Реферати українською » Экология » Альтернативні джерела. (Грані нетрадиційної енергетики.)


Реферат Альтернативні джерела. (Грані нетрадиційної енергетики.)

Страница 1 из 3 | Следующая страница

КАЛИНИНГРАДСКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра СУ і ЗТ


“Грані нетрадиційної енергетики”


Реферат з дисципліни:

“Екологія”


Р а б от у перевірив Р а б от у виконав

студент грн. 95-ВТ-1

Разуваев В.А.

Дата:________________ Дата:________________

Підпис:_____________ Підпис:_____________


Калінінград 1997


Зміст:


стор.:

1. Запровадження:


1.1. Грані нетрадиційної енергетики ............................................3


2. Грані сонячної енергетики:


2.1. Фотонный кнут...............................................................................4

2.2. Краще дешевше і эффективней.....................................................4

2.3. Коли посередники не нужны........................................................7

2.4. Промисловий фотосинтез.........................................................8

2.5. Електростанції на орбіті, та ще краще на місяці !!!..................9


3. Вітроенергетика:


3.1. Пожиратель ветра........................................................................12


Нетрадиционая енергетика” нетрадиційна оскільки невезде ще ми маємо традиця – берегти рідну пррироду.


Разуваев В.А.



Грані нетрадиційної енергетики.


Вчені застерігають: розвіданих запасів органічного палива при нинішніх темпи зростання енергоспоживання вистачить лише на 70-130 років. Звісно, можна перейти і інші невідновлювані джерела. Наприклад, вчені вже багато років намагаються освоїти керований термоядерний синтез...

Але у тому випадку, якби Землі буде відкрито практично невичерпні сировинні ресурси, вдасться уникнути екологічного лиха. Років за 100 на планеті вироблятимуть 1 % енергії, що вона одержує вигоду від Сонця - 1.5 x 10 24 Дж на рік. Такий рубіж годі було переходити. Інакше почнеться танення полярної криги, катастрофічно підвищиться рівень Світового океану. У разі прибережним конкретних містах та цілим приморським країнам енергія не знадобиться.

Так званого теплового забруднення планети можна запобігти лише тому випадку, якщо «узяти під озброєння» сонячної енергії, яка незалежно від цього, використовує або використовує її людина, - нагріває атмосферу Землі.


ФОТОННЫЙ БАТІГ


Щоб на повною мірою використовувати променисту енергію Сонця, до треба перетворити на будь-якої іншої вид. Зберегти світловий промінь до банку (пригадаємо чудака-ученого, героя «Путешествий Гуллівера», яка мріяв про сонячних консервах) ще нікому не вдавалося.

Одне з найпоширеніших і найперспективніших способів перетворення світла - фотоелектричний. фотони передають свою енергію электронам в напівпровідниках. Виникає електричний струм.

Як це відбувається? Докладно це можна прочитати в підручнику фізики. Ми ж пояснимо коротенько. Заборонені енергетичні зони у деяких напівпровідниках по ширині саме відповідають величині енергії кванта світла. Запрещенная зона - це потенційний бар'єр, що необхідно подолати електрону при перескоке з однієї в інший атом кристалічною грати. Поглотив фотон, електрон знаходить рухливість Отже, може виникнути електричний струм. Адже за визначенню струм - це спрямоване рух електричних зарядів.

Та ось лихо, фотоиндуцированные електрони можуть із рівної ймовірністю рухатися як і одну, і у інший бік. ЭДС різних знаків компенсують одне одного. Тока нічого очікувати.

Якщо ж тепер поєднати два напівпровідника (найчастіше використовується кремній), легованих різними домішками (одна, з незбіжних валентностей, привносить у вихідне речовина нескомпенсированные електрони - виходить напівпровідник n-типа, іншу, чия валентність менше. призводить до появи дірок, носіїв позитивних зарядів - напівпровідник р-типа), з їхньої кордоні утворюється n-р-переход. Світу немає - струм відсутня. Щойно напівпровідниковий діод) висвітлити, потечуть надлишкові електрони в р-зону.


