Солнечная энергия светлое будущее

Автор материала - Павлишена Нина Ивановна

Место работы – МОУ «Лицей № 56» г. Саратов

Должность – учитель географии

Методическая разработка

«СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ – СВЕТЛОЕ БУДУЩЕЕ»

Содержание работы:

1. Вступление.

2. Понятие альтернативной энергии.

3. Виды альтернативной энергии.

4. Солнечная энергия – энергия будущего.

5. Заключение .

6. Список источников

Вступление.
Возобновляемые источники энергии или же альтернативные источники энергии набирают сегодня все большую популярность в мире.В последние десятилетия использование возобновляемых источников энергии все чаще становится темой различных научных исследований, совещаний, ассамблей. Люди приходят к пониманию, что добывая для себя ресурсы, мы наносим необратимый вред планете. А с развитием технического прогресса энергии для человечества требуется все больше и больше. Из-за этого именно сейчас возобновляемые источники энергии, как никогда раньше, заслуживают внимания.

Возобновляемая энергия носит еще несколько названий. Это «регенеративная энергия» и «зеленая энергия», то есть энергия, которую вырабатывается природными источниками, и ее добыча совершенно не вредит окружающей среде. Запасы такой энергии неисчерпаемы, размеры их неограниченные, если судить по меркам человечества.

Соотнести обозримое будущее людей и, к примеру, срок жизни солнца, совершенно невозможно. Буквально недавно ученые обнародовали выведенную ими цифру лет, после которой солнце совершенно погаснет. Это 5 миллиардов лет. Очень хочется верить, что жизнь на Земле будет процветать все это время, и что люди будут жить и здравствовать. Но уже сейчас можно предположить, что число людей на планете будет расти, как и сейчас. Для них нужны будут дешевые энергетические ресурсы. Возобновляемые энергетические технологии будут в этом вопросе единственным выходом при условии сохранения планеты, ее богатств животного и растительного мира, климатического разнообразия, ландшафтных красот, чистого воздуха, воды, земли и недр.

О том, что многие страны получают сегодня энергию из возобновляемых источников, знают многие , но не каждый знает, что развитие технологий альтернативных источников энергии находится уже на достаточном уровне для частного использования. Существуют умные дома, полностью покрывающие потребности человека в электроэнергии альтернативной электроэнергией , многие люди сами того не зная , участвуют в развитии альтернативной энергетики .В конструкциях многих современных приборов используются технологии, использующие нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. К примеру, производители компании Bosch производят котлы отопления и ГВС, создали несколько моделей, которые подсоединяются к солнечным коллекторам. В результате этого шага КПД котлов возрос на 110%. Получается, что атмосфера получает намного меньше вреда в виде продуктов сгорания природного газа, а люди получают существенную экономию, благодаря уменьшению потребления газа, следовательно, и оплаты за него с учетом технических новинок, которые будут доступны к 2050 году, — порядка 90 % .

Но основной вопрос, на который я хочу ответить этой работой, является ли солнечная энергетика лучшим альтернативным источником энергии в экологическом плане.

Для того, чтобы ответить на это вопрос, необходимо ,я считаю, обозначить понятие возобновляемой (она же альтернативная) энергии, а так же назвать основных конкурентов солнечной энергии .

Цель работы:

Определить, является ли солнечная энергия перспективнейшим и чистейшим в экологическом плане альтернативным источником энергии.

Разобрать достоинства и недостатки солнечной энергетики.

Определить, можно ли называть солнечную энергию энергией будущего

Задачи работы:

Определить ,чем является альтернативная энергия.

Изучить различные виды альтернативной энергии.

Доказать превосходство солнечной энергии над всеми остальными альтернативными источниками энергии.

Понятие возобновляемой энергии.

