В настоящее время выдвигаются множество различных идей и

В настоящее время выдвигаются множество различных идей и предложений по использованию таких ресурсов. Однако пока ими больше интересуются западные страны, чем Россия. По прогнозу Мирового энергетического конгресса к 2020 году на долю альтернативных преобразователей энергии (АПЭ) придется 5, 8% общего энергопотребления. При этом в развитых странах, таких как США, Великобритания и др. , планируется довести долю АПЭ до 20%. Использование возобновляемых ресурсов - реальный и доступный шанс организовать надежное энергоснабжение во многих регионах мира. Более того, на каждом шагу говорится о критической необходимости принятия подобных мер в связи с ухудшением экологической обстановки.

«Солнечная энергия - это возможность извлечь выгоды сразу в двух направлениях. На Земле два миллиарда человек нуждаются в этой технологии, и она уже реально конкурирует с другими источниками энергии, которыми они располагают - нефтью, например. Даже в индустриальном мире, в облачных странах - таких как Великобритания - мы можем получать все необходимые нам тепло и электричество из солнечных коллекторов - панелей, установленных на высоких зданиях» . Доктор Джереми Легетт, Solar Century Company

Солнце - неисчерпаемый источник энергии - ежесекундно дает Земле 80 тысяч миллиардов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Годовой поток солнечного излучения на территории России изменяется в широких пределах. Так, на 1 кв. м горизонтальной поверхности на северных островах и северо-восточной оконечности Сибири за год поступает всего 550— 830 к. Вт·ч, на большей части европейской территории и Сибири — 830 -1200 к. Вт·ч, в южных районах Поволжья, Сибири и Дальнего Востока — 11001380 к. Вт·ч, в Закавказье и Средней Азии — 14001600 к. Вт·ч.

Определить величину солнечной инсоляции в любой области России можно по таблице суммарной солнечной радиации или по этой карте.

Солнечные батареи или солнечные модули предназначены для преобразования солнечной энергии в электрическую для электропитания электротехнических, электробытовых, электронных и других устройств. Солнечный модуль - это модуль, преобразующий солнечную радиацию в электрическую. Солнечный модуль представляет собой группу солнечных элементов, размеры каждого из которых 85 х 0, 4 мм. Размеры солнечных модулей зависят от количества элементов, включенных в состав модуля.

Прибор для определения продолжительности солнечного сияния

Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения • Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов. • Гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах). • «Солнечный парус» может в безвоздушном пространстве преобразовывать солнечные лучи в кинетическую энергию. • Термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор). • Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Преимущество — запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.

Устройства для прямого преобразования световой или солнечной энергии в электроэнергию называются фотоэлементами. 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.

Солнечный элемент (слева) и фотогальванический модуль из 36 элементов

В развитых странах, например, в США, потребление энергии составляет примерно 25 триллионов к. Вт·ч в год, что соответствует более чем 260 к. Вт·ч на человека в день. Данный показатель является эквивалентом ежедневной работы более чем ста лампочек накаливания мощностью 100 Вт в течение целого дня. Среднестатистический гражданин США потребляет в 33 раза больше энергии, чем житель Индии, в 13 раз больше, чем китаец, и вдвое больше, чем швед. Количество солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли, во много раз превышает ее расход даже в таких странах как США, где энергопотребление огромно. Если бы только 1% территории страны был использован для установки солнечного оборудования, работающего с КПД 10%, то США были бы полностью обеспечены энергией.

Фотогальванический эффект состоит в преобразовании света в электрическую энергию. Это явление известно ещё с 1839 года (благодаря стараниям Беккереля), т. е. с тех самых пор, когда была описана возможность непосредственного преобразования солнечной энергии в энергию электрическую при помощи электролитического фотоэлемента, не проходя через термодинамический процесс. Впервые в коммерческих целях фотогальваническая технология была использована лишь в 1952 году, когда в лаборатории компании «Белл» для электропитания телефонной станции был произведен фотогальванический элемент на основе монокристалла кремния.

Фотогальваническая панель

От «дерева» к самолету… Японские специалисты создали солнечную батарею, по внешнему виду напоминающую обычное растение. «Листья» конструкции представляют собой панели солнечной батареи, выполненные из органических тонкопленочных элементов. Элементы органической солнечной батареи представляют собой пластиковую подложку, на которую нанесен фоточувствительный и другие слои. Восемь элементов, каждый из которых имеет площадь 7, 5 кв. см, объединены в батарею общей площадью 60 кв. см.

Чтобы повысить устойчивость модулей к внешним воздействиям, специалисты AIST, Mitsubishi и Tokki покрыли их тонкой пленкой, предохраняющей от проникновения воды и кислорода.