КРАЩЕ ДЕШЕВШЕ І ЭФФЕКТИВНЕЙ


Є така «вивернута» приповідка: краще бути дужим і багатим, ніж збідненим і хворим. Дотримуючись цьому принципу, розвивається фотоэнергетика. Ще донедавна фотоэлектроэнергия обходилася дуже дороге. Це не дивно. До 1982 року в країні фотоелементи випускалися лише космічних апаратів. У наземні перетворювачі потрапляло лише те, що у якихось причин выбраковывали основні замовники.

Нарешті з'явилося дослідне виробництво дискових сонячних елементів для народногосподарських потреб. Собівартість сонячної електроенергії зменшилася в 3- 4 разу. Але однаково 7-10 крб. за 1 Вт встановленої потужності (такі сьогоднішні витрати) - це надзвичайно дорого. Йде віднайдення засобів здешевлення сонячних елементів. Одне з прикладів того - цікава розробка радянського вченого А. Степанова. Запропонував він високоякісний кремній не вирощувати як зливків, які треба потім розпилювати на круглі пластини, самі, своєю чергою, старанно полірувати, витрачаючи багато енергії і витрачаючи даремно матеріал, а витягати тонкими стрічками з розплаву. За такої способі як знижується собівартість фотоелементів, а й збільшується ефективність сонячних батарей. Адже стрічки можна стуляти впритул, а між дисковими елементами завше залишається невикористана площа.

Однак у буквальному значенні камінь спотикання сонячної електроенергетики - низький ККД кремнієвих елементів. Річ у тім, що лише невелика частина сонячної енергії поглинається електронами в напівпровідниках. Левову частку падаючого випромінювання йде нагрівання фотоелемента (що, ніби між іншим, погіршує його фотоелектричні характеристики), певну частину відбивається, якась пронизує його наскрізь. Пригадаємо, адже заборонена смуга в полупроводнике досить вузька. Отже, і невелика «енергетичне меню» електронів. З іншого боку, значні втрати енергії в напівпровідниках пов'язані з рекомбинацией електронів і дірок (компенсацією різнойменних зарядів).

Через війну ККД стандартних сонячних елементів вбирається у 10%. Втім, вже сьогодні є дослідні зразки, отримані в лабораторіях М. Кагана, А. Зайцевої (НВО «Квант»), ККД яких 15-17%. І це межа. Експертами пораховано, що граничний ККД для сонячних елементів з n-р-переходом становить 27-30%.

Особливо перспективними вважаються напівпровідникові перетворювачі з так званими гетера- переходами. Їх виготовили з цих двох різних за хімічним складом напівпровідників (на відміну описаного нами одного, але легованого обабіч різними домішками). Відповідно ширина заборонених зон у кожному різна. У сфері n-р-перехода віз никает, з допомогою взаємного згладжування потенційних бар'єрів, додаткова фото-ЭДС. Колектив учених, який під керівництвом академіка Ж. Алфьорова, отримав на фотодиодах з гетеропереходом «арсенід алюмінію - арсенід галію» ККД близько 20%.

Примітно, що з нагріванні такі фотодиоды не погіршують свої фотоелектричні властивості. Вони стійко працюють навіть за 1600- кратному ущільнення потоку сонячної енергії.

Виявляється, можна створити фотопреобразующие устрою, які утилізувати практично весь падаючий ними світло. Вони мають так званої варизонной структурою, тобто заборонена зона вони перемінної ширини (рис. 1). Цього домагаються, вводячи у різні зони напівпровідника різні домішки. У разі фото-ЭДС генерується не так на однієї поверхні n-р-перехода, а цілої просторової області, до різних точок якої - різні заборонені зони. У ньому нічого для будь-якого кванта знайдеться затишне містечко, де його безперешкодно поглине електрон.

Теорія варило інших структури нашій країні розробляється членом-кореспондентом АН СРСР М. Лидоренко, доктором фізико-математичних наук У. Ёвдокимовым, доктором технічних наук Д. Стребковым, кандидатом физико- математичних наук А. Миловановым та інших. Доведено, що фотопреоб- разователи з варизонной структурою (якщо навчаться їх виготовляти) матимуть ККД 90%.

