Первые опыты использования солнечной энергии

     В зданиях, в которых предусматривается  эффективное использование солнечной  энергии, должен быть обеспечен высокий  уровень сохранения энергии, особенно в условиях холодного климата. При этом мощность гелиосистемы и дополнительного источника энергии, а также их размеры и стоимость будут минимальными.  

     Пассивные гелиосистемы отопления  зданий 

     Для отопления зданий используются следующие типы пассивных гелиосистем:  

     С прямым улавливанием солнечного излучения, поступающего через здания или через  примыкающую к южной стене  здания солнечную теплицу (зимний сад, оранжерею).  

     С непрямым улавливанием солнечного излучения, т. е. с теплоаккумулирующей стеной, расположенной за остеклением южного фасада;  

     С контуром конвективной циркуляции воздуха  и галечным аккумулятором теплоты. Кроме того, могут использоваться гибкие системы, включающие элементы пассивной  и активной гелиосистемы.  

     Пассивные системы составляют интегральную часть самого здания, которое должно проектироваться таким образом, чтобы обеспечивать наиболее эффективное использование солнечной энергии для отопления. Наряду с окнами и остекленными поверхностями южного фасада для улавливания солнечного излучения также используются остекленные проемы в крыше и дополнительные окна в верхней части здания, которые повышают уровень комфорта человека, так как исключают прямое попадание солнечных лучей в лицо. Одно из важнейших условий эффективности работы пассивной гелиосистемы заключается в правильном выборе местоположения и ориентации здания на основе критерия максимального поступления и улавливания солнечного излучения в зимние месяцы.  

     Прямое  улавливание солнечной энергии  может эффективно осуществляться при соблюдении следующих условий:  

     1) оптимальная ориентация дома - вдоль  оси восток-запад или с отклонением  до 30о от этой оси;  

     2) на южной стороне 50-70 % всех  окон, а на северной - не более  10%, причем южные окна должны  иметь двухслойное остекление, а северные окна - трехслойное;  

     3) здание должно иметь улучшенную  тепловую изоляцию и низкие  теплопотери вследствие инфильтрации  наружного воздуха;  

     4) внутренняя планировка здания  должна обеспечивать расположение  жилых комнат с этой стороны, а вспомогательных помещений - с северной;  

     5) должна быть обеспечена достаточная  теплоаккумулирующая способность  внутренних стен и пола для  поглощения и аккумулирования  теплоты солнечной энергии;  

     6) для предотвращения перегрева  помещений в летний период над окнами должны быть предусмотрены навесы, козырьки и т. п.  

     КПД такой системы отопления, как  правило составляет 25-30 %, но в особо  благоприятных климатических условиях может быть значительно выше и  достигать 60 %. Существенным недостатком  этой системы являются большие суточные колебания температуры воздуха внутри помещений. Пассивные системы имеют такой же срок службы, как и само здание. Наряду с получением теплоты эти системы также обеспечивают эффективное использование дневного освещения, благодаря чему снижается потребление электроэнергии.  

     Активные  гелиосистемы отопления  зданий 

     В состав активной системы солнечного отопления входят коллектор солнечной  энергии, аккумулятор теплоты, дополнительный (резервный) источник энергии, теплообменники для передачи теплоты из КСЭ в аккумулятор и из него к потребителям, насосы или вентиляторы, трубопроводы с арматурой и комплекс устройств для автоматического управления работой системы. Солнечный коллектор обычно устанавливается на крыше дома, остальное оборудование гелиосистемы отопления и горячего водоснабжения дома размещается в подвале. Там устанавливаются основной аккумулятор теплоты, теплообменник для подогрева воды, бак для аккумулирования горячей воды, теплообменник для нагрева воздуха для отопления дома, расширительный бак и теплообменник для передачи теплоты от антифриза к воде. Снаружи дома находится теплообменник, предназначенный для сброса избыточного количества уловленной солнечной теплоты в летний период.  

