Презентация на тему "Возобновляемые источники энергии"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Возобновляемые источники энергииСолнечная энергетика

• 
  Слайд 2

  Солнечная энергия

  Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.

  Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1353 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) — 1020 Вт/м². Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную горизонтальную площадку как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раза меньше.

  Возможная выработка энергии уменьшается из-за глобального затемнения — уменьшения потока солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.

• 
  Слайд 3
  

  Распределение интенсивности по спектру солнечного излучения

• 
  Слайд 4

  Интенсивность солнечного излучения

• 
  Слайд 5
  

  Зоны максимальной интенсивности солнечного излучения - на 1 квадратный метр поступает более 5 кВт.час. солнечной энергии в день.

  По южной границе России от Байкала до Владивостока, в районе Якутска, на юге Республики Тыва и Республики Бурятия, как это не странно, за Полярным Кругом в восточной части Северной Земли.

• 
  Слайд 6

  Карта интенсивности солнечного излучения на территории России

• 
  Слайд 7

  Продолжительность солнечного сияния в год

  Наибольшую интенсивность поток энергии имеет в мае, июне и июле. В этот период в средней полосе России на 1 кв. метр поверхности приходится 5 кВт.час в день. Наименьшая интенсивность в декабре-январе, когда 1 кв. метр поверхности приходится 0,7 кВт.час в день.

• 
  Слайд 8

  Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения

  • Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.
  • Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин: паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны; двигатель Стирлинга и т. д.
  • Гелиотермальная энергетика — нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении или в паровых электрогенераторах).
  • Термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор).
  • Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Преимущество — запаса пара в баллоне достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.
• 
  Слайд 9

  Фотоэлектричество

• 
  Слайд 10

  Солнечный фотоэлемент

  Фотоэлемент, представляет собой панель, состоящую из следующих частей:

  1 - солнечное излучение (фотоны),

  2 - наружный контакт,

  3 - отрицательно заряженный слой,

  4 - слой утечки,

  5 - положительно заряженный слой,

  6 - внутренний контакт.

• 
  Слайд 11

  P-n переход в солнечном элементе

  Зонная модель разомкнутого p-n-перехода:

  а) - в начальный момент освещения;

  б) - изменение зонной модели под действием постоянного освещения и возникновение фотоЭДС

• 
  Слайд 12

  Вольт – амперная характеристикаp-n перехода

  где Is- ток насыщения, а Iph - фототок

  Величина установившейся фото ЭДС при освещении перехода излучением постоянной интенсивности описывается уравнением вольт - амперной характеристики (ВАХ)

• 
  Слайд 13

  Эквивалентная схема солнечного элемента

  ВАХ поясняет эквивалентная схема фотоэлемента, включающая источник тока, где S - площадь фотоэлемента, а коэффициент собирания Q - безразмерный множитель (<1), показывающий, какая доля всех созданных светом электронно-дырочных пар (SN0) собирается p-n-переходом.

  Параллельно источнику тока включен p-n-переход. p-n-Переход шунтирует нагрузку, и при увеличении напряжения ток через него быстро возрастает. В нагрузку (сопротивление R) отбирается ток I.

  x - коэффициент формы или коэффициент заполнения вольт-амперной характеристики

• 
  Слайд 14

  Основные параметры фотоэлемента

  Написанное выражение относится к случаю, когда выходная мощность выражается в виде электрической энергии, где и представляют собой напряжение разомкнутой цепи (э. д. с.) и ток короткого замыкания. Коэффициент k лежит в пределах от 0,25 до 1 и зависит от выбора внешней нагрузки.

• 
  Слайд 15

  Виды солнечных фотоэлементов

  Все фотоэлектрические элементы представлены четырьмя поколениями:

  Первое составляют монокристаллические кремниевые элементы, способные генерировать электрическую энергию от источника излучения, длина волны которого совпадает с таковой солнечного света. Элементы подобного типа – основная технология, применяемая в производстве коммерческих солнечных батарей: ей принадлежит 86% рынка земных фотоэлектрических элементов.

  Второе поколение основано на использовании тонких эпитаксиальных полупроводниковых батарей. Существует два класса эпитаксиальных фотогальванических элементов: космические и земные. Космические эффективны на 28-30%, но стоимость одного ватта производимой ими энергии выше, чем у тонкопленочных конкурентов (земных фотоэлементов), однако беда последних – КПД, не превышающий 5-7%. Их использование в космических проектах пока кажется весьма сомнительным.

  Ряд технологий и полупроводниковых материалов в настоящее время рассматриваются в плане эффективности их применения в создании солнечных элементов: аморфный кремний, микрокристаллический кремний, теллурид кадмия, а также создание тонких Ga-As-пленок для космической индустрии (с потенциальным КПД до 37%) - все это сейчас на стадии разработки. Фотоэлектрические элементы второго поколения занимают лишь малую часть рынка применяемых на Земле батарей, но примерно 90% космического принадлежит именно им.

• 
  Слайд 16
  

  Третье поколение фотогальванических элементов значительно отличается от предыдущих двух. Оно представлено квантовыми точками (фрагментами проводника или полупроводника, ограниченными по всем трём пространственным измерениям, содержащими электроны; они настолько малы, что осуществимы квантовые эффекты) и устройствами со встроенными углеродными нанотрубками. Их КПД, по мнению ученых, к моменту начала широкомасштабного производства достигнет 45%.

  Данное поколение фотоэлектрических элементов помимо упомянутых включает еще и фотоэлектрохимические, нанокристаллические и полимерные солнечные батареи, применение которых будет осуществимо только на земной поверхности.

  Все представители третьего поколения пока находятся на этапе разработки или испытаний.

  Не существующее на данный момент четвертое поколение солнечных батарей предположительно будет представлено композитными фотогальваническими элементами, в которых будут сочетаться полимеры и наночастицы, образующие один монослой. В дальнейшем эти тонкие слои могут быть совмещены с образованием полноценных, более эффективных и экономичных солнечных батарей, что будет достигнуто за счет следующего эффекта, кстати, частично уже используемого NASA в проекте по исследованию Марса: первым слоем фотоэлемента будет тот, что превращает в электроток разные типы света, вторым – преобразующий в электроэнергию свет прошедший и не уловившийся в первом, а последний предназначен для инфракрасных лучей. Таким образом будет достигнуто использование почти полного спектра улавливаемого излучения.

• 
  Слайд 17
  
• 
  Слайд 18

  Солнечная электростанция состоит из:

• 
  Слайд 19

  Схемы работы солнечной электростанции

  Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами). Объект питается только от солнечных батарей. Солнечная батарея (с аккумуляторами) и коммутация с сетью.

  АВР позволяетпереключить питание объектапри отсутствии солнца и полном разрядеаккумуляторов на электросеть.Эта же схемаможет использоваться и наоборот – солнечнаябатарея, как резервный источник питания.В этом случае АВР переключает вас нааккумуляторные батареи при потере питанияот электросети.

• 
  Слайд 20
  

  Солнечная батарея (с аккумуляторами) и резервный дизель-(бензо-)генератор.

  В случае отсутствия солнцаи разряде аккумуляторных батарейпроисходит автоматический запускрезервного генератора с подзарядкойаккумуляторной станции.

  Гибридная автономная система – солнце-ветер

  Возможноподключение ветрогенератора к системесолнечной электростанции черезгибридный контроллерили с помощьюотдельного контроллера для ветроустановок.

• 
  Слайд 21

  Передвижная система управления и контроля на солнечных батареях

• 
  Слайд 22
  
• 
  Слайд 23
  
• 
  Слайд 24