Йде пошук і освоєння нових - дешевих матеріалів для фотоелементів. Дуже перспективні, на думку дослідників, напівпровідникові сполуки міді, кадмію, сірки. Перетворювачі, отримані з їхньої основі, недорогі, та ось біда - ККД вони порядку 5%, і матеріалів нестабільні, руйнуються під впливом довкілля. Складна, дорога герметизація зводить нанівець отриману економію.

Можна зменшити собівартість гелиоэлектроэнергии інакше. Скажімо, змусити Сонце... яскравіше освітлювати фотоперетворювачі. І тому використовують устрою, іменовані концентраторами. Вони збирають стане сонячне проміння з великою площі й направляють їх у відносно невеликі за величиною власне фотопреобразующие панелі.

Параболический концентратором. Вже сама назва свідчить, що його чаша є параболоїд, якщо скерувати цю чашу на Сонце, то майже всі промені, які позначилися від неї внутрішньої дзеркальній поверхні, зберуться у невеликий області біля фокусу параболоїда. Коефіцієнт концентрації (ставлення площі, з до-

торою збиралися промені, до тієї площі, де вони сконцентрувалися) таке устрою великий. Це, звісно, добре. Але водночас призводить до надмірного перегріву фотоелемента. Доводиться передбачати систему охолодження. Та й система автоматичного спостереження Сонцем також потрібна. Трішки відхилиться Сонце від осі симетрії параболоїда - відразу ж потрапити відбувається істотна втрата фотоэлектрической потужності. Принцип роботи фоконов і фоклинов той самий, як і параболічних концентраторів. Тільки огибающие їх чаш не параболи, а гіперболи обертання. Ця заміна існує певна сенс. Гіперболоїд збирає проміння на фокальної області у тому разі, якщо їх нахил до осі симетрії чаші становить 6° ! не треба безупинно повертати концентратором за Сонцем. Достатньо зрідка (можна й вручну) змінити кут його нахилу. 6° так 6° - це 12°, а цей шлях небом Сонце робить приблизно протягом години.

Хоч як парадоксально, недолік фоконов і фоклинов тісно пов'язані з їх гідністю - низький коефіцієнт концентрації випромінювання дозволяє відмовитися від дорогої системи охолодження фотоелементів.

До іншому типу концентраторів - преломляющему - належить лінза френеля. Воно складається з цілого набору призм, складених вершинами разом, отже поверхню лінзи, адресовану Сонцю, нагадує розтягнуту гармошку.

Сонячні промені переломлюються в призмах, причому завжди знаходиться розташована до Сонцю з такою кутом, що преломившиеся у ній промені збираються на фотоэлементе, встановленому за вершиною лінзи. Саме тому лінзу Френеля непотрібно повертати в вертикальної плос кістки. вона однаково добре працює при високо і низько що стоїть Сонце.

Сьогодні з'являються звані плоскі лінзи Френеля. Вони мають «гармошки». На вигляд це звичайні призми. Утім, деякі сегменти у такому призмі оброблені жорстким випромінюванням, показник заломлення у яких змінився. А напрям переломленого променя, як відомо, залежить тільки від кута падіння (в лінзі Френеля його задає «гармошка»), а й від того показника заломлення речовини.

Одною з найбільш цікавих розробок останніх - призмакон. Це теж призма. Але кут у її вершині має суворо певну величину. Залежно від того показника заломлення речовини, з яких зроблено призма (найчастіше це органічне чи оптичне скло), кут вибирається таким, для того щоб промінь, що у призму, не пройшов через яка відображатиме поверхню й опинявся в пастці. Йому залишається єдиний шлях - до яка щороку збирає межі призми.

Певне, ви вже здогадались, що принцип роботи призмакона грунтується на явище повного внутрішнього відображення, коли промінь, входить у оптично більш щільну середу, відхиляється настільки, що таку кордон розділу йому подолати вже важче, а за певного, вище критичного для даного речовини вугіллі падіння - неможливо.

Призмаконы розробив НВО «Квант», до лабораторій кандидата технічних наук Еге. Тверьяновича. На жаль, через бюрократичних зволікань свій пріоритет ми втратили. Поки йшов неквапливий (близько півроку) процес оформлення документів на заявку в Держкомвинаходів, аналогічну заявку, випередивши наших науковців два тижні, подав австралійський гелиотехник А. Житронч...

