Коеволюція людини та біосфери. Використання сонячної енергії

Коеволюція людини та біосфери. Використання сонячної енергії

Зміст

Вступ

. Основні відомості про сонячну енергетику

. Переваги та недоліки сонячної енергетики

. Стан і перспективи розвитку сонячної енергетики

. Перспективи розвитку сонячної енергетики в Україні

. Принцип роботи сонячної електростанції (СЕС)

Висновок

Перелік посилань

Вступ

Основу життя людини складає навколишнє природне середовище, а основу сучасної цивілізації - викопні природні ресурси й енергія, що з них виробляється, включаючи найбільш технологічний її вид - електроенергію.

Проте використання викопних джерел енергій призводить до значних екологічних проблем з забруднюванням навколишнього середовища, плюс до всього ці джерела енергії є вичерпними і колись вони закінчаться. А останні події свідчать про значну залежність цих ресурсів від політичної ситуації, оскільки ці ресурси не є надбаннями всього людства, а належать окремим державам і корпораціям.

Зважаючи на все це сьогодні поширився термін «коеволюція людини та біосфери». Коеволюція розглядається як процес існування умов, необхідних для збереження людства у складі біосфери, тобто виживання людини на планеті. Перебороти загальнопланетарні екологічні та енергетичні кризові явища одними технологічними та технічними засобами неможливо. Людство стоїть перед безпрецедентною проблемою розробки стратегії свого виживання на планеті.

Така стратегія буде визначати всі сфери життя людей - технічний розвиток, культуру, освіту, формування нової моралі. Життя людини обумовлюватиметься новим типом взаємовідносин, важливими елементами яких будуть новий тип моралі, дружня співпраця у вирішенні глобальних проблем, нова шкала цінностей та пріоритетів при їхньому безумовному дотриманні, інформаційне та технологічне переозброєння продуктивних сил, передбачення. У структурі принципів підбору мають враховуватись інтереси наших майбутніх поколінь.

Майже всі викопні джерела енергії які використовує людство зараз, так чи інакше - це сонячна енергія, яка накопичувалася протягом мільйонів років у надрах землі у вигляді газу, нафти и кам’яного вугілля. Сучасні технології дозволяють безпосередньо виробляти електроенергію з сонячного проміння. Саме сонячна енергетика дозволяє вирішити значні екологічні питання, плюс до всього, сонце світить майже скрізь і тому цей вид енергії не залежить від мінливої політичної ситуації, оскільки сонце не може належати якійсь країні чи корпорації.

І як сказав Нікола Тесла: «Наш світ занурений у величезний океан енергії, ми летимо в нескінченному просторі з незбагненою швидкістю. Все навколо обертається, рухається - все енергія. Перед нами грандіозне завдання - знайти способи видобутку цієї енергії. Тоді витягуючи її з цього невичерпного джерела, людство буде просуватися вперед гігантськими кроками»

1. Основні відомості про сонячну енергетику

Сонце, як відомо, є первинним і основним джерелом енергії для нашої планети. Воно гріє всю Землю, приводить в рух річки і повідомляє силу вітру. Під його променями зростає 1 квадрільйон тонн рослин, що живлять, у свою чергу, 10 трильйонів тонн тварин і бактерій. Завдяки тому ж Сонцю на 3емле накопичені запаси вуглеводнів, тобто нафти, вугілля, торфу і ін., які ми зараз активно спалюємо. Для того, щоб сьогодні людство змогло задовольнити свої потреби в енергоресурсах, потрібно в рік близько 10 мільярдів тонн умовного палива. (Теплота згорання умовного палива - 7 000 ккал/кг). А тепер увага: якщо енергію, що поставляється на нашу планету Сонцем за рік, перевести в те ж умовне паливо, то ця цифра складе близько 100 трильйонів тонн. Це в десять тисяч разів більше, ніж нам потрібно. Вважається, що на 3емлі запасені 6 трильйонів тонн різних вуглеводнів.

Сонячна енергетика - використання сонячної енергії для отримання енергії в будь-якому зручному для її використання вигляді. Сонячна енергетика використовує поновлюване джерело енергії і в перспективі може стати екологічно чистою, тобто такою, що не виробляє шкідливих відходів. Джерелом енергії Сонця є термоядерні реакції в його ядрі.

Потік сонячного випромінювання, що проходить через площу 1 м², розташовану перпендикулярно потоку випромінювання на відстані однієї астрономічної одиниці <#"804841.files/image001.jpg">

4. Перспективи розвитку сонячної енергетики в Україні

коеволюція біосфера сонячний енергія

В Україні <#"804841.files/image002.jpg">

Рисунок 2 - Карта сонячного випромінювання України

Іноземний інвестор, австрійська компанія Activ Solar, взялася за проектування сонячного парку в селі Родникове (Сімферопольський район, АРК) і в короткий термін побудувала станцію потужністю 7,5 МВт, яка стала найбільшою на пострадянських просторах. У лютому 2011 року пілотний сонячний парк запрацював на повну потужність. Цей проект отримав нагороду в конкурсі «Успіх року» в номінації «Лідер Інновацій».

