Возобновляемые источники энергии. Использование солнечной энергии

Министерство  образования, науки, молодёжи и спорта Украины

Харьковская национальная академия городского хозяйства 
 
 
 

Реферат

по дисциплине:

“Теплоснабжение ”

на тему:

“ Возобновляемые источники энергии.

Использование солнечной энергии ” 
 
 
 

Выполнила:                                                                                Проверила:

ст.гр.ТГВ-42                                                                               Евсеева Т.А.

Бездетко А.В.                                                                              
 
 

Харьков-2011

Содержание

Введения

1. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Их плюсы и минусы.
2. История возникновения солнечной энергии.
3. Преобразование солнечной энергии

          а) солнечные батареи

          б) солнечный коллектор

          в) фотоэлемент

4. Типы солнечных элементов.

Список  используемой литературы  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Энерговооруженность общества – основа его научно-технического прогресса, база развития производительных сил. Её соответствие общественным потребностям – важнейший фактор экономического роста. Развивающееся мировое хозяйство  требует постоянного наращивания  энерговооруженности производства. Однако, человечеству в последнее время постоянно не хватает энергии. Все чаще в газетах и различных журналах встречаются статьи об энергетическом кризисе.

           Вечные двигатели, якобы производящие  энергию и ниоткуда ее не  берущие, к сожалению, невозможны. А структура мирового энергохозяйства  к сегодняшнему дню сложилась  таким образом, что четыре из  каждых пяти произведенных киловатт  получаются, в принципе, тем же  способом, которым пользовался первобытный  человек для согревания, то есть  при сжигании топлива, или при  использовании запасенной в нем  химической энергии, преобразовании  ее в электрическую на тепловых электростанциях. Правда, способы сжигания топлива стали намного сложнее и совершеннее. Возросшие требования к защите окружающей среды потребовали нового подхода к энергетике.

     Человечеству  нужна энергия, причем потребности  в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива – водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены и неизвестно, когда они будут использованы для промышленного получения энергии в чистом виде, т.е. без участия в этом процессе реакторов деления. Остаются два пути: строгая экономия при расходовании энергоресурсов и использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

     Предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭК) являются источником более 48% загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу  в результате хозяйственной деятельности во всех отраслях экономики. А в промышленных выбросах доля предприятий ТЭК составляет около 60%. Негативное воздействие предприятий ТЭК на окружающую среду выражается не только в загрязнении природных сред органическими и неорганическими веществами, но также и в результате изъятия и деградации почв и земель из-за складирования и закачки отходов, подтопления, подработки территорий, изменения сейсмотектонических условий и др. Также всем известно, что запасы нефти, угля, газа  не бесконечны. И срок их использования, по оценкам разных специалистов, колеблется в разных местах от тысячи  до десятка лет! Не такая уж блестящая перспектива оставить потомков без энергетического обеспечения. Особенно учитывая устойчивую тенденцию удорожания нефти и газа. И чем дальше, тем более быстрыми темпами. А уж о глобальном изменении климата приходится последние несколько лет не только слышать с различных трибун, но и ощущать на себе, наблюдая скачки температуры на градуснике.

     Все это привело к более глубокому  изучению и использованию нетрадиционных  возобновляемых источников энергии (НВИЭ). К ним относят энергию ветра, Солнца, геотермальную энергию, биомассу и энергию Мирового океана.     Основное преимущество возобновляемых источников энергии их неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Но также эти источники энергии имеют и отрицательные свойства. Это малая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ. Первое обстоятельство заставляет создавать большие площади энергоустановок, перехватывающие поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных установок, площадь ветроколеса, протяженные плотины приливных электростанций и т.п.). Это приводит  к большой материалоемкости подобных устройств, а, следовательно, к увеличению удельных капиталовложений по сравнению с традиционными энергоустановками.  Но, повышенные капиталовложения впоследствии окупаются за счет низких эксплуатационных затрат.  Например, нормальной солнечной батарее не нужен ремонт несколько десятков лет. Эти качества и послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики во всем мире и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Нетрадиционные  и возобновляемые источники энергии. Их плюсы и минусы

     В последние годы как в научно-технической литературе, так и в популярных изданиях появляются многочисленные публикации о нетрадиционных возобновляемых источниках энергии (НВИЭ). Оценки возможностей их широкого применения колеблются от восторженных до умеренно пессимистических. «Зеленые» призывают вообще заменить всю традиционную топливную и атомную энергетику на использование НВИЭ. Мнения специалистов гораздо более осторожны.

