Геліоенергетика: загальні відомості, основні поняття, визначення.

Геліоенергетика.

Рисунок 2.1 Сонячні панелі в Іспанії

Сонячна (геліо) енергетика — використання сонячної енергії для отримання енергії в будь-якому зручному для її використання вигляді. Сонячна енергетика використовує відновлюване джерело енергії і в перспективі може стати екологічно чистою, тобто такою, що не виробляє шкідливих відходів.

На сьогодні сонячна енергетика широко застосовується у випадках, коли малодоступність інших джерел енергії в сукупності з достатньою кількістю сонячного випромінювання виправдовує її економічно.

Потік сонячного випромінювання, що проходить через площу в 1 м² , розташовану перпендикулярно потоку випромінювання на відстані однієї астрономічної одиниці від центру Сонця (тобто зовні атмосфери) Землі, рівний 1367 Вт/м² (сонячна постійна).

При проходженні через атмосферу потужність сонячної радіації зменшується за рахунок поглинання і розсіяння пилом, аерозолями і молекулами газів. Частина падаючої енергії відбивається в космос. Частка відображеного тепла залежить від того, на яку поверхню потрапляє випромінювання. Так, для сухого чорнозему ця частка рівна 0,14, зораного поля 0,26 … 0,38, сніги 0,6 … 0,9, водній поверхні 0,2 … 0,78 залежно від кута падіння сонячних променів. Отже щільність теплопритоку неоднакова на різних широтах Землі, в різні пори року і періоди доби.

Перспективи сонячної енергетики також зменшуються внаслідок глобального затемнення — антропогенного зменшення сонячного випромінювання, що доходить до поверхні Землі.

Переваги сонячної енергетики:

· Загальнодоступність і невичерпність джерела.

· Теоретично, повна безпека для навколишнього середовища (проте в даний час у виробництві фотоелементів і в них самих використовуються шкідливі речовини).

Недоліки сонячної енергетики:

1) Фундаментальні проблеми

· Через відносно невелику величину сонячної постійної для сонячної енергетики потрібне використання великих площ землі під електростанції. Проте, фотоелектричні елементи на великих сонячних електростанціях встановлюються на висоті 1,8—2,5 метра, що дозволяє використовувати землі під електростанцією для сільськогосподарських потреб, наприклад, для випасу худоби.

Проблема знаходження великих площ землі під сонячні електростанції вирішується у разі застосування сонячних аеростатних електростанцій, придатних як для наземного, так і для морського і для висотного базування.

Потік сонячної енергії на поверхні Землі сильно залежить від широти і клімату. У різних місцевостях середня кількість сонячних днів в році може дуже сильно відрізнятися.

2) Технічні проблеми

Сонячна електростанція не працює вночі і недостатньо ефективно працює у ранкових і вечірніх сутінках. При цьому пік електроспоживання припадає саме на вечірні години. Крім того, потужність електростанції може стрімко і несподівано коливатися через зміни погоди. Для подолання цих недоліків потрібно або використовувати ефективні електричні акумулятори (на сьогоднішній день це невирішена проблема), або будувати гідроакумулюючі станції, які теж займають велику територію, або використовувати концепцію водневої енергетики, яка також поки далека від економічної ефективності.

Проблема залежності потужності сонячної електростанції від часу доби і погодних умов вирішується у разі сонячних аеростатних електростанцій.

Висока ціна сонячних фотоелементів. Ймовірно, з розвитком технології цей недолік подолають.

Недостатній ККД сонячних елементів.

Поверхню фотопанелей потрібно очищати від пилу і інших забруднень. При їх площі в декілька квадратних кілометрів це може викликати утруднення.

Ефективність фотоелектричних елементів помітно падає при їх нагріванні, тому виникає необхідність в установці систем охолоджування, зазвичай водяних.

Через 30 років експлуатації ефективність фотоелектричних елементів починає знижуватися.

3) Екологічні проблеми

Не дивлячись на екологічну чистоту отримуваної енергії, самі фотоелементи містять отруйні речовини, наприклад, свинець, кадмій, галій, миш'як і т. д., а їх виробництво споживає масу інших небезпечних речовин. Сучасні фотоелементи мають обмежений термін служби (30—50 років), і масове їх застосування поставить в найближчий час складне питання їх утилізації.

Способи отримання електрики і тепла з сонячного випромінювання:

Отримання електроенергії за допомогою фотоелементів.

Геліотермальна енергетика — нагрівання поверхні, що поглинає сонячні промені і подальший розподіл і використання тепла (фокусування сонячного випромінювання на посудині з водою для подальшого використання нагрітої води в опалюванні або в парових електрогенераторах).

«Сонячне вітрило» може в безповітряному просторі перетворювати сонячні промені в кінетичну енергію.

Термоповітряні електростанції (перетворення сонячної енергії в енергію повітряного потоку, що направляється на турбогенератор).

Сонячні аеростатні електростанції (генерація водяної пари усередині балона аеростата за рахунок нагрівання сонячним випромінюванням поверхні аеростата, покритої селективно-поглинаючим покриттям). Перевага — запасу пари в балоні достатньо для роботи електростанції в темний час доби і хмарну погоду.

Інші види використання сонячної енергії:

Великий і недостатньо використовуваний потенціал використання сонячної енергії є в сільському господарстві і промисловості. Перерахуємо деякі з можливих застосувань:

- Сонячний підігрів води для гарячого водопостачання тваринницьких ферм і інших об'єктів;

- Сушка зерна, фруктів, овочів, сіна, тютюну і іншої сільськогосподарської продукції;

- Тепличне рослинництво;

- Опріснення води в південних посушливих районах;

- Сонячний підігрів залізобетонних конструкцій в процесі виробництва на ЖБК.