Megszelídítése a nap, a tudomány és az élet
Makrancos a Sun
Kandidátusa földrajzi tudományok Mikhail Berezkin, Földrajz Kar, Moszkvai Állami Egyetemen. MV Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem, Research Laboratory of Renewable Energy
Úgy becsülik, hogy a napenergia eléri a Földet percenként, ahhoz, hogy megfeleljen az éves szükségletek az emberiség a jelenlegi energia.
Úgy becsülik, hogy a napenergia eléri a Földet percenként, ahhoz, hogy megfeleljen az éves szükségletek az emberiség a jelenlegi energia. Anélkül, hogy a napelemek nem tud semmilyen űrhajó, de nem cselekedték csak a helyet. Az 1970-es években a Szovjetunió ilyen erőművek használják (bár nem túl széles) a sivatagi régiókban. Egészen a közelmúltig azonban, napenergia érzékelték több mint egy bólintás a környezetvédők, hanem a gazdaságilag megalapozott lépés. Mi akadályozza a napenergia fejlesztése, és miért most olyan dinamikus növekedés?
Napkollektorok a Kara-kum, 1970. Fotó Igor Konstantinov.
Fotocella polikristályos szilícium.
Vékonyfilmes napelemek széles körben alkalmazzák, mert viszonylag olcsó. A képen a telepítés vékonyfilmes flexibilis napelemek a tetőn (Kalifornia, USA). Photo: Ken Fields (USA).
A napenergia «Planta Solar 10" Sevilla közelében Spanyolországban - az első kereskedelmi termodinamikai állomás torony típusú a világon. 624 nagy forgó tükör, heliostats villamosenergia teljes kapacitása 11 MW.
Ma, a globális energia mix már nem lehet kiosztani az alapvető energiaforrás: a részesedése a gáz és a megújuló energiaforrások, csökkentette a szén részesedése és az olaj, nincs növekedés a nukleáris energiát. World Energy egyre változatosabb, amely hozzájárul a verseny fejlődését a különböző energiaforrások.
A háttérben a fenyegető azonnali kimerülése szénhidrogén-tartalékok, a növekedés az értéke a termelés és a szállítás, a hiányzó új technológiai áttörések a hagyományos energia szektor versenyképességét a megújuló energiaforrások nőtt.
Az evolúció a „napenergia” anyag és az energia árának
Gyorsított növekedés a napenergia nélkül elképzelhetetlen lenne az elektronika fejlődésével, az anyagtudomány és technológia. Korábban az egyetlen anyag, a termelés napelemek, polikristályos szilíciumot, most használják egykristály, amorf szilícium és egyéb félvezetők. Hosszú ideig, ultra-tiszta szilícium költség megfizethetetlenül magas, és csak kismértékben gyengébb a költségek a urán, amely kapcsolatban állt a használata elavult klór-szilán szilícium gyártási technológia. Kifejlesztett mintegy negyven évvel ezelőtt, ez eddig gyakorlatilag nem változott, miközben a negatív vonások Vegyészmérnöki 1960 - magas fogyasztás, alacsony hozammal előállított termék, ebben az esetben - szilikon, környezetbarát piszkos termelés.
Az első vékonyfilm napelem alapuló amorf szilícium (alternatívájaként költséges kristályos szilícium-sejtek) alakult ki a 1980-as években. Az alacsonyabb költségek vékony filmes napelem termelési gyorsan megindul. Amellett, hogy ezek alkalmazása szilícium gallium-arzenid, a kadmium-tellurid, réz indium diszelenidet. Abban a pillanatban, a szilícium vékonyréteg-elemekből foglalják el mintegy 80% -a mennyiség a világpiacon vékony filmes napelem, mintegy 18% származik film alapján a kadmium-tellurid és 2% - a vékonyréteg-elemekből réz indium gallium szelenid.
A legfontosabb napenergia kihívást továbbra hatékonyságának javítása a fotókon. Jelenleg az átlagos érték körülbelül 16%. Ugyanakkor, a világ számos laboratórium számolt be, hogy a hatásfok közvetlen átalakítása napenergia elektromos energiává alakítása 34-45%. (Elméleti fotoelektromos konverziós hatékonyságot a napenergia szerint akadémiai Alferov, 87%).
átalakítás napsugár
A napenergia, három fő fejlesztési irányok - fotoelektroenergetika, geliotermoenergetika és napkollektorok fűtésre.
