Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт энергетики
Кафедра электрических станций, сетей и систем


Реферат

по дисциплине
Современные проблемы электроэнергии и электротехники

на тему:
«Тенденции развития электротехнического оборудования преобразования солнечной энергии»
Выполнил студент гр. ЭСм-22-1 __________ Ф.Ю. Воскобойников
Нормоконтроль __________ И.И. Усов

Иркутск 2022 г.

Содержание


Современная экологическая обстановка планеты не даёт уверенности в устойчивом развитии человеческой цивилизации. Нескончаемое разрушение природных систем ведет к дестабилизации биосферы, разрушая ее целостность. Устойчивое развитие Российской Федерации, высокое качество жизни и здоровья ее населения, а также национальная безопасность могут быть обеспечены только при условии сохранения природных систем и поддержания соответствующего качества окружающей среды. Эти фразы из экологической доктрины Российской Федерации, одобренной распоряжением Правительства РФ от 31 августа 2002 г. № 1225-р, подтверждают актуальность поиска новых, экологически чистых источников энергии.

Современные солнечные электростанции широко используются в качестве источников энергии во всем мире. Разделяя солнечные электростанции на типы, можно выделить три категории: мини, малые и крупные. Мини – предназначены для электропитания переносных приборов: от калькуляторов до автомобилей, находящихся вдали от основного источника электроэнергии. Малые представляют собой станции, которые обеспечивают энергией предприятия, общественные здания, жилые дома. Крупные солнечные генераторные системы обеспечивают электроэнергией целые регионы и страны.

---

Солнце – неисчерпаемый, огромный источник энергии, которая переносится на землю видимым светом и ближним инфракрасным излучением.

Солнечная энергетика — это один из новых видов добычи энергии, основанных на возобновляемых источниках, в частности, на энергии Солнца. Основная цель состоит в преобразовании солнечного излучения в другие технологические виды энергии, используемые человеком для своих нужд. Этот вид энергии неисчерпаем и может рассматриваться потенциально как энергоресурс, способный перевернуть современные представления об энергообеспечении и полностью удовлетворить потребности человечества.

В энергетике существует раздел «солнечная энергетика», который занимается вопросами использования возобновляемой, экологически чистой, повсеместно доступной солнечной энергии. Использовать энергию солнца можно в хозяйственной деятельности человека для обеспечения бытовых нужд, на промышленных предприятиях, для горячего водоснабжения и отопления.

Преобразовав солнечную энергию в электричество, можно обеспечивать освещение зданий, приводить в движение элементы самолётов, автомобилей, космических аппаратов.

Основные преимущества солнечной энергии:

- нескончаемый источник энергии;

- экологическая безопасность;

- большой срок службы основных энергетических компонентов;

- минимальные эксплуатационные затраты.

Основные недостатки солнечной энергии:

- низкая интенсивность солнечного излучения;

- высокая стоимость оборудования;

- низкая эффективность преобразования энергии.

Основные задачи отрасли:

1. 
   Повышение эффективности преобразования солнечной энергии (увеличение КПД)
   
2. 
   Увеличение срока службы СЭС
   
3. 
   Снижение стоимости СЭС
   
4. 
   Производство солнечного кремния
   
5. 
   Глобальная солнечная энергетическая система (проект ВИЭСХ)
   
6. 
   Обеспечение экологических характеристик производства энергии (утилизация отработанных СЭС).
   
7. 
   Новые методы передачи электрической энергии
   
8. 
   Транспортировка электричества от электростанций на основе ВИЭ на длинные расстояния.
   

Солнечная энергетика, как «зеленая» генерация, должна постоянно развиваться. В современном мире перед инженерами стоит задача совершенствовать технологии солнечной электростанции так, чтобы максимально увеличить их КПД.

