Гелиоэнергетика в россии и в мире. Гелиосистемы — солнечные коллекторы

Оценка и самооценка работы учащихся.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ: подготовка к тестированию.

Зачет по теме ʼʼПриродные ресурсыʼʼ.

ЦЕЛИ:

А) систематизация знаний учащихся по теме,

Б) выявление пробелов в теме ʼʼПриродные ресурсыʼʼ.

1. Распределœение природных ресурсов по планете объясняется:

А) различиями в климатических процессах и различными условиями образования полезных ископаемых в разные геологические эпохи,

Б) различиями в тектонических процессах,

В) различиями в тектонических, климатических процессах и различными условиями образования полезных ископаемых в разные геологические эпохи.

2. Андские страны выделяются крупными ресурсами:

А) нефти и газа,

Б) медными и полиметаллическими рудами,

В) марганца и фосфоритами.

3. Какая группа стран, имеющая практически всœе известные ресурсы, названа не верно:

А) Россия, США, Индия, Китай, Австралия,

Б) Россия, США, Бразилия, Китай, Аргентина,

В) Россия, США, Бразилия, Китай, Австралия.

4. Самым распространенным цветным металлом в земной коре является:

Б) алюминий,

5. Какая группа стран обладает наибольшими запасами медных руд:

А) Замбия, Заир, Чили, Канада, США,

Б) Замбия, Заир, Чили, Россия, Индия, США,

В) Замбия, Заир, Чили, Австралия, Китай, США.

6. В структуре земельного фонда преобладают:

А) малопродуктивные и неиспользованные земли,

Б) леса и кустарники,

В) населœенные пункты, промышленность и транспорт,

Г) луга и пастбища,

Д) обрабатываемые земли (пашня, сады, плантации).

7. Населœение какого региона обеспечено регулярным водоснабжением только на 10%:

А) Европы,

Б) Австралии,

Г) Африки.

8. Государства, занимающие ведущие в мире позиции по запасам древесины:

А) Россия, Канада, США, Бразилия.

Б) Россия, Канада, Бразилия, Китай,

В) Россия, Канада, США, Конго.

9. Аквакультура – это:

А) искусственное выращивание водных организмов в морской и пресной воде,

Б) искусственное разведение водных организмов в морской воде.

10. В каком варианте количество действующих скважин нефти и газа расставлены в убывающем порядке:

А) Мексиканский залив, Северное море, Персидский залив, Гвинœейский залив,

Б) Персидский залив, Мексиканский залив, Северное море, Гвинœейский залив,

В) Персидский залив, Северное море, Мексиканский залив, Гвинœейский залив,

Г) Мексиканский залив, Персидский залив, Северное море, Гвинœейский залив.

11. Какие страны наиболее преуспели в развитии гелиоустановок:

А) США и Япония,

Б) Франция и Германия,

В) Япония и Франция,

Г) Франция и США.

12. К ʼʼгрязнымʼʼ производствам относят:

А) химическую, нефтехимическую, металлургическую и целлюлозно-бумажную промышленность, тепловую энергетику,

Б) химическую, нефтехимическую, металлургическую, целлюлозно-бумажную, гидроэнергетику и тепловую энергетику,

В) химическую, нефтехимическую, металлургическую, целлюлозно-бумажную промышленность, атомную и гидроэнергетику.

13. Закончите определœения:

А) Ойкумена - ϶ᴛᴏ …

Б) Рекреационное хозяйство – это…

В) Лесистость – это…

Г) природная оценка ресурсов – это…

Д) экономическая оценка ресурсов – это…

Е) экологическая оценка ресурсов – это…

КЛЮЧ: 1-в, 2–б, 3–б, 4–б, 5–а, 6–а, б, 7–г, 8–а, 9–а, 10–а, 11–г, 12–а.

Численность населœения и его воспроизводство.

А) научить учащихся характеризировать динамику численности населœения земного шара ХХ века, раскрывать сущность демографической политики и демографического перехода,

Б) помочь учащимся в анализе неконтролируемого роста или спада численности населœения на примере отдельных регионов или стран.

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

1. Динамика численности населœения Земли.

2. Воспроизводство населœения.

3. Средняя продолжительность жизни.

4. Демографическая политика.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ:

Оценка и самооценка работы учащихся. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Оценка и самооценка работы учащихся." 2017, 2018.

