Päikeseenergiat on alternatiivse energiaallikana kasutatud tuhandeid aastaid. Ainus, mis muutub, on tehnoloogia ja kasutatavate seadmete efektiivsus. Päikese energia on taastuv allikas, mis tähendab selle võimet taastuda loomulikult, ilma inimese sekkumiseta. Eeliste hulka kuuluvad keskkonnasõbralikkus, piiramatud võimalused, ohutus ja ainulaadne kasutusefektiivsus.

On tõestatud, et 1m 2 "tulekettast" vabastab ligi 63 kW energiat, mis võrdub miljoni lambipirni võimsusega. Üldiselt annab Päike Maale 80 000 miljardit kV ja see on mitu korda suurem kui kõigi planeedil olemasolevate elektrijaamade võimsus. Seetõttu on päikeseenergia praktikas rakendamine tänapäeva ühiskonna üks peamisi väljakutseid.

Konversioonifunktsioonid

Kaasaegse teaduse viga on suutmatus otseselt päikeseenergiat tarbida. Sel põhjusel on välja töötatud spetsiaalsed seadmed, mis muudavad päikeseenergia elektri- või soojusenergiaks. Esimene mainimine puudutab patareisid ja teine ​​kollektsionääride kohta.

Tänaseks on välja töötatud mitu teisendusvalikut:

• Kuuma õhu energia... See põhineb päikeseenergia kasutamisel turbiini generaatorisse suunatud õhuvoolu saamiseks. Populaarsust koguvad õhupalli tüüpi elektrijaamad, milles spetsiaalselt kaetud õhupalli pinna kuumenemise tõttu tekib veeaur. Selle tehnika eeliseks on võime koguda vajalikku kogust auru, et tagada süsteemi toimimine ka öösel, päikesevalguse puudumisel.
• Fotogalvaanika... Tehnika eripära seisneb spetsiaalsete fotogalvaanilise alusega paneelide kasutamises. Esindajad - päikesepaneelid. Tooted on räni baasil ning tööpinna paksus on mõni kümnendik millimeetrit. Saate paigutada struktuure kõikjal. Peamine tingimus on maksimaalsed sissetulevad kiired.

Lisaks fotoplaatidele saab päikeseenergia muundamiseks kasutada väiksema paksusega õhukese kilega paneele. Nende peamine puudus on madal efektiivsus.

• Päikeseenergia- suund, mille olemus on valguse neeldumine pinnale koos järgneva soojuse fokuseerimisega kuumutamiseks. Kodusfääris kasutatakse seda tüüpi päikeseenergia muundamist kütteks. Tööstuses kasutatakse seda tehnikat soojusmasinate abil elektrienergia tootmiseks.

Kuidas saab päikeseenergiat kasutada?

Päikeseenergia kasutamine on võimalik kahte tüüpi süsteemide – passiivse ja aktiivse – kasutamisel. Vaatleme neid üksikasjalikumalt.

Passiivne- süsteemid, mis ei näe ette keerulisi teisendusi. Üks näide on metallist anum, mis on värvitud mustaks ja täidetud veega. Päikesekiired löövad vastu pinda, soojendavad metalli ja koos sellega ka sees olevat vedelikku. On ka täiustatud passiivse energiakasutuse meetodeid, mis on mõeldud konstruktsioonide projekteerimiseks, ehitusmaterjalide valikuks, kliimakontrolliks ja muudeks ülesanneteks. Kõige sagedamini kasutatakse passiivseid süsteeme hoonete jahutamiseks, kütmiseks või valgustamiseks.

Aktiivne- seadmed, milles päikeseenergia muundamiseks kasutatakse spetsiaalseid kollektoreid. Viimaste eripära seisneb päikesekiirte neeldumises ja nende hilisemas muundamises soojuseks, mis soojuskandja abil tagab hoonete või vee soojendamise. Tänapäeval kasutatakse päikesekollektoreid paljudes tegevusvaldkondades – põllumajanduses, majapidamises ja muudes sektorites, kus on vaja soojust.

​

Päikesekollektori tööpõhimõtet on praktikas lihtne kontrollida – pane lihtsalt ese aknalauale ja jälgi, et päikesekiired sellele langeksid. Toode soojeneb isegi miinustemperatuuridel väljas. See on kollektoriga päikeseenergia kasutamise eripära.

Seade põhineb soojusisolatsiooniplaadil, mille valmistamisel on kasutatud soojust juhtivat materjali. Ülevalt on see kaetud tumeda värviga. Päikesekiired läbivad vaheelemendi, soojendavad plaati ning seejärel kasutatakse kogunenud soojusenergiat hoone kütmiseks. Sooja voolu suund on võimalik ventilaatoriga või loomulikult.

Süsteemi puuduseks on vajadus lisakulude järele ventilaatori ostmiseks ja paigaldamiseks. Lisaks on päikesekollektorid tõhusad ainult valgel ajal, seega ei ole võimalik peamist kütteallikat täielikult välja vahetada. Seadme efektiivsuse suurendamiseks on vaja kollektor paigaldada peamisse ventilatsiooni- või soojusallikasse.