Согласно федеральному закону об электроэнергетике, к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) относятся: энергия солнца, энергия ветра, энергия воды, в том числе энергия сточных вод (за исключением случаев использования такой энергии на гидроаккумулирующих электроэнергетических станциях), энергия приливов, энергия волн водных объектов, в том числе водоемов, рек, морей, океанов; геотермальная энергия с использованием природных подземных теплоносителей, низкопотенциальная тепловая энергия земли, воздуха, воды с использованием специальных теплоносителей; биомасса, включающая в себя специально выращенные для получения энергии растения, в том числе деревья, а также отходы производства и потребления, за исключением отходов, полученных в процессе использования углеводородного сырья и топлива; биогаз, газ, выделяемый отходами производства и потребления на свалках таких отходов, газ, образующийся на угольных разработках.

Но далеко не все возможные технологии экономически выгодны сегодня. Поэтому для оценки возможностей ВИЭ используют такое понятие, как экономический потенциал.

В Германии, где весной 2014 г. проходила встреча Межправительственной группы экспертов по изменению климата, возобновляемая энергия сегодня покрывает почти 25 % энергетических потребностей страны, в 2002 году этот показатель был всего 8 %. К 2050 году Германия планирует повысить долю возобновляемой энергии до 80 %, при этом постепенно отказываясь от атомной энергетики.

Россия уже сейчас может значительно сократить потребление энергии без какого-либо ущерба для экономики. По оценке Всемирного банка, современный технический потенциал энергосбережения в нашей стране составляет 45 %. Уже сейчас, используя современные технологии, мы можем экономить при производстве металла около 60 % энергии.

3.Виды альтернативной энергии

Как уже было сказано выше альтернативную энергию можно получать из разных источников, некоторые из которых уже достаточно известны и активно используются, а некоторые и сейчас являются теоритическими. Итак вот самые известные н данный момент альтернативные источники энергии:

•Солнечная энергия – работает на основе установленных солнечных батарей. Батареи впитывают энергию солнечных лучей, эта природная энергия может использоваться в качестве выработки электроэнергии.

•Энергия ветра – энергия, которая вырабатывается благодаря ветру. Ветер, крутящий лопасти ветрогенератора легко превращает свою энергию в электроэнергию. Сегодня есть уже примеры, где в городах по всему миру используются ветрогенераторы.

•Биоэнергия. Ее добыча основана, прежде всего, на биохимических процессах, которые проходят в специальных энергоблоках. В качестве источников для энергии используют дерево, переработанные растения, отходы от фермерской деятельности, мусор и так далее. То есть в качестве источника энергии используется все то, что мы сейчас выбрасываем. К такой биоэнергии можно отнести биогаз и биодизель..

•Геотермическая энергия. Один из источников альтернативной энергии. «Гео» – значит «земля», поэтому не трудно догадаться, что источником для энергии здесь будет выступать выделяемое тепло земли. Горячие источники, пар и другие удивительные проявления нашей планеты могут стать источником тепла и электричества для нашей повседневной жизни.

Остановимся на всех источниках альтернативной энергии подробнее.

Солнечная энергия.

Солнце – это звезда, которая снабжает теплом нашу систему. Можете ли вы представить насколько сильно выделение ею энергии? Солнце в тысячи и тысячи раз мощнее других альтернативных источников, поэтому его использование для ученых в перспективе стоит на первом месте. Солнечную энергию используют для нагрева воды, обогрева помещений, и получения электроэнергии. Например, для нагрева воды понадобится солнечный коллектор. Коллекторы устанавливают на крышах домов. Сегодня уже есть множество таких примеров, как правило, это частные коттеджи, в которых используется такой способ подогрева воды. Установка коллекторов происходит с южной стороны дома. Чем больше коллектор, тем больше энергии он сможет передать воде от солнца. Установка необслуживаемая и абсолютно безвредна. Правда в ночное время она не сможет подогреть вам воду, но как правило все они оснащены термосом для хранения подогретой воды. Гелиосистема достаточно дорогое,оборудование но разработчики надеются, что это временные трудности.