Гелиоэнергетика – получение энергии от Солнца. Имеется несколько технологий

солнечной энергетики. Получение электроэнергии от лучей Солнца не даёт

вредных выбросов в атмосферу, производство стандартных силиконовых батарей

также причиняет мало вреда. Но производство в широких масштабах многослойных

элементов с использованием таких экзотических материалов, как арсенид галлия

или сульфид кадмия, сопровождается вредными выбросами.

Солнечные батареи имеют ряд преимуществ: они могут помещаться на крышах

домов, вдоль шоссейных дорог, легко трансформируются, используются в

отдалённых районах.

Главной причиной, сдерживающей использование солнечных батарей, является их

высокая стоимость. Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии равняется 4,5

дол. за 1 Вт мощности и, как результат, цена 1кВт\час электроэнергии в 6 раз

дороже энергии, полученной традиционным путём сжигания топлива. Возможно

использование солнечной энергии для отопления жилищ.

Однако в условиях нашей страны 80% энергии Солнца приходится на летний

период, когда нет необходимости отапливать жильё, кроме того, солнечных дней

в году недостаточно, чтобы использование солнечных батарей стало экономически

целесообразно.

домах. Они экономичнее традиционных угольных котлов.

Создано опытное производство систем горячего водоснабжения, базирующихся на

использовании солнечной энергии. Эти устройства включают в себя солнечные

коллекторы и теплонакопители. Оптимальный для местного климата вариант –

система с четырьмя коллекторами – позволяет обеспечить потребности в горячем

водоснабжении семьи из 4-5 человек. Зимой установку можно интегрировать со

стандартной системой отопления. Стоимость оборудования варьируется в пределах

900-3500 дол. США.

Интересны примеры использования солнечной энергии в разных странах.

В условиях Великобритании жители сельской местности покрывают потребность в

тепловой энергии на 40-50% за счёт использования энергии Солнца.

Современные солнечные коллекторы могут обеспечить нужды сельского хозяйства

в тёплой воде в летний период на 90%, а в переходный период – на 55-65%, в

зимний – 30%.

Наиболее эффективно в странах ЕС солнечные установки эксплуатируются в

Греции, Португалии, Испании, Франции: выработка солнечными энергоустановками

составляет соответственно 870 000, 290 000, 255 200, 174 000 МВт\ч в год.

В целом, по Европейскому союзу вырабатывается 1 850 000 МВт\ч в год (по

данным 1998 г.).

Наиболее суммарной площадью установленных солнечных коллекторов располагают:

США – 10 млн.кв.м, Япония – 8 млн кв.м, Израиль – 1,7 млн. кв.м, Австралия –

1,2 млн. кв.м.

В настоящее время 1 кв.м солнечного коллектора экономит в год:

электроэнергии - 1070-1426 кВт\ч;

условного топлива – 0,14-0,19 т;

природного газа – 110-145 нкуб.м;

угля – 0,18-0,24 т;

древесного топлива – 0,95-1,26 т.

Площадь солнечных коллекторов 2-6 млн. куб.м обеспечивает выработку 3,2 – 8,6

млрд кВт\ч энергии и экономит 0,42 – 1,14 млн т усл. топлива в год.

Возобновляемые источники энергии – это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в среде потоков энергии. Возобновляемая энергия не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это является ее отличительным признаком. Источником энергии солнечного излучения служит термоядерная реакция на Солнце. Солнечная энергия испускается в виде электромагнитного излучения. Чтобы использовать его энергию, необходимо решить такие вопросы, как: уловить его наибольший поток, сохранить и передать производные от него тепло и электричество без потерь. Ресурсы солнечной энергии практически неограниченны. Так, по некоторым расчетам , количество её, достигшее поверхности Земли в течение минуты больше чем энергия, доступная из всех других источников в течение года.

Используя энергию солнца, гелиосистема позволяет экономить в год до 75% необходимого традиционного топлива.

Преимущества использования солнечной энергии – экологическая чистота (отсутствие эмиссии СО2) и неисчерпаемость сырья с одной стороны и длительный «срок годности». Солнечная батарея не имеет движущихся и трущихся частей, и может работать без замены рабочих элементов не теряя КПД 20-25 лет. Недостатками использования солнечной энергии являются естественные колебания солнечной активности - изменение продолжительности светового дня в течение года. Отрицательные воздействия энергоустановок:

использование больших по масштабу площадей, что связанно с возможной деградацией земель и изменением микроклимата в районе расположения станции.

