Альтернативные источники питания

Солнечную энергию можно преобразовать в электрическую или тепловую с помощью трёх технологий:

Чаще всего используется вариант снабжения теплом при помощи солнечных коллекторов - водонагревателей. Их устанавливают в неподвижном состоянии на крышах домов так, чтобы сохранялся определённый угол к горизонту. Теплоносителем может служить воздух, вода или антифриз. Это вещество нагревается на 40-50 градусов больше температуры окружающего пространства, что и обеспечивают вышеупомянутые коллекторы. Но такие устройства могут применяться не только для обогрева. Ими кондиционируют воздух, сушат продукты сельского хозяйства и даже делают пресной морскую воду. Япония и США на сегодняшний день - лидеры по закупке таких солнечнообогревательных систем. Но на Кипре и в Израиле этих установок несколько больше из расчёта на одного человека. В Израиле, например, 70% населения пользуются такой солнечной энергией, и всех их обеспечивает 1 млн. коллекторов. Индия и Китай тоже не обходятся без этого. В некоторых странах Африки солнечные коллекторы используются в основном, чтоб запустить насосные установки.

При втором способе солнечная энергия трансформируется не в тепловую, а в электрическую. Этот процесс осуществляют солнечные батареи на основе кремня, так называемые фотоэлектрические установки. Подобные устройства использовались на космических кораблях. Впервые такая система была запущена в Калифорнии. Сейчас же третью рынка фотоэлектрических элементов управляет Япония. Хотя такая электроэнергия всё ещё очень дорого стоит, в некоторых странах ею успешно пользуются.

Третий способ тоже преобразовывает энергию Солнца в электричество. Это осуществимо с помощью параболических или башенных солнечных электростанций.

Солнечные батареи в пустыне Сахаре.

Сегодня стало окончательно понятно, что будущее – за иными источниками энергии. Нефть и газ потихоньку отходят на второй план. Да, альтернативная энергетика требует условно немалых начальных валютных вливаний, зато пользоваться ними позже можно почти неограниченно долго. Одна неувязка – необходимость выделения под альтернативные источники энергии довольно значительных территорий, что та же Европа, например, не может себе дозволить. Но все решается, ежели применять безмерные просторы Сахары. И 20 крупных германских компаний решили взяться за это дело всерьез! 

 
Что каждый из нас знает о Сахаре? В первую очередь то, что она занимает громадную площадь, там горячо и много солнца. Образцовые условия для функционирования солнечных батарей! 

 
Оказывается, ежели застелить солнечными батареями всего 0.3 процента местности Сахары, то приобретенной энергии хватит для того, чтоб вполне обеспечить электричеством всю Европу. В Германии был дан старт масштабному и трудозатратному процессу. 

 
В проекте, не оглядываясь на кризис, готовы учавствовать такие большие международные компании как Siemens и Deutsche Bank. Инженеры планируют вывести суммарную мощность всех солнечных элементов проекта до 100 ГВатт/час. Для этого необходимо 10-15 лет работы над воплощением проекта и 400 миллионов евро инвестиций. 

 
Кроме фактического получения энергии, этот смелый проект преследует еще множество целей. Планируется, что громадное количество солнечных батарей сумеют концентрировать в себе воду, которая будет выпущена в искусственные водоемы. Наличие данной воды обязано поменять к лучшему жизнь обитателей пустыни. По задумке, часть ее уйдет на орошение земель и получения с их урожая, а часть – на собственные необходимости народонаселения. Это же обязано поспособствовать в успешном осуществлении проекта по высадке в Сахаре лесов, который был заявлен в прошедшем году. 

 
Чтоб обезопасить проект от политических неурядиц, которые то и дело вспыхивают в различных африканских странах, солнечные батареи будут сосредоточены не в одной стране, а сходу в нескольких.

Солнечные парковки

Колоссальные площади, занимаемые на даный момент автостоянками, оказывается, можно применять и на выгоду экологии. На них можно установить солнечные панели по технологии Solar Grove от компании Envision Solar.