Fotoelektroenergetika végrehajtja a módszer a közvetlen átalakítása napenergia elektromos árammá fényelektromos cellákból (napelemek). Ezek a napelemek kapta a legelterjedtebb a világon. Ezek is nevezik fényelektromos modulok, napelemek, napelemes modulok.
Napelem cellák általában befejeződött modulok akár több száz watt, ami kombinálható a nagyobb akkumulátort. Ezeket használják a táplálás az egyéni fogyasztók (autonóm rendszerek) és az elektromos hálózat. Az autonóm rendszerek, mint például a meteorológiai állomások különálló épületben vagy karbantartása tápegység területek meglehetősen versenyképes és nyereséges.
Telepített kapacitás napelemek, adjoint a rács, főként Japánban, Németországban és az Egyesült Államokban.
A geliotermoenergetike használja az úgynevezett termodinamikai átalakítók. Ezekben a napenergia első hővé, amelyet azután alakítjuk mechanikai energia és további - elektromos energiává alakítják.
A szoláris energia termodinamikai SES négy fő szakaszból áll. A koncentrátor kap napsugárzás és koncentrál azt a vevő, amely elnyeli a koncentrált napfény, átalakítja hő és hőt ad át a munkaközeg. A fűtött folyadék belép az elektromos átalakító rendszer. Az ilyen állomások lehet használni mind az elektromos áram és a fűtés.
Solar termodinamikai állomás különböző típusú. A jelenlegi torony növény visszaverődő napfény a sík tükrök, középpontjában egy központi vevő. A napenergia csúcsnyereg (parabolikus) típus áll az egyes modulok, akiknek száma elérheti a több tíz. A modul tartalmaz egy támasztékot, amelyre fel van szerelve traktor, vevő és a reflektor. A vevő található bizonyos távolságra a reflektor, és koncentrálja a visszavert sugarak a nap. A fényvisszaverő tükör egy olyan rendszer, amelynek átmérője 1-2 méter formájában lemezek (innen a név), sugárirányban elhelyezett, a gazdaságban.
Egy másik típusú termodinamikai növények - használó rendszerek parabolavályú koncentrátorok. A hangsúly a parabola kerül a hűtőfolyadék cső. A forró víz hő közepes ad hőt a hőcserélő, ahol a víz átalakítja gőzzé, és átadja a turbina-generátor.
Az egyik fajta geliotermoelektrostantsy torony típusú - napenergia-hatalmi vákuumot. Ők egy eltérés a levegő hőmérséklete a felszínen, és egy bizonyos magasságban. A telek borítják üveg, és a közepén ez a „üvegház” áll magas tornyot. Sun, felmelegedés „üvegház” létrehoz egy állandó tolóerőt és a levegő áramlását a torony forog tövénél beépített turbina-generátor. Minél magasabb a torony is, annál több energiát állítanak elő. A rendszer előnye, hogy működik szinte éjjel-nappal, mert a föld alatt a torony őrzi által elnyelt hő a nap folyamán, és fokozatosan adja dolgozni az éjszakai állomáson.
Optimális körülmények között termodinamikai napelemes erőművek régiók száraz vagy félszáraz régiókban: Dél-Európa, Észak-és Dél-Afrika, a Közel-Keleten, Nyugat-India, Nyugat-Ausztrália, Brazília észak-keleti, észak-Mexikóban és az Egyesült Államok délnyugati részén.
Az eddigi legnagyobb, napenergia erőmű 300 MW beépített Spanyolországban (tartomány Andalúzia). Az USA-ban, a legnagyobb napenergia-erőművek található az Egyesült Államokban a Nevada (60 MW), California (250 MW) és Arizona (280 MW).
Ennek kompenzálására a változékonyság napsugárzás hőtárolók vagy használt tartalék üzemanyag. Naperőművek is használható része a diverzifikált energia-ellátó rendszer. Kompatibilis rendszerek függ jellemzői a terhelési görbe. A napos területeken, ahol a csúcsterhelés nyári napon (ami gyakran a légkondicionáló), a hozzájárulást a napenergia igény csúcsok lényeges lehet. Az ilyen állapotok jellemző trópusi szélességek. A magasabb földrajzi szélességeken, ahol a csúcsterhelés esik egy téli reggelen, a napenergia hozzájárulását jelentéktelen, amely előírja növekedését szabad kapacitás.
Az előnye, hogy a termodinamikai napelem technológia - képes beilleszkedni a hagyományos hőerőművek. Például, egy napenergia hőerőmű Nevada egészíteni egy gázturbina-generátor. Ez lehetővé teszi, hogy tárolja hő vagy megbízható biztonsági erő lehetőség nélkül külön tartalék állomások és a változások az energetikai rendszer. Így lehetséges, hogy kiegészítse a kimeneti teljesítmény változó „napkohó”, és stabilan áramot a fogyasztók számára.