Энергия ветра

Ветер довольно мощьный источник энергии и порой мощные смерчи и ураганы наносят непоправимый вред человечеству. Но почему бы не использовать эту природную энергию в свою пользу. Этот вид энергии в различных целях использовали еще наши предки. Сегодня ветроэнергетика используется и развивается на стремительными темпами. Причина тому полная экологичность, безопасность и доступность. Ветрогенераторы используются в основном в местах где дует постоянный сильный ветер. Некоторые ветрогенараторы часто объединяют в целые парки. Не трудно догадаться, что эти парки подходят для горных вершин, холмов и других возвышенностей. Есть в данном альтернативном источнике и отрицательные моменты. Например, отсутствие ветра повлечет за собой отсутствие энергии. То есть, переходя полностью на ветряную энергию, человечество рискует быть зависимым от погодных условий.

Биоэнергетика

Биоэнергетика это энергия солнца накопленная в органике. Сегодня этот альтернативный источник энергии так же сильно распространен.

Биотопливо

Биотопливо представляет собой различные отходы. Причем это может быть все что угодно, все то, что мы выкидываем в мусор: сельскохозяйственные отходы, коммунальные отходы, результат переработки различных продуктов и так далее.

Биодизель

Биодизель не полностью безопасен, но намного чище обычного топлива. На биодизельное топливо должны обратить внимание, прежде всего те, кто имеет транспорт с дизельным мотором. Биодизель получают из природных жиров, процесс получения такого топлива очень прост, и дешев, с одного гектар, можно получить до 1000 литров биодизиля. Так что современное хозяйство, полностью может обеспечить себя топливом, да еще и продавать его.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия основывается на использовании энергии земляных недр. Например, энергия извергающегося вулкана колоссальна, внутри вулкана температура может достигать тысяч градусов по Цельсию! Геотермальная энергия может использоваться для обогрева домов и получения электроэнергии. Сегодня человечество уже отчасти научилось использовать геотермальные источники в качестве эффективного способа для поправки собственного здоровья. В данном случае вода повышенной температуры пробивается из земли и считается чистым и оздоравливающим продуктом. Иногда из земли пробивается пар.

Гидроэнергетика

Потенциальная энергия текущей воды с доисторических времен была источником получения энергии. На данный момент процент энергии вырабатываемый гидроэлектростанциями весьма скромен, но еще довольно высок потенциал мини ГЭС. Они будут питать отдельные части населенных пунктов. Принцип работы ГЭС не сложен, он основывается на работе цепи гидротехнических сооружений. Установка обеспечивает нужный напор воды, она крутит лопасти и приводит в действие генераторы..Плюсы такого источника энергии заключаются экологичности и дешевизне. С другой стороны, возможно затопление близлежащих пахотных земель, а расположение ГЭС должно быть на специальных землях, кроме того работа электростанций может нанести вред речной живности.

Около 20% мировой выработки электроэнергии приходится на ГЭС. Поэтому на данный момент это самый популярный источник альтернативной энергии.

Однако гидроэнергетика остается по-прежнему не самым лучшим источником энергии ввиду затопления огромных площадей при создании необходимых для более эффективного функционирования ГЭС водохранилищ .Теперь же рассмотрим более подробно солнечную энергетику

4. Солнечная энергетика

Солнечная энергетика обладает колоссальным потенциалом, намного превышающим как современные, так и перспективные потребности человечества в электроэнергии. Если покрыть всего 0,7% земного шара солнечными батареями с минимальным КПД 10%, их выработка электроэнергии превысит выработку всех электростанций в мире. Гидроэнергетика, ветроэнергетика, биоэнергетика в своей основе также несут энергию Солнца, расходующуюся на испарение воды, нагрев воздушных масс и процесс фотосинтеза растений.