использование «хлористых» технологий получение «солнечного» кремния. Однако в мире и в России в стадии опытно-промышленного производства находятся бесхлорные экологически чистые технологии. Их широкое внедрение обеспечит, безусловно, экологическую чистоту фотоэлектрических станций и установок.

Направления разработок гелиоэнергетики В настоящее время разработка гелиоэнергетических (греч. Helios – солнце) систем ведется по двум направлениям:

Создание энергетических концентраторов;

Совершенствование солнечных батарей.

Работа над первым направлением включает в себя создание систем, работающих по принципу концентрации энергии. Солнечная энергия в таком случае при помощи линзы фокусируется на относительно небольшом по площади фотоэлектрическом элементе.

Например, фотоэлектрические системы с линзой Френеля, разрабатываемые японской компанией Sharp. Или силиконовые комплексные полупроводники (Калифорнийский технологический университет - Калтеха), разрабатываемые по принципу концентрирования солнечного света морскими организмами в частности морской губкой «Venus"s flower basket».

Принцип работы солнечной батареи (генератора энергии) – это прямое преобразование электромагнитного излучения солнца в электричество или тепло. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом (ФЭ). При этом генерируется постоянный ток. На сегодняшний момент существуют следующие виды солнечных батарей : 1.Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП). Это полупроводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию в электричество. Определенное число объединенных между собой ФЭП называются солнечной батареей.

2.Гелиоэлектростанции (ГЕЭС). Это солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и других машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.)

3.Солнечные коллекторы (СК). Это нагревательные низкотемпературные установки, использующиеся для автономного горячего водоснабжения жилых и производственных объектов. Солнечные фотоэлектрические установки могут быть следующих основных типов: Автономные, работающие без подключения к сети, т.е. солнечные модули генерируют электричество для освещения, питания телевизора, радио, насоса, холодильника или ручного инструмента. Для хранения энергии используются аккумуляторные батареи.

Соединенные с сетью - в этом случае объект подключен к сети централизованного электроснабжения. Избыток электрической энергии продается компании-владельцу распределительных сетей по согласованному тарифу.

Резервные системы, в которых фотоэлектрические системы подключаются к сетям низкого качества. И в случае отключения сети или недостаточного качества сетевого напряжения нагрузка частично или полностью покрывается солнечной системой. Основной комплексной проблемой, препятствующей успешному всеобщему внедрению батарей в производство является их низкая эффективность. То есть неэффективное сочетание стоимости, размеров и коэффициента полезного действия продукта (КПД). Существующие солнечные батареи (фотоэлементы) работают с КПД максимум 30-35%. Ведутся активные поиски возможности удвоения мощности солнечных фотоэлектрических установок. Хотя пока стоимость солнечной энергии остается слишком высокой для промышленности: киловатт-час солнечной энергии стоит 20–25 центов, между тем как цена электричества, производимого ТЭЦ, работающей на угле, составляет 4–6 центов, на природном газе - 5–7 центов, на биологическом топливе - 6–9 центов.

Тенденции развития На сегодняшний день наиболее известными компаниями производящими солнечные батареи являются Siemens, Sharp, Kyocera, Solarex, BP Solar, Shell и другие.

По данным журнала «В мире науки» (№1-2007), «за последние 10 лет годовое производство фотоэлектрической энергии увеличивалось на 25%, а в одном только 2005 г. - на 45%. В Японии в абсолютном выражении оно достигло 833 МВт, в Германии - 353 МВт, в США - 153 МВт».

По данным Solarhome.Ru , суммарная площадь установленных в наше время солнечных коллекторов в мире превышает уже 50 млн. м 2 , что эквивалентно замещению генерации на органическом топливе в объеме примерно 5-7 млн. тонн условного топлива в год.

Необходимость делать ставку на надежную, экологически чистую энергию по доступным ценам провоцируют активные поиски и разработку новых технологий.

За последнее десятилетие солнечные батареи за счет усовершенствования технологии их изготовления стали доступнее. Так, в Японии подобное оборудование ежегодно дешевеет на 8%, в Калифорнии - на 5%.... Перспективы развития и использования солнечных систем в России Южные регионы и регионы с континентальным и резко континентальным климатом России являются наиболее благоприятными для применения солнечных коллекторов в качестве основного источника для отопления в зимний период.