Selliseid kogujaid on kahte tüüpi:

1. Korter. Sellised seadmed koosnevad päikeseenergia neelajatest, kattekihist (kasutatakse madala metallisisaldusega klaasi), isolatsioonikihist ja torustikust. Kollektor püüab kinni päikesekiiri ja toodab soojusenergiat. Paigalduskoht on katus. Sel juhul võib aku olla pinna sisse ehitatud või olla eraldi elemendina.
2. Vaakum. Päikesekollektorite omapäraks on nende mitmekülgsus ja aastaringne kasutusvõimalus. Selle aluseks on borosilikaatklaasist valmistatud vaakumtorud. Seina siseküljel on spetsiaalne kate, mis parandab päikesevalguse tajumist. Selle disaini eesmärk on minimeerida kiirte peegeldumist. Suurema efektiivsuse huvides on torudevahelistes ruumides vaakum, mida hoiab üleval baarium-tüüpi gaasijaotur. Vaakumkollektorite eeliseks on see, et need võivad töötada pakase ja pilvise ilmaga. Viimasel juhul neelavad nad infrapunakiirte energiat.

Tööstuses ja igapäevaelus on kõige enam nõutud päikesepaneelid, mis muudavad päikeseenergia soojuseks. Sellised seadmed põhinevad fütoelektrilistel muunduritel.

Eelised- disaini lihtsus, paigaldamise lihtsus, minimaalsed hooldusnõuded, samuti suurem ressurss. Päikesepaneeli paigaldamiseks pole vaja lisaruumi. Normaalse töö põhitingimuseks on avatus valgusele ja varjutuse puudumine. Ressurss on arvutatud aastakümneteks, mis seletab toodete sarnast populaarsust.

Päikeseenergiat kasutavatel akudel on ka mitmeid puudusi:

• Suurenenud tundlikkus reostuse suhtes. Sel põhjusel paigaldatakse akud 45-kraadise nurga all, nii et lumi ja vihm aitavad pinda puhastada.
• Ülekuumenemise lubamatus. Kui temperatuur jõuab 100-125 kraadini Celsiuse järgi, võib seade lubatud temperatuuri tõusu tõttu välja lülituda. Sellises olukorras on vaja spetsiaalset jahutussüsteemi.
• Kõrge hind. Täielikuks seda puudust nimetada ei saa, sest päikesepatareil on pikk kasutusiga ning selle ostu- ja paigalduskulud tasuvad end ära mitme aasta jooksul.

Tulemused

Kaasaegne ühiskond teab, kus päikeseenergiat kasutatakse ja rakendab kogutud kogemusi aktiivselt praktikas. "Tuleketta" võimalused on vajalikud elektri tootmiseks, ruumide kütmiseks ja jahutamiseks ning ventilatsiooniks. Seoses nafta ja gaasi kallinemisega minnakse järk-järgult üle alternatiivsetele ja soodsamatele allikatele. Näiteks Saksamaal on ligi pooled majad varustatud vee soojendamiseks päikesekollektoritega. Paljudes osariikides on spetsiaalsed programmid, mille eesmärk on kasutada päikeseenergiat. Ja see trend saab iga aastaga ainult hoogu juurde.

Päikeseenergia on aktiivselt arenev valdkond era- ja avalike hoonete energiavarustuses. Millised on loodusliku energiaallika nagu päikesekiirguse plussid ja miinused?

Päikeseenergia eelised

1. Uuenevus

Päikeseenergiast rääkides tuleb ennekõike mainida, et tegemist on taastuva energiaallikaga, vastupidiselt fossiilkütustele - kivisüsi, nafta, gaas, mis ei ole taastuvad. NASA andmetelveel 6,5 miljardit aastat pole Maa elanikel millegi pärast muretseda – umbes nii kaua soojendab Päike meie planeeti oma kiirtega kuni plahvatuseni.

2. Küllus

Päikeseenergia potentsiaal on tohutu – Maa pinda kiiritatakse 120 tuhande teravatti päikesevalgusega, mis on 20 tuhat korda suurem kui ülemaailmne nõudlus selle järele.

3. Püsivus

Lisaks on päikeseenergia ammendamatu ja pidev – seda ei saa inimkonna energiakandjate vajaduste rahuldamise käigus üle kulutada, seega jätkub seda üleliigselt ja osaks ka tulevastele põlvedele.

4. Kättesaadavus

Päikeseenergia muude eeliste hulgas on see saadaval igal pool maailmas – mitte ainult Maa ekvatoriaalvööndis, vaid ka põhjapoolsetel laiuskraadidel. Oletame, et Saksamaa on praegu päikeseenergia kasutamises maailmas esikohal ja omab maksimaalset potentsiaali.

5. Keskkonnasõbralikkus

Maa ökoloogilise puhtuse eest võitlemise viimaste suundumuste valguses on päikeseenergia kõige lootustandvam tööstusharu, mis osaliselt asendab taastumatutest kütuseressurssidest saadavat energiat ja toimib seeläbi olulise sammuna kliima kaitsmisel Globaalne soojenemine. Päikeseelektrijaamade tootmise, transpordi, paigaldamise ja kasutamisega praktiliselt ei kaasne kahjulikke heitmeid atmosfääri. Isegi kui neid on traditsiooniliste energiaallikatega võrreldes väheolulisel määral, on see keskkonnamõju peaaegu null.

Me elame tulevikumaailmas, kuigi see pole kõigis piirkondades märgatav. Igal juhul arutletakse täna progressiivsetes ringkondades tõsiselt uute energiaallikate arendamise võimaluse üle. Päikeseenergia on üks lootustandvamaid valdkondi.

