайшей будущем должна снизиться роль нефти, природного газа и угля.

Более ближайшая к нам звезда Солнце – это довольной мощнейший ключ к энергии, каждый день излучаемой во всем диапазоне электромагнитных волн. Это излучение оказывает мощное влияние на все планеты Солнечной системы: нагревают их, воздействует на атмосферу, выделяет свет и тепло, нужные для жизни на Земле. 

Актуальность солнечной энергетики каждый день увеличивается, потому что солнечная энергия считается экологически чистой. Вторая причина применения 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, доме и т.д.

Фотоэлементы. Физический принцип работы фотоэлементов 

       Весьма широко применяются на практике также фотоэлементы, основанные на внутреннем фотоэффекте, - фотосопротивления. По светочувствительности они в сотни раз превосходят вакуумные фотоэлементы, но обладают заметной инертностью.  

       Разновидностью фотосопротивлений являются также фотоэлементы (рис. 1) Металлическая пластинка Mи нанесенный на нее слой полупроводника P соединены внешней цепью, в которую включен гальванометр G.  

Пограничный слой B обладает односторонней проводимостью и пропускает электроны только от полупроводника к металлу. При облучении полупроводника в нем благодаря внутреннему фотоэффекту резко возрастает концентрация свободных электронов. Электроны начинают интенсивно диффундировать в металл, не имея возможности перемещаться в обратном направлении.

 Между полупроводником и металлом возникает разность потенциалов, и стрелка гальванометра отклоняется от нуля, показывая наличие во внешней цепи фототока. 

Таким образом, вентильные фотоэлементы непосредственно преобразуют световую энергию в электрическую. Те из них, которые работают на энергии солнечных лучей, называют солнечными батареями. 

Рис. 1

Солнечные батареи устанавливаются на искусственных спутниках Земли и автоматических межпланетных станциях в качестве источников энергии, питающих всю бортовую аппаратуру (рис.2).

Рис.2

В последнее время в связи с обострением экологических проблем разрабатываются многочисленные проекты солнечных электростанций, которые исключают какое-либо загрязнение окружающей среды. Солнечная энергетика имеет большие перспективы.

Солнечная батарея

Энергию Солнца можно преобразовать в постоянный электрический ток с помощью солнечных батарей. Солнечная батарея – представляет из себя некоторое количество объединенных фотоэлектрических преобразователей – полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. Фотоэлементы – представляют из себя электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую. Более действенными, с энергетической точки зрения, приборами для превращения солнечной энергии в электрическую считаются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноуровневый переход энергии.

Солнечные батареи бывают различных размеров, диаметров: от встраиваемых микрокалькуляторы до занимающих крыши автомашин, зданий, и жилых домов. 

Использование солнечных батарей:

1)  Микроэлектроника. Для обеспечения электричеством или подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники — для калькуляторов, плееров, фонариков и т. п.

2)  Электромобили. Для подзарядки электромобилей.

3)  Энергообеспечение зданий. Солнечные батареи более 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 — это один из основных способов получения электрической энергии на космических аппаратах, в основном они используются в космосе: они могут работать долгое время без расхода каких-либо топлива, материалов, и в то же время являются экологически безопасными, в отличие от ядерных и

радиоизотопных источников энергии. Преимущество фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) заключается в отсутствии подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. При том что срок их службы практически не ограничен. Они имеют маленькую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации.

 Но и конечно же есть недостатки фотоэлектрических преобразователей, заключаются они в следующем: в высокой стоимости, и низкого коэффициента полезного действия.

В основном солнечные батареи используются в космосе, а на нашей Земле только для энергоснабжения автономных потребителей мощностью до 1 кВт, для питания

радионавигационной и маломощной радиоэлектронной аппаратуры, привода экспериментальных электромобилей и самолетов, лодок.

 В настоящее время практически каждый человек может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях. 

В классическом виде такой источник электроэнергии будет состоять из следующих частей: непосредственно из солнечной батареи, и из зарядного устройства.

Солнечная энергия может использоваться как для производства электроэнергии, так и для отопления и горячего водоснабжения населения. Мы рассмотрим с вами первую ступень, более важной, хотя и более трудной задаче: преобразовании солнечной лучистой энергии в электрическую. 

В настоящее время в попытках преобразовать энергию применяются два способа: 

1)    использование для этой цели полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), способных превращать лучистую энергию непосредственно в электрическую;

2)    созданием паросиловых установок, в которых обычный паровой котел, действующий, например, на угле, заменяется «солнечным» паровым котлом.