     Сравнение активных и пассивных гелиосистем дает возможность выявить их преимущества и недостатки. Преимущества активных гелиосистем связаны с легкостью и гибкостью интегрирования систем со зданием, возможностью автоматического управления работой системы и снижением тепловых потерь. Однако при применении активных гелиосистем часто возникают проблемы, обусловленные недостаточной надежностью оборудования, в том числе систем автоматического управления. В отличии от них пассивные системы просты, надежны в работе и недороги, но они также имеют недостатки. прежде всего возникают трудности с поддержанием температурного режима, необходимого для обеспечения теплового комфорта в отапливаемых помещениях. В гибридных системах можно соединить достоинства активных и пассивных элементов и устранить многие недостатки, повысив тем самым эффективность систем при умеренных капиталовложениях.  

     Электроэнергия  из космоса 

     Идея  сооружения Международной опытной  космической электростанции (КСЭС), подающей электроэнергию земным потребителям, возникла в 1960 году и не сходит с тех пор со страниц популярных и научных изданий.  

     КСЭС  в совокупности с промежуточными атмосферными сооружениями сможет на только подавать электроэнергию земным потребителям, но и непосредственно  освещать большие участки земной поверхности ночью и затенять их днем, регулировать климатические условия, уничтожать тайфуны и смерчи, снабжать энергией космические корабли, воздушные средства, наземный транспорт, удаленные от линий электропередачи промышленные предприятия и т. д.  

     Целесообразность  создания КСЭС диктуется неисчерпаемостью солнечной энергии, экологическими соображениями и необходимостью сохранять ныне широко применяемые природные энергоносители (нефть, газ, уголь) для нужд химической промышленности.  

     КСЭС  с периодически сменяемым персоналом могла бы стать на только прообразом сверхмощных станций будущего, но и одновременно выполнять огромное количество обычной «космической работы» (исследования, наблюдения, эксперименты) Потребность в такой опытной КСЭС имеется уже сейчас, причем не только потребность, но и возможность ее создания при условии международного сотрудничества.  

     При этом следует учесть, что наша страна первой в мире освоила пилотируемые космические полеты с пребыванием  людей на станции в течение  одного года, у нас создан и опробован в космосе уникальный монтажный инструмент, а космонавтами получен уникальный опыт работы по развертыванию крупногабаритных космических сооружений, в том числе и дополнительных панелей солнечных батарей, освоены длительные рабочие выходы космонавтов в открытый космос, успешно проведены первые испытания новой универсальной ракеты-носителя «Энергия», способной выводить на околоземную орбиту более 100 т полезного груза.  

     Практическое  использование солнечной энергии  в космонавтике началось в 1958 году на первом ИСЗ США и на третьем советском ИСЗ. Эти спутники, как известно, имели солнечные батареи.  

     Первая  публикация по проблеме КСЭС с изложением технической сущности принадлежит  американскому инженеру П. Гейзеру. В его проекте масса КСЭС достигает 30 тыс. т, размер («размах») солнечных батарей 60 км, а электрическая мощность - примерно 8, 5 ГВт. Таким образом, мощность спроектированной станции выше мощности эксплуатируемых ныне крупнейших электростанций мира: ГЭС «Гленд-Кули» (США) - 6, 2 ГВт, Красноярской ГЭС - 6 ГВт, АЭС «Фукушима»- 4, 7 ГВт, ТЭС «Кашима»- 4, 4 ГВт (Япония).  

     Целесообразность  создания КСЭС и КТЭС диктуется неисчерпаемостью как солнечной энергии, так и  горючего для КТЭС- космического водорода, экологическими соображениями и  необходимостью сохранить ныне широко применяемые природные химические энергоресурсы для нужд химической промышленности.  

