Проблемы малой энергетики

Пнд, 05/18/2009 - 12:03

Солнечные батареи чаще всего выпускаются в виде плоских панелей (рис. 1), которые удобно устанавливать, например, на крышах домов. Они состоят из плоской основы, на которой закрепляются фотоэлементы. Один такой элемент дает довольно низкое напряжение, поэтому несколько элементов соединяются последовательно или параллельно для увеличения соответственно напряжения или тока. Фотоэлементы таких батарей чаще всего изготавливаются из кремния. Дороговизна таких панелей подтолкнула к тому, что появился другой их вид: здесь сам генерирующий элемент выполнен на поверхности трубки, а солнечный свет концентрируется на них с помощью отражателей, называемых концентраторами. Концентратор может быть параболической или другой формы (рис. 2). В этом случае на фотоэлементе создается очень большая плотность излучения, и трубка нуждается в постоянном охлаждении, для чего через нее пропускают воду или другое охлаждающее вещество. Сам фотоэлемент изготавливается уже из других материалов, способных работать при мощных излучениях. В солнечных батареях с концентраторами сам фотоэлемент имеет меньшую площадь, чем в плоских панелях, а потому при одинаковой мощности такая батарея будет иметь меньшую стоимость. А возможно и наоборот, использование более дорогих и эффективных фотоэлементов в солнечных батареях с концентраторами обеспечит большую мощность при той же цене.

Эффективность обычных плоских солнечных панелей заметно повышается, если снабдить их устройством слежения, которое направляет их точно на Солнце. Батареи с параболическими концентраторами вообще без такого устройства работать не будут.

Преимущество солнечных батарей состоит в том, что они превращают свет непосредственно в электрическую энергию, здесь нет ни нагрева воды, ни движущихся элементов, если не считать относительно простых устройств слежения, они бесшумны и не выбрасывают вредных веществ. Однако с их экологической чистотой можно поспорить: для изготовления материалов солнечных элементов требуется напряженная работа химической промышленности.

Другим недостатком полупроводниковых солнечных батарей является их низкий коэффициент полезного действия, порядка 10 – 15 процентов, остальная энергия солнечного света либо отражается, либо уходит на нагрев элемента, а нагрев в свою очередь еще больше понижает КПД. Различные фирмы и группы ученых сейчас заявляют об изобретении новых материалов для солнечных батарей с более высоким КПД (более 30%), но в массовом производстве они пока не замечены.

Наряду с непосредственным преобразованием солнечного света в электричество есть огромное количество проектов, где на солнце нагреваются вода или воздух, например, в одном из таких проектов предлагается часть пустыни Сахара покрыть крышей, под которой будет сильно нагреваться воздух, затем он будет выходить через огромной высоты трубу. При этом в трубе должна возникать мощная тяга, которая сможет вращать турбину. Это, конечно, сложнее обычных плоских панелей, но такие проекты могут быть гораздо выгоднее и экологически чище, к тому же их можно разместить в тех местах, которые могут быть непригодными для других видов хозяйства, например, в той же Сахаре или зоне радиоактивного заражения чернобыльской АЭС. О том, как солнце используется для нагрева воды, умолчим, ведь любой сельский житель об этом знает.

Энергия ветра

Также довольно широко используется, поскольку считается относительно дешевой. Целые леса ветрогенераторов можно встретить в Европе и Америке.

Возможность установки ветрогенераторов также зависит от климата, а конкретнее – от средней скорости ветра в данной местности. Трудно спрогнозировать, каковы будут скорость и направление ветра в определенный момент. Но если рассматривать большие временные промежутки, соизмеримые со сроком эксплуатации ветряка, то можно довольно точно сказать, что, например, в течение года в месте его установки будет 4000 часов со скоростью ветра более 4 м/с, что обеспечит гарантированную генерацию, условно говоря, 1000 КВт·ч в год. В частности, у нас средняя скорость ветра составляет около 5 м/с, что вполне пригодно для получения ветровой энергии, так как рекомендуемая скорость ветра для этих целей 4 м/с и более.

Как известно ветрогенератор - это большая машина. Можно даже сказать - грандиозное сооружение. Но любое сооружение невозможно построить без строительной техники, такой как экскаваторы, бульдозеры, краны, телескопические погрузчики. Вся эта техника очень нужна и незаменима при строительстве любых строительных объектов.

