Солнечная энергетика

Учреждение образования

«Академия управления при Президенте РБ»

 

                     Кафедра ____________________________________________________

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

    по дисциплине Производственные технологии                  

на тему Солнечная энергетика

 

 

 

 

 

 

 

Студент(ка)_____________________

________________________________

                  (Ф. И. О. студента, подпись)

Курс ____, группа ____

Факультет ______________________

Специальность __________________

 

 

Руководитель  ____________________

     (должность, уч. звание, уч. степень)

______________________________________

                    (Ф. И. О., подпись)

 

 

 

 

 

Минск 2014

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………….....…..3

1. Энергия и ее виды…………………………………………………………….5
2. Солнечная энергетика -  общее описание………………………………….10
3. Развитие солнечной энергетики в Республике Беларусь………………….16

Заключение………………………………………………………...………………..26

Список использованных источников……………………………………………..27

Приложения…………………………………………………………………………28

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В условиях снижения запасов энергоресурсов и ухудшения экологической обстановки в мире, политика промышленно развитых стран в области энергетики сильно изменилась. На смену традиционным источникам энергии приходят альтернативные возобновляемые, к которым относится солнечная.  
          Основные преимущества солнечной энергетики:

• неисчерпаемость,
• доступность в каждой точке планеты,
• экологическая чистота.

Для преобразования солнечного излучения непосредственно в электроэнергию используют солнечный модуль.

Исходным материалом для их производства является один из самых распространенных в земной коре элементов – кремний. Кремний занимает второе место по распространенности на Земле после кислорода.

Солнечная энергия может стать главным источником электроэнергии из-за многочисленных экологических и экономических преимуществ и доказанной надежности.

Чтобы покрывать 100% требуемой электроэнергии в Европе, необходимо всего лишь 0,7% общей площади континента Европы занять модулями солнечных батарей. Поэтому солнечная энергетика играет крайне важную роль в улучшении безопасности энергоснабжения Европы.

Цель работы – изучить особенности солнечной энергетики в мире и Республике Беларусь.

 Для достижения поставленной  цели были определены следующие  задачи курсовой работы:

1.   изучить общее понятие энергии, ее виды и роль в современном мире;
2.   рассмотреть солнечную энергетику;
3.   проанализировать развитие солнечной энергетики в Республике Беларусь.

Объектом исследования является солнечная энергетика.

Предмет исследования- солнечная энергетика в Республике Беларусь

 

1. Энергия и ее виды

 

Овладение источниками энергии всегда было способом выживания человечества. И сегодня ее потребление является одним из важнейших не только экономических, но и социальных показателей, во многом предопределяющих уровень жизни людей.

Энергия (от греч. energeie - действие, деятельность) представляет собой общую количественную меру движения и взаимодействия всех видов материи. Это способность к совершению работы, а работа совершается тогда, когда на объект действует физическая сила (давление или гравитация). Работа - это энергия в действии.

Во всех механизмах при совершении работы энергия переходит из одного вида в другой. Но при этом нельзя получить энергии одного вида больше, чем другого, при любых ее превращениях, т. к. это противоречит закону сохранения энергии. [7, с. 45]

К основным видам энергии, объясненным и признаваемым современной наукой, относятся:

• механическая – энергия механического движения и взаимодействия тел системы или их частей. Механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергии механической системы;
• тепловая – вид энергии который может переходить в другой: энергия движения в тепловую, и наоборот; тепловая энергия в световую и электрическую, и наоборот; причем все формы энергии эквивалентны друг другу в работе;
• химическая – энергия, выделяющаяся при химическом взаимодействии атомов и молекул. Энергия, выделяемая или поглощаемая при химической реакции;
• электрическая – энергия выделяемая электронами при движении проводника в электромагнитном поле;
• электромагнитная – энергия электромагнитного поля, слагающаяся из энергий электрического и магнитного полей;
• гравитационная – потенциальная энергия тел (частиц), обусловленная их взаимным тяготением. Для двух тел абсолютное ее значение пропорционально произведению масс этих тел и обратно пропорционально квадрату расстояний между ними.

 

F = γ·P1·p2/r2                                                  (1.1)

 

За нуль гравитационной энергии принято считать ее значение для тел, удаленных друг от друга на бесконечно большое расстояние, т. е. для тел, между которыми нет гравитационного взаимодействия. При сближении тел силы тяготения совершают работу за счет потенциальной энергии тяготения, то есть гравитационной энергии. Отсюда для любой системы тел, находящихся на конечных расстояниях, гравитационная энергия отрицательна. Для изолированной системы тел гравитационная энергия является энергией связи.

• ядерная – атомная энергия, внутренняя энергия атомного ядра, выделяющаяся при ядерных реакциях. Энергия, которую необходимо затратить для расщепления ядра на составляющие его нуклоны, называется энергией связи ядра. Взаимосвязь между массой физического тела и заключенной в ней энергией определена выдающимся ученым Альбертом Эйнштейном:

 

E = mC2                                                      (1.2)

 

• солнечная – энергия, выделяющаяся при преобразовании солнечного излучения в тепловую и электрическую энергию;
• ветра – энергия преобразования кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца;
• энергия воды – энергия преобразования кинетической энергии воды в электрическую и др. Энергия с давней традицией, используемая для современного, чистого производства электроэнергии. Сила воды относится к древнейшим источникам энергии человечества. Силу воды использовали для работы мельниц, пил и насосов.

Энергетика (наука) – отрасль прикладных и теоретических знаний об энергоиспользовании: производстве, преобразовании, передаче, распределении и потреблении энергии в различных ее формах.