Вследствие наклона земной оси и связанной с этим сменой времен года наибольший среднегодовой поток солнечной энергии на единицу площади приходится на приэкваториальные области - Африку, Центральную и Южную Америку, Австралию, Индию, Юго-Восточную Азию. В России наиболее перспективен для развития солнечной энергетики юг Европейской части страны, особенно Краснодарский и Ставропольский края, Ростовская, Волгоградская и Астраханская области, Дагестан и Калмыкия.

Достоинства и недостатки солнечной энергии

Достоинства

Перспективность, доступность и неисчерпаемость источника энергии в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей.

Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).

Использование возобновляемых источников энергии ведет к уменьшению выбросов углекислого газа

Недостатки

Зависимость от погоды и времени суток. Как следствие, необходимость аккумуляции энергии. Однако без технологии аккумуляции энергии получение электроэнергии невозможно.

Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур).

Несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д., что ставит под вопрос экологическую чистоту производства и утилизации батарей.

Для крупных солнечных электростанций проблемой может стать загрязнение солнечных батарей пылью, снегом, инеем и т. п.

Практическое применение

Практическое применение получили два способа преобразования энергии солнечного излучения в электроэнергию - фотоэлектрический и гелиотермический.

Фотоэлектрический принцип основан на выработке электрического тока с помощью фотоэлементов, преимущественно кремниевых, собираемых в панели. Панели фотоэлементов просты в монтаже, обслуживании и могут размещаться на любой подходящей площади ( скажем, на крышах домов), в связи с этим именно солнечная энергетика на основе фотоэлементов получила наибольшее распространение.

Преобразование энергии в ФЭП основано на фотоэлектрическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.

Неоднородность структуры ФЭП может быть получена легированием одного и того же полупроводника различными примесями (создание p-n переходов) или путём соединения различных полупроводников с неодинаковой шириной запрещённой зоны — энергии отрыва электрона из атома (создание гетеропереходов), или же за счёт изменения химического состава полупроводника, приводящего к появлению градиента ширины запрещённой зоны (создание варизонных структур). Возможны также различные комбинации перечисленных способов.

Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик неоднородной полупроводниковой структуры, а также оптических свойств ФЭП , среди которых наиболее важную роль играет фотопроводимость. Она обусловлена явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их солнечным светом.

Основные необратимые потери энергии в ФЭП связаны с:

*отражением солнечного излучения от поверхности преобразователя,

*прохождением части излучения через ФЭП без поглощения в нём,

*рассеянием на тепловых колебаниях решётки избыточной энергии фотонов,

*рекомбинацией образовавшихся фото-пар ,на поверхностях и в объёме ФЭП,

*внутренним сопротивлением преобразователя,

*и некоторыми другими физическими процессами.

Для уменьшения всех видов потерь энергии в ФЭП разрабатываются и успешно применяется различные мероприятия. К их числу относятся:

*использование полупроводников с оптимальной для солнечного излучения шириной запрещённой зоны;

*направленное улучшение свойств полупроводниковой структуры путём её оптимального легирования и создания встроенных электрических полей;

*переход от гомогенных к гетерогенным и варизонным полупроводниковым структурам;

*оптимизация конструктивных параметров ФЭП (глубины залегания p-n перехода, толщины базового слоя, частоты контактной сетки и др.);

*применение многофункциональных оптических покрытий, обеспечивающих просветление, терморегулирование и защиту ФЭП от космической радиации;

*разработка ФЭП, прозрачных в длинноволновой области солнечного спектра за краем основной полосы поглощения;

*создание каскадных ФЭП из специально подобранных по ширине запрещённой зоны полупроводников, позволяющих преобразовывать в каждом каскаде излучение, прошедшее через предыдущий каскад, и пр.;

Также существенного повышения КПД ФЭП удалось добиться за счёт создания преобразователей с двухсторонней чувствительностью (до +80 % к уже имеющемуся КПД одной стороны), применения люминесцентно-переизлучающих структур, линз Френеля, предварительного разложения солнечного спектра на две или более спектральные области с помощью многослойных плёночных светоделителей (дихроичных зеркал) с последующим преобразованием каждого участка спектра отдельным ФЭП и т. д.