Hetkel pärineb umbes 1% Maa elektrienergiast päikesekiirguse töötlemisest. Miks me siis ikka veel ei ole hüljanud teisi "kahjulikke" meetodeid ja kas me sellest üldse loobume? Soovitame tutvuda meie artikliga ja proovida sellele küsimusele ise vastata.

Kuidas päikeseenergia muudetakse elektriks

Alustame kõige olulisemast – kuidas päikesekiired muudetakse elektriks.

Protsessi ennast nimetatakse "Päikesepõlvkond" ... Kõige tõhusamad viisid selle tagamiseks on järgmised:

• fotogalvaaniline;
• heliotermiline energia;
• päikesepalliga elektrijaamad.

Vaatleme igaüks neist.

Fotogalvaaniline

Sel juhul ilmneb elektrivool tänu fotogalvaaniline efekt... Põhimõte on järgmine: päikesevalgus tabab fotoelementi, elektronid neelavad footonite (valgusosakeste) energia ja hakkavad liikuma. Selle tulemusena saame elektripinge.

Täpselt selline protsess toimub päikesepaneelides, mis põhinevad elementidel, mis muudavad päikesekiirgust elektriks.

Fotogalvaaniliste paneelide disain on piisavalt paindlik ja võib olla erineva suurusega. Seetõttu on neid väga praktiline kasutada. Lisaks on paneelidel kõrged jõudlusomadused: need on vastupidavad sademetele ja äärmuslikele temperatuuridele.

Ja siin on, kuidas see töötab eraldi päikesepaneeli moodul:

Päikesepaneelide kasutamisest laadijatena, eramajade toiteallikatena, linnade parendamiseks ja meditsiinilistel eesmärkidel saate lugeda.

Kaasaegsed päikesepaneelid ja elektrijaamad

Viimased näited hõlmavad ettevõtte päikesepaneele SixtuseSolar... Erinevalt traditsioonilistest tumesinistest paneelidest võivad need olla mis tahes tooni ja tekstuuriga. See tähendab, et nad saavad maja katust "kaunistada", nagu soovite.

Teise lahenduse pakkusid välja Tesla arendajad. Nad toovad turule mitte ainult paneelid, vaid täisväärtusliku katusekattematerjali, mis taaskasutab päikeseenergiat. sisaldab sisseehitatud päikesemooduleid ja võib olla ka väga erineva disainiga. Samas on materjal ise palju tugevam kui tavalised katusekivid, Solar Roofil on isegi lõputu garantii.

Täisväärtusliku SPP näitena võib tuua hiljuti Euroopas ehitatud kahepoolsete paneelidega jaama. Viimased koguvad nii otsest kui ka peegeldavat päikesekiirgust. See parandab päikeseenergia tootmise efektiivsust 30%. See jaam peaks tootma umbes 400 MWh aastas.

Huvi on ka suurim ujuv päikeseelektrijaam Hiinas... Selle võimsus on 40 MW. Sellistel lahendustel on kolm olulist eelist:

• ei ole vaja hõivata suuri maa-alasid, mis on Hiina jaoks olulised;
• vee aurustumine veekogudes väheneb;
• fotoelemendid ise soojenevad vähem ja töötavad tõhusamalt.

Muide, see ujuv päikeseelektrijaam ehitati mahajäetud söekaevandusettevõtte kohale.

Fotogalvaanilisel efektil põhinev tehnoloogia on täna kõige lootustandvam ning ekspertide hinnangul suudavad päikesepaneelid järgmise 30-40 aasta jooksul toota umbes 20% maailma elektrivajadusest.

Päikeseenergia

Siin on lähenemine veidi erinev, sest päikesekiirgust kasutatakse vedelikumahuti soojendamiseks. Tänu sellele muutub see auruks, mis muudab turbiini, mis toob kaasa elektrienergia tootmise.

Soojuselektrijaamad töötavad samal põhimõttel, ainult vedelikku soojendatakse söe põletamisega.

Kõige illustreerivam näide selle tehnoloogia kasutamisest on Ivanpa päikesejaam Mojave kõrbes. See on maailma suurim päikesesoojuselektrijaam.

See on tegutsenud aastast 2014 ja ei kasuta elektri tootmiseks kütust – ainult keskkonnasõbralikku päikeseenergiat.

Veeboiler asub tornides, mida näete konstruktsiooni keskel. Ümberringi on peeglite väli, mis suunavad päikesekiired torni tippu. Seejuures pöörab arvuti neid peegleid pidevalt olenevalt päikese asukohast.

Kontsentreeritud päikeseenergia soojendab tornis oleva vee ja muutub auruks. See tekitab survet ja aur hakkab turbiini pöörlema, mille tulemusena eraldub elekter. Selle jaama võimsus on 392 megavatti, mis on üsna võrreldav Moskva keskmise CHP-ga.

Huvitav on see, et sellised jaamad võivad töötada ka öösel. See on võimalik tänu osa kuumutatud aurule paigutamisest hoidlasse ja selle järkjärgulisele kasutamisele turbiini pööramiseks.

Päikesepalliga elektrijaamad

Kuigi see originaallahendus pole laialdast kasutust leidnud, on sellel siiski koht, kus olla.