Энергетика (сектор экономики) – базовый сектор национальной экономики, охватывающий ее энергообеспечение: производство, экспорт-импорт, транспорт и распределение энергоресурсов. [10, с. 62]

Под энергоресурсами понимаются материальные объекты, в которых сосредоточена энергия, пригодная для практического использования человеком. Энергия, непосредственно извлекаемая в природе, называется первичной, а энергоресурсы – первичными энергоресурсами.

На классификационной схеме (рис. 1.1) выделены традиционные виды энергии, которые широко используются человечеством, и нетрадиционные виды энергии, мало использовавшиеся до последнего времени в силу отсутствия экономических условий и эффективных способов их промышленного преобразования в такие энергоносители как электроэнергия, тепловая или механическая энергия.

 

Рисунок 1.1 - Классификация первичных энергоресурсов

 

Энергоресурсы подразделяют также на возобновляемые и невозобновляемые.

Невозобновляемые энергоресурсы – это те, которые ранее были накоплены в природе и в новых геологических условиях либо вообще не образуются, либо их образование идет с гораздо меньшей скоростью, чем потребление.

К невозобновляемым энергоресурсам относят органические виды топлива и атомную энергию.

Возобновляемые энергоресурсы – это те, восстановление которых постоянно осуществляется в природе (на схеме (см. рис. 1.1) эти виды энергии показаны в ячейках с заливкой).

К возобновляемым энергоресурсам относят энергию: солнца; мирового океана в виде энергии приливов и отливов; энергию волн; рек; ветра; морских течений, геотермальных источников; биомассу, вырабатываемую из морских водорослей, твердых бытовых отходов.

Недостатком возобновляемых источников энергии является низкая степень ее концентрации. Но это в значительной степени компенсируется широким распространением, относительно высокой экологической частотой и их практической неисчерпаемостью. Такие источники наиболее рационально использовать непосредственно вблизи потребителя без передачи энергии на расстояние. Энергетика, работающая на этих источниках, использует потоки энергии, уже существующие в окружающем пространстве, перераспределяет, но не нарушает их общий баланс.

Неиспользование потоков энергии возобновляемых источников приводит к ее безвозвратной потере, предопределяет несколько иной подход к оценке эффективности устройств, применяющих эти источники, по сравнению с устройствами, работающими на невозобновляемых ресурсах.

Энергетика составляет основу основ современной цивилизации. Ее история насчитывает тысячелетия, ведь человек начал потреблять энергоресурсы уже с тех пор как научился использовать в своих целях огонь. На каждом этапе исторического развития усложнение хозяйственной деятельности и желание повысить уровень жизни неизбежно приводило к нехватке энергии, противоречию между желаемым и возможным. Для преодоления противоречия необходимо было находить новые источники сил и энергии, появление которых, в свою очередь, ускоряло рост производства, науки, численности и благосостояния населения, вследствие чего вновь возникали проблемы энергообеспечения. [8, с. 73]

 

 

2. Солнечная энергетика -  общее описание

 

Почти все источники энергии так или иначе, используют энергию Солнца: уголь, нефть, природный газ суть не что иное, как «законсервированная» солнечная энергия. Она заключена в этом топливе с незапамятных времен; под действием солнечного тепла и света на Земле росли растения, накапливали в себе энергию, а потом в результате длительных процессов превратились в употребляемое сегодня топливо. Солнце каждый год дает человечеству миллиарды тонн зерна и древесины. Энергия рек и горных водопадов также происходит от Солнца, которое поддерживает кругооборот воды на Земле.

Сегодня для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию мы располагаем двумя возможностями: использовать солнечную энергию как источник тепла для выработки электроэнергии традиционными способами (например, с помощью турбогенераторов) или же непосредственно преобразовывать солнечную энергию в электрический ток в солнечных элементах. Реализация обеих возможностей пока находится в зачаточной стадии. В значительно более широких масштабах солнечную энергию используют после ее концентрации при помощи зеркал – для плавления веществ, дистилляции воды, нагрева, отопления и т. д.

Поскольку энергия солнечного излучения распределена по большой площади (иными словами, имеет низкую плотность), любая установка для прямого использования солнечной энергии должна иметь собирающее устройство (коллектор) с достаточной поверхностью.

Простейшее устройство такого рода – плоский коллектор; в принципе это черная плита, хорошо изолированная снизу. Она прикрыта стеклом или пластмассой, которая пропускает свет, но не пропускает инфракрасное тепловое излучение. В пространстве между плитой и стеклом чаще всего размещают черные трубки, через которые текут вода, масло, ртуть, воздух, сернистый ангидрид и т. п. Солнечное излучение, проникая через стекло или пластмассу в коллектор, поглощается черными трубками и плитой и нагревает рабочее вещество в трубках. Тепловое излучение не может выйти из коллектора, поэтому температура в нем значительно выше (200 – 500 °С), чем температура окружающего воздуха. В этом проявляется так называемый парниковый эффект. Обычные садовые парники, по сути дела, представляют собой простые коллекторы солнечного излучения. Но чем дальше от тропиков, тем менее эффективен горизонтальный коллектор, а поворачивать его вслед за Солнцем слишком трудно и дорого. Поэтому такие коллекторы, как правило, устанавливают под определенным оптимальным углом к югу. [9, с. 89]

Более сложным и дорогостоящим коллектором является вогнутое зеркало, которое сосредоточивает падающее излучение в малом объеме около определенной геометрической точки – фокуса. Отражающая поверхность зеркала выполнена из металлизированной пластмассы либо составлена из многих малых плоских зеркал, прикрепленных к большому параболическому основанию. Благодаря специальным механизмам коллекторы такого типа постоянно повернуты к Солнцу – это позволяет собирать возможно большее количество солнечного излучения. Температура в рабочем пространстве зеркальных коллекторов достигает 3000 °С и выше.

Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВт в год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной энергетике на органическом топливе этот показатель составляет 200 – 500 человеко-часов.