2003_Prezentatsiya_P..
advertisement
V Молодёжный фестиваль «Экоэнерджи» ПРЕЗЕНТАЦИЯ на тему: « Солнечные фотоэлектрические батареи неисчерпаемый источник энергии настоящего и будущего, один из главных способов сохранения топливно-энергетических ресурсов планеты » Выполнила: студентка 4-го курса СевНТУ факультета ТАМПТ, кафедры ПЭОТ Павлун Т.Н. г.Севастополь 2012 год Содержание 1. 2. 3. 4. 5. - Введение Солнечная энергетика общие сведения. Достоинства и недостатки. Исторические факты развития солнечной энергетики. Способы преобразования солнечной энергии. Солнечные фотоэлектрические батареи: общие сведения; принцип действия; классы и типы «солнечных батарей», их виды по организации атомов кремния в кристалле солнечного элемента; 6. Область применения солнечных фотоэлектрических батарей. 7. Распространение солнечной энергетики. 8. Современные разработки в области солнечной энергетики: Компания «BrightSourse Energy»; Центр «Raimond» в Германии; Лаборатория «Lawrence Livermore National Laboratory», создание «солнца на Земле». 9. Заключение. Введение Благодаря механизации мы получили такие возможности, о которых и не больше мечтали. Наши нефтяные танкерыраньше становятся и Но это делает нашу жизнь полностью зависимой больше. Наши потребности в энергии от нефти и других исчерпаемых природных постоянно растут. Мы бросаем ресурсы, как в ресурсов. Это новое мерило времени. Часы бездонную требующую всё больше и нашего мирапечь, теперь тикают в ритме неутомимых больше топлива. Наше расточительное механизмов добывающих солнечную энергию использование ресурсов угрожает ископаемых ресурсов. Мы знаем, чтожизни конец каждого нефти живогогрядёт, существа на нашей планете.в это К дешёвой но мы отказываемся верить. Затраты энергии 2050 году четверть всех колоссальны. видов на Земле может Загрязнение просто катастрофическое. оказаться под угрозой исчезновения… Очевидно, самая настоятельная задача это подобрать каждый "кусочек солнца". Солнечная энергетика • • • • Дефицит традиционных источников, Все источники энергии, которые использует экологические проблемы, боязнь аварии на АЭС человечество, связаны с Солнцем. Тепло и все это вынуждает нас развивать технологии свет Солнца обеспечили развитие жизни на альтернативной энергетики и в первую очередь – Земле, формирование месторождений угля, это конечно энергия Солнца. нефти и газа. Солнце вырабатывает за секунду столько энергии И как ещеМВт/cек), удовлетворить аппетиты (380 млд. сколькорастущие человечество не человеческой цивилизации, если не за счет смогло добыть за всю свою историю. Солнцаизлучает – этого громадного источника Солнце в космическое пространство энергии, в самом центре нашей звездной колоссальный по мощности поток излучения, системы.в значительной мере определяет который физические условия на Земле. Понятие солнечной энергетики • СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА – это направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения энергии в каком либо виде. • Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Достоинства и недостатки солнечной энергетики Достоинства: Недостатки: • неисчерпаемость источника; • - общедоступность; зависимость от погоды и времени суток; • теоретически, полная безопасность для - как следствиесреды; необходимость аккумуляции окружающей •энергии; может дать людям возможность отказаться от - высокая стоимость связанная с традиционных видовконструкции, топлива; •применением снижает экологический урон, который редких элементов (к примеру, человечество наносит использованием индий и теллур); полезных ископаемых Земли; нагрев атмосферы над электростанцией. • стимул развития инновационных технологий и создание новых рабочих мест. Исторические факты •• Начальной точкой развития солнечных батарей является 1839 год, когда Американский инженер и бизнесмен Арнольд был открыт фотогальванический эффект. Это открытие было сделано А. Э. Голдман Беккерелем. решил сделать ставку на совершенно • иную Следующим этапом стала деятельность Чарльза Фриттса. (вновь Через сорок технологию - гелиотермальную четыре года после открытия Беккереля, в 1883 году, Фриттс сконструировал созданная «Луц»). первый модуль скомпания использованием солнечной энергии. Исследователь к выводу, чтовданное сочетание элементов позволяет, пусть в • пришёл Построенные «Луц», 80-90 электростанций минимальной степени (не более 1 %), преобразовывать солнечную энергию в электричество. производили до 90 % солнечной энергии в США. • Впервые фотоэлемент был изобретен в России прекратила в конце ХIХ века русским И хотя в начале 90-х компания свое ученым А.Г.Столетовым. ее станции эксплуатируются до • существование, Особенно активно человечество начало искать возможность энергии солнца сих пор. после нефтяного кризиса в 1973 года. Это время нефтяного эмбарго. • Встали проблемы топливной независимости и проблемы загрязнения, • Новая компания получила название глобальное потепление также постепенно становилось «BrightSourse проблемой, так что работа с энергией солнца казалась логичным следующим шагом. Energy» и начали работать с башенной • В 50-е компания «Бэл» создала первый эффективный фотоэлемент гелиотермальной технологией (первую тестовую (солнечную батарею). С помощью таких полупроводниковых устройств, станцию построили в израильской пустыне обычно кремниевых, электрический ток образуется непосредственно в фотоэлементе Негев). при поглощении солнечного излучения. Способы преобразования солнечной энергии Существует два способа преобразования солнечной энергии: 1. Фототермический 2. Фотоэлектрический • В первом, теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе до высокой температуры и используется для горячего водоснабжения или отопления помещений. • Во втором, прямое преобразование солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых фотоэлементов солнечных батарей. «Солнечные батареи» • Солнечная батарея — бытовой термин, используемый в разговорной речи. Обычно под термином «солнечная батарея» подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. • В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, солнечная батарея производит непосредственно электричество. Однако для производства электричества из солнечной энергии используются и солнечные коллекторы. • Производство фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях. Принцип действия солнечных фотоэлектрических батарей • Принцип действия «солнечных батарей» состоит в прямом преобразовании солнечного света в электрический ток. При этом генерируется постоянный ток. • Энергия может использоваться как напрямую различными нагрузками постоянного тока, так и запасаться в аккумуляторных батареях для последующего использования при необходимости. • Также, аккумуляторные батареи обеспечивают питание пиковой нагрузки, т.е. ток нагрузки обеспечивается суммой токов от солнечной батареи и от аккумулятора. Если необходимо получить 220В переменного тока, то необходимо использовать преобразователи постоянного тока в переменный ток – инвертор. • Солнечные батареи строятся из модулей, сделанных на основе кристаллов кремния. В зависимости от области применения, солнечные модули могут иметь различные конструктивные решения и разные выходные мощности. Классы солнечных батарей: 3 основных типа «солнечных батарей»: • Батарея маломощная – предназначается для 1. зарядки ФЭП – фотоэлектрические преобразователи таких гаджетов, как мобильный телефон и КПК, а также негабаритной техники; 2. ГЕЭС – гелиоэлектростанции • Батарея универсальная – предназначена для питания электроники «в полевых условиях», 3. обычно СК — солнечные пользуетсяколлекторы популярностью у туристов; • Панель солнечных элементов – набор фотопластин на подложке, является основным элементом солнечных устройств широкого спектра. Рассмотрим более подробно все три касса солнечных батарей 1. Фотоэлектрический преобразователь 2. Гелиоэлектростанция • • • • • • • • • • 3. Солнечный коллектор это солнечная установка, которая использует устройство по Представляют собой полупроводниковое концентрированную солнечную энергиюустановку, для приведения вв преобразованию Представляет собой солнечной нагревательную энергии непосредственно которая действие различных машин: паровых, газотурбинных, электричество. используется для автономного горячего водоснабжения термоэлектрических и т.п. как Несколько жилых, соединенных так и производственных между собой помещений. Практическое применение гелиоэлектростанций достаточно преобразователей образуют солнечную батарею. Солнечный коллектор – наиболее используемый разнообразно: выработка электроэнергии, отопление,тип Принцип работы ФЭП основанэнергии. на фотовольтаическом опреснение морской воды. преобразователей солнечной Они выполняют эффекте, т.е. возникновение электрического тока при в Процесс концентрации энергии осуществляется широкий спектр работсолнечной по преобразованию энергии. воздействии солнечного излучения наиспользуется неоднородную специальных концентраторах, в которых Главное солнечного – полупроводниковую структуру. принцип преимущество обычной линзы (вместо линз коллектора могут использовать высокое значение КПД. Мощность коллектора вогнутое что является очень эффективным). Важным зеркало, фактором, определяющим оптически свойства, определяется его полезной площадью. Солнечные Такие зеркала являются основным элементом является фотопроводимость, которая обуславливается коллекторы могут нагреть воду до температуры 100-200 гелиоконцентратора, который собирает параллельные явлением внутреннего фотоэффекта, возникающего при солнечные Как толькоот в фокусе зеркала размещается облучении градусов (влучи. полупроводника зависимости вида солнечным солнечных светом. батарей). труба с водой, она начинает нагреваться Солнечные коллекторы делятся на три вида: 1) Плоские 2) Вакуумированные трубчатые 3) Коллекторы-концентраторы трубчатый коллектор многослойное • - -Вакуумированный Плоский коллектор представляет собой конструкцию из элементаКоллектор-концентратор, в которых дляимеет концентрации солнечной стеклянное покрытие. Тепловая труба вакуумногоизлучение; коллекторапрозрачного устроена, как абсорбера, который поглощает солнечное энергии использует зеркальную поверхность, которая фокусирует свет с термос. Это позволяет сохранять до 95% тепловой энергии. В нижней части покрытия (обычно используется закаленноеабсорбера. стекло с пониженным большой поверхности на меньшей поверхности Благодаря трубки коллектораметалла) располагается жидкость, которая при нагревании содержанием и термоизолирующего Он способен этому достигается достаточно высокая температура. слоя. Концентраторы превращается в пар. Поднимаясь в конденсатор, расположенный в верхней нагреватьнагревать воду до 190-200 градусов. Особое оптическое покрытие позволяют до значительно более высоких температур, чем части трубки, пар конденсируется и передает в коллектор тепло (по предыдущие виды, однако могут концентрировать прямое плоского коллектора в инфракрасном свете нелишь излучает тепло, что законам физики). излучение. В туманную и облачную погоду работа значительно повышает его эффективность. В концентраторов качестве абсорбера При условиях слабой освещенности этот вид коллекторов обладает затруднена. Концентраторы наиболее эффективны в пустынных регионах и широкоКПД, применяется листовая медь, хорошей большим чем плоские коллекторы. Заотличающаяся счет округлой поверхности близко к экватору и используются в основномпоэтому в промышленности, теплопроводностью. Они неподвижны, ихкотором работа прямые зависит такой коллектор имеет намного шире диапазон угла, при вследствие их дороговизны. от угла падения солнечных лучей наЗаповерхность коллектора ( угол солнечные лучи будут на него попадать. счет такой формы принимающей поверхности коллекторы принимать должен составлять околотакие 30 градусов), а способны из этого следует, что солнечный от 7 до 17 часов круглый год. летом ихсвет эффективность будет максимальна при 8 часовом дне только на 70 %. Солнечные коллекторы также делят на: - воздушные - жидкостные • - Воздушный коллектор, служит нагрева Жидкостный солнечный солнечный коллектор служит длядля нагрева воздухатеплоносителя. и работает поТакие такому принципу: солнечные жидкого солнечные коллекторы больше лучиподходят проходят через прозрачную оболочку всего для центрального отопления. Для отопления конструкции, и внутри впитывается используются аналогичные коллекторы,полученная как и в домашних энергиясолнечного в теплопоглощающий черный материал, тепла в системах водоснабжения. Для поглощения теплоприемник нагревается и нагревает воздух в жидкостных коллекторах используется жидкий системе отопления. Их можно в более теплоноситель: вода, антифриз (какиспользовать правило, низкотоксичный раннее игликоль) более позднее время суток.ВВоздушный пропилен или другая жидкость. таких коллекторах солнечный коллектор это частный плоского, солнечная энергия нагревает жидкость,случай текущую по трубкам, только в качестве теплоносителя используется прикрепленным к поглощающей пластине. Тепло, воздух. Такой солнечный коллектор можнопередается сделать в жидкости. поглощенное пластиной, немедленно домашних условиях. Виды солнечных батарей по организации атомов кремния в кристалле солнечного элемента 1. Монокристаллические 2. Поликристаллические 3. Аморфные батареи снабжены крайне ••• Поликристаллические солнечные батареи БМонокристаллические атареи из аморфного кремния получаются путем «техники чистым кремнием, который достаточно хорошо испарительной Тонкая пленка кремнияполучается при этомосвоен методе получаютсяфазы». из кремния, который изв производстве полупроводников. Монокристалл растет просто осаждается на несущий материал и защищается покрытием, медленно охлаждающегося кремниевого на семени, из кремниевого расплава. поэтому такиевытягивающемся батареи также называются тонкопленочными. Этот расплава. Такой способ менее энергоемкий и метод изготовления самый простой и дешевый, однакона части Полученные таким путем стержни разрезаются эффективность значительно ниже, чем в кристаллических более дешевый. Кремний, получаемый для толщиной 0,2батареи -0,4 мм, образуя ячейки. Оптимальное батареях, к тому же элементы из аморфного кремния подвержены количество используемых ячеек – 36 штук. Батареи, поликристаллических солнечных батарей, ярко процессу деградации. Работают тонкопленочные батареи