Згадаємо концентратором чергового типу - люмінесцентний. Принцип його роботи нескладний. У оптичну пластину поцяткували люминофорные речовини. Світло, здатний проникати в пластину, збуджує атоми люмінофору, вони переизлучают зайняті фотони, які через повного внутрішнього відображення не можуть прорватися крізь поверхні і є завершують свій шлях на фотособирающей межі.

У подібні устрою можна використовувати як підсилювачі в майбутніх оптичних ЕОМ. Поки ж вони проходять випробування, у наукових лабораторіях.


КОЛИ ПОСЕРЕДНИКИ НЕ ПОТРІБНІ


Чи завжди потрібно сушити мізки як перетворити світ у потрібний нам вид енергії? Фотоны без будь-яких посередників «власними силами» поглинаються атомами й у кінцевому підсумку збільшують теплову енергію речовини. Треба тільки дуже зуміти скористатися яка дармовим теплом, і тоді непотрібно витрачатиме дефіцитну електроенергію (чому ми вже знаємо, як і сонячна електроенергія недешева), скажімо, на обігрів приміщень,

Улавливают і переносять сонячне тепло доречно використання колектори. Найпростіший є теплообмінник, в кого" ром циркулює рідина. Згори він пофарбований в чорний колір, щоб краще поглинати сонячне випромінювання, і закритий склом, не проникним інфрачервоні - теплові промені. Оскільки максимум випромінювання Сонця посідає видиму частина спектра, нехитра пристрій поглинає набагато більше енергії, ніж віддає у просторі. Воно акумулює тепло, яке теплоносій (найчастіше вода, поточна по теплообменным трубах) передає споживачеві.

Зазвичай, колектори хто б повертає за Сонцем. Їх закріплюють жорстко, орієнтують на південь і встановлюють з точки до обрію, рівним розі широти місцевості.

Сонячне тепло «малокалорийно», воно розсіяно. Дуже заманливо забезпечити колектори концентраторами. Якщо це великі параболічні дзеркала, з допомогою можна випаровувати води і розігрівати пар

до високих температур. Поступово вже чимало гелиостанций, у яких струм виробляється генераторами, вращаемыми паровий турбіною (як бачите, без електроенергії все-таки, не обійшлося). Сонце, ще, плавить метали, в гелиопечах отримують особливо чисті хімічні речовини. Втім, гелио- технології - це тема окремої розмови. Ми ж зупинимося на побутовому використанні сонячної теплової енергії.

Один із останніх розробок - трубчастий колектор з концентратором типу призмакон. Він з скляних циліндричних трубок, у яких наполовину радіуса був залитий розплавлений оптично прозорий кремній - органічний каучук. Коли він затвердів, вийшов вмонтований в трубку призматичний концентратором.

До речі, сама трубка - це теж концентратором (циліндричний). Припустимо, вона порожня (призматичний концентратором подумки прибираємо). Фокальная площину що залишився циліндричного концентратора - є поперечне перетин трубки. Якщо пустити вздовж цьому відношенні теплоносій, одержимо ущільнення енергії, однакову, відношенню діаметра циліндричного колектора до висоті теплообмінних трубок. Зокрема, для колектора фірми «Філіпс» коефіцієнт концентрації теплової енергії дорівнює 2. Висота трубок у ньому дорівнює радіусу циліндричного колектора.

Тепер неважко вважати, що коефіцієнт концентрації в колектора з призмаконом вдвічі більше, ніж в колектора фірми з «Фнлипс», бо всі хто у призмакон промені не можуть з залишити через повного внутрішнього відблиски і кидаються до яка щороку збирає поверхні, висота якої - всього половина радіуса циліндричного колектора. Вода, циркулююча у тому колекторі, може закипіти. Досліди це підтверджують...


ПРОМИСЛОВИЙ ФОТОСИНТЕЗ


За масштабами використання сонячної енергії нас іще далеко до рослин. Щороку до деревах, чагарниках, траві, водоростях на- з капливается 3 x 10 21 Дж

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація