Энергия солнца

 

Сибайский городской  отдел образования

МОБУ Лицей  № 9. 
 
 

         Исследовательская  работа

по  физике  на  тему:

«Энергия  солнца» 
 
 

                                                            Работу  выполнил:

                                                        Пантелей Павел

                                                               Ученик  9 Б класса

                                                                                         Научный консультант:

                                                                        Савельева Л. А., учитель  

                                           физики. 
 
 

Сибай, 2010 г. 

Содержание.

1. Введение.

2. Цели.

3. Методы.

4. Роль солнечной  энергии.

5. Историческая справка.

6. Виды электростанций.

7. Исследования зависимости  мощности солнечных  батарей от различных  факторов.

8. Вывод.

9. Литература. 

  Оборудование: солнечная батарея, электродвигатель, аккумулятор, компьютер.

      

1. Введение.

Газ, нефть, торф, уголь  т.е. полезные ископаемые создавались природой миллионы лет, и уничтожаются за сто лет человеком. Добывая из этих ресурсов энергию, необходимую в нашем мире мы уничтожаем часть природы.

2. Цели.

Цели: овладение знаниями энергосберегающих технологий, необходимыми для решения проблемы дефицита электроэнергии; повышение уровня культуры энергопотребления.

Задачи: проанализировать традиционные   методы генерации

электроэнергии; разработать  и предложить свои варианты

   добычи электроэнергии. 
 

3. Методы

1. Изучение научной  литературы.

2. Физический эксперимент.

4. Роль солнечной энергии

Для обеспечения  человечества на несколько веков  энергией хватит и сотой доли той  энергии, которая доходит от Солнца до Земли за один год. Солнечная энергия  – это наименьшее количество загрязнения  для планеты и наиболее неистощимый из всех известных источников энергии. Человечество только начинает выявлять и использовать ее потенциал.

В некотором смысле вся энергия, которую мы используем, существует на Земле благодаря Солнцу. Это и нефть, и природный газ, и уголь. В то время как энергия, исходящая непосредственно от Солнца, всегда была доступна для человечества, мы не были в состоянии использовать ее так же эффективно, как и другие источники. Создание системы, которая обеспечивает надежный и эффективный, а главное рентабельный перевод солнечной энергии в электрическую, было и есть весьма трудной задачей.

  Сегодняшние солнечные системы уже рентабельны, надежны и просты в эксплуатации. Их использование набирает популярность в развитых странах. Это становится не только экономно, но и престижно. Правительства многих стран частично финансирует установку солнечных элементов в частных секторах и офисах. Владельцу «солнечного дома» гарантированы налоговые льготы, беспроцентные кредиты и другие подобные поощрения. Даже при нынешних ценах на солнечные элементы стоимость их установки при строительстве дома окупается за 7-10 лет.

 Поставщики электроэнергии покупают электроэнергию у частных лиц, которые установили на своих домах солнечные элементы. Когда у хозяев возникает излишек энергии, они продают его «электрокомпаниям» и зарабатывают на этом. В Германии есть несколько «солнечных ферм». Фермеры поменяли производство свинок на сбор солнечного электричества. В данный момент для фермеров это оказывается более выгодным. 

В перспективе, использование солнечной энергии позволит снизить парниковый эффект, который представляет для человечества большую угрозу. Парниковый эффект – это таяние ледников, сильные ливни и бури, штормы и ураганы, засухи и грозы. Глобальное потепление связано с выбросами в атмосферу углекислого газа, который возникает при сжигании газа, нефти и угля.

5. Историческая справка.

  Рассмотрим кратко исторические этапы изучения и развития солнечной энергии:

1839 Александр Эдмон  Беккерель (Alexandre-Edmond Becquerel) открыл фотогальванический эффект.

1883 Чарльз Фриттс (Charles Fritts) создает всемирный первый  солнечный электрический модуль - это селен, покрытый очень  тонким слоем золота. Такое сочетание  элементов преобразовывает меньше  чем один процент солнечного  света в электричество. Можно сказать, что этим одним процентом было положено начало в солнечной энергетике.

1953 Джеральд Персон (Gerald Pearson)? проводя опыты в Bell Laboratories, случайно установил, что кремний, покрытый определенными примесями, намного более чувствителен к солнечному свету, чем селен.

Можно сказать, что  с этой даты и стартовали исследования по использованию солнечной энергии  – была создана первая солнечная  ячейка. “Нью-Йорк Таймс” комментирует, что это так - “начало эры, которая  приведет, в конечном счете, к реализации

одной главной мечты  человечества - использование почти  безграничной энергии Солнца для  развития цивилизации”.

1957 СССР на орбиту  Земли вывел первый искусственный  спутник на солнечных батареях. В 1958 году это достижение повторили и США. Стоимость одного киловатт-часа энергии была $500.

1970 Стоимость за  один киловатт-час была снижена  до $100. На тот момент все спутники  были оснащены солнечными батареями,  
 

изготовленными на основе кремния. КПД на этот момент достиг 10%. И примерно два десятилетия держался на этой отметке.

1973 Стоимость за  один киловатт-час была снижена  до $50 благодаря использованию более  дешевых кремниевых плат. Финансирование  многих исследований в солнечной  энергетике было свернуто, так  как цена кремния на тот момент была непозволительной роскошью по сравнению с ценами на нефть.

1978 Для поддержки телекоммуникационных сетей в Австралии были построены наземные солнечные станции.