при полученные из монокристаллов кремния, пользуются синего цвета. КПДустанавливаются поликристаллических батарей рассеянном излучении, на стены зданий. КПД наибольшей популярностью. КПД монокристаллических батарей из аморфного кремния – 5-6%. –батарей 10-12%. – 14-17%. • • • • • Эффективность «солнечных батарей» напрямую не влияет на количество вырабатываемой установкой энергии. Одинаковую мощность всей установки можно получить при помощи любых типов «солнечных батарей», однако более эффективные фотоэлектрические преобразователи займут меньше места, для их размещения понадобится меньшая площадь. В рамках общей тенденции снижения отдаваемой мощности с ростом рабочей температуры, каждый тип солнечных батарей ведет себя по-разному. Наиболее популярным в данное время среди потребителей считаются монокристаллические панели. Они характеризуются компактными габаритами и незначительным весом. Отдельного внимания заслуживает тот факт, что эти панели способны слегка изгибаться. «Альтернативная энергия» (в частности солнечной энергии) является наиболее разумным и естественным способом обеспечения электрической энергией планеты. Количество энергии, которая вырабатывается методом сжигания нефтепродуктов, газа или иных традиционных источников энергии, меньше на целый порядок, нежели количество энергии Солнца, получаемое нашей Землей. Количество топливных ресурсов и энергии на нашей планете ограниченно, последствия могут быть катастрофическими в результате нерационального их использования. И именно поэтому следует относиться к ним экономично. Так чего же мы ждем? «Альтернативные источники» (в данном случае солнечная энергия) один из главных выходов из ситуации. Область применения солнечных фотоэлектрических батарей: 1. 2. 3. В космосе (один из основных способов получения электрической энергии на космических аппаратах) Энергообеспечение населенных пунктов и зданий (использование в качестве освещения на отдаленных территориях, выработка электричества, обеспечение отопления и горячего водоснабжения) Микроэлектроника (для обеспечения электричеством и/или подзарядки аккумуляторов различной бытовой электроники и гаджетов — калькуляторов, плееров, фонариков и т. п.) 4. Солнечный транспорт (Фотоэлектрические элементы могут устанавливаться на различных транспортных средствах: лодках, электромобилях и гибридных автомобилях, самолётах, дирижаблях и т. д. Используется для бортового питания транспортного средства или для электродвигателя электрического транспорта) 5. В химических процессах (например, такие технологии, как: получения не окисленного цинка в солнечной башне; производства водорода из воды при помощи параболических солнечных концентраторов) Распространение солнечной энергетики • • • В 2010 году 2,7 % электроэнергии Испании было получено из солнечной энергии. В мощности фотоэлектрических станций, 2011 год 2010 году 2 %Суммарные электроэнергии Германии было получено из фотоэлектрических 20000 установок. За последние 2 года солнечные электростанции в Германии установили мировой 18000 рекорд производительности. За время активного солнца за два дня вырабатывалось 1600022 ГВт электроэнергии. Чтобы выработать такое количество энергии путём около расщепления атома, понадобилось бы 22 полноценных атомных электростанции. 14000 В 2011 году около 3 % электроэнергии Италии было получено из фотоэлектрических 12000 установок. В декабре 2011 года на Украине завершено строительство последней, пятой, 2010000 мегаваттной очереди солнечного парка в Перово, в результате чего его суммарная 8000 установленная мощность возросла до 100 МВт. МВт • 56000крупнейших солнечных парков в мире по показателям установленной мощности: 4000 1) Солнечный парк Перово в составе стал крупнейшим парком в мире 2000 2) Канадская электростанция Sarnia (97 МВт) 3) Итальянская Montalto di Castro (84,2 МВт) 0 Германия Испания США Чехия Франция Китай Бельгия Ю. Корея Австралия 4) Немецкая Finsterwalde (80,7Япония МВт) Италия Страна 5) Крупнейших фотоэлектрический парк, проект на Украине - 80-мегаваттная электростанция Охотниково в Сакском районе Крыма Современные разработки в области солнечной энергетики секунду солнце выделяет столькосамым энергии, сколько Земле хватило бы • Каждую Компания «BrightSourse Energy», о которой выше Центр «Raimond» в Германии является крупным в мире центром на миллион лет. Если бы могли создать свое собственное солнце, у нас был бы говорилось (ранее «Бэл»,источник затем «Луц»), уже приступили к по испытанию фотоэлектрических систем. Болеебез 70 % всех солнечных безопасный, чистый и бесконечный энергии, риска взрыва реактора коммерческих установок, в том .