В условиях центральной России гелиосистемы обеспечат значительную экономию использования классических видов топлива, существенно дополняя баланс энергопотребления (опыт внедрения гелиоустановок-водогреев в Калининграде). В настоящее время в России не ведется массовое производство и внедрение гелиосистем.

Хотя существующая в последнее время тенденция развития теплоснабжения, направленная на децентрализацию крупных источников поставки тепла - использования локальных технологий энергосбережения, может явиться стимулом развития возобновляемых источников энергии, в том числе и энергии солнца. На сегодняшний день в России гелиоустановки производятся Рязанским заводом металлокерамический приборов; Ковровским заводом; ЗАО "Южно-русской энергетической компанией"; АО "Конкурент" г. Жуковский Московской обл. Отдельные партии коллекторов изготавливает НПО машиностроения г. Реутов Московской обл. и др. Подробнее: http://www.bellona.ru/Factsheet/sunenergy

Все энергоносители, которые мы используем в повседневной жизни, непрерывно дорожают. С другой стороны есть бесплатная , которую мы почему-то упорно не замечаем и отказываемся использовать.

Солнце посылает на землю огромное количество энергии, которой мы не пользуемся, а тепло производим сжигая уголь, бензин, газ и т.д.. При этом цена традиционных источников энергии довольно высокая и будет из года в год увеличиваться. По данным газеты «Аргументы и факты» горячая вода за 20 лет подорожала для потребителей в 45 раз.

Именно поэтому пришло время обратить внимание на варианты использования бесплатной энергии.

Солнце, в качестве источника тепла, мы можем использовать для нагревания воды, для отопления или для выработки электрической энергии. Для этого используются гелиосистемы.

Грамотно спроектированная гелиосистема может 9 месяцев в году обеспечивать ее хозяев горячей водой и теплом, а также работать в зимние месяцы, в режиме "помощи" основным системам отопления и горячего водоснабжения.

Что такое гелиосистема?

Гелиосистема - устройство для преобразования энергии солнечной радиации в другие, удобные для использования виды энергии, например тепловую или электрическую. Гелиоустановки применяют для нагревания и охлаждения воды и воздуха, опреснения воды, выработки электроэнергии и в других целях. Гелиоустановки являются экологически чистыми источниками возобновляемой энергии.

Гелиосистемы используются для:

• Горячего водоснабжения и отопления частных коттеджей и дач.
• Горячее водоснабжение и отопление частных гостиниц, мотелей, пансионатов и домов отдыха.
• Солнечные коллектора для системы горячего водоснабжения в ресторанах, кафе и барах.
• Горячее водоснабжение домов клубного типа и многоэтажных домов.
• Солнечные системы подогрева бассейнов.
• Балконные солнечные коллекторы для автономного горячего водоснабжения и обеспечения теплом систем теплого пола в городских квартирах.
• Горячее водоснабжение временных построек и бытовок строителей.
• Горячее водоснабжение и отопление промышленных объектов.

Одна из составляющих частей гелиосистемы, устройство для сбора тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя.

Плоский коллектор

Вакуумный коллектор

Коллекторы на крыше дома

Гелиосистемы в мире.

В настоящее время в мире эксплуатируется более 160 млн.м2 солнечных коллекторов. На рынке Китая, который превосходит рынок Европы, установлено более 10 млн. м2 коллекторов, ежегодно продается 3 млн. м2. Площадь солнечных коллекторов в Японии превысила 8 млн м2.

В США эксплуатируются солнечные коллекторы общей площадью 10 млн м2.

В Германии, за счет энергии Солнца покрыто около 5% потребностей частных домовладений в тепле. В более 630 000 частных домовладениях действуют солнечные установки общей площадью 6,2 млн м2.

В Европе солнечные коллекторы повсюду. Если вам приходилось бывать в европейских странах, то вы могли в этом легко убедиться.

К 2020 г. большинство европейских государств планируют перевод теплоснабжения 70% жилого фонда в русло экологически чистой энергии, в частности солнечной.

Как же обстоят дела с использованием солнечной энергии у нас?

Общая площадь солнечных водонагревательных установок в России не превышает 20 тыс. м?. что на порядок меньше, чем в других странах и чем было в СССР. После признания этого печального факта возникает вопрос.

Почему мы до сих пор не используем эти технологии?

Возможно виной тому несколько распространенных заблуждений о гелиотехнике.