 

Солнечные парковки:

 

ParkSolar

Нынешние автостоянки захватывают довольно немалые территории. Например, поблизости от зданий серьезных компаний площадь автостоянок исчисляется в гектарах. А ведь если подумать, эти площади можно употреблять не только лишь для того, чтоб размещать на них автомобили, но и с выгодой для экологии и окружающей нас природы.

 

Компания Envision Solar создает солнечные панели Solar Trees («Солнечные деревья»), произведенные по технологии Solar Grove («Солнечная роща»). Они изначально разработаны для установки на открытых парковочных территориях больших компаний. Это дает возможность компаниям очень значительно экономить электрорасходы. Поскольку площадь их парковок исчисляется в гектарах, если даже не в квадратных километрах. Вот и получается, что эти территории можно применять с выгодой как для самих компаний, так и для нашей планеты в целом.

 

Установки Solar Trees выступают в роли навесов над авто. На кровле этих навесов размещаются солнечные панели. Это позволяет и скапливать солнечную энергию в ясные дни, и прикрывать машину от ненастья в период осадков.

 

Первая подобная парковка с «солнечной рощей» была продемонстрирована в 2006-м году на возле офиса компании Kyocera International, Inc. в г. Сан-Диего. Там были установлены 20 «солнечных деревьев». Их применение дало возможность компании сэкономить на электричестве 50000 у.е. за первый же год! Сэкономленная энергия была перенаправлена на надобности офисных и жилых построек компании, и на зарядку АКБ электромобилей на самих паркингах.

 

Воспользовались опытом Kyocera International, Inc. и другие солидные компании. Так «солнечные рощи» в последние годы появились на паркингах компании Dell, Natomas Gateway и пр.. Миниатюрные же «рощи» из одного-двух «деревьев» то и дело появляются вдоль центральных трасс штата Калифорния, на заправках и стоянках придорожных лавок.

Преимущества и недостатки солнечной энергетики

Солнечная энергетика - отрасль хозяйства, связанная с использованием солнечного излучения для получения энергии. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии, не вызывает вредных отходов и является экологически чистой.

Солнечная энергетика основывается на том, что поток солнечного излучения, проходящего через участок площадью 1 м.кв., расположенный перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м.кв. (cолнечная постоянная). Через поглощение, при прохождении атмосферы Земли, максимальный поток солнечного излучения на уровне моря (на Экваторе) - 1020 Вт/м.кв. Однако следует учесть, что среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичный горизонтальный участок как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение еще в два раза меньше.

Известны следующие способы получения энергии за счет солнечного излучения:  
 
1. Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов.  
 
2. Преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью тепловых машин:  
а) паровые машины (поршневые или турбинные), использующих водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;  
б) двигатель Стирлинга и т.д.  
 
3. Гелиотермальная энергетика - преобразование солнечной энергии в тепловую за счет нагрева поверхности, поглощающей солнечные лучи.  
 
4. Солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием).

Недостатки солнечной энергетики

 
Для строительства солнечных электростанций требуются большие площади земли через теоретические ограничения для фотоэлементов первого и второго поколения. К примеру, для электростанции мощностью 1 ГВт может понадобиться участок площадью несколько десятков квадратных километров. Строительство солнечных электростанций такой мощности может привести к изменению микроклимата в прилегающей местности, поэтому устанавливают в основном фотоэлектрические станции мощностью 1-2 МВт недалеко от потребителя или даже индивидуальные и мобильные установки.

Фотоэлектрические преобразователи работают днем, а также в утренних и вечерних сумерках (с меньшей эффективностью). При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме этого, произведенная ими электроэнергия может резко и неожиданно колебаться из-за изменений погоды. Для преодоления этих недостатков на солнечных электростанциях используются эффективные электрические аккумуляторы. На сегодняшний день эта проблема решается созданием единых энергетических систем, объединяющих различные источники энергии, которые перераспределяют производимую и потребляемую мощность.

Сегодня цена солнечных фотоэлементов сравнительно высокая, но с развитием технологии и ростом цен на ископаемые энергоносители этот недостаток постепенно преодолевается.

Поверхность фотопанелей и зеркал (для тепломашинных ЭС) очищают от пыли и других загрязнений.