Компанія ввела в експлуатацію сонячну електростанцію «Омао Солар» потужністю 20 мегават у Сакському районі АР Крим. За інформацією Activ Solar, це лише 1-а черга проекту «Охотникове» - однієї з найбільших PV-інсталяцій у світі. «Омао Солар» складається приблизно з 90 000 кристалічних сонячних модулів, встановлених на площі 40 га. Станція буде виробляти 25 000 мегават-годин «чистої» електроенергії на рік, якої досить, щоб задовольнити потреби близько 5000 домашніх господарств і дозволить скоротити до 20000 тонн викидів вуглекислого газу на рік.

грудня 2011 року поблизу села Перового в Криму завершено будівництво найбільшої сонячної електростанції у світі

Після проекту поблизу села Перового розпочалося будівництво сонячних електростанцій у різних регіонах України. Наприклад, у Вінницькій області у січні розпочала роботу сонячна електростанція потужністю 35 кВт, змонтована на даху виробничого будинку Гніванського шиноремонтного заводу.

В Україні провідним виробником сонячних батарей є ВАТ «Квазар». Щорічно в Україні виробництво фотоелектричних елементів складає біля 150 МВт, більша частина яких експортується. [4].

. Принцип роботи Сонячної електростанції (СЕС)

Сонячна електростанція - інженерна споруда, що служить для перетворення сонячної радіації в електричну енергію. Способи перетворення сонячної радіації різні і залежать від конструкції електростанції. Усі сонячні електростанції поділяються на кілька типів: баштового типу, тарілчастого типу, із використанням фотобатарей, із параболічними концентраторами. Із понад 900 МВт виробленої сонячними електростанціями в 2010 році енергії більше 90% належить електростанціям на основі дзеркальних відбивачів параболічної форми.[5].

Розглянемо принцип дії сонячної електростанції, на прикладі мережевої фотоелектричної сонячної електростанції.

Мережеві сонячні фотоелектричні станції - один з видів електростанцій, що генерує електрику шляхом перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію з наступною її передачею в мережу. Мережеві фотоелектричні системи можуть працювати по «зеленому» тарифу, продаючи електроенергію в централізовану зовнішню мережу, або використовуватися для виробництва електроенергії з метою власного споживання.

Ключові переваги мережевих сонячних електростанцій:

Ø Можливе застосування в місцях, де відсутні централізовані електропостачання.

Ø  Для будівництва підходять не тільки вільні від забудови майданчики землі, але й дахи та фасади будівель, що дозволяє економити територію і зазвичай істотно знижує витрати на будівництво.

Ø  Для підтримки сонячної електростанції в працездатному стані немає необхідності в проведенні трудомісткого технічного обслуговування.

Ø  Можливість підключення за «зеленим» тарифом.

Крім зазначених вище переваг, для мережевих сонячних електростанцій характерні наступні особливості: можливість установки систем різної потужності, що дозволяє максимально ефективно вирішувати різні завдання по електропостачанню; можливість часткового або повного електроживлення обраних споживачів; можливість додаткової комплектації системи акумуляторною батареєю; екологічна безпека роботи; повністю автоматична робота і зміна її режимів. На рисунку 3 показана структурна схема типової мережевої сонячної електростанції.

До складу мережевої фотоелектричної системи входять наступні елементи:

Ø Сонячні батареї, що виробляють під дією сонячного випромінювання постійний струм;

Ø  Мережеві інвертори, що перетворюють постійний струм (DС), що генерується сонячними панелями, в змінний (AC).

Ø  Система моніторингу, що дозволяє відстежувати параметри роботи сонячної електростанції.

Ø  Лічильники, призначені для моніторингу продуктивності системи та продажу електроенергії за «зеленим» тарифом.

Ø  Підтримуючі металоконструкції для розміщення сонячних батарей на земельній ділянці, даху будівлі і т.п.

Ø  Централізована лінія електропередач, до якої приєднана електростанція.

Ø  Власні споживачі електроенергії (промислові чи побутові електроприлади).

Можливі варіанти додаткової комплектації мережевих сонячних станцій:

Ø встановлення акумуляторних батарей для живлення резервованого навантаження споживача у випадку вимкнення зовнішньої електромережі;

Ø  встановлення системи контролю недопустимості перетоків електроенергії, що генерована сонячною електростанцією, в загальну мережу;

Ø  рухома система стеження за Сонцем, яка дозволяє утримувати сонячні модулі в оптимальному положенні відносно Сонця, таким чином максимально використовуючи всю доступну сонячну енергію;

Ø  системи моніторингу, дистанційної діагностики, зберігання даних і візуалізації. В режимі реального часу відображає повну інформацію та зберігає дані щодо роботи та стану системи. [6]

Розглянемо окремо кожний елемент даної електростанції, почнемо з сонячної батареї, де і відбувається безпосереднє перетворення енергії сонця в електрику.