Примеры зарядных устройств, работающих на солнечных батареях

Самолет на солнечных батареях, созданный британскими конструкторами, установил мировой рекорд по длительности полетов беспилотных летательных аппаратов. Самолет, получивший название "Зефир-6", продержался в воздухе 82 часа и 37 минут, используя по ночам энергию, набранную от солнца во время дневных полетов. Предыдущий официальный рекорд принадлежал американскому беспилотному самолету, кружившему в воздухе 30 часов 82 минуты.

Размах крыльев нового самолета - 18 метров, он сделан из сверхлегких материалов и может быть запущен просто с рук, поскольку весит всего 30 кг. В планах разработчиков и военных довести длительность полета подобных аппаратов до нескольких месяцев.

"24/7" — так озаглавили на интернет-сайтах новый подход к использованию солнечных элементов, заявленный исследователями Массачусеттского института технологий в журнале Science. Система включает солнечные элементы в комбинации с каталитическим разложением воды на газообразные водород и кислород, в дальнейшем используемые в топливных элементах для генерации электричества в ночное время.

В качестве источника питания при электролизе используют избыточное дневное электричество, генерируемое солнечными элементами. Авторам удалось разработать эффективный и дешевый катализатор, который добавляют в воду. Используемый в настоящее время катализатор – оксид никеля – токсичен, что удорожает процедуру электролиза, так как требует герметичных сосудов из некорродирующих материалов и последующую безопасную утилизацию отходов. Новый катализатор – фосфат кобальта, экологически безопасный, имеет низкую реакционную способность, что позволяет использовать открытые из недорогих материалов контейнеры для воды.

Солнечный коллектор • • • Солнечный коллектор — устройство для сбора энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. Коллекторы бывают: Плоские Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Вакуумные Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250— 300 °C в режиме ограничения разбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума. Солнечные коллекторы-концентраторы Повышение эксплуатационных температур до 120— 250 °C возможно путём введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.

Применение солнечных коллекторов Солнечные коллекторы применяются для отопления промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. Наибольшее количество производственных процессов, в которых используется тёплая и горячая вода (30— 90 °C), проходят в пищевой и текстильной промышленности, которые таким образом имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов. В Европе в 2000 г. общая площадь солнечных коллекторов составляла 14, 89 млн м², а во всём мире — 71, 341 млн м². Солнечные коллекторы — концентраторы могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга. Солнечный коллектор "Сокол" российского производства, с оптическим, многослойным, селективным покрытием. Средний КПД коллектора - 75%.

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Так как энергия ветра является следствием деятельности солнца, то её относят к возобновляемым видам энергии. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью - в конце 2007 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 94, 1 гигаватта, увеличившись впятеро с 2000 года. Ветряные генераторы практически не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти. Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны.

В море, на расстоянии 10— 12 км от берега, строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания. Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 к. Вт установлен на плавающей платформе в 10, 6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров. Перспективы: • Правительством Канады установлена цель к 2015 году производить 10 % электроэнергии из энергии ветра. • Германия планирует к 2020 году производить 20 % электроэнергии из энергии ветра. • Новая Зеландия планирует производить из энергии ветра 20 % электроэнергии. • Международное Энергетическое Агентство (IEA) прогнозирует, что к 2030 году спрос на ветрогенерацию составит 4 800 гигаватт.

В большинстве случаев ветрогенераторы используется как источник электроэнергии в местах, характеризующихся среднегодовой скорость ветра более 5 м/с. Это условие не распространяется на малые, легко разгоняемые ветрогенераторы. Такие ветрогенераторы способны эффективно работать уже в районах со среднегодовой скоростью ветра не более 3, 5 м/с. Поэтому сейчас все чаще обращают внимание на ветрогенераторы малой и средней мощности владельцы домов, удаленных от электросетей централизованного электроснабжения.

Ветрогенераторы современных конструкций позволяют использовать экономически эффективно энергию ветра. С помощью ветрогенераторов сегодня можно не только поставлять электроэнергию в «сеть» но и решать задачи электроснабжения локальных или островных объектов любой мощности. 1) Однолопастной 2) Двухлопастной 3) Трехлопастной

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Были попытки построить ветрогенераторы так называемой ортогональной конструкции, то есть с вертикальным расположением оси вращения. Считается, что они имеют преимущество в виде очень малой скорости ветра, необходимой для начала работы ветрогенератора. Главная проблема таких генераторов — механизм торможения. В силу этой и некоторых других технических проблем ортогональные ветроагрегаты не получили практического распространения в ветроэнергетике.

