Возобновляемые и нетрадиционные источники энергии СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

• Солнечная энергетика — это отрасль науки и техники, разрабатывающая теоретические основы, методы и средства использования солнечного излучения или солнечной радиации для получения электрической, тепловой или других видов энергии и использования их в народном хозяйстве.

Солнечное излучение (СИ) процесс переноса энергии при распределении электромагнитных волн в прозрачной среде. По квантовой теории электромагнитные волны — это поток элементарных частиц или фотонов с нулевой массой покоя, движущихся в вакууме со скоростью света. В космосе через 1 м 2 в 1 с проходит 3 · 1021 фотонов, энергия которых зависит от длины волны (мкм).

• Источник солнечного излучения — Солнце — излучает в окружающее пространство поток мощности, эквивалентный 4· 1023 к. Вт. • Поток солнечной радиации, достигающей Земли, по разным оценкам составляет (7, 5— 10) · 107 к. Вт · ч/год, или (0, 85— 1, 2) · 1014 к. Вт, что значительно превышает ресурсы всех других возобновляемых источников энергии.

Один из проектов использования солнечной энергии

• Суммарное СИ, достигающее поверхности Земли, Rs обычно состоит из трех составляющих: Rпр — прямое СИ, поступающее от Солнца на приемную площадку в виде параллельных лучей; Rд — диффузное, или рассеянное молекулами атмосферных газов и аэрозолей СИ; Rотр — отраженная земной поверхностью доля СИ (для большей части поверхности Земли эта составляющая Rs обычно незначительна и не учитывается вообще или приближенно учитывается в расчетах).

Солнечная энергия на Земле используется с помощью солнечных энергетических установок, которое можно классифицировать по следующим признакам: • по виду преобразования солнечной энергии в другие виды энергии — тепло или электричество; • по концентрированию энергии — с концентраторами и без концентраторов; • по технической сложности — простые (нагрев воды, сушилки, нагревательные печи, опреснители и т. п. ) и сложные.

Рекомендуется размещать приемные площадки с углом наклона b, равным широте местности j и ориентированным на юг. Этим обеспечивается максимум прихода прямого СИ на приемную площадку в течение года. Если же учитывать и диффузную составляющую СИ, то угол наклона b должен быть меньше, чем j. Особенно это касается средних широт России.

• Солнечные коллекторы (СК) — это технические устройства, предназначенные для прямого преобразования СИ в тепловую энергию в системах теплоснабжения (СТС) для нагрева воздуха, воды или других жидкостей. Системы теплоснабжения обычно принято разделять на пассивные и активные.

Преобразование солнечной энергии в тепловую

Солнечные коллекторы классифицируются по следующим признакам: • по назначению — для горячего водоснабжения, отопления, теплохладоснабжения; • по виду используемого теплоносителя — жидкостные и воздушные; • по продолжительности работы — сезонные и круглогодичные; • по техническому решению — одно-, двух- и многоконтурные. Все СТС делятся на две группы: установки, работающие по разомкнутой или прямоточной схеме и по замкнутой схеме.

Принципиальные схемы прямоточных систем: а) без аккумулятора; б) с аккумулятором. 1 -солнечный коллектор; 2 – аккумулятор; 4 насос

Принципиальные схемы прямоточных систем: в) с аккумулятором и теплообменником. 1 -солнечный коллектор; 2 – аккумулятор; 3 – теплообменник; 4 - насос

Принципиальные схемы замкнутых систем: а) с аккумулятором; б) с теплообменником. 1 -солнечный коллектор; 2 – аккумулятор; 3 - теплообменник; 4 - насос

Принципиальные схемы замкнутых систем: в) с теплообменником и аккумулятором; г) с теплообменником и аккумулятором для нескольких систем теплоснабжения.

Солнечные электростанции

СФЭУ обладают следующими КПД: монокристаллический — 15— 16 % (до 24 % на опытных образцах); поликристаллический — 12— 13 % (до 16 % на опытных образцах); аморфный — 8— 10 % (до 14 % на опытных образцах). Все эти данные соответствуют так называемым однослойным фотоэлементам.

Самолет на солнечных элементах

Здание в Ватикане с солнечными панелями

Яхта с солнечными элементами

Дома с солнечными панелями

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА

Ветроэнергетика — отрасль науки и техники, разрабатывающая теоретические основы, методы и средства использования энергии ветра для получения механической, тепловой и электрической энергии и определяющая масштабы целесообразного использования ветровой энергии в народном хозяйстве. Преобразование кинетической энергии ветра в электрическую происходит с помощью ветроэнергетических установок (ВЭУ).

ВЭУ можно классифицировать по следующим признакам: по числу лопастей рабочего колеса — одно-, двух-, трех- и многолопастные; n по мощности — малые (до 10 к. Вт), средние (от 10 до 100 к. Вт), крупные (от 100 до 1000 к. Вт), сверхкрупные (более 1000 к. Вт); n по отношению рабочего колеса к направлению воздушного потока — с горизонтальной осью вращения, параллельной или перпендикулярной вектору скорости (ротор Дарье). n

Ветроэнергетическая установка с горизонтальной осью вращения

Ветроэнергетическая установка с вертикальной осью вращения

Типы ветрогенераторов 1) 2) Сетевые ветровые генераторы полученную электроэнергию передают в общую линию электропередачи. Автономные ветровые установки - полученное электричество накапливается в батарее аккамуляторов, и потребляется исключительно только на нужды владельца.

Ветроэнергетические установки «ГРЦ-Вертикаль» являются одними из самых эффективных в мире.

УЗЛЫ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Достоинства: Смещение верхних лопастей относительно нижних на 60 градусов и оптимальный угол атаки лопастей позволяет достичь самораскрутку на 3. 5 м/сек. Т. е. при замерах анемометра средняя скорость ветра может составить 3 м/сек, а ротор ВЭУ будет крутиться так, как будто бы скорость ветра 6 м/сек.

Ступица содержит специально сконструированную систему подшипников, позволяющую предельно уменьшить потери от момента сопротивления. Генератор ВЭУ выпускается в нескольких модификациях и представляет собой тихоходную высокоэффективную электрическую машину. Регулятор генератора выдает 24, 48 или 96 В постоянного тока на выходе.