Содержание

1 Автор проекта
2 Руководитель проекта
3 Название проекта
4 Введение
5 Актуальность исследования
6 Объект исследования
7 Предмет исследования
- 7.1 Гипотеза
8 Цель работы
9 Задачи
10 Основная часть
11 Заключение
12 Материалы проекта
- 12.1 Библиографические источники
13 Интернет - ресурсы

Автор проекта

Килина Екатерина , ученица 7 Б класса МБОУ СОШ №15 города Сургута

Руководитель проекта

Заречнева Елена Викторовна, учитель технологии

Название проекта

Солнечная энергия - будущее Земли

Введение

Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце – это не только источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии (энергии нефти, угля, воды, ветра).

С момента появления на земле человек начал использовать энергию солнца. По археологическим данным известно, что для жилья предпочтение отдавали тихим, закрытым от холодных ветров и открытых солнечным лучам местам.

Пожалуй, первой известной гелиосистемой можно считать статую Аменхотепа III, относящуюся к XV веку до н.э. Внутри статуи располагалась система воздушных и водяных камер, которые под солнечными лучами приводили в движение спрятанный музыкальный инструмент. В Древней Греции поклонялись Гелиосу. Имя этого бога сегодня легло в основу многих терминов, связанных с солнечной энергетикой.

Проблема обеспечения электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей населения Земли становится сейчас все более насущной.

Актуальность исследования

Энергия – не только один из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий. Помимо своего основного физического содержания оно имеет многочисленные экономические, технические, политические аспекты. Человечеству нужна энергия, при этом потребности в ней возрастает с каждым годом. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всё нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии. Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли.

Объект исследования

Солнце.

Предмет исследования

Свойства Солнца (энергия, тепло).

Гипотеза

Если старые способы выработки электроэнергии изживают себя в новом веке, постепенно становясь неактуальными и нерациональными по использованию, то альтернативные источники энергии будут достойной им заменой.

Цель работы

Изучение использования Солнечной энергии, возможностей замены «ископаемой энергии» на энергию Солнца.

Задачи

- изучить литературные источники по данной теме, найти информацию в сети интернет;

- проанализировать традиционные методы генерации электроэнергии;

- разработать и предложить свои варианты добычи электроэнергии.

Основная часть

Общепризнано, что основным фактором развития цивилизации является использование источников энергии. В основном мы используем традиционные энергоресурсы, такие как - нефть, уголь, природный газ.

Например, в год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образуется за 2 млн. лет. В связи с этим последнее время большое внимание уделяется так называемым возобновляемым источникам энергии, таким как энергия ветра, солнца, прилива и т.д.

Солнце – это самый сильный источник энергии для нашей планеты. Без солнечного тепла и света любая жизнь на Земле не была бы возможна. Все наши повседневные дела включают в себя использование энергии. Она необходима для передвижения транспорта и приготовления пищи, для работы и отдыха, для обогрева и охлаждения помещений. И даже для того, чтобы произвести один вид энергии, приходится затрачивать другой.

Впервые на практическую возможность использования людьми огромной энергии Солнца указал основоположник теоретической космонавтики К.Э. Циолковский в 1912 году во второй части своей книги: “Исследования мировых пространств реактивными приборами”. Он писал: “Реактивные приборы завоюют людям беспредельные пространства и дадут солнечную энергию, в два миллиарда раз большую, чем та, которую человечество имеет на Земле”.

Энергия солнца может использоваться для множества задач. Она может быть использована как в земных условиях, так и в космосе. Одно из способов использования энергии Солнца – это преобразование солнечной энергии в электрическую, в так называемое солнечное электричество.

Преобразование солнечной энергии в электрическую имеет массу достоинств. Прежде всего это 100% надежность – Солнце от нас никуда не денется по прогнозам ученых еще несколько миллионов лет. Также это чистый и соответственно безопасный для здоровья источник энергии.

И что самое интересное, то только благодаря тому, что у нас есть Солнце мы и имеем практически все источники энергии. Исключением можно назвать энергию приливов и отливов, за которую ответственна Луна, и радиоактивные элементы, которые используются на атомных станциях. Энергия ветра полностью зависит от Солнца и разности температур им же и создаваемой. Энергия угля, нефти и природного газа также во власти химических процессов, которые происходят в недрах Земли под действием солнечных лучей. Все бы хорошо, но есть «маленькая» проблемка. Человечество с такой скоростью тратит ископаемые источники энергии, что восстанавливаться они никак не успевают. Пора бы и задуматься о замене «ископаемой энергии».

Исследование солнечной энергии

Потенциал солнечной энергии

Для преобразования солнечного света в электричество используют солнечные батареи. Впервые солнечные батареи применили при освоении Космоса в 1957 году. Они были установлены на спутнике и вырабатывали электрическую энергию для его работы.