Installatsioon ise koosneb neljast põhiosast:

• Aerostaat – asub taevas, kogudes päikesekiirgust. Palli siseneb vesi, mis kuumeneb kiiresti, muutudes auruks.
• Aurutoru - läbi selle laskub rõhu all olev aur turbiinile, sundides seda pöörlema.
• Turbiin - auruvoolu mõjul pöörleb, genereerides elektrienergiat.
• Kondensaator ja pump - turbiinist läbi käinud aur kondenseerub veeks ja tõuseb pumba abil ballooni, kus see taas kuumutatakse auruolekusse.

Millised on päikeseenergia eelised

• Päike annab meile oma energiat veel mõneks miljardiks aastaks. Samal ajal ei pea inimesed selle tootmiseks raha ja ressursse kulutama.
• Päikeseenergia tootmine on täiesti keskkonnasõbralik protsess, mis ei kujuta endast ohtu loodusele.
• Protsessi autonoomia. Päikesevalguse kogumine ja elektri tootmine toimub inimese minimaalse sekkumisega. Ainus asi, mida teha, on hoida oma tööpinnad või peeglid puhtad.
• Ammendatud päikesepaneele saab taaskasutada ja tootmises taaskasutada.

Päikeseenergia arendamise probleemid

Hoolimata ideede elluviimisest päikeseelektrijaamade öösel tööshoidmiseks, pole keegi kaitstud looduse kapriiside eest. Pilvedega kaetud taevas vähendab mitme päeva jooksul oluliselt elektrienergia tootmist, samal ajal kui elanikkond ja ettevõtted vajavad selle katkematut varustamist.

Päikeseelektrijaama ehitamine pole odav nauding. Selle põhjuseks on vajadus kasutada nende kujundamisel haruldasi elemente. Kõik riigid ei ole valmis kulutama oma eelarvet vähem võimsatele elektrijaamadele, kui soojus- ja tuumaelektrijaamades on töötajaid.

Selliste paigaldiste paigutamiseks on vaja suuri alasid, pealegi kohtades, kus päikesekiirgus on piisaval tasemel.

Kuidas arendatakse päikeseenergiat Venemaal

Kahjuks põletatakse meie riigis kivisütt, gaasi ja naftat endiselt täies mahus ning Venemaa on kindlasti viimaste seas, kes täielikult alternatiivenergiale üle läheb.

Täna päikeseenergia tootmine moodustab ainult 0,03% raadiosagedusliku energia bilansist... Võrdluseks, samal Saksamaal on see näitaja üle 20%. Eraettevõtjad ei ole huvitatud päikeseenergiasse investeerimisest pika tasuvusaja ja mitte nii kõrge tasuvuse tõttu, sest gaas on siin palju odavam.

Majanduslikult arenenud Moskva ja Leningradi piirkondades on päikese aktiivsus madal. Seal on päikeseelektrijaamade ehitamine lihtsalt ebaotstarbekas. Kuid lõunapoolsed piirkonnad on üsna paljulubavad.

Alates iidsetest aegadest on inimesed rääkinud Päikesest kui võimsast ja suurest, tõstes ta oma religioonides elavaks objektiks. Valgustit kummardati, teda kiideti, mõõdeti aega ja peeti teda alati maiste õnnistuste peamiseks allikaks.

Vajadus päikeseenergia järele

Aastatuhanded on möödunud. Inimkond on jõudnud oma arengu uude ajastusse ja naudib kiiresti areneva tehnoloogilise progressi vilju. Kuid tänapäevani on Päike peamine looduslik soojuse ja sellest tulenevalt ka elu allikas.

Kuidas kasutab inimkond Päikest oma igapäevastes tegevustes? Vaatleme seda küsimust üksikasjalikumalt.

Päikese "töö".

Taevakeha on ainus energiaallikas, mis on vajalik taimede fotosünteesiks. Päike paneb veeringe käima ja ainult tänu sellele on meie planeedil kõik inimkonnale teadaolevad fossiilsed kütused. Ja inimesed kasutavad selle ereda tähe jõudu ka selleks, et rahuldada oma elektri- ja soojusenergia vajadusi. Ilma selleta oleks elu planeedil lihtsalt võimatu.

Peamine energiaallikas

Loodus hoolitseb targalt selle eest, et inimkond saaks oma kingitused taevakehalt. Päikeseenergia tarnitakse Maale kiirguslainete edastamise teel mandrite ja vete pinnale. Lisaks on kogu meile saadetud spektrist ainult:

1. Ultraviolettlained. Need on inimsilmale nähtamatud ja moodustavad umbes 2% kogu spektrist.

2. Valguslained. See on ligikaudu pool Päikese energiast, mis jõuab Maa pinnale. Tänu valguslainetele näeb inimene kõiki ümbritseva maailma värve.

3. Infrapuna lained. Need moodustavad ligikaudu 49% spektrist ning soojendavad vee- ja maapinda. Just need lained on päikeseenergia kasutamisel Maal kõige nõudlikumad.

Infrapuna laine muundamise põhimõte

Kuidas toimub Päikese energia kasutamise protsess Maal? Nagu iga muu sarnane toiming, viiakse see läbi otsese ümberkujundamise põhimõttel. Selleks on vaja ainult spetsiaalset pinda. Selle peale sattudes läbib päikesevalgus energiaks muundamise protsessi. Selles ahelas soojuse saamiseks tuleb kaasata kollektor. See neelab infrapunalaineid. Lisaks on Päikese energiat kasutavas seadmes kindlasti salvestusseadmed. Lõpptoote soojendamiseks korraldatakse spetsiaalsed soojusvahetid.

Päikeseenergia eesmärk on saada inimkonnale nii vajalikku soojust ja valgust. Uut tööstust nimetatakse mõnikord päikeseenergiaks. Helios on ju kreeka keelest tõlgitud kui päike.

Kompleksne toimimine

Teoreetiliselt saab igaüks meist päikesepaigaldise välja arvutada. On ju teada, et olles läbinud tee meie galaktikasüsteemi ainsa tähe juurest Maale, toob valguskiirte voog endaga kaasa energialaengu, mis võrdub 1367 W ruutmeetri kohta. See on niinimetatud päikesekonstant, mis eksisteerib atmosfäärikihtide sissepääsu juures. See valik on võimalik ainult ideaalsetes tingimustes, mida looduses lihtsalt ei eksisteeri. Pärast atmosfääri läbimist toovad päikesekiired ekvaatorile 1020 vatti ruutmeetri kohta. Kuid päeva- ja ööaja muutumise tõttu saame kolm korda vähem väärtust. Mis puutub parasvöötme laiuskraadidesse, siis siin ei muutu mitte ainult päevavalgustundide kestus, vaid ka hooajalisus. Seega tuleb ekvaatorist kaugemates paikades elektri tootmist arvutuse käigus veel poole võrra vähendada.

Taevakeha kiirguse geograafia

Kus saab päikeseenergia tõhusalt toimida? Taimede paigutamise looduslikud tingimused mängivad selles kasvavas tööstuses olulist rolli.
Päikesekiirguse jaotus Maa pinnal on ebaühtlane. Mõnes piirkonnas on päikesekiir kauaoodatud ja haruldane külaline, mõnes piirkonnas on see võimeline suruma alla kõik elusolendid.

Päikesekiirguse hulk, mida konkreetne piirkond saab, sõltub selle asukoha laiuskraadist. Suurimad doosid loodusliku valgusti energiast saavad ekvaatori lähedal asuvad olekud. Kuid see pole veel kõik. Päikesevoo hulk sõltub selgete päevade arvust, mis muutuvad ühest kliimavööndist teise üleminekul. Õhuvoolud ja muud piirkonna omadused võivad kiirguse taset suurendada või vähendada. Päikeseenergia eelised on kõige tuttavamad:

Kirde-Aafrika riigid ja mõned mandri edela- ja keskpiirkonnad;
- Araabia poolsaare elanikud;
- Aafrika idarannik;
- Loode-Austraalia ja mõned saared Indoneesias;
- Lõuna-Ameerika läänerannik.

Venemaa osas, nagu näitavad tema territooriumil tehtud mõõtmised, naudivad suurimaid päikesekiirguse doose Hiinaga piirnevad piirkonnad, aga ka põhjatsoonid. Ja kus meie riigis soojendab Päike Maad kõige vähem? See on loodepiirkond, mis hõlmab Peterburi ja sellega piirnevaid piirkondi.

Elektrijaamad

Meie elu on raske ette kujutada ilma Päikese energiat kasutamata Maal. Kuidas seda rakendada? Elektri tootmiseks saate kasutada valguskiiri. Nõudlus selle järele kasvab iga aastaga ning gaasi-, nafta- ja kivisöe varud vähenevad kiires tempos. Seetõttu hakati viimastel aastakümnetel ehitama päikeseelektrijaamu. Lõppude lõpuks võimaldavad need paigaldised kasutada alternatiivseid energiaallikaid, säästes oluliselt loodusressursse.

Päikeseelektrijaamad töötavad tänu nende pinnale ehitatud päikesepatareidele. Veelgi enam, viimastel aastatel on suudetud selliste süsteemide efektiivsust oluliselt tõsta. Päikesepatareid hakati tootma uusimatest materjalidest ja kasutades loovaid insenerilahendusi. See suurendas nende jõudu oluliselt.

Mõnede teadlaste hinnangul võib inimkond lähitulevikus loobuda praegu olemasolevatest traditsioonilistest elektri hankimise viisidest. Inimeste vajadused rahuldavad täielikult taevakeha.

Päikeseelektrijaamu on erineva suurusega. Väiksemad neist on privaatsed. Nendes süsteemides on ainult mõned päikesepaneelid. Suurimad ja keerukamad rajatised hõlmavad alasid, mis on suuremad kui kümme ruutkilomeetrit.

Kõik päikeseelektrijaamad on jagatud kuueks tüübiks. Nende hulgas:

Torn;
- fotosilmidega paigaldised;
- kettakujuline;
- paraboolne;
- päikesevaakum;
- segatud.

Kõige tavalisem elektrijaama tüüp on torn. See on kõrge konstruktsioon. Väliselt meenutab see torni, mille peal on veehoidla. Mahuti täidetakse veega ja värvitakse mustaks. Torni ümber on peeglid, mille pindala ületab 8 ruutmeetrit. Kogu see süsteem on ühendatud ühtse juhtpaneeliga, tänu millele saab peeglite kaldenurka suunata nii, et need peegeldaksid pidevalt päikesevalgust. Veehoidlale suunatud talad soojendavad vett. Süsteem toodab auru, mis suunatakse elektrit tootma.