Миф первый : В наших широтах мало солнца и гелиосистемы не будут эффективными.

Количество солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли, называется солнечной инсоляцией.

В разных регионах России годовая инсоляция находится в пределах от 800 кВт-час/м2 до 1900 кВт-час/м2.

Для Московского региона годовая инсоляция одного квадратного метра горизонтальной площадки составляет 1100 кВт-час/м2. То есть на 1 кв.метр попадает 1100кВт солнечной энергии, которую солнечные коллекторы могут преобразовывать в тепловую с КПД 95%.

Cолнечной инсоляции в разных регионах России и в разное время года посвящен специальный раздел нашего сайта "Количество солнечной радиации", сейчас же достаточно будет посмотреть на карту инсоляции Европы.

Например, количество солнечной энергии, поступающей в географическую зону Московской области, сравнимо с Германией, где на данный момент площадь используемых солнечных коллекторов больше 6,5 млн. кв. метров.

Хочу еще раз повторить эту мысль: Германия и Московская область, получают равное количество Солнечной энергии, только мы ее почему-то не используем.

Миф второй: Гелиосистемы это очень сложно

На самом деле не сложно, давайте разберемся, как устроена гелиосистема.

Одна из главных составляющих частей гелиосистемы это солнечный коллектор

Как устроены современные солнечные коллекторы?

Существует множество разных конструкций и технологий, которые позволяют получать тепловой поток в солнечные дни до 1200 Вт/м², а в пасмурные до 400 Вт/м².

Основным элементом коллектора является абсорбер это пластина из меди или алюминия, черненая с одной стороны по специальной технологии. На самом деле эточернение при рассмотрении «на глаз» может иметь синеватый отлив, но способность поглощать требуемый спектр солнечного излучения у такой поверхности многократно выше, чем при покрытии пластины самой черной из всех возможных красок или пигментов. Кроме того, черненая поверхность обязательно должна быть матовой.

С обратной стороны к пластине прикреплены медные трубки, через которые проходит теплоноситель - вода или антифриз. Чем больше площадь соприкосновения трубок с поверхностью пластины, тем полнее осуществляется передача теплоносителю энергии, собранной пластиной. Еще необходимо обеспечить безусловное соприкосновение и надежность всей площади контакта пластины и трубок, для чего они соединяются, как правило, сваркой или высокотемпературной пайкой (около 600°С).

Остальная часть коллектора состоит из корпуса с теплоизоляцией и защитного покрытия (как правило используется закаленное стекло), оно обеспечивает защиту от града, мелких камней, веток. А также пропускает нужные спектры солнечного излучения и снижает обратное пропускание отраженной части солнечного излучения обратно.

Поскольку теплоноситель имеет очень высокую температуру, его нельзя напрямую подавать в батареи отопления или в кран горячей воды. Такой теплоноситель подается в теплообменник, который, выполняет роль аккумулятора тепла.

Миф третий: Гелиосистема - это дорого. Да было дорого, но не сейчас.

Серьезным фактором, сдерживающим применение гелиоустановок в широком масштабе являлась высокая стоимость гелиоколлекторов, непосредственно преобразующих энергию излучения Солнца в энергию теплоносителя (воды или антифриза).

В настоящее время на рынке гелиосистем и Солнечных тепловых коллекторов преобладают изделия зарубежных производителей – Rosch Sctartechtik AG + AMCOR (Швейцария-Израиль), VIESSMAN (Vitosol 100-F, 200-Т), TopSon F3-1, SOLVIS Energic (Германия), SOLARIS GmbH (Австрия) и др.. Очень скромную роль в этом вопросе играют Украинские и отечественные производители: Ковровский механический завод КМЗ, НПО Машиностроения г.Реутов МО, установки г.Братск.

Сравнительная таблица характеристик солнечных коллекторов:

Как видно из таблицы, теперь вполне возможно сделать недорогую и эффективную гелиосистему, на базе солнечных коллекторов «Гелион»».