Солнечная батарея – это фотоэлектрический генератор в виде панельного модуля, где многочисленные полупроводники выполняют свою задачу: фотоны света выбивают электроны из внешней оболочки атомов, цепь замыкается и вырабатывается электрический ток. Срок службы солнечной батареи не менее 25 лет. Чаще всего в них используются кремниевые элементы в виде пластин, соединенных последовательно проводниками. Все это устройство помещается в короб из закаленного стекла, что обеспечивает защиту от внешних воздействий.

Нужно заметить, что кремний второй по распространенности элемент в земной коре (первый кислород). Однако на изготовление солнечных батарей требуется чистый кремний, что составляет всего 2% от общего количества добываемого. Нехватка мировых потребностей для солнечной индустрии составляет более 15 тысяч тонн кремния в год.

На такой основе создаются целые солнечные электростанции. Современные, они бывают двух видов:

– фотоэлектрические, преобразующие солнечную энергию в электрическую посредством фотоэлектрического генератора;

– термодинамические, превращающие первую энергию в тепловую и лишь затем в электрическую.

Причем, вторые мощнее первых. А упомянутый кремний можно заменить другими полупроводниками. В странах, где электрическая энергия стоит дорого и достаточное количество солнечных дней в году, хозяева частных домов и владельцы офисов устанавливают солнечные батареи на крышах зданий и используют солнечное электричество без ущерба для собственного бюджета. Солнце заменяет 40-60% всех затрат на другие энергоносители. Иногда солнечного электричества полностью хватает на нужды дома и даже вырабатывается больше необходимого. Тогда хозяева продают его сервисным компаниям, таким образом пополняя свой семейный бюджет и окупая установку солнечных батарей.

В наше время использование солнечного электричества уже широко распространено. В отдаленных местах, куда дотянуть кабель от электростанций стоит очень дорого, а иногда и просто невозможно, используют солнечную энергию. Это отдаленные фермерские хозяйства, отдельно стоящие обитаемые острова, морские и космические станции. На данный момент примерно 7 миллионов домов по всему миру оборудованы солнечными батареями.

В Германии несколько лет проводится программа «Сто тысяч солнечных крыш». США действуют масштабнее, там, на протяжении десятилетия успешно продвигается аналогичная программа «Миллион солнечных крыш».

В Португалии находится самая большая солнечная станция в мире (регион Алентехо, южная Португалия), которая соединяет 350 тысяч фотогальванических панелей способных производить 62 МВт. Начало производства электричества запланировано на этот год, а в полную силу централь заработает к 2010.

Одно швейцарское сельскохозяйственное предприятие получило “Евопейскую Солнечную Премию”, вручаемую ежегодно с 1994 года, за лучшее фотогальваническое оборудование, произведенное в Европе, в номинации “Эффективность и изобретательность”.

Первые опыты добычи энергии солнца в хозяйственных целях в России нашли отражение у кустарей, домашних изобретателей. Дальше, чуть больше: частные лица находят возможность оснастить прилегающую к их дому территорию, например, столбы с солнечными батареями, которые освещают улицу, парковую зону в темное время суток.

Но явление изучают и наши научные институты. В настоящее время на солнечные проекты тратятся административные ресурсы. Москва начинает оснащаться солнечными батареями, которые устанавливаются на крышах домов Мичуринского проспекта и Олимпийской деревни. Накопленной энергии пока хватит лишь для освещения улиц, но ведь это только начало.

Ярким уральским примером стал дом, построенный в поселке Растущий Белоярского района. Специалисты УГТУ-УПИ, занимающиеся изучением природной энергии, создали его сами для себя. Из заброшенного коровника получился комфортабельный красивый дом общей площадью 2400 м2. 25% энергии для нужд дают ветряк мощностью 4 кВт и солнечные батареи.

Прогресс на месте не стоит. Мнение многих ошибочно, что для выработки энергии необходимо яркое солнце. Для большинства регионов России характерны рассеянные солнечные лучи и, для работы фонарей этого хватает вполне. Отличный выход для автомобилистов: используемая солнечная батарея не даст аккумулятору «сесть» при долгой стоянке. Чего уж тут говорить о подзарядке радиоприемника или телефона.

В условиях Урала солнечную энергию целесообразно использовать там, где нет других источников питания. За 1 Вт нужно будет заплатить от $ 2 до 8, а за 1 кВт соответственно $ 8000. Здесь предстоят и другие траты: солнечную батарею необходимо будет оснастить аккумулятором, чтобы энергия именно накапливалась и была, так сказать в наличии, когда темно. К тому же, каждый электроприбор нужно обеспечить преобразователем напряжения, т.к. электроток из солнечных батарей получается постоянный. В общем, для Урала использование солнечных батарей скорее получается как дополнение к основному источнику энергии.

Вторым вариантом применения солнечного света является использование его по прямому назначению. Самым простым и наиболее дешевым способом является нагрев воды в плоских солнечных коллекторах. Принцип действия такого устройства весьма прост.