Fotogalvaanilist tüüpi elektrijaamade käitamisel kasutatakse päikesepaneele. Need installatsioonid on tänapäeval muutunud eriti populaarseks. Lõppude lõpuks saab päikesepaneele paigaldada väikeplokkidesse, mis võimaldab neid kasutada mitte ainult tööstusettevõtetes, vaid ka eramajades.

Kui näete mitmeid hiiglaslikke satelliitantenne, mille siseküljele on paigaldatud peegelplaadid, siis peaksite teadma, et need on paraboolsed elektrijaamad, mis töötavad päikesekiirgusega. Nende tööpõhimõte on sarnane samade torni tüüpi süsteemidega. Nad püüavad kinni valguskiire ja soojendavad vastuvõtjat vedelikuga. Edasi tekib aur, mida kasutatakse elektri tootmiseks.

Poppet-jaamad töötavad samamoodi nagu need, mis kuuluvad torni ja parabooltüüpi. Erinevused seisnevad ainult paigalduse disainifunktsioonides. Esmapilgul tundub see tohutu metallpuuna, mille lehed on lamedad ümmargused peeglid. Neisse on koondunud päikeseenergia.

Päikese-vaakumelektrijaamas kasutatakse ebatavalist soojuse genereerimise meetodit. Selle struktuur on ümmarguse katusega kaetud maatükk. Selle konstruktsiooni keskel kõrgub õõnes torn, mille alusele on paigaldatud turbiinid. Sellise elektrijaama labade pöörlemine toimub õhuvoolu tõttu, mis tekib temperatuuride erinevuse korral. Klaaskatus laseb päikesekiiri sisse. Nad soojendavad maad. Siseõhu temperatuur tõuseb. Termomeetri sammaste näitude erinevus sees ja väljas tekitab õhutõmmet.

Päikeseenergia kasutab ka segatüüpi elektrijaamu. Sellistest süsteemidest saame rääkida siis, kui tornidel kasutatakse näiteks täiendavaid fotosilme.

Päikeseenergia eelised ja puudused

Igal rahvamajandusharul on oma positiivsed ja negatiivsed küljed. Need on saadaval ka valgusvoogude kasutamisel. Päikeseenergia eelised on järgmised:

Keskkonnasõbralikkus, sest ei saasta keskkonda;
- põhikomponentide kättesaadavus - fotoelemendid, mida rakendatakse mitte ainult tööstuslikuks kasutamiseks, vaid ka isiklike väikeelektrijaamade loomiseks;
- allika ammendamatus ja enesetaastumine;
- pidevalt langev omahind.

Päikeseenergia puuduste hulgas on järgmised:

Kellaaja ja ilmastikuolude mõju elektrijaamade jõudlusele;
- energia salvestamise vajadus;
- tootlikkuse langus sõltuvalt piirkonna laiuskraadist ja aastaajast;
- suur õhu soojendamine, mis toimub elektrijaamas endas;
- vajadus perioodilise puhastamise järele reostusest, mida päikesepatareide süsteem vajab, mis on problemaatiline fotoelementide paigaldamise tohutute pindalade tõttu;
- seadmete suhteliselt kõrge hind, mis küll iga aastaga väheneb, kuid pole siiski massitarbijale kättesaadav.

Arenguväljavaated

Millised on edasised võimalused Päikese energia kasutamiseks Maal? Tänapäeval ennustatakse sellele alternatiivkompleksile suurt tulevikku.

Päikeseenergia väljavaated on helged. Tõepoolest, juba täna käib selles suunas tohutu töö. Igal aastal ilmub maailma erinevatesse riikidesse üha rohkem päikeseelektrijaamu, mille mõõtmed on silmatorkavad oma tehniliste lahenduste ja mastaabi poolest. Lisaks ei lõpeta selle valdkonna spetsialistid teadusuuringuid, mille eesmärk on mitmekordistada sellistes paigaldistes kasutatavate fotoelementide efektiivsust.

Teadlased on teinud huvitava arvutuse. Kui planeedi Maa maale, mis asuks seitsmel sajandikul selle territooriumist, paigaldataks fotoelemendid, tagaksid need isegi 10% efektiivsusega kogu inimkonnale vajaliku soojuse ja valguse. Ja see ei ole väga kauge väljavaade. Tänapäeval kasutatavate fotoelementide efektiivsus on ju 30%. Samas loodavad teadlased selle väärtuse viia 85%-ni.

Päikeseenergia areng edeneb üsna kiirelt. Inimesed on tõsiselt mures loodusvarade ammendumise pärast ning otsivad alternatiivseid soojuse ja valguse allikaid. Selline otsus aitab ära hoida inimkonnale vältimatut energiakriisi ja ka eelseisvat keskkonnakatastroofi.

Inimesed ei kujuta enam elu ilma elektrita ette ja iga aastaga kasvab nõudlus energia järele aina enam, samal ajal kui energiaressursside nagu nafta, gaas, kivisüsi varud vähenevad kiiresti. Inimkonnal ei jää muud võimalust kui alternatiivsete energiaallikate kasutamine. Üks elektritootmise viise on päikeseenergia muundamine fotogalvaaniliste elementide abil. Inimesed said teada, et päikeseenergiat on võimalik kasutada suhteliselt pikka aega, kuid nad hakkasid aktiivselt arenema alles viimase 20 aasta jooksul. Viimastel aastatel on pidevad uuringud, uusimate materjalide kasutamine ja loomingulised disainilahendused oluliselt suurendanud päikesepatareide jõudlust. Paljud usuvad, et tulevikus on inimkonnal võimalik loobuda traditsioonilistest elektritootmismeetoditest päikeseenergia kasuks ja saada see päikeseelektrijaamade abil.