Эффективность фотоэлектрических элементов падает при их нагреве (в основном это касается систем с концентраторами), поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных. В фотоэлектрических преобразователях третьего и четвертого поколений для охлаждения используют преобразования теплового излучения в излучение наиболее согласовано с поглощающим материалом фотоэлектрического элемента (т.н. up-conversion), что одновременно повышает КПД.

Через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться. Отработав свое, фотоэлементы, хотя и незначительная их часть, содержат кадмий, который нельзя выбрасывать на свалку. Нужно дополнительно расширять индустрию по их утилизации.

Экологические проблемы

 
При производстве фотоэлементов уровень загрязнения не превышает допустимого уровня для предприятий микроэлектронной промышленности. Применение кадмия при производстве некоторых типов фотоэлементов ставит сложный вопрос их утилизации. Этот вопрос не имеет пока с экологической точки зрения приемлемого решения, но такие элементы имеют незначительное распространение и соединениям кадмия в современном производстве уже найдена замена.

Новые виды фотоэлементов

 
В последнее время активно развивается производство тонкопленочных фотоэлементов, которые содержат лишь около 1% кремния в отношении массы подложки, на которую наносятся тонкие пленки. Из-за незначительного расхода материалов на поглощающий слой тонкопленочные кремниевые фотоэлементы дешевле в производстве, но пока имеют меньшую эффективность и неустранимую деградацию характеристик во времени. Кроме того, развивается производство тонкопленочных фотоэлементов на других полупроводниковых материалах, в частности CIS и CIGS.

Солнечная энергия широко используется как для производства электроэнергии, так и для нагрева воды. Солнечные коллекторы изготавливаются из доступных материалов: сталь, медь, алюминий и т.д., без применения дефицитного и дорогого кремния. Это позволяет значительно сократить стоимость оборудования и произведенной на нем энергии. В настоящее время нагревание воды с помощью солнца является самым эффективным способом преобразования солнечной энергии.

Искусственные листья

Ученые из North Carolina State University продемонстрировали устройства на основе состава "вода-гель" - так называемые "искусственное листья" - которые могут действовать как солнечные батареи для выработки электроэнергии. Эти выводы доказывают возможность концепции создания солнечных батарей, которые будут более тесно подражать природе. Они также имеют потенциал, чтобы стать более ддешевыми и более экологически чистыми, чем современные фотоэлементы на основе кремния.

Гибкие устройства состоят из субстанции "вода-гель" которая содержит светочувствительные молекулы (исследователи использовали хлорофилл растений в одном из экспериментов) в сочетании с электродами, покрытыми углеродными материалами, такими как углеродные нанотрубки или графит. Светочувствительные молекулы становятся "возбужденными" под лучами солнца что приводит к производству электричества. "Это похоже на молекулярный завод по производству сахаров для роста. Молекулы возбуждаются солнечными лучами, синтезируют сахар, растут" - говорит доктор Orlin Velev. Ученый говорит, что исследовательская группа надеется "научиться имитировать материалы с помощью которых природа преобразовывает солнечную энергию". При этом синтетические светочувствительные молекулы могут быть интегрированы в природные объекты из-за их водно-гелевой матрицы.

Теперь, когда реальность концепции доказана, исследователи будут работать над тонкой настройкой фотоэлектрических устройств на водной основе, что сделает их еще более похожими на настоящие листья.

"Следующим  шагом будет имитация самовосстанавливающихся  механизмов в растениях," говорит Orlin Velev. "Другой проблемой является  изменение водной основы геля  и светочувствительных молекул  для повышения эффективности  солнечных элементов". Ученый  даже представляет будущее, где  крыши домов будут покрыты  мягкой листвой подобных электрогенерирующих  искусственных листьев - солнечных  батарей.

Биотопливо

Водоросли - топливо будущего.

Народ приходит на авиасалон ILA в Берлине, прежде всего, чтобы увидеть самолеты. Но самолеты без топлива не летают, а оно не вечно и по тому концерн EADS, создатель самолетов-гигантов уделяет серьезное внимание разработке топлива будущего.