На главную Написать сообщение Поиск по сайту Новости публикаций Плакаты и знаки по охране труда и БЖД Видео по охране труда и технике безопасности Зарубежные средства индивидуальной защиты Юридическая консультация онлайн
В начало разделаОхрана труда и энергосбережение → Основы энергосбережения

Виды, способы получения, преобразования и использования энергии. Прямое преобразование солнечной энергии в тепловую и световую - Фотоэлектрические преобразователи

Фотоэлектрические преобразователи


Заманчиво и многообещающе прямое превращение солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных элементов (фотоэлементов), в которых используется явление фотоэффекта.


Фотоэффектом называются электрические явления, происходящие при освещении вещества светом, а именно: выход электронов из металлов (фотоэлектрическая эмиссия, или внешний фотоэффект); перемещение зарядов через границу раздела полупроводников с различными типами проводимости (р—n). (вентильный фотоэффект); изменение электрической проводимости (фотопроводимость).


При освещении границы раздела полупроводников с различными типами проводимости (р—n) между ними устанавливается разность потенциалов (фото ЭДС). Это явление называется вентильным фотоэффектом, и на его использовании основано создание фотоэлектрических преобразователей энергии (солнечных элементов, солнечных модулей и солнечных батарей).


В настоящее время наиболее совершенны кремниевые фотоэлементы. Их КПД, однако, составляет не более 15%, и они очень дороги.


Практические области применения фотоэлектрического преобразования солнечной энергии сегодня:

  1. уличное освещение,, зарядные устройства, потребительские товары (фотоаппараты, калькуляторы, часы и т. д.);
  2. электромобили;
  3. автономные потребители (0,01-10 кВт): насосы, ирригация, холодильники, вентиляторы, аэрация водоемов, мобильные сельскохозяйственные установки, энергообеспечение домов (рис. 10.4.6), системы телекоммуникации и сигнализации;
  4. так называемые солнечные дома, имеющие солнечные модули (1—20 кВт) на крышах, объединенные с энергосистемой;
  5. центральные солнечные станции (50—5000 кВт), снабжающие энергией поселки и небольшие города.

Фотоэлектрическая солнечная установка для энергообеспечения дома в сельской местности

Рис. 10.4.6. Фотоэлектрическая солнечная установка для энергообеспечения дома в сельской местности


Что касается крупных электростанций, то предложено два варианта реализации принципа фотоэлектрического преобразования. Первый заключается в создании солнечных станций на искусственных спутниках Земли, оборудованных солнечными панелями из фотоэлементов площадью от 20 до 100 км2 в зависимости от мощности станции. Вырабатываемая на спутниках электроэнергия будет преобразовываться в электромагнитные волны в микроволновом диапазоне частот, направляться на Землю, где приниматься приемной антенной (рис. 10.4.7). Второй вариант предполагает монтаж сборных панелей солнечных фотоэлектрических элементов в малонаселенных и пустынных малоиспользуемыхрайонах Земли. Для реализации этих проектов предстоит провесту большой объем научных исследований и решить серьезные научно-технические проблемы.


Схема солнечной электростанции на искусственном спутнике

Рис. 10.4.7. Схема солнечной электростанции на искусственном спутнике


Экологичеяские аспекты энергетики

Современные ТЭС оказывают большое влияние на окружающую среду. Для обеспечения их работы привлекаются значительные природные ресурсы (топливо, вода, реагенты, строительные материалы). Через технологические (топливоснабжение) и естественные (сток рек, воздушные течения, подземная фильтрация) связи их влияние передается на значительные расстояния и должно быть учтено, локализовано и максимально нейтрализовано.


Размеры площадок ТЭС достигают 3—4 км2. На этой территории полностью изменяется рельеф местности, характеристики и распределение воздушных течений и поверхностного стока, нарушается почвенный слой, растительный покров, режим грунтовых вод. Эти изменения, а также производственные шумы и освещенность в ночное время приводят к нарушению экологического равновесия.


Выброс больших масс теплоты и влаги крупными градирнями вызывает снижение солнечной освещенности, образование низкой облачности и туманов, моросящих дождей, инея, гололеда, обледенение дорог и конструкций. В теплое время года в результате испарения капель, достигших земли, возможно засоление почв.


Создание водохранилищ-охладителей для мощных электростанций с поверхностью 20—30 км2 приводит к перераспределению стока, изменению режима паводков, разливов, восполнения запасов грунтовых вод, условий разведения рыбы.


Сточные воды и ливневые стоки с территории ТЭС загрязняются отходами технологических циклов энергоустановок (нефтепродукты, шлаки, обмывочные воды). Их сброс в водоемы может оказаться гибельным для водных организмов, снижает способность водоема к самоочищению.


Отрицательное влияние на природные условия оказывают золоотвалы земля исключается из сельскохозяйственного оборота. Пыление золоотвалов приводит к гибели растений.


В технологических циклах электростанций более 95% охлаждающей воды нагревается на 90—100 С, в водоемы сбрасывается большое количество теплоты, которая нарушает естественные условия существования экологических систем.


Газопылевые выбросы ТЭС загрязняют атмосферу углекислотой, золой, оксидами азота, сернистой и серной кислотой, что вызывает коррозию сооружений и оборудования, уменьшает солнечное облучение территории;


Среди основных направлений охраны окружающей среды от вредного воздействия ТЭС следует отметить применение природосберегающих технологий при генерации энергии. К их числу относятся технологии, которые увеличивают коэффициент использования топлива (ТЭЦ вместо КЭС, АЭС вместо ТЭС на органическом топливе) и соответственна уменьшают количество прямых (зола, шлак) и вторичных (обмывающие воды) загрязнений. К ним относятся различные способы деструктивной переработки топлива (получение метанола, синтез газа, водорода и т. д.) позволяющие более полно произвести выделение потенциальных загрязнителей (серы) на ранних стадиях использования топлива. Сюда же относится применение замкнутых технологических циклов: полное использование золы ТЭС; получение из дымовых газов азота и технической серной кислоты; улавливание и последующее сжигание нефтемаслопродуктов из отходящих вод.


Эти методы относятся к активным способам защиты окружающей среды.


Пассивные способы предусматривают применение устройств, улавливающих загрязнения на конечных стадиях технологического процесса (золоуловители, очистные сооружения) или способствующих их разбавлению до концентраций, меньших предельно допустимых (высокие дымовые трубы, шумопоглотители).