На сегодняшний день нам известны только три типа солнечных батарей: монокристаллические, тонкопленочные и поликристаллические.

1.     Монокристаллические солнечные батареи -  на сегодняшний день это самый популярный тип солнечных батарей среди покупателей. Так как данный тип солнечных батарей представляет из себя большое количество силиконовых ячеек (36). Свет, попадая на эти ячейки, благодаря фотоэлектрическому эффекту превращается в электроэнергию. Данный тип солнечных батарей устанавливаются на морских судах, для электропитания насосов, а также на площадях где много солнечных дней. Данный тип солнечных батарей устанавливают также и на крышах зданий, так и на боковой стороне зданий.  

Но и конечно же у данного типа солнечных батарей имеются свои недостатки, они заключаются в следующем: 

Даже если малая облачность перекрывает работу монокристаллической батареи, то ее КПД падает, то есть работа для монокристаллической батареи необходимы прямые солнечные лучи.

2.     Тонкопленочные солнечные батареи – данный тип солнечных батарей самый дешевый из всех трех солнечных батарей. Данный тип солнечных батарей представляет из себя натянутую пленку, которую можно установить на любое место. Этот тип солнечных батарей не «боится» пыли. Даже при облачности или даже при неблагоприятных погодных условиях эффективность данного типа солнечных батарей снижается только на 1520%. Но у данного типа солнечных батарей есть существенный недостаток: для работы такого типа батареи необходимы большие площади.

3.     Поликристаллические солнечные батареи – данный тип солнечных батарей представляет из себя альтернативу монокристаллическим солнечным батареям, но все же поликристаллические батареи обходятся намного выгоднее. Кристаллы в данном типе батарей имеют различные формы и ориентации, еще данный тип солнечных батарей имеет свой цвет ярко синий. Данный тип солнечных батарей применяются для освещения жилых домов, учебных заведений, госпиталей, и улиц. Но в основном их применяют для зарядки гаджетов.

И наконец, надо помнить, применяя альтернативные источники энергии, мы сохраняем не лишь только природные ресурсы нашей планеты, но и спасаем собственную жизнь от неизбежной гибели в будущем.

Также в парке нашего университета есть так называемое «Солнечное дерево» (рис.3) с помощью которого студенты заряжают свои мобильные телефоны, планшеты и другие гаджеты. На рисунке мы видим, как двое студентов могут свободно сидеть и общаться, пока их гаджеты заряжаются.

  Рис.3

Также в нашем университете есть лодка на солнечных панелях (рис.4). Которую собрали наши студенты. Участвовали на Всероссийских соревнованиях, и взяли призовое место (рис.5). Соревнования проходили в Грозном, в Грозненском море. А также есть схема лодки на солнечных панелях (рис.7).

 Рис.4  Рис. 5

 Рис. 7 Также на базе физико-математического факультета Чеченского государственного педагогического университета запущена лаборатория по изучению альтернативных источников энергии. Сотрудники лаборатории вместе со студентами вуза занимаются реализацией проектов по созданию солнечной электростанции и проведением экспериментов и исследований в области солнечной энергетики. Впереди у лаборатории масштабная задача – полностью преобразовать уличное освещение на питание от солнечной электростанции. (рис.8,9). А также схема солнечной электростанции.

(рис.10).

По словам Х.А. Халадова, ЧГПУ уделяет большое внимание солнечной энергетике. 

- На базе Чеченского Государственного педагогического университета функционирует лаборатория «Возобновляемые источники энергии», разработаны и установлены несколько объектов малой генерации на основе солнечной энергетики, проводится популяризация альтернативной энергетики среди детей и молодежи.

В начале 2019 года создан межвузовский научно-технический центр «Зеленая энергетика» с целью развития кадровых и материально-технических ресурсов возобновляемой энергетики в Чеченской Республике - отметил ректор ЧГПУ.

 Рис.8  Рис.9 Новая монокристаллическая солнечная батарея SilaSolar 300 Вт 4B (4 bus bar) содержит в своих монокристаллических ячейках 4 токопроводящие шины вместо трех (как в предыдущих моделях).

Использование новой технологии позволило SilaSolar добиться существенного увеличения производства и улучшения эксплуатационных характеристик:

•      Снижения потерь в выработке при нагреве модуля

•      Снижения вероятности выгорания солнечного элемента и появления микротрещин.

•      Повышения КПД и срока службы. 