числе панелей тестируется здесь напроцесс прочность и эффективность Большинство илистроительству радиоактивных отходов, этот называется синтезом. В мире, где истощаются топливные лучшие инженерные умы панелей изготавливается из силикона – вещества, улавливающего крупнейшей, строящейся в ресурсы, мире солнечной пытаются придумать снабжать наши города энергиейНесмотря с помощью солнечный свет икак преобразующего его в энергию. на то, что электростанции «Айвенпах». Это крупнейший в мире всевозможных самых невероятных методов илучей солнечных ветров, пара и солнечный свет содержит целый спектр (ультрафиолетовый, проект, среди солнечной энергетики, среди солнечных термоядерного синтеза. В одной из лабораторий Америки, а именно в «Lawrence видимый, инфраракрасный ), силикон улавливает только инфракрасное Livermore National Laboratory», ученые пытаются стать «Богами» надежде электростанций. Проект состоит из трех частей, вкаждая излучение. Основная часть солнечной энергии теряется. Несколько лет 25 создать еще одно солнце, этотвесь эксперимент попримерно ядерному синтезу начался еще примерно 130 МВт, проект 400 МВт. Этот летсотрудники назад. По ихэтого прогнозам, результате эксперимента должно выделиться центрав проводили испытания других видов батарей.в 10 огромный проект они планируют запустить к 2013 году. разОбычная больше энергии, чем будет затрачено на то,панелей чтобы инициировать эффективность промышленных составляет отреакцию. 14 до В 18 В случае успеха эксперимент станет первым шагом на путистадии к созданию прочем технологии производства солнечных батарей также %. Эффективность некоторых образцов уже на ранней разработки синтезирующей атомной электростанции и Исследователи практически неисчерпаемого постоянно совершенствуются. пытаются превышает данный коэффициент а два раза, но дляиспользовать того, чтобы солнечная источника энергии. Для решения проблемы планируется энергию, заменить кремний более эффективными энергия могла с успехом заменить или уголь, данный коэффициент выделяемую при реакции синтеза ядер.нефть Эти реакции считаются основным должен быть не ниже 50. Ученые надеются найти совершенно новое источником энергии Солнца ихотя других звезд. полупроводниками они тоже не дешевые. Другой Термоядерный синтез – это лишь частьдорогих решения проблемы, но этоза чистая ив вещество для создания таких панелей. В Университете Говарда Утрехта вариантснижение объемов материалов счет безопасная энергия с практически неиссякаемым запасом, ученые что Нидерландах, ученый Дениэл Ван Мэхсерберг работает надсчитают, созданием уменьшения толщины полупроводника. она может надолго решить все человеческие проблемы в области энергетики. такого вещества. Если ученых ждет успех, у нас будет источник энергии, посланный с небес : чистый, безопасный и неиссякаемый. Заключение Сгенерированная на основе солнечного энергия • • Евросоюз и Калифорния уже к 2020излучения году планируют гипотетически сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей увеличить долю возобновляемых энергии в человечества в электричестве и сократитисточников выбросы углекислоты. потреблении электричества энергетического до 20 %, и солнце • общем Как полагают эксперты Международного агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем среди них играет важнейшую роль. уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать • Какое займёт солнечная энергетика зависит как от около 9место тысяч тераватт-часов — или 20-25 % всего необходимого электричества, это обеспечит сокращение углекислого государства и ичастного капитала, так ивыбросов от самих нас. газа на 6 млрд тонн ежегодно. • • В Уже глобальном солнечная станет подсчитано,же чтосмысле если в пустыне Сахараэнергетика разместить солнечные фотоэлектрические батареи на территории 160 квадратных ключевым источником энергии в регионах с высокой километров, то можно полностью отказаться от всех других инсоляцией(облучение земной поверхности солнечной источников и видов энергии нефти, газа, урана, воды, ветра и тд. • радиацией). Если мы будем использовать солнечную энергию, не будут дымить трубы бесконечных ТЭЦ, сжигающие уголь и газ, т.к. будут созданы • Избежав зависимости от электросетей люди ничуть не всемирные или глобальная солнечная энергетическая система, лишат себя привычного комфорта. Вполне которая круглосуточно, миллионы лет будет даватьдостаточно электричество всемуустановить человечеству.на крыше «солнечную батарею», будет • впрочем, Но все этоэтот зависит только от насначался. самих. процесс уже Пришло время объединить усилия. Сейчас важно не то, что уже утрачено, а то, что ещё осталось. У нас всё ещё есть половина мировых лесов, тысячи рек, озер, ледников, и тысячи благоденствующих видов живых существ. Мы знаем, что решения есть уже сегодня. И у нас есть сила всё изменить. Так чегоКонец, же мы ждём? Благодарю за внимание но все только Продолжение этой историиначинается… напишем мы сами... ВСЕ ВМЕСТЕ