Фотоэлементы промышленного назначения

Photovoltaics cell production.svg

На солнечных электростанциях (СЭС) можно использовать разные типы ФЭП, однако не все они удовлетворяют комплексу требований к этим системам:

*высокая надёжность при длительном (до 25—30 лет) ресурсе работы;

*высокая доступность сырья и возможность организации массового производства;

*приемлемые с точки зрения сроков окупаемости затрат на создание системы преобразования;

*минимальные расходы энергии и массы, связанные с управлением системой преобразования и передачи энергии (космос), включая ориентацию и стабилизацию станции в целом;

*удобство техобслуживания.

Некоторые перспективные материалы трудно получить в необходимых для создания СЭС количествах из-за ограниченности природных запасов исходного сырья или сложности его переработки. Отдельные методы улучшения энергетических и эксплуатационных характеристик ФЭП, например за счёт создания сложных структур, плохо совместимы с возможностями организации их массового производства при низкой стоимости и т. д.

Высокая производительность может быть достигнута лишь при организации полностью автоматизированного производства ФЭП, например на основе ленточной технологии, и создании развитой сети специализированных предприятий соответствующего профиля, то есть фактически целой отрасли промышленности, соизмеримой по масштабам с современной радиоэлектронной промышленностью[источник не указан 2387 дней]. Изготовление фотоэлементов и сборка солнечных батарей на автоматизированных линиях обеспечит многократное снижение себестоимости батареи.

Гелиотермический способ основан на концентрации солнечных лучей с помощью зеркал различной формы. В точке концентрации солнечных лучей размещают теплоноситель (например, воду), который превращается в пар и приводит в действие турбину. Другой вариант - концентрация солнечных лучей на тепловой машине, например на двигателе Стирлинга.

Состояние и перспективы развития мировой солнечной энергетики

К концу 2009 года общая мощность только фотоэлектрических электростанций в мире составляла около 23 ГВт, увеличившись за десять лет в 20 раз. В 2010 году введено не менее 10 ГВт мощности на фотоэлектростанциях. В октябре прошлого года была введена в эксплуатацию крупнейшая фотоэлектрическая станция в мире - Sarnia в Канаде мощностью 80 МВт. Около 70% мощности солнечных электростанций сосредоточено в Европе, особенно в Германии, где совокупная мощность электростанций на фотоэлементах превысила 10 ГВт.

Активно развивается и гелиотермальная энергетика, особенно в США и Испании. В США еще в 1991 году была запущена на полную мощность крупнейшая в мире солнечная электростанция мощностью 354 МВт, а в 2010 году начато строительство гелиотермической электростанции в Калифорнии мощностью 1000 ГВт. В Испании в 2009-2010 годах введены в эксплуатацию шесть крупных гелиотермических электростанций общей мощностью 450 МВт. В России работающих в энергосистеме солнечных электростанций нет

Необычные примеры использования

Вегас и офис в Австралии

Недалеко от Лас-Вегаса расположился объект Айванпа, который собирает солнечную энергию. Выглядит это как почти 200 тысяч зеркал, расположенных на внушительной по площади территории. Вся энергия собирается в специальных башнях, где появляется пар, приводящий в движение паровую турбину. Проект является значимым в сфере тепловых установок.

Еще один пример масштабных покрытий солнечной системой – офис Docklands AGL Energy в Австралии (Мельбурн). Покрытие достигает 20 тысяч кв.м., а мощность достигает 110 кВт•ч электричества в год.

Вегас имеет, что показать миру еще и из сферы альтернативной энергетики. Солнечная станция SolarArray II GeneratinStation – крупнейшая фотовольтаическая система. Размещестилось все это на военной базе и способна удовлетворять почти все местные потребности в энергии.