     Всвязи  с печальным опытом аварии на Чернобыльской  АЭС возникает вопрос, а не грозит ли создание КСЭС какими-либо новыми бедами людям, ведь передача энергии будет происходить через атмосферу, а следовательно, воздействовать на ее состав и динамику. Будет ли это воздействие положительным? Расчеты вселяют оптимизм, но окончательный ответ может дать только опытная эксплуатация электропередачи Космос-Земля.  

     Наличие энергетических установок характерно для всех космических аппаратов. Характеристики космических солнечных  батарей (СБ), применяемых в настоящее  время, весьма разнообразны. Удельная масса панельных СБ составляет 5-10 кг/м2, причем около 40 % массы приходится на полупроводниковые элементы, а остальное на конструкцию. Ожидается, что использование материалов на основе бора и углерода позволит уменьшить массу конструкций в 2 раза.  

     Срок  службы СБ пока подтвержден 5 годами, однако считается, что он может составить 30 лет, правда, с деградацией (уменьшением) КПД СБ к концу этого периода на 40 %.  

     Достигнутое КПД для двухслойного элемента, составленного  из арсенида галлия (GaAs) и кремния (Si), равно 28, 5 %, что касается дальнейших перспектив, то они оцениваются довольно высокими значениями до 60 %.  

     В космической энергетике большая  роль отводится аккумуляторам. Самые  лучшие из современных маховиков  способны накапливать весьма значительную энергию - до 1 МДж/кг, хотя существуют и  такие экспериментальные устройства, которые способны накапливать энергию до 12 МДж/кг. Но для расчетов ограничиваются значением 0, 07 МДж/кг.  

     Вряд  ли первая опытная КСЭС установленной  мощностью для земных потребителей 5000 кВт способна сколько-нибудь существенно  помочь энергетике нашей страны. Тем не менее она, как и первая АЭС, необходима, причем главный смысл ее эксплуатации - натуральное изучение способов беспроводной передачи энергии на сверхдальние расстояния, изучение влияния этого процесса на окружающую среду, оптимизация параметров станции.  

     Первые  практические опыты в нашей стране по передаче энергии без проводов с помощью СВЧ-излучения были проведены под руководством профессора С. И. Тетельбаума в Киевском политехническом  институте около 30 лет назад. две  простейшие квадратные антенны со стороной квадрата 100 м при длине волны 1 см позволили передавать энергию на расстояние 50 км с КПД 40%, а на расстояние 5 км - с КПД 60%. Современное состояние техники позволяет существенно улучшить все показатели беспроводной линии передачи энергии с помощью СВЧ-излучения.  

1. стыковочные узлы; 2- головной блок; 3- вспомогательные  СБ; 4 - отражатели; 5- основные СБ; 6- дополнительные СБ; 7 -СВЧ-антены; 8- СВЧ-лучи

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  использованной литературы 

     1) Н. В. Харченко Индивидуальные солнечные установки М. Энергоатомиздат 1991 г.  

     2) Р. Р. Авезов, А. Ю. Орлов Солнечные  системы отопления и горячего  водоснабжения Ташкент: Фан 1988 г  

     3) Дверняков В. С. Солнце - жизнь,  энергия Киев: Наукова думка 1986  

     4) Колтун М. М. Солнце и человечество  М: Наука 1981  

     5) В. П. Бурдаков Электроэнергия  из космоса М: Энергоатомиздат  1991  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Содержание  

     Введение  

     Первые  опыты использования солнечной  энергии  

     Преобразование  солнечной энергии в теплоту, работу и электричество  

     Башенные  и модульные электростанции  

     Солнечные батареи  

     Солнечный пруд  

     Солнечные коллекторы и аккумуляторы теплоты  

     Солнечные установки коммунально-бытового назначения  

     Солнечные водонагревательные установки  

     Система солнечного теплоснабжения зданий  

     Пассивные гелиосистемы отопления зданий  

     Активные  гелиосистемы отопления зданий  

     Электроэнергия  из космоса  

     Список  использованной литературы