Гелиосистема с коллекторами Гелион "STAR"это:

• Самое лучшее соотношение цены/качества коллекторов.
• Простота монтажа, который может быть осуществлен самостоятельно, при полной консультации, гарантии, ответственности Изготовителя.
• Стоимость установки сводится к стоимости непосредственно коллекторов, возможностью применения накопительных бойлеров, монтажной арматуры другого оборудования, которое у вас уже используется.
• Светопропускающая поверхность – Закаленное стекло. Надежная защита от града, камней. Антивандальное исполнение.
• Подробные консультации по монтажу, тонкостям установки, чертежи соединительной арматуры и т.д. , на все возникшие вопросы ответят наши специалисты.
• Производительность 150 л./день горячей воды 60гр.С.
• Доставка транспортной компанией до вашего города.
• Повышение энергетической независимости дома, дачи, любого другого помещения с установленной гелиосистемой.

ГЕЛИОН. серия "Star" Солнечный тепловой коллектор.

Параметры солнечного коллектора

Габаритные размеры 1925x925x93 мм

Расстояние между осями патрубков 1894 мм

Габаритная площадь 1,78 м2

Апертура 1,71 м2

Масса (сухая) 32кг

Объём каналов поглощающей панели 2,5 л

Рабочее давление теплоносителя 0,7 МПа

Испытательное давление 1,0 МПа

Характеристики селективного покрытия поглощающей панели:

Коэффициент поглощения a = 0,92…0,95

Степень черноты e = 0,05…0,10

Присоединительные размеры 4 патрубка с наружной резьбой 3/4"

Прозрачная изоляция закаленное стекло, 4 мм

Теплоизоляция Rockwool из базальтового волокна, 50 мм

Корпус коллектора профили алюминиевые, порошковая эмаль

Материал поглощающей панели профили алюминиевые или медные. Трубки абсорбера медные.

Покрытие поглощающей панели высокоселективное Bluetec (Германия)

Расчётная производительность в средний солнечный день около 8 кВт*ч в день

На фото медный абсорбер, синее покрытие это BLUETEC черное -- термостойкая краска.

Алюминиевый абсорбер BLUETEC c медными трубами.

Простой полностью алюминиевый с термостойкой краской, работа с марта по ноябрь.

Гелиоэнергетика (солнечная энергетика) – вид энергетики, основанный на применении непосредственно солнечного излучения для получения какого-либо вида энергии. Солнечная энергетика использует источник энергии, который неисчерпаем, и является экологически чистой, т.е. не выделяющей вредных отходов.

Производство энергии при помощи солнечных электростанций соответствует концепции распределенного производства энергии.

Сегодня гелиоэнергетика выступает в роли основного метода снабжения спутников, космических станций и зондов электроэнергией.

Перспективно и целесообразно использовать данную энергию рассредоточенными и малоэнергоемкими потребителями в областях, где наблюдается значительная солнечная радиация. В древней Греции солнечную радиацию использовали для освещения и строительства домов, для обогрева. Сегодня в домостроении используются специальные конструктивные приемы по применению солнечной радиации, которые дают возможность сокращать потребность в отоплении на 75%.

Уже запущено использование прямых преобразователей солнечной радиации в тепловую и электрическую энергию в домостроении. Солнечную энергию генерируют на – башни (гелиостат), которая окружена группой зеркал (приемников), собирающих падающую энергию Солнца на гелиостате, где температура достигает 1200°С. При помощи замкнутого охлажденного контура вырабатывается электрическая энергия. На станциях энергия падающих лучей преобразуется через солнечные элементы в электроэнергию. Как правило, солнечные тепловые станции занимают большую площадь.

Сегодня человечество активно использует новые энергетические источники, которые являются экологически чистыми. В 1890-1910 годы происходил бурный переход на новые источники энергии. Также данный период ознаменован заменой каретной тяги автомобилем, а светильники на газу освещением за счет электричества. Во многих развитых странах свершилась промышленная революция.

В наши дни человечество переживает очередной переход на новые энергетические источники, который начался еще в 1990 году. Ученые утверждают, что данный период продлится до 2020 года. Особенностью этого времени является его экологическая направленность – уменьшение загрязнения окружающей среды, снижение объемов выбросов в атмосферу углекислого газа и сернистых газов. За это время человек должен внедрить возобновляемые чистые источники энергии, например гелиоэнергетику и тепловые насосы, в свою повседневную жизнь. Иначе под угрозу экологической катастрофы будет поставлена возможность дальнейшей жизнедеятельности на планете.

Возможности гелиоэнергетики

Чтобы оценить возможности гелиоэнергетики, принято считать, что плотность потока солнечной радиации вне земной атмосферы равна 1,4 кВт на метр квадратный, в полдень на уровне океана – 1 кВт на метр квадратный.