Уарзазат

В центральной части Марокко расположился солнечный завод, который в полной мере извлекает ползу из близлежащей Сахары. Уарзазат – завод, где активно применяет в своей работе фотовольтаику.

Фотовольтаические панели

В Берлине есть здание, которое вместо фасадной плитки, покрыто специальными фотовольтаическими ячейками. Данный материал способен генерировать 25 тысяч кВт/ч солнечного электричества в год, которое направляется на нужды центральной электросети.

Основное преимущество

Основным же преимуществом над многими альтернативными источниками энергии является возможность каждого человека индивидуально и непосредственно внести вклад в развитие светлого завтра, путем установки солнечных панелей на своей крыше, участке и т.д.

5. Заключение

Вся приведенная выше информация свидетельствует о преимуществах солнечной энергии, ведь солнечная энергетика имеет потенциал не только обеспечить потребности человечества, но и вывести энергетику на новый уровень.

Потенциальная мощность солнечной энергии просто поражает. Как возможно измерить потенциал солнечной энергии? Специалисты используют для оценки такую величину, как солнечная постоянная. Она равна 1367 ватт. Именно столько энергии солнца приходится на квадратный метр планеты. В атмосфере теряется примерно четверть. Максимальное значение на экваторе – 1020 ватт на квадратный метр. С учётом дня и ночи, изменения угла падения лучей, эту величину следует уменьшить ещё в три раза.

Кстати, очень много ресурсов на планете представляют собой производные от солнечной энергии. К примеру, ветер, который является ещё одним возобновляемым источников, не дул бы без солнца. Испарение воды и накопление её в реках также происходит под действием солнца. А вода, как известно, используется гидроэнергетике. Биотоплива также не было бы без солнца. Поэтому, помимо прямого источника энергии, солнце влияет на другие сферы энергетики.

Поэтому солнечная энергия является можно сказать основным источником энергии, благодаря которой образуются все остальные источники альтернативной энергии.

И к еще одному достоинству солнечной энергетики перед всеми остальными альтернативными источниками энергии относится ее сейчас пока еще не настолько ясно видимый потенциал неземного использования. Тоесть возможность ее использования на космических станциях и кораблях.

Все эти доводы я выбрал поскольку основным конкурентом солнечной энергии, как чистейшего виды энергии , является энергия ветра, которая всеми этими достоинствами не обладает , хотя так же является экологически чистой.

Гидроэнергетику рассматривать ,как энергию будущего сложно , поскольку экологическая чистота такой энергии стоит под вопросом из-за вреда наносимого окружающей среде созданием водохранилищ

Вред же солнечной энергетики проявляется в этом плане весьма иллюзорно , поскольку основным минусом является использование вредных веществ для производства солнечных батарей, недостаток ,который вполне устраним.

Рассмотрев в совокупности все аргументы свидетельствующие о неоспоримом первенстве солнечной энергии среди источников альтернативной энергии, можно смело сделать вывод ,что солнечная энергия является энергией будущего, к использованию которой надо стремиться и делать все для ее развития

6.Список источников

http://akbinfo.ru/alternativa/solnechnaja-jenergija.html

https://ru.wikipedia.org

http://verdit.ru/finansing/4217-renewable-energy.html

http://savenergy.info/

http://www.rushydro.ru/

http://www.sarges.rushydro.ru/

http://mirznanii.com/

http://neftegaz.ru

http://subscribe.ru/

http://verdit.ru/

http://www.energosovet.ru/

http://www.gkhprofi.ru/

https://celado.ru

Владимир Сидорович. Мировая энергетическая революция: Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир.

Лапаева Ольга Федоровна. Трансформация энергетического сектора экономики при переходе к энергосберегающим технологиям и возобновляемым источникам энергии

Умаров Г. Я., Ершов А. А .Солнечная энергетика

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/320226-solnechnaja-jenergija--svetloe-buduschee