Сонячні батареї - це джерело електричного струму, яке використовує фотоелектричні перетворювачі. Сонячні батареї (модуль, панель) являють собою послідовне і паралельне з‘єднання фотоелектричних перетворювачів для отримання необхідних параметрів по струму та напрузі.

Фотоелектричний перетворювач (ФЕП) - електричний пристрій, який діє як перетворювач, і служить для перетворення частини світлової енергії (як правило, видимих і інфрачервоних електромагнітних хвиль) у електричну за допомогою фотоелектричного ефекту. На рисунку 4 зображено ФЕП (сонячний елемент).

Рисунок 4 - Сонячний елемент

Принцип роботи сучасних фотоелементів базується на напівпровідниковому p-n переході. При поглинанні фотона в області, яка прилягає до p-n переходу, створюється пара носіїв заряду: електрон і дірка. Одна із цих часток є неосновним зарядом і з великою ймовірністю проникає крізь перехід. В результаті створені завдяки поглинанню енергії фотона заряди розділяються в просторі й не можуть рекомбінувати. Як наслідок порушується рівновага густини зарядів. При під'єднанні елементу до зовнішнього навантаження у колі протікає струм. На рисунку 5 продемонстровано цей процес.

До основних характеристик сонячного елементу відносять напругу холостого ходу і струм короткого замикання сонячного елемента. Напруга холостого ходу (V_vo) - максимальна напруга (зовнішнє навантаження нескінченне), яку може генерувати елемент. А струм короткого замикання (I_sc), це максимальний струм (коли зовнішнє навантаження дорівнює нулю), який може генерувати елемент. У робочому режимі напруга і струм є меншими, і при певних значеннях (V_max і I_max) елемент має максимальну потужність (P_max). Напруга будь-якої пластини кремнієвого елементу: без навантаження 0,6 В, під навантаженням 0,5 В (при інсоляції 1 кВт/м2), а струм пропорційний площі елемента і його освітленості.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) сучасних сонячних елементів варіюється від 10% до 20%. Проте у серпні 2009 р. вчені університету Нового Південного Уельсу досягли рекордної ефективності сонячних батарей - 43% (тобто 43% сонячної енергії перетворюється на електричну). Однак, новий рекорд було встановлено в лабораторних умовах. Так, світло перед попаданням на батареї було сфокусовано спеціальними лінзами. Крім того, вартість усього обладнання далека від значень, котрі дозволили б виробляти її в промислових масштабах. Рекорд для однієї сонячної батареї в реальних умовах становить приблизно 25%.[7].

Електроенергія вироблена в сонячній батареї передається в мережевий інвертор, де відбувається перетворення постійного струму в змінний який подається в загальну мережу або використовується для власних потреб.

Інвертор в загальному випадку це пристрій для перетворення постійного струму у змінний струм зі зміною величини частоти, чи напруги. Являє собою силовий генератор періодичної напруги, по формі приближеної до синусоїди чи дискретного сигналу.

Інвертори напруги можуть використовуватись як окремий пристрій, чи входити в склад джерел и систем безперебійного живлення.

В залежності від способу реалізації, інвертори поділяються на:

Ø електромашинні інвертори;

Ø  електронні інвертори.

За формою сигналу:

Ø Модифікована синусоїда ;

Ø  Чиста синусоїда.

За принципом дії інвертори бувають:

Ø Автономні;

Ø  Веденні мережею або мережеві.

Мережевий інвертор синхронізується з мережею, частота, напруга та фаза його залежить від мережі.

Мережевий інвертор дозволяє системі працювати без акумуляторних батарей, але його можна використовувати тільки для виведення електроенергії в громадську електромережу. Їх вартість, зазвичай, у декілька разів перевищує вартість немережевих інверторів.

Далі змінний струм обліковується і може використовуватись для власних потреб або віддаватись у загальну мережу. [8].

Висновок

Отже сонце є невичерпним джерелом енергії на нашій планеті. Незважаючи на всі недоліки сонячної енергетики вона є досить привабливою через свою загальну доступність і екологічність. А в майбутньому з розвитком технологій деякі проблеми будуть подолані, такі як, низький ККД, проблема накопичування енергії та інші.

Але й сучасні технології дозволяють досить успішно її використовувати, особливо в тих районах, де досить велике значення середньорічного потоку сонячної радіації. Також сонячні батареї використовують в тих місцях, куди проводити централізоване електропостачання недоцільно.

На мою думку за сонячною енергетикою майбутнє через її загальнодоступність, безпечність, невичерпність.

Перелік посилань

1. Енергія сонця [електроний ресурс]

2.      Сонячна енергетика [електроний ресурс]

.        Стан і перспективи розвитку сонячної енергетики [електроний ресурс]

4.      Сонячна енергія в Україні <http://ekovita.org.ua/viewtopic.php?t=718> [електроний ресурс]

5. Сонячна електростанція [електроний ресурс]

.   Мережеві сонячні фотоелектричні станції [електроний ресурс]

7. Фотоелектрична комірка [електроний ресурс]

.   Мережевий інвертор [електроний ресурс]