Гидроэнергия Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Норвегия, где электроэнергии на душу населения больше, чем где-либо еще, живет почти исключительно гидроэнергией. На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная энергия воды, накапливаемой с помощью плотин. У основания плотины расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов электрического тока. Гидроэнергия – один из самых дешевых и самых чистых энергоресурсов. Он возобновляем в том смысле, что водохранилища пополняются приточной речной и дождевой водой. Остается под вопросом целесообразность строительства ГЭС на равнинах.

Гидроэлектростанция

Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров. Существует мнение, что работа приливных электростанций тормозит вращение Земли, что могло бы привести к негативным экологическим последствиям. Однако ввиду колоссальной массы Земли влияние приливных электростанций незаметно. Кинетическая энергия вращения Земли (~1029 Дж) настолько велика, что работа приливных станций суммарной мощностью 1000 ГВт будет увеличивать длительность суток лишь на ~10− 14 секунды в год, что на 9 порядков меньше естественного приливного торможения (~2× 10− 5 с в год).

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция. Преимуществами ПЭС является экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками — высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из-за чего ПЭС может работать только в единой энергосистеме с другими типами электростанций.

Крупнейшая в мире приливная электростанция Ля Ранс, Франция

Тепловые насосы - это компактные экономичные и экологически чистые системы отопления, позволяющие получать тепло для горячего водоснабжения и отопления коттеджей за счет использования тепла низкопотенциального источника (тепло грунтовых, артезианских вод, озер, морей, грунтовое тепло, тепло земных недр) путем переноса его к теплоносителю с более высокой температурой. Работа теплового насоса схожа с процессом холодильника. Тепловой насос собирает энергию земли, скал, воздуха и солнца для дома и воды. Техника проста, надежна и была известна уже сто лет тому назад. Данный принцип работает в морозильных и холодильных шкафах. С ростом цен на энергию и большими требованиями к окружающей среде увеличилось использование тепловых насосов в качестве отопительных системы в домах.

2/3 отопительной энергии можно получить бесплатно из природы и только 1/3 за счет работы насоса, электричество. Тепловые насосы имеют большой срок службы до капитального ремонта (до 10 - 15 отопительных сезонов) и работают полностью в автоматическом режиме. Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы. Срок окупаемости оборудования не превышает 2 - 3 отопительных сезонов. Принцип работы теплового насоса Источником тепла может быть скалистая порода, земля, вода или, например, воздух. Охлажденный теплоноситель, проходя по трубопроводу, уложенному в землю (озеро) нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом.

Хладагент, имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при низком давлении и температуре -5 о. С. Из испарителя газообразный хладагент попадает, а компрессор, где он сжимается до высокого давления и высокой температуры. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник, конденсатор. В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам. После прохождения через конденсатор жидкий хладагент может быть еще более охлажден, а температура прямой воды системы отопления увеличена посредством дополнительно установленного сабкулера.

Давление хладагента, тем не менее, все еще остается высоким. При прохождении хладагента через редукционный клапан давление понижается, хладагент попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.

Тем временем… Тем временем люди разрабатывают все новые и новые «альтернативные источники энергии» . В том числе и весьма забавные: некоторые из них должны работать на пиве или на гниющих бананах. Австралийские инженеры разработали электрогенератор, работающий на гниющих бананах. Они также надеются построить большую электростанцию, работающую на фруктах. В настоящее время большая часть урожая бананов в Австралии утилизируется, потому что плоды получают повреждения или вырастают слишком маленькими. Но вместо того, чтобы просто оставить их гнить, исследователи предлагают извлечь из них вполне коммерческую выгоду.

Примерно треть урожая тропических бананов в Австралии (более 20 тысяч тонн в год) никогда не попадает в магазины. Обычно они просто сгнивают на земле, но это вредит почве – и портит потенциально ценный ресурс. Билл Кларк и его коллеги смогли получить электричество из бананов в лаборатории, а потом разработали генератор. Принцип работы этого устройства таков – бананы гниют в запечатанных чанах, а метан, выделяемый фруктами, используется для питания электрической турбины. Пока все выглядит неплохо, только не ясно, заинтересуются ли этим предложением потребители. Есть и еще один недостаток. Для выработки электричества требуется очень большое количество бананов – а значит, новый генератор занимает очень много места.

Еще одна принципиально новая технология позволяет перерабатывать остающиеся на пивоваренных заводах после производства пива воду, крахмал и алкоголь. По расчетам ученых, "пивная батарея" не будет очень мощной. Однако ее генерируемых ей 2 КВт хватит на то, чтобы обеспечить электроэнергией одну квартиру. Разработчики проекта считают, что запатентованная ими технология может быть применена в различных областях пищевой промышленности.

Выводы • Альтернативные источники энергии являются реальной перспективой развития промышленности. • В России возобновляемая энергетика может составить существенный процент в энергобалансе страны, так как для этого есть огромные ресурсы.