1985   На солнечной энергии работало порядка 30 000 телефонов-автоматов по всему Калифорнийскому шоссе. Были установлены уличные солнечные фонари – днем они аккумулировали энергию, а ночью освещали улицы. Также освещались с помощью солнечной энергии автобусные остановки.

1995 Стоимость за  один кВтч солнечной электроэнергии  снизилась до $15. Во всех развитых странах начались усиленные разработки в области солнечной электроэнергии. Правительства старались как можно быстрее снизить стоимость солнечной энергии до уровня обычного электричества. К этому моменту КПД солнечных элементов удалось поднять до 15%.

2004 Добывается 1 миллион киловатт электроэнергии. Доходы от солнечной энергии близки к 6,5 миллиардам долларов. Первые места в «солнечной гонке» занимают Япония, Германия и Соединенные Штаты Америки.

2005 Четыре из пяти солнечных модулей установлены в Германии, Японии и США. По сравнению с 2004 годом рынок в 2005 вырос на 35%.

2007 Достигается 40,0% эффективность преобразования солнечной энергии (на исследовательском уровне) для трехслойных ФЭП-ов (тип концентратора – 1100-кратная концентрация солнечных лучей).

2009 Запуск спутника GOSAT "Ibuki", оснащенного солнечными  батареями Sharp с трехслойными  ФЭП-ами. 
 

2009 Достигается 35,8% эффективность преобразования солнечной энергии (на исследовательском уровне) для ФЭП на основе научных исследований и разработок, которые являются частью программы "NEDO” по инновационным Солнечным элементам.

6. Виды электростанций.

Ветряные  электростанции.

Ветрогенераторы можно  разделить на две категории: промышленные и домашние. Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветряная электростанция. Её основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — полное отсутствие, как сырья, так и отходов. Единственное важное требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 6 МВт.

АЭС

АЭС - это по существу тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций.

Один из основных элементов АЭС - реактор. Во многих странах мира, используют в основном ядерные реакции расщепления

урана U-235 под действием  тепловых нейтронов. Для их осуществления  в реакторе, кроме топлива (U-235), должен быть замедлитель нейтронов и, естественно, теплоноситель, отводящий тепло из реактора. В реакторах типа ВВЭР (водо - водяной энергетический) в качестве замедлителя и теплоносителя используется обычная вода под давлением. В реакторах типа РБМК (реактор большой мощности канальный) в качестве теплоносителя  

используется вода, а в качестве замедлителя —  графит. Оба эти реактора находили в прежние годы широкое применение на АЭС в электроэнергетике.

Принцип работы реактора 

В Самом реакторе расщиплят u-235 и достигает очень большую температуру нагревая тем самым воду вода испаряется м под давлением вращает турбину  и потом охлаждается и по кругу   

ТЭС 

Рассмотрим принципы работы ТЭС. Топливо и окислитель, которым обычно служит подогретый воздух, непрерывно поступают в топку  котла. В качестве топлива используется уголь, торф, газ, горючие сланцы или мазут. Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. За счёт тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в паровом котле нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар поступает по паропроводу в паровую турбину. Назначение которой превращать тепловую энергию пара в механическую энергию.

ГЭС

На ГЭС для получения  электроэнергии используется энергия  водных потоков (рек, водопадов и  т. д.). В настоящее время на ГЭС вырабатывается около 15 % всей электроэнергии. Более интенсивное строительство этого вида станций сдерживается большими капиталовложениями, большими сроками строительства и спецификой размещения гидроресурсов по территории страны.

             В этих установках используются параболические зеркала (лотки), которые концентрируют солнечный свет на приемных трубках, содержащих жидкость-теплоноситель. Эта жидкость нагревается почти до 400 C и прокачивается через ряд теплообменников; при этом вырабатывается перегретый пар, приводящий в движение обычный турбогенератор для производства электричества. Для снижения тепловых потерь приемную трубку может окружать прозрачная стеклянная трубка, помещенная вдоль фокусной линии цилиндра. Как правило, такие установки включают в себя одноосные или двуосные системы слежения за Солнцем. В редких случаях они являются стационарными.

            В 1990 г. в Харпер Лейк были  построены “SEGS VIII и IX”, каждая  мощностью 80 МВт.

           Оценки технологии показывают ее более высокую стоимость, чем у солнечных электростанций башенного и тарельчатого типа , в основном, из-за более низкой концентрации солнечного излучения, а значит, более низких температур и, соответственно, эффективности. Однако, при условии накопления опыта эксплуатации, улучшения технологии и снижения эксплуатационных расходов параболические концентраторы могут быть наименее дорогостоящей и самой надежной технологией ближайшего будущего.

        Этот вид гелиоустановки представляет  собой батарею параболических тарелочных зеркал (схожих формой со спутниковой тарелкой), которые фокусируют солнечную энергию на приемники, расположенные в фокусной точке каждой тарелки. Жидкость в приемнике нагревается до 1000 градусов и непосредственно применяется для производства электричества в небольшом двигателе и генераторе, соединенном с приемником.

          В настоящее время в разработке  находятся двигатели Стирлинга  и Брайтона. Несколько опытных  систем мощностью от 7 до 25 кВт  работают в Соединенных Штатах. Высокая оптическая эффективность и малые начальные затраты делают системы зеркал/двигателей наиболее эффективными из всех гелиотехнологий. Системе из двигателя Стирлинга и параболического зеркала принадлежит мировой рекорд по эффективности превращения солнечной энергии в электричество. В 1984 году на Ранчо Мираж в штате Калифорния удалось добиться практического КПД 29%