Использование солнечной энергии

Использование солнечной энергии в качестве альтернативного неисчерпаемого источника в повседневной жизни человека.

Аннотация. Солнце — самый доступный и неисчерпаемый из всех источников энергии, которые природа дарит человеку. Возможности использования экологически чистой, повсеместно доступной возобновляемой солнечной энергии сегодня привлекают все большее внимание. Современная концепция энергосбережения состоит в ориентации деятельности человека на использование альтернативных, экологически чистых источников энергии, что позволяет правильно распоряжаться природными ресурсами Земли. В своей работе я рассмотрела возможности использования энергии Солнца для повседневных нужд человека.

Ключевые слова: энергосбережение, альтернативные источники энергии, солнечные коллекторы, плоский солнечный коллектор, солнечная духовка.

О Солнце и его энергии написаны сотни книг. О нём пишут физики и химики, астрономы и астрофизики, географы и геологи, биологи и инженеры. И в этом нет ничего удивительного. Ведь Солнце является источником жизни для всего земного. Солнце испаряет воду с океанов, морей, с земной поверхности. Оно превращает эту влагу в водяные капли, образуя облака и туманы, а затем заставляет её снова падать на Землю в виде дождя, снега, росы или инея, создавая, таким образом, гигантский круговорот влаги в атмосфере. Солнечная энергия является источником общей циркуляции атмосферы и циркуляции воды в океанах. Она как бы создаёт гигантскую систему водяного и воздушного отопления нашей планеты, перераспределяя тепло по земной поверхности. Солнечный свет, попадая на растения, вызывает у него процесс фотосинтеза, определяет рост и развитие растений; попадая на почву, он превращается в тепло, нагревает её, формирует почвенный климат, давая тем самым жизненную силу находящимся в почве семенам растений, микроорганизмам и населяющим её живым существам, которые без этого тепла пребывали бы в состоянии анабиоза (спячки).

Солнце — неисчерпаемый, безопасный и дешевый источник энергии, используемый во многих странах для электрификации, отопления и горячего водоснабжения. В результате бездумного использования запасов полезных ископаемых, многочисленных техногенных катастроф и прочих факторов, способствующих загрязнению окружающей среды, задача использования альтернативных источников энергии в большинстве стран мира стала приоритетной. К примеру, в 2020 году в странах Европейского Союза их доля в структуре общего энергобаланса составила 20%. При этом абсолютное преимущество гелиоэнергетики не поддается ни малейшему сомнению. Активизация программ по использованию данного источника энергии предоставляет неплохой шанс заработать любым компаниям — от корпораций с миллиардными оборотами, занимающихся высокотехнологичными разработками, до небольших фирм, производящих комплектующие и обслуживающих оборудование.

Человек использует тепло солнца с незапамятных времён. Летом оно обогревает наши здания напрямую, а зимой мы используем аккумулированное солнечное тепло, применяя древесину, уголь, газ для обогрева жилища и приготовления горячей воды. Солнце — самый доступный и неисчерпаемый из всех источников энергии, которые природа дарит человеку. Возможности использования экологически чистой, повсеместно доступной возобновляемой солнечной энергии сегодня привлекают все большее внимание. Рациональным результатом такой политики является использование энергии Солнца непосредственно коллекторами, ведь использование солнечных коллекторов в существующих системах – это уже не будущее, а реальное настоящее. Учитывая, что цены на другие виды топлива и электроэнергию будут увеличиваться, установка системы солнечных коллекторов - это подлинные инвестиции в будущее. Задача солнечных коллекторов — аккумуляция солнечной энергии с максимально возможной эффективностью. Солнечные коллекторы – гениальное изобретение человека. При проектировании солнечного коллектора использовалось несколько хорошо известных принципов. Так, например, для самого нагревателя — «парниковый эффект», то есть свойство солнечных лучей беспрепятственно проходить сквозь прозрачную среду в замкнутое пространство и превращаться в тепловую энергию, уже не способную преодолеть обратно прозрачную «крышу» установки. При разработках солнечных коллекторов учитывается и эффект накопления и сохранения тепловой энергии: в установке «уловленная» солнечная энергия, преобразованная в тепловую, аккумулируется и сохраняется длительное время. Существуют различные типы солнечных коллекторов, отличающихся внешней формой наружных поверхностей, устройством поглощающих поверхностей и аккумулирующих средств.

Самый распространенный вид солнечных коллекторов, используемых в бытовых водонагревательных и отопительных системах, - плоский солнечный коллектор. Этот солнечный коллектор представляет собой теплоизолированную остекленную панель, в которую помещена пластина поглотителя. Пластина поглотителя изготовлена из металла, хорошо проводящего тепло (чаще всего меди или алюминия). Для таких установок в основном используют медь, т.к. она лучше проводит тепло и меньше подвержена коррозии, чем алюминий. Пластина поглотителя обработана специальным высокоселективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет. Это покрытие состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическое основание, и отличается высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области. Благодаря остеклению (в плоских солнечных коллекторах обычно используется матовое, пропускающее только свет, стекло с низким содержанием железа), таким образом, значительно снижаются потери тепла. Дно и боковые стенки солнечного коллектора покрывают теплоизолирующим материалом, что еще больше сокращает тепловые потери.