     Каковы  же эти нетрадиционные и возобновляемые источники энергии? К ним обычно относят солнечную, ветровую и геотермальную  энергию, энергию морских приливов и волн, биомассы (растения, различные  виды органических отходов), низкопотенциальную энергию окружающей среды. К НВИЭ также принято относить малые ГЭС (мощностью до 30 МВт при мощности единичного агрегата не более 10 МВт), которые отличаются от традиционных - более крупных - ГЭС только масштабом.

     Указанные источники энергии имеют как  положительные, так и отрицательные  свойства. К положительным относятся повсеместная распространенность большинства их видов, экологическая чистота. Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников как бы бесплатная.

     Отрицательные качества - это малая плотность  потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ. Первое обстоятельство заставляет создавать  большие площади энергоустановок, «перехватывающие» поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных  установок, площадь ветроколеса, протяженные  плотины приливных электростанций и т.п.). Это приводит к большой  материалоемкости подобных устройств, а, следовательно, к увеличению удельных капиталовложений по сравнению с  традиционными энергоустановками. Правда, повышенные капиталовложения впоследствии окупаются за счет низких эксплуатационных затрат, но на начальной стадии они чувствительно «бьют по карману» тех, кто хочет использовать НВИЭ.

     Больше  неприятностей доставляет изменчивость во времени таких источников энергии, как солнечное излучение, ветер, приливы, сток малых рек, тепло окружающей среды. Если, например, изменение энергии  приливов строго циклично, то процесс  поступления солнечной энергии, хотя в целом и закономерен, содержит, тем не менее, значительный элемент  случайности, связанный с погодными  условиями. Еще более изменчива  и непредсказуема энергия ветра. Зато геотермальные установки при  неизменном дебите геотермального флюида в скважинах гарантируют постоянную выработку энергии (электрической  или тепловой). Кроме того, стабильное производство энергии могут обеспечить установки, использующие биомассу, если они снабжаются требуемым количеством  этого «энергетического сырья».

     Говоря  о производстве электроэнергии, следует  заметить, что она представляет собой  весьма специфический вид продукции, который должен быть потреблен в  тот же момент, что и произведен. Ее нельзя отправить «на склад», как уголь, нефть или любой  другой продукт или товар, поскольку  фундаментальная научно-техническая  проблема аккумулирования электроэнергии в больших количествах пока не решена, и нет оснований полагать, что она будет решена в обозримом  будущем.

     Что же касается «бесплатности» большинства  видов НВИЭ, то этот фактор нивелируется значительными расходами на приобретение соответствующего оборудования. В результате возникает некоторый парадокс, состоящий  в том, что бесплатную энергию  способны использовать, главным образом, богатые страны. В то же время  наиболее заинтересованы в эксплуатации НВИЭ развивающиеся государства, не имеющие современной энергетической инфраструктуры, то есть развитой сети централизованного энергоснабжения. Для них создание автономного  энергообеспечения путем применения нетрадиционных источников могло бы стать решением проблемы, но в силу своей бедности они не имеют средств на закупку в достаточном количестве соответствующего оборудования. Богатые же страны энергетического голода не испытывают и проявляют интерес к альтернативной энергетике в основном по соображениям экологии, энергосбережения и диверсификации источников энергии.

     В целом использование НВИЭ в мире приобрело ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию к росту. В некоторых  странах доля нетрадиционных источников в энергобалансе составляет единицы  процентов. По различным прогнозным оценкам, в которых в настоящее  время нет недостатка, эта доля к 2010-2015 гг. во многих государствах достигнет  или превзойдет 10%. Здесь можно  дискутировать только о темпах роста  данного показателя, но сам факт роста не подвергается сомнению. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

История возникновения солнечной  энергии.