1. 
   ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
   

---

1. 
   Способы преобразования солнечной энергии и их КПД
   

Излучение Солнца все время несет к Земле энергию. Это, по существу, электромагнитная энергия. Спектр электромагнитного излучения Солнца лежит в широком диапазоне: от радиоволн до рентгеновских лучей. Максимум его интенсивности приходится на видимый свет, а именно - на желто-зеленую часть спектра. В целом можно сказать, что энергия солнечного излучения управляет жизнью на Земле, климатом и погодой на нашей планете - вся живая природа на Земле обязана своим существованием Солнцу.

Дело в том, что от Солнца - к верхним слоям земной атмосферы непрерывно поступает в форме излучения мощность порядка 174 петаватт (пета - 10 в 15 степени). При этом 16% поступающей энергии поглощается верхними слоями атмосферы, а 6% - отражается от нее. В зависимости от погодных условий, в средних слоях атмосферы также происходит отражение до 20%, а поглощается около 3% приходящей от Солнца энергии.

Таким образом, наша атмосфера рассеивает и фильтрует значительную часть спектра, пропуская, однако, к поверхности земли немалую его долю в форме инфракрасного и немного ультрафиолетового. В результате мы можем наблюдать круговорот воды в природе, фотосинтез растений, и имеем среднюю температуру земной поверхности около 14°C.

Технология, позволяющая человечеству использовать данную энергию практически и осознанно, называется солнечной энергетикой. И такое положение не лишено здравых оснований, ведь по оценкам ученых потенциал энергии Солнца, которая может быть принята на поверхности земли и преобразована в полезную для человека форму, составляет на сегодняшний день в максимуме почти 49,9 эксаджоуль в год (экса - 10 в 18 степени), что в 10000 превосходит нынешние потребности человечества.

Даже в Германии, где климат не особо солнечный, энергия, которую можно было бы в идеале получить от Солнца, в 100 крат превзошла бы потребности всей страны. А в Австрии на 1 квадратный метр поверхности земли приходится до 1480 кВт/ч в год. И лишь 50% этой энергии принимается в стране солнечными концентраторами, осуществляющими нагрев теплоносителя в своем фокусе.

Солнечный коллектор

Солнечные коллекторы, хотя и относятся к низкотемпературным установкам, тем не менее они позволяют добывать примерно 1250 кВт/ч на квадратный метр энергии в год. Энергия получается здесь в форме тепла, пригодного для промышленного отопления и обеспечения горячего водоснабжения.

---

Практически установка преобразует энергию, даваемую видимым светом и ближним инфракрасным излучением, - в тепло, поскольку разогревается здесь теплоноситель - вода. При отсутствии забора тепла (застое) коллекторы такого плана способны нагреть воду до 200°C.

Установка имеет покрытие из специального абсорбера, хорошо поглощающего солнечное излучение, и передающего тепло теплопроводящей системе. Селективное покрытие обычно представляет собой черный никель или напыление оксида титана. Среднестатистический КПД таких установок 50%.

Параболоцилиндрическое зеркало

Установки на базе параболоцилиндрических зеркал относятся к среднетемпературным установкам. Они позволяют получать 375 кВт/ч на квадратный метр электрической и тепловой энергии в год. В фокусе такой установки располагается трубка (внутри которой теплоноситель - масло) или фотоэлектрический преобразователь. Масло в трубке разогревается здесь до 350°C и даже больше.

Одно параболоцилиндрическое зеркало, из которых набирается крупная электростанция, имеет протяженность до 50 метров. Термальная эффективность параболических концентраторов доходит до 73 % при температуре нагрева теплоносителя 350°C. Средний КПД подобных установок доходит до 20%.

Гелиостатные системы

Гелиостатные системы относятся к высокотемпературным установкам. На них получают 500 кВт/ч на квадратный метр электрической энергии в год, кроме того гелиостатные установки дают возможность получать и тепловую энергию. Здесь нагревается теплоноситель на основе натрия и газ (двухконтурная система с термической солью). Множество зеркал отражают солнечное излучение, направляя его на емкость с теплоносителем, расположенную на вершине башни. КПД таких систем достигает 20%.