В Европе, Америке, Австралии и других регионах солнечные коллекторы стали обычным атрибутом инженерных систем здания. Распространен опыт использования водонагревателей, выкрашенных в темный цвет и установленных на крышах домов, которые обеспечивают горячей водой жителей в жаркое время года. Современные технологии позволяют использовать солнечную энергию даже зимой. Каждый солнечный день принесет в Ваш дом теплую воду и сэкономит Ваши деньги. Обычно системы с плоскими солнечными коллекторами используют сезонно, с весны по осень. В зимнее время производительность систем с плоскими солнечными коллекторами падает за счет теплопотерь в окружающую среду. В круглогодичных солнечных водонагревательных установках обычно используются вакуумные солнечные коллекторы, хотя возможно использование и плоских солнечных коллекторов с хорошей теплоизоляцией. В любом случае необходимо уделять пристальное внимание теплоизоляции труб, идущих к коллектору и от него.

Еще издавна было замечено нашими предками, что в жаркий знойный день солнце вокруг все так прогревает, что, например, на камнях не составит особого труда пожарить яичницу. Таким образом, приручив Солнце, люди пошли дальше и изобрели солнечную печь, которая стала гораздо эффективнее и функциональнее раскаленных камней. Солнечная печь уже давно применяется людьми для приготовления пищи в экваториальных странах с жарким климатом, и можно сказать, что если вы там путешествуете, такая печка может пригодиться.

Как правило, печи-рефлекторы имеют гораздо большую рабочую поверхность, чем ящичные. Следовательно, они намного мощнее, на них можно не только кипятить больше воды, но и готовить больше еды, или обрабатывать сопоставимые количества за меньший промежуток времени. Однако, их тепловая эффективность ниже, потому что посуда остывает под воздействием атмосферы.

В тропических и субтропических странах можно рассчитывать на ясную погоду и нормальную ежедневную освещенность почти круглый год - вот там такие печки, конечно, просто незаменимы. Около полудня, когда суммарная солнечная освещенность достигает 1000 Вт/м², вполне можно рассчитывать на тепловую мощность в 50-350 Вт, в зависимости от типа и размера плиты. Количество излучения утром и в дневные часы, естественно, ниже и не может полностью компенсироваться системой слежения за Солнцем.

Для сравнения: сжигание 1 кг сухой древесины производит приблизительно 5000 Вт, помноженные на термический КПД плиты (15 % для примитивного очага и 25-30 % для улучшенной кухонной плиты, используемой в развивающихся странах). Тепловая мощность, фактически достигающая посуды, составляет, таким образом, 750-1500 Вт.

На основе метода литературного обзора и аналитического метода мною были изучены теоретические основы возможности использования солнечной энергии и ее аккумулирования с помощью солнечных коллекторов, которые могут использоваться для:

- автономного горячего водоснабжения;

- подогрева воды в бассейнах;

- частичного или полного отопления (системы отопления);

- обогрев теплиц;

- использования горячей воды в технологических целях.

В работе изложен процесс аккумулирования и использования солнечной энергии на примере солнечной батареи и солнечной печи; систематизировать преимущества и недостатки использования данного вида энергии; разработать рекомендации по использованию солнечной энергии как альтернативного источника:

Солнечная энергия, как правило, связана с высокими технологиями и сложными техническими процессами. Для того, чтобы показать, насколько доступной может быть ежедневная солнечная энергия мы покажем здесь способ изготовления из подручных материалов (картон и пластик) духовку, которая готовит исключительно с помощью солнечной энергии. Солнечная духовка - это модель, которая может быть особенно полезной для экономных или бережливых людей, живущих в теплых областях. Инструкции по изготовлению солнечной духовки можно найти в научно-популярных журналах. Принцип действия такой духовки основан на аккумулировании солнечной энергии. Чтобы приготовить пищу, достаточно просто поставить горшок внутри солнечной печи и вынести ее на улицу в солнечный день. Печь должна быть направлена на Экватор (в Южном и в Северном полушарии), чтобы захватить больше света в течение дня в случаях, которые не могут или не хотят контролировать печь в процессе приготовления. Если вы можете находиться возле печи, готовя пищу, меняйте положение духовки, чтобы солнце попадало на неё и вы получили максимальное количество солнечной энергии внутри. Использование такой духовки занимает вдвое больше времени для приготовления пищи, но при этом стоимость топлива нулевая. Температура внутри печи очень высокая, потому нужно очень осторожно обращаться с кастрюлями, помещенными в нее. В печи можно приготовить любой тип пищи, она никогда не будет сожжена и не прилипнет к кастрюле.

Таким образом, можно сделать вывод, что использовать солнечную энергию можно, не прибегая к высоким технологиям, а изготовить коллекторы или солнечные печи и духовки самостоятельно. Кроме экономической эффективности, это очень увлекательный и творческий процесс, который принесет вам истинное удовольствие.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Солнечная энергетика: пер. с анг. и франц./ Под ред. Ю.Н. Маковского и М.М. Колтуна. - М.: Мир, 1979.-390с.

2. Андреев В.М., Грихлес В.А., Румянцев. В.Д. Фотоэлектрическое

преобразование концентрированного солнечного излучения. - Л.:    Наука, 1989, - З60 с.

3. Алексеев В.В. Экология и экономика энергетики. - М.: Знание, 1990. -64 с.

4. Алексеев В.В., Чекарев К.В. Солнечная энергетика. - М.: Знание,

1991.-64 с,

5. Киселев Г.В. Экология и экономика энергетики. - М.: Знание, 1990. -64 с.

.