__________- В настоящее время «солнечное» оборудование – полноправный товар теплотехнического рынка Европы. Тепловые и электрические коллекторы, баки-аккумуляторы, комбинированные водонагреватели, специальные циркуляционные насосы и автоматика для гелиосистем не первый год входят в каталоги ведущих производителей отопительной техники. Помимо перечисленных установок, известны различные виды пассивных гелиосистем. К ним относятся, например, теплицы (оранжереи) и различные «солнечные ловушки», роль которых выполняют конструктивные элементы строений. Естественно, мощность таких систем невелика. Их эффективность достигается правильным применением теплоизоляции, увеличением площади прозрачных поверхностей и ориентацией перпендикулярно солнечным лучам (они должны быть обращены к югу при угле наклона к горизонту, равном широте местности: для средней полосы России – 55–60°). Повышение прозрачности покрытий и уменьшение поглощения лучей также приводят к увеличению эффективности обогрева.

В настоящее время для более эффективного выращивания растений в теплицах разработаны прозрачные материалы, трансформирующие солнечный свет в лучи, стимулирующие рост растений.

Для стабилизации температурного режима в гелиотеплицах используются грунтовые аккумуляторы тепла, располагаемые под грядками и обогреваемые теплым воздухом или водой. В ряде случаев в качестве аккумулятора используют жилой дом. Такие оранжереи называется пристроенными; они располагаются с южной стороны дома. В этом случае между домом и оранжереей происходит процесс перераспределения тепла. В солнечную погоду оранжерея с прозрачной стенкой работает как солнечный коллектор и нагревает воздушные массы, которые, проникая в дом, передают ему тепло. В отсутствие солнечного освещения, при отоплении дома иными способами, воздушные массы попадают в оранжерею и обогревают ее.

Этот пример иллюстрирует выдвижение на важное место в проблемах использования энергии Солнца вопросов архитектуры: через окна, играющие роль «солнечных ловушек», в ясную погоду в здания может проникать значительное количество солнечной энергии.

Интересно отметить, что, хотя продолжительность светового дня летом больше, чем зимой, количество часов возможного освещения Солнцем окна, выходящего на юг, зимой больше, чем летом. Это вызвано тем, что оно значительное время светового дня находится на восточной и западной сторонах. Проектирование домов, способных улавливать солнечную радиацию для обогрева здания и сохранять тепло, приводит к экономии энергии, затрачиваемой на отопление.

Если в холодное время солнечное излучение – подспорье в экономии энергии на отопление, то в жаркую пору – это отрицательное явление, способное обернуться тратами на вентиляцию и кондиционирование. Проблема решается применением теплоотражающих и теплопоглощающих стекол, а также различных систем затемнения. Всем известны очки-«хамелеоны», стекла которых темнеют с увеличением освещенности. Такие стекла регулируют проникновение солнечного света в дома.

Их действие основано на разности давлений в двух сообщающихся резервуарах, наполненных фреоном и расположенных с обеих сторон окна. Когда одна из емкостей нагревается сильнее, фреон перетекает от нее к другой и разворачивает жалюзи в нужном направлении. Кроме затемнения, используется система, предусматривающая естественное охлаждение строения прохладным воздухом, который поступает в строение с теневой стороны через подземную систему охлаждения. Одновременно воздух, нагретый Солнцем, создает тягу и через систему заслонок увлекает наружу воздух из внутреннего помещения.

В заключение: кроме низкотемпературных систем, использующих солнечную радиацию естественной плотности (они, по мнению специалистов, наиболее эффективны), человечеством созданы и применяются в различных отраслях и установки, где для достижения высоких температур плотность излучения повышается в сотни и тысячи раз. Оно осуществляется гелиоконцентраторами, включающими зеркала или линзы, фокусирующие солнечные лучи. Так, концентраторы применяются в солнечных печах для плавки и термической обработки в особо чистых условиях при температуре 2300–3000 °С некоторых материалов, например, оксидов кремния и циркония. Одна из наиболее крупных таких печей, мощностью свыше 1 МВт, была построена в начале 1970-х гг. в Фон-Роме-Одейо (Франция). Концентрация солнечных лучей производится и для получения высоких температур в термодинамических солнечных электростанциях. Основными странами-потребителями солнечной энергии являются Швеция, Дания, Германия, Австрия, Израиль. Суммарная площадь тепловых электростанций составляет уже более 8 миллионов квадратных метров.

Заключение

Традиционные источники энергии сегодня становится всё более дорогим удовольствием и серьёзно бьёт как по карману простых потребителей, так и по бюджетам многих государств. В то же время солнечная энергия имеет ещё одно достаточно важное преимущество. В отличие от традиционных источников, этот тип ресурсов практически неиссякаем.

Запасы нефти, угля и газа очень скоро закончатся, а Солнце, как уверяют учёные, будет светить ещё очень, очень долго.