Солнечная батарея

Солнечные батареи относятся к электроэнергетическим установкам, и позволяют получать при помощи фотоэлектрических преобразователей 250 кВт/ч электроэнергии в год. Их эффективности бывает достаточно чтобы обеспечить электричеством небольшое домашнее хозяйство в солнечном регионе, также небольшие солнечные панели в состоянии снабжать электроэнергией дорожные знаки, осветительные приборы, оросительные системы и т. д.

На сегодняшний день эффективность солнечных батарей оставляет желать лучшего

---

, их средний КПД относительно невысок, около 10%, но технология все время совершенствуется.

2. 
   Технологии по получению солнечной энергии
   

На сегодняшний день независимо развивается несколько технологических направлений, одним из любопытных решений являются планы по строительству солнечных электростанций на орбите Земли. На первый взгляд такие проекты кажутся утопическими, если не учитывать, что уже анонсировано строительство пяти орбитальных электростанций.

По данным Информационного энергетического агентства, с 1990 года по 2007 год потребление электроэнергии увеличилось на 40%, за следующие 25 лет прогнозируется увеличение потребления еще на 50%. Современные технологии жизнеобеспечения требуют все больше энергии, в качестве энергоресурса рассматривается любой эффективный энергоисточник, безусловно, солнце в списке возможных энергетических источников занимает одну из первых позиций.

В настоящий момент существуют две гелиотехнологии, которые могут претендовать на развитие в будущем. Одна основана на извлечении тока в результате фотоэлектрического эффекта (photovoltaic, PV). Вторая состоит в преобразовании тепловой энергии солнца (concentrated solar power, CSP), эта технология основана на нагреве теплоносителя от концентрированного солнечного луча.

Фотоэлектрический эффект

Общая идея преобразования света в электрический ток состоит в следующем - на полупроводниковую пластину падает поток фотонов, то есть свет, в результате поглощения фотонов атомами поверхностного слоя полупроводника электроны «выпрыгивают» с последних орбит атома на соседний слой проводимости, где пучок электронов образует электрический ток. Техническая сложность эффективного применения данного эффекта связана со сложностью преобразования всего солнечного спектра, то есть с использованием мультичастотных методов, так как определенный полупроводник улавливает фотоны только определенной частоты и не более. Современные фотопреобразователи рассчитаны на незначительную часть видимого солнечного спектра, КПД промышленных фотоэлементов не превышает 7-15%. Этого чрезвычайно мало, чтобы удовлетворить современные потребности в электроэнергии.

Для производства солнечных панелей используют полупроводниковый кремний высокой очистки, производство которого освоено во многих странах мира, что увеличивает технологическую адаптацию технологии. Фотовольтаические электростанции (PV-станции) на базе фотоэлементов монтируются по модульному принципу и могут наращиваться в зависимости от потребностей. Высокая стоимость панелей компенсируется простотой установки и обслуживания, как правило, мощные солнечные электростанции требуют минимум обслуживающего персонала. Срок эксплуатации солнечных батарей превышает 25 лет. В мире насчитывается несколько крупнейших фотовольтаических солнечных электростанций, которые имеют превосходные показатели эффективности и показывают стабильную работу с минимальным техническим обслуживанием.

---

Смотрите также файлы

• Лабораторная работа 5c определение отношения теплоёмкости воздуха при постоянном давлении к теплоёмкости при постоянном объёме методом клеманадезорма введение.pdf

• Проект Моя профессия учитель! Суть проекта.pptx

• Малімні атыжні А. К. Жумагалиева ПнСынып.docx

• Жеке жмыс Жашаны ашып, аударып, сйлемдерді жазыдар. (Дени, Гоша).docx

• Проект Неделя здоровья в старшей группе Актуальность.docx