Для ветрогенератора с длиной лопасти три метра при скорости ветра 5 м/с полученная энергия составит 2280 Ватт·с, энергия при той же скорости ветра в течение часа - 2,28 КВт·ч. Однако воздушный винт ветрогенератора никогда не уловит всю эту энергию, поэтому реальная его мощность будет меньше в два – три раза.

Самый традиционный ветрогенератор изображен на рис. 3. Конструкция установлена на мачте, высота которой в зависимости от типа и мощности генератора может составлять от нескольких до нескольких десятков метров. Под действием ветра приходит во вращение воздушный винт. Внутри корпуса находится сам генератор, редуктор, повышающий обороты, и другие элементы, обеспечивающие работу генератора. Он может вращаться на мачте, подстраиваясь под изменяющееся направление ветра. Генератор дополняется модулем, где располагается электронное оборудование, которое служит для создания стабильного напряжения, пригодного для питания всевозможных бытовых приборов, а также обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи.

Если говорить о ветровой энергетике для сельского подворья или дачи, то средняя мощность такого ветряка может быть равной одному киловатту. Это позволит включить несколько ламп, холодильник и телевизор, но для нагревательных приборов энергии может уже не хватить.

Недостатки ветряных электростанций – слабая отдача энергии при низких скоростях ветра и шум. Поскольку мощность ветрогенератора пропорциональна кубу скорости ветра, при ее уменьшении в два раза мощность уменьшится в восемь раз. Мощные же ветроэлектростанции излучают инфразвуковые волны, которые не слышны, но действуют отрицательно на человека, прежде всего, на его нервную систему, приводя к повышенной утомляемости и другим расстройствам.

Поскольку ветер дует не всегда, для постоянной работы ветровой энергетической установки нужны мощные аккумуляторы, которые накапливают энергию в ветреное время и отдают ее во время штиля. Это же касается и солнечных батарей.