Päikeseenergia

Päikeseenergia on üks ebatraditsioonilisel viisil elektritootmise allikatest, seetõttu kuulub see alternatiivsete energiaallikate hulka. Päikeseenergia kasutab päikesekiirgust ja muudab selle elektriks või muuks energiaks. Päikeseenergia ei ole ainult keskkonnasõbralik energiaallikas; päikeseenergia muundamisel ei eraldu kahjulikke kõrvalsaadusi, vaid ka päikeseenergia on iseuunev alternatiivenergia allikas.

Kuidas päikeseenergia töötab

Pole raske teoreetiliselt arvutada, kui palju energiat päikeseenergia voolust saab, on juba ammu teada, et pärast kaugust Päikesest Maani ja kukkudes 90 ° nurga all 1 m2 suurusele pinnale, on juba ammu teada. , kannab päikesevoog atmosfääri sissepääsu juures energialaengut, mis on võrdne 1367 W / m², see on nn päikesekonstant. See on ideaalne ideaaltingimustes, mida nagu me teame, on praktiliselt võimatu saavutada. Seega on pärast atmosfääri läbimist maksimaalne voog, mida ekvaatoril on võimalik saada, 1020 W / m2, kuid keskmine päevane väärtus, mille saame, on päeva ja öö muutumise ja muutuse tõttu 3 korda väiksem. päikesevoo langemisnurgas. Ja parasvöötme laiuskraadidel lisandub päeva ja öö muutusele aastaaegade vaheldumine ning koos sellega päevavalgustundide kestuse muutus, seetõttu väheneb parasvöötme laiuskraadidel saadava energia hulk veel 2 korda.

Päikeseenergia arendamine ja levitamine

Nagu me kõik teame, on päikeseenergia areng viimastel aastatel iga aastaga hoogu saanud, kuid proovime jälgida arengu dünaamikat. Veel 1985. aastal oli maailma päikeseenergia võimsus vaid 0,021 GW. 2005. aastal ulatusid need juba 1656 GW-ni. 2005. aastat peetakse päikeseenergia arengus pöördepunktiks, just sellest aastast hakati aktiivselt huvi tundma päikeseenergial töötavate elektrisüsteemide uurimise ja arenduse vastu. Lisaks ei jäta dünaamika kahtlustki (2008 - 15,5 GW, 2009 - 22,8 GW, 2010 - 40 GW, 2011 - 70 GW, 2012 - 108 GW, 2013 - 150 GW, 2014 - 20 GW). Peopesa päikeseenergia kasutamises on Euroopa Liidu riikidel ja USA-l, ainuüksi USA-s ja Saksamaal töötab tootmis- ja tegevusvaldkonnas kummaski üle 100 tuhande inimese. Samuti saavad oma saavutustega päikeseenergia arendamisel kiidelda Itaalia, Hispaania ja loomulikult Hiina, mis, kui mitte päikesepatareide käitamise liider, on see, kuidas päikesepatareide tootja tõstab aastast alates tootmistempot. aastani.

Päikeseenergia kasutamise eelised ja puudused

Eelised: 1) keskkonnasõbralikkus - ei saasta keskkonda; 2) kättesaadavus - fotogalvaanilised elemendid on müügil mitte ainult tööstuslikuks kasutamiseks, vaid ka privaatsete mini-päikeseelektrijaamade loomiseks; 3) energiaallika enda ammendamatus ja taaskasutatavus; 4) pidevalt vähenev elektritootmise maksumus.
Puudused: 1) ilmastikutingimuste ja kellaaja mõju jõudlusele; 2) energia säästmiseks on vaja energiat koguda; 3) aastaaegade vahetumisest tingitud madalam tootlikkus parasvöötme laiuskraadidel; 4) õhu oluline kuumenemine päikeseelektrijaama kohal; 5) vajadus puhastada perioodiliselt fotosilmade pinda saastumisest ja see on problemaatiline fotosilmade paigaldamisega hõivatud tohutute alade tõttu; 6) võib öelda ka seadmete suhteliselt kõrge maksumuse kohta, kuigi omahind langeb iga aastaga, samas pole vaja rääkida odavast päikeseenergiast.

Päikeseenergia arendamise väljavaated

Tänapäeval ennustatakse päikeseenergeetika arengule suurt tulevikku, iga aastaga ehitatakse järjest juurde uusi päikeseelektrijaamu, mis hämmastavad oma mastaabi ja tehniliste lahendustega. Samuti ei peatu teadusuuringud, mille eesmärk on fotogalvaaniliste elementide efektiivsuse tõstmine. Teadlased on välja arvutanud, et kui planeet Maa on kaetud 0,07% ja fotogalvaaniliste elementide kasutegur on 10%, siis piisab energiast enam kui 100% inimkonna kõigist vajadustest. Tänaseks on juba kasutusel fotoelemendid, mille kasutegur on 30%. Uurimisandmete järgi on teada, et teadlaste ambitsioonid tõotavad selle viia 85%-ni.