     С момента появления на земле человек  начал использовать энергию солнца. По археологическим данным известно, что для жилья предпочтение отдавали тихим, закрытым от холодных ветров и  открытых солнечным лучам местам. Вокруг светила создавались мифы, его обожествляли. В Древнем Египте верховным божеством считался Ра — бог Солнца. Пожалуй, первой известной  гелиосистемой можно считать  статую Аменхотепа III, относящуюся к XV веку до н.э. Внутри статуи располагалась  система воздушных и водяных  камер, которые под солнечными лучами приводили в движение спрятанный музыкальный инструмент. В Древней  Греции поклонялись Гелиосу. Имя  этого бога сегодня легло в  основу многих терминов, связанных  с солнечной энергетикой. У древних  славян особо почитался Даждьбог — солнце, источник тепла и света. У древних инков были загадочные сооружения, по которым сегодня мы можем предложить версию, что они могли использоваться как гелиоколлекторы. Солярная символика являлась оберегом для человека и его жилища (см. рисунок). Такие изображения и сегодня можно встретить в орнаментах традиционного жилища. Понятные нам теперь солнечные затмения в древности воспринимались простыми людьми как катастрофы. Вокруг этого явления складывались легенды. Появление огня, поддерживающего свою жизнь древесиной и согревающего человека, не изменило такую привязанность. А что такое древесина? Это практически та же солнечная энергия, аккумулированная с помощью фотосинтеза. А газ, уголь, нефть? Это также результат деятельности солнца.

     Как видно, такой природный и поистине бесценный источник, как солнечная  радиация, был всегда рядом с человеком, его старались использовать, приручить  стихию. С незапамятных времен пространственную структуру своего жилья человек  организовывал с учетом ориентации на Солнце. Фактически то, что мы сейчас называем энергосберегающими строительными приемами, есть ничто иное, как попытка грамотного использования и сохранения тепла, дающего нашим светилом, в зданиях.

     Еще в начале прошлого века человек с  успехом пользовался этим явлением. На рубеже XIX и XX веков делались попытки  создания различных технических  устройств обуздания и использования  энергии солнца.

     Но  за последние 100 лет, несмотря на интенсивное  развитие технологии, этот энергоноситель, так верно служивший человеку, был незаслуженно забыт. Результаты такой забывчивости не замедлили  сказаться: нам грозит энергетический кризис, не за горами экологическая  катастрофа. И только в два последние десятилетия интерес к использованию энергии солнца стал расти.

     Более чем в 70 странах мира разработаны  и действуют гелиоэнергетические  программы. Так в Германии реализован проект «Тысяча крыш», где 2250 домов  было оборудовано фотогальваническими  установками. В США принята программа  «Миллион солнечных крыш», рассчитанная до 2010 г. В настоящее время эксплуатируется  более миллиона солнечных водонагревателей. Получают распространение «солнечные дома». Разработаны способы управления регулированием систем.

     Во  всем мире производится анализ эффективности  по использованию возобновляемых источников энергии. Мировыми лидерами по применению энергии солнца являются США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия. Также активно  ведутся разработки в таких странах, как Скандинавия, Норвегия, Канада.

     Использование возобновляемых видов энергии, в  частности энергии солнца, приобрело  ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию  к росту. По различным прогнозам, эта доля к 2010-2015 гг. во многих государствах достигнет 10% и более.

     Возможность полного, либо частичного замещения  невозобновляемых энергоносителей для энергоснабжения зданий позволяет решить многие проблемы. Просто необходимо обеспечить жилые дома экологичными системами отопления (и летнего охлаждения), горячего водоснабжения. Да, конечно, стоимость оборудования и монтажа гелиосистем на сегодняшний день не самое дешевое и не самое простое решение. Но с учетом того, что солнечная энергия ничего не стоит, а стоимость на невозобновляемые энергоносители постоянно растет, оборудование окупится за 2-3 года и будет служить до полного износа.