Другие материалы рубрики


  • Непредельные углеводороды в небольшом количестве (около 5%) являются практически единственным не содержащимся в природной нефти классом соединений, образующимся в заметных количествах при проведении процесса на кобальтовых катализаторах. Их содержание в нефти не нормируется, а их получение является одной из основных целей нефтехимической переработки природной нефти.
    Таким образом, по всем показателям, определяемым стандартом, СЖУ (синтетические жидкие углеводороды) могут быть отнесены к наиболее ценным сортам нефти. С экономической точки зрения наиболее рациональным использованием СЖУ была бы их раздельная транспортировка с промыслов как более ценного и дорогостоящего продукта, особенно с точки зрения отсутствия серосодержащих соединений и высокой концентрации легких (светлых) фракций.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Солнце — основной источник энергии на планете. В полдень на низких широтах плотность потока энергии солнечного излучения близка к 1 кВт/м²,, в среднем по освещенной части земного шара — 350 Вт/м². Потенциальный ресурс энергии огромен. Ей соответствует мощность 6,7∙1016 Вт. Теоретически КПД преобразования энергии может достигать 93%. Сейчас он составляет 10…30%. КПД определяет технический ресурс, равный произведению КПД на потенциальный ресурс.
    В настоящее время энергия солнечного излучения используется мало из-за относительно низких значений плотности потока энергии (100 — 1000 Вт/м²).
    Разрабатываются проекты создания солнечных энергосистем на геостационарной орбите с мощностью 1…10 ГВт. Передачу энергии на Землю планируется осуществлять при помощи мощных электромагнитных пучков на длине волны около 5…10 см.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...После более чем столетия нескончаемых усовершенствований двигатель внутреннего сгорания все еще имеет коэффициент полезного действия около 16%. КПД всех тепловых двигателей ограничено циклом Карно. Теоретически, даже при идеальных условиях тепловой двигатель, используемый для приведения в движение автомобиля или электрогенератора, не может преобразовать всю тепловую энергию в механическую. Некоторая часть тепла теряется. В двигателе внутреннего сгорания тепло подается от источника с высокой температурой (Т1), часть энергии преобразуется в механическую и оставшаяся часть выбрасывается при низкой температуре (Т2). Чем больше разность между этими температурами, тем выше КПД двигателя...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...В 1949 году О. А. Лаврентьев предложил плазменное решение проблемы синтеза легких ядер в виде электростатической ловушки, однако на тот момент плазма оказалась наименее исследованным состоянием вещества и каждый раз преподносила новые «сюрпризы». Как правило, эти неприятные «подарки» представляли различного рода неустойчивости, приводившие к срыву необходимых режимов работы установок. Осуществление в 1951 году неуправляемой термоядерной реакции в земных условиях в ходе испытательного взрыва водородной бомбы стимулировало проведение исследований, связанных с управляемым термоядерным синтезом (УТС), как источником энергии. Систематические исследования проблемы УТС начались примерно одновременно в Англии, СССР и США в обстановке глубочайшей секретности, так как предполагалось, что их результаты могут найти применение в военных целях. Такие исследования, постепенно приближая решение задачи УТС, привели к развитию целого ряда «побочных» плазменных технологий, которые используются сейчас повсеместно.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Теперь уже никто не сомневается, что в расстрельные 30-е годы прошлого века ничего прогрессивного в России существовать не могло. Старшее поколение стыдливо молчит, поскольку высказывать иную точку зрения ныне считается непатриотичным. А постперестроечное вообще не ведает, что в основе многих модных сейчас инновационных проектов лежат неосуществленные мечты почти восьмидесятилетней давности. Примером может служить история со сгущенным бензином.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций: система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки); система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы); система управления рысканием  — электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции); система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором «беличья клетка»)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Ветры бывают самые разнообразные: это и дующий десятки минут легкий бриз, и глобальные ветра — но все они существуют за счет солнечного нагрева планеты. Важными факторами влияния на атмосферную циркуляцию воздуха являются разность обогрева между экватором и полюсами, а также вращение нашей планеты, называемое эффектом Кориолиса. Сезонные колебания в скорости и направлении ветра являются результатом сезонных изменений из-за относительного наклона оси вращения Земли к Солнцу, которое, в свою очередь, изменяет паттерны разности обогрева. Ежедневные различия в обогреве атмосферы вызваны различным нагревом локальных областей поверхности земли, например, суши и океана. Еще движение воздуха осложняется целым рядом факторов глобального масштаба, таких как вращение Земли, а также сушей, горными хребтами и холмами, растительностью, океанами, морями и озерами. Из-за трения о поверхность земли, растительность и здания скорость ветра возрастает с увеличением высоты над поверхностью земли.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Еще с незапамятных времен люди использовали энергию ветра.
    Первоначально человек научился преобразовывать кинетическую энергию воздушного потока (ветра) в механическую. Появилось огромное разнообразие ветряных мельниц, значительно облегчивших жизнь людей того времени.
    Идея ветрогенератора для выработки электрической энергии с использованием энергии ветра появилась чуть более 100 лет назад.
    Пытливая мысль изобретателей создала огромное разнообразие конструкций ветроустановок:
    — по расположению оси вращения лопастей (горизонтальная, вертикальная, наклоненная);
    — по количеству лопастей (одна, две, три и более);
    — по мощности (от десятков Ватт до нескольких МВатт);
    — по форме лопастей, по конструкции генераторов и т.д.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Ситуация с термоядерной энергетикой сегодня довольно любопытна и имеет общие черты с начинавшейся некогда «космической гонкой». Открытие способа, открывающего доступ к неограниченному источнику энергии, казалось бы, уже «витает в воздухе». Уже всерьёз проектируются термоядерные электростанции. Уже почти видна финишная ленточка и вопрос лишь в том, кто успеет раньше. Руководители развитых государств ревностно следят за «успехами» конкурентов в этой области и боятся остаться «не солоно хлебавши». Эти страхи умело эксплуатируют крупные исследовательские центры, работающие по данной проблеме, добиваясь щедрого финансирования. Вот-вот и пресса возвестит об открытии века...



  • Еще в 212 году до н. э. древнегреческий ученый Архимед использовал светоотражающие свойства бронзовых боевых щитов для того, чтобы сосредоточить солнечный свет и поджечь вражеские деревянные суда римлян, осаждающих его родной город Сиракузы. Но прошло почти полтора тысячелетия, за время которых люди продолжали греться на солнышке, не задумываясь, какой мощный источник представляет собой это божественное дневное светило. И лишь в 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XVII в. ведущий французский химик Антуан Лоран Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650°С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины. В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8х3,3 м. Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке.

    В 1866 г. французский математик Август Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных коллекторов, ставших прообразами современных, и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут. Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника. В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000°С. Однако только в 1980-е годы были созданы первые крупномасштабные солнечные электрогенераторы.

    • Страницы
    • 1
    • 2