Päikeseelektrijaamad

Päikeseelektrijaamad on ehitised, mille ülesandeks on päikeseenergia voogude muutmine elektrienergiaks. Päikeseelektrijaamade suurused võivad olla erinevad, ulatudes mitme päikesepaneeliga privaatsetest minielektrijaamadest kuni hiiglaslike elektrijaamadeni, mille pindala on üle 10 km².

Mis on päikeseelektrijaamad

Esimeste päikeseelektrijaamade ehitamisest on möödas palju aega, mille käigus on ellu viidud palju projekte ja rakendatud palju huvitavaid disainilahendusi. Kõik päikeseelektrijaamad on tavaks jagada mitmeks tüübiks:
1. Torni tüüpi päikeseelektrijaamad.
2. Päikeseelektrijaamad, kus päikesepatareid on fotogalvaanilised elemendid.
3. Ketaspäikeseelektrijaamad.
4. Paraboolsed päikeseelektrijaamad.
5. Päikese-vaakum-tüüpi päikeseelektrijaamad.
6. Segatüüpi päikeseelektrijaamad.

Torni päikeseelektrijaamad

Väga levinud elektrijaama projekteerimise tüüp. See on kõrge tornkonstruktsioon ülaosas, mille reservuaar on veega mustaks värvitud, et paremini peegeldunud päikesevalgust ligi tõmmata. Torni ümber on ringikujulised suured peeglid, mille pindala on üle 2 m², need kõik on ühendatud ühtse juhtimissüsteemiga, mis jälgib peeglite kaldenurga muutust nii, et need peegeldaksid alati päikesevalgust ja suunaksid seda otse. torni tipus asuvasse veepaaki. Seega peegeldunud päikesevalgus soojendab vett, millest moodustub aur ja seejärel pumbatakse see aur turbiini generaatorisse, kus tekib elekter. Paagi küttetemperatuur võib olla kuni 700 ° C. Torni kõrgus oleneb päikeseelektrijaama suurusest ja võimsusest ning algab reeglina 15 m kõrgusest ning suurimate tänaste kõrgus on 140 m. Seda tüüpi päikeseelektrijaamad on väga levinud ja eelistatud paljudes riikides selle kõrge 20% efektiivsuse tõttu.

Fotogalvaanilised päikeseelektrijaamad

Fotogalvaanilisi elemente (päikesepaneele) kasutatakse päikesevoo muundamiseks elektriks. Seda tüüpi elektrijaamad on muutunud väga populaarseks tänu päikesepaneelide kasutamise võimalusele väikeplokkides, mis võimaldab päikesepaneele kasutada nii eramajade kui ka suurte tööstusrajatiste elektriga varustamiseks. Veelgi enam, efektiivsus kasvab iga aastaga ja täna on juba 30% efektiivsusega fotoelemente.

Paraboolsed päikeseelektrijaamad

Seda tüüpi päikeseelektrijaam näeb välja nagu tohutud satelliitantennid, mille sisemus on kaetud peegelplaatidega. Põhimõte, mille järgi energia muundamine toimub, on väikese erinevusega sarnane tornijaamadele, peeglite paraboolne kuju määrab, et kogu peegli pinnalt peegelduvad päikesekiired koonduvad keskele, kus vastuvõtja asub. asub vedelikuga, mis soojeneb, moodustades auru, mis oma järjekorras on väikeste generaatorite liikumapanev jõud.

Salve päikeseelektrijaamad

Tööpõhimõte ja elektritootmise meetod on identsed torn- ja parabool-päikeseelektrijaamadega. Ainus erinevus on disainifunktsioonid. Statsionaarsel konstruktsioonil, natuke nagu hiiglaslikul metallpuul, mille külge on riputatud ümmargused lamedad peeglid, mis koondavad päikeseenergia vastuvõtjale.

Päikese-vaakum-tüüpi päikeseelektrijaamad

See on väga ebatavaline viis päikeseenergia ja temperatuuride erinevuste kasutamiseks. Elektrijaama struktuur koosneb ringikujulisest klaaskatusega maatükist, mille keskel on torn. Torn on seest õõnes, selle põhjas on mitu turbiini, mis pöörlevad õhuvoolu mõjul temperatuuride erinevuse tõttu. Klaaskatuse kaudu soojendab päike maapinda ja ruumis olevat õhku ning hoone suhtleb väliskeskkonnaga toru kaudu ning kuna õhutemperatuur väljaspool ruumi on palju madalam, siis tekib õhutõmme, mis suureneb temperatuuri erinevuse suurenemine. Seega toodavad turbiinid öösel rohkem elektrit kui päeval.

Segapäikeseelektrijaamad

Seda siis, kui teatud tüüpi päikeseelektrijaamades kasutatakse näiteks päikesekollektoreid abielementidena objektide sooja vee ja soojusega varustamiseks või on võimalik kasutada fotoelemente samaaegselt torn-tüüpi jõul. taim.

Päikeseenergia areneb hoogsalt, inimesed mõtlevad lõpuks tõsiselt alternatiivsetele energiaallikatele, et vältida vältimatult lähenevat energiakriisi ja keskkonnakatastroofi. Kuigi päikeseenergia liidrid on endiselt USA ja Euroopa Liit, hakkavad kõik teised maailma suurriigid järk-järgult üle võtma ja kasutama päikeseelektrijaamade tootmise ja kasutamise kogemusi ja tehnoloogiaid. Pole kahtlust, et päikeseenergiast saab varem või hiljem Maal peamine energiaallikas.