Наша планета в среднем перехватывает 1,7х10 14 кВт солнечной радиации, которая имеет огромную мощность, превышающую в 500 раз предельные малодостижимые потребности человечества. За год наша планета получает 10 18 кВт/ч солнечной энергии, это в 10 раз больше, чем количество энергии, которое могут дать все известные ископаемые топлива, в том числе расщепляемые вещества. Из общего количества солнечной радиации, поступающей на планету, 30% сразу же отражается в космическое пространство коротковолновым отражением, половина абсорбируется атмосферой, поверхностью планеты и преобразуется в тепло, которое рассеивается в космос в качестве инфракрасного излучения. Следующие 20% участвуют в процессах отражения, конвекции, осадков, кругооборота воды в природе. Около 0,2% энергии Солнца уходит на образование океанских и атмофсферных потоков. И только 0,02% солнечной энергии захватывается хлорофиллом, содержащимся в зеленой растительности, и принимает участие в поддержании жизни на планете. Благодаря этим 0,02% миллионы лет назад образовалось ископаемое топливо на Земле. Гелиоэнергетика является популярным видом электроэнергии в Западной Европе и Латинской Америке.

По самым оптимистичным прогнозам, к 2020 году гелиоэнергетика будет приносить 5-25% производства энергии во всем мире.

Существует два вида гелиоэнергетики: физический и биологический. Физический вариант – энергия аккумулируется солнечными элементами на полупроводниках, солнечными коллекторами или собирается системой зеркал.

Солнечные коллекторы распространены в Израиле, Японии, Греции, Турции, в Египте и на Кипре для отопления и нагревания воды. Некоторые предприятия в РФ производят солнечные сушилки, используемые в сельском хозяйстве, которые дают возможность сократить на 40% расходы энергии на единицу сухого продукта. В РФ также выпускаются усовершенствованные комплексные установки для нагрева воды и плоские солнечные коллекторы.

Солнечные элементы (ФЭП, фотоэлектрические элементы) используются широко в космических аппаратах. Но наиболее экономичной является гелиоэнергетика, использующая системы зеркал, способствующие нагреванию в трубах солнечных электростанций (СЭС) масла. Энергия, вырабатываемая на СЭС, в 5-7 раз дешевле энергии ФЭП. Недостаток СЭС – большие затраты металла на их создание (они в 10-12 раз выше, чем при получении энергии на АЭС или ТЭС). Затраты цемента еще больше: в 50-70 раз. СЭС требуют больших площадей, поэтому их строительство возможно только в пустынях. Так, на юге от Лос-Анджелеса функционирует СЭС мощностью 80 МВт, затраты на ее возведение окупились быстро, получаемая энергия на 1/3 дешевле энергии АЭС.

При биологическом варианте гелиоэнергетики применяется солнечная энергия, которая накопилась в органическом веществе растений в процессе фотосинтеза, как правило, в древесине. Количество диоксида углерода, выделяющееся при сжигании растительной массы, равняется его усвоению в процессе роста растений (нулевые выбросы). В ближайшие годы Австрия планирует получать до 1/3 необходимой энергии от сжигания древесины. Для данных целей в Великобритании собираются засадить лесом 1 млн га территории земель, не использующихся для сельского хозяйства. Высаживаются быстрорастущие породы, например, тополь, срезку которого можно осуществлять уже через три года после высаживания (деревья высотой около 4 м, диаметр стволов от 6 см). В Бразилии из отходов сахарного тростника вырабатывают этиловый спирт, использующийся в качестве топлива; в США функционируют электростанции, работающие на сжигании отходов кукурузы.

Компания в Америке «Дженерал электрик» применяет биомассу бурых быстрорастущих водорослей (с 1 га этих плантаций ежедневно получается энергия, равная энергии 28 л бензина). Также используется планктонная микроскопическая водоросль спирулина, которая может давать ежегодно с 1 га до 24 т сухого вещества. В данном случае энергия производится в замкнутой системе: после сжигания водорослей зола передается в бассейн для последующего использования, что сокращает расход элементов минерального питания.

Биологическим видом гелиоэнергетики также является выработка биогаза, швельгаза, образующегося при термической обработке (пиролизе) бытовых органических отходов в специальных установках, где они нагреваются в анаэробных условиях до 400-700°С. Затрачивается лишь некоторое количество тепловой энергии, получаемой из традиционных источников.