Монокристаллическая солнечная батарея SilaSolar 300 Вт произведенная по технологии 4BB используется в составе солнечной электростанции для автономного или резервного электроснабжения. Для полного комплекта необходимо использовать аккумуляторы, инвертор, контроллер заряда и дополнительное оборудование для монтажа. 

Солнечная батарея SilaSolar 300 Вт производится по технологии 4BB состоящая из ячеек монокристаллического кремния вырезанных из единого качественные материалы и компоненты производителей с мировым именем и многолетним опытом работы в области солнечной энергетики.  Производственный процесс полностью автоматизирован, что исключает возможность брака и гарантирует стабильно превосходное качество продукции.

Рекомендовано использовать солнечные батареи SilaSolar 250Вт ВВ4 совместно с контроллерами заряда МРРТ, для снятия полной мощности от солнечных батарей, в том числе и в пасмурную погоду. Таким образом использование солнечного модуля для выработки энергии будет эффективнее 15-30%.  

Таблица Общих параметров солнечной панели SilaSolar. 

Общие параметры солнечной панели SilaSolar:
Модель	SIM300
Тип	Монокристаллический
Мощность	300 Ватт
Количество и размер элементов	72шт (156x156)
Вольтаж без нагрузки	44,8 В
Рабочий вольтаж	37.0 В
Ток короткого замыкания	8,75 А
Рабочий ток	8.1 А
Максимальный вольтаж, В	1000
Эффективность модуля, %	17,12
Солнечный элемент	4BB (4 bus bar)
Срок службы солнечной панели SilaSolar:
Срок службы	Не менее 30 лет
Падение мощности за 12 лет	Не более 10%
Падение мощности за 30 лет	Не более 20%
Гарантия	5 лет
Прочие характеристики солнечной панели SilaSolar:
Материал рамки	Анодированный алюминиевый сплав
Переднее стекло	Текстурированное, закаленное ударо-прочное
Класс	А
Количество диодов, шт	3
Провода 0,9 м с конекторами МС4	Есть
Ветровая нагрузка	До 2400Па (244 кг на квадратный метр)
Снеговая нагрузка	До 5400ПА (550 кг на квадратный метр)
Градоустойчивость	Макс. диаметр 25мм, макс скорость 83 км/ч
Секритификаты	TUV:IEC 61215 Edition II / iec 61730 I and II
Температурные режимы солнечной батареи SilaSolar:
Рабочая температура	от -40°С до +85°С
Габариты, вес солнечной панели SilaSolar:
Длина	1956 мм
Ширина	992 мм
Высота	49 мм
Общая площадь	1,94 м2
Вес	21,5

Монокристаллическая солнечная панели SilaSolar производятся на одном из крупнейших заводов Китая под строгим контролем качества с нашей стороны. В процессе производства солнечных панелей используются только самые качественные материалы. Производственный процесс полностью автоматизирован, что исключает возможность брака и гарантирует отличное качество производимой продукции.

 

Схема солнечной электростанции.

 Рис. 10 Заключение.

К большому сожалению солнечная энергетика в нашей стране на данный период времени не считается особо востребованной, даже несмотря на свой огромный потенциал. На сегодняшний день существует множество препятствий в становлении солнечной энергетики в России. В России отсутствует соответствующая законодательная база. Чтобы население и организации нашей страны хотели использовать ФЭС необходимо принимать меры, стимулирующие популяризации солнечной энергетики в России: обеспечить льготное кредитование, создать систему учета электроэнергии.  Популяризация использования альтернативных источников энергии в наших домах, офисных помещениях, для освещения улиц и объектов, находящихся вдали от основных энергосетей, привлекло бы много потребителей, что, в свою очередь, дало бы большой толчок в развитии солнечной энергетики в нашей стране.

Применение дополнительных источников энергии, подобных частным ФЭС, помогло бы нашему государству сэкономить затраты на снабжение энергией различных объектов, снять часть нагрузки с городской электросети и обеспечить электроэнергией отдаленные районы, села, поселки.

Вывод: Я считаю, что запасы природных ресурсов нашей планеты нефть, газ, уголь как источники энергии не вечны, и они вскоре исчерпаются. Добывая до настоящего времени природные ресурсы нашей планеты, мы истощаем Землю. Я предполагаю человечеству разрабатывать и популяризовать альтернативные источники энергии по всем странам нашей планеты, в частности в нашей стране. 

Краткое описание документа:

Данная статья поможет студентам и ученикам в написании докладов, рефератов, и курсовых работ.