A hátránya az ilyen kombinált rendszerek - a magas költségek.
Tőkeráfordítás építése és üzemeltetése naphőerőművek nagyon magas, és a lépést a technológiai javulás kisebb, mint a fotoelektroenergetiki.
Napkollektorok fűtési (gelioteploenergetika) általánosak. Abban a pillanatban, a világ vezető beépített kapacitása napkollektorok - Kínában. Európában a vezetők Németország, Görögország és Ausztria. A legmagasabb fajlagos felülete a kollektorok a számítás egy főre jutó megfigyelt Ciprus - 582 m 2, majd egy nagy mozgásteret megy Ausztria - 297 m 2.
Napkollektorok fűtési ideálisan alkalmas helyi fűtési rendszerek. Alkalmazásuk lehetővé teszi a felhasználó nem függ a központi fűtés. A fő probléma gelioteploenergetiki (és a teljes szoláris energia) - hő megőrzése (vagy elektromos) energia - kapcsolódik a variabilitás napi és szezonális ingadozások a napsugárzás.
Részletes energiatároló rendszerek hiányában a nap lehetővé teszi, hogy adjon ki terhelés csak néhány órát. Ezért a mérnökök feladata, létrehozva egy új típusú akkumulátor lényegesen nagyobb kapacitással. Amellett, hogy megoldja a problémát, piszkos ökológiai szempontból a termelés és az akkumulátorok ártalmatlanítása.
Érdemes megjegyezni még egy gyakran emlegetett „környezeti” hiánya a napenergia, a fejlett által ellenfelek - jelentős elutasítását föld alatt a napelemek. De ez könnyen kiszámítható, hogy még ha az egész világ energia átadása a napenergia aránya, a mezőgazdasági területek által elfoglalt erőmű kevesebb mint 2% -át (51 millió km 2) a mezőgazdasági területek. Valóban, ma, mintegy 18 milliárd tonna fogy a világon van. t. (tonna üzemanyag). A Föld felszínét, a földrajzi szélességtől függően a hely jön 0,1-0,3 kW / m 2 a napenergia. Ez egyenértékű 0,1-0,3 TCE azaz átlagosan 0,2 TCE Figyelembe hatékonyságát a napenergia növények csak 10%, azt találjuk, hogy a termelés 18 milliárd tonna szén egyenértékű Ez megköveteli, 0,9 millió km 2 területen.
Add, hogy a napenergia előnyös fejleszteni területeken a legnagyobb a napozást, és ez alapvetően alkalmatlan mezőgazdasági felhasználásának területén.
Úttörője kívülállók
Az első napelemek hazánkban fejlesztettek fél évszázaddal ezelőtt - különösen űrhajó. Amellett, hogy a tudományos és műszaki bázis hazánk jelentős természetes fejlődési potenciált a napenergia. A legígéretesebb ebből a szempontból a területeken Oroszországban - primorszkij régió, Dél-Szibéria és a Trans-Bajkál régió, az Észak-Kaukázusban. Például, az átlagos éves napenergia szállítási Zabaikalye magasabb, mint Spanyolországban.
Mindazonáltal a jelenlegi technikai és természeti adottságaira és napenergia Oroszország használják nagyon ritkán. Jelenleg a teljes mennyiség a megadott kapacitások napenergia Oroszország, különböző becslések szerint kevesebb, mint 5 MW. Power az ország legnagyobb fotoelektromos található Belgorod régióban, mindössze 0,15 MW. Összehasonlításképpen, a három világ legnagyobb fotovoltaikus energia, az Egyesült Államok, Kína és India, kapacitása 200 MW. A mi szomszédos Ukrajnában, a Krím-félszigeten, beépített fotovoltaikus energia kapacitása 80 MW és 100. Oroszországban vannak olyan projektek, több tucat „szoláris” megawatt beépített kapacitást (a Krasznodar és Sztavropol területekkel, Dagesztán, Khakassia, Burjátia), de ezek még előzetes fejlődési szakaszában.
A teljes fejlesztés a napenergia ipar szükségük állami támogatás. Van egy széles körű iparági ösztönző mechanizmusok segítségével különdíjakat kedvezményes adózás, stb bevezetését, amely oda vezetett, hogy jelentős fellendülés az iparban a külföldi országokban. Hazánkban világos kormányzati program a megújuló energiaforrások, köztük a napenergia, mégis.