Солнце вид с космического аппарата SOHO Почти вся энергия на Землю, приходит от Солнца. Если бы не оно, Земля была бы холодной и безжизненной. Растения растут, потому что получают необходимую энергию. Солнце ответственно за ветер, и даже ископаемое топливо это энергия нашей звезды, запасенная миллионы лет назад. Но сколько энергии на самом деле, приходит от него? Как вы, наверное, знаете, в его ядре, температура и давление настолько высоки, что атомы водорода сливаются в атомы гелия. В результате этой реакции синтеза, звезда производит 386 миллиардов мегаватт. Большая часть излучается в пространство. Вот почему мы видим звезды, которые удалены на десятки и сотни световых лет от Земли. Мощность излучения Солнца равна 1,366 киловатт на квадратный метр. Около 89000 тераватт проходит через атмосферу и достигает поверхности Земли. Получается его энергия на Земле составляет около 89000 тераватт! Просто для сравнения, общее потребление каждого человека составляет 15 тераватт. Так что Солнце дает в 5900 раз больше энергии, чем люди в настоящее время производят. Нам просто нужно научится использовать ее. Наиболее эффективный способ использовать излучение нашей звезды это фотоэлементы. Как таковое, это преобразование фотонов в электричество. Но энергия создает ветер, который заставляет работать генераторы. Солнце помогает расти культурам, которые мы используем для производства биотоплива. И, как мы уже говорили, ископаемые виды топлива, такие как нефть и уголь это концентрированное солнечное излучение, собранное растениями в течение миллионов лет. comments powered by HyperComments Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям! Просмотров записи: 4912 spacegid.com Содержание: На земле существует большое количество альтернативных источников энергии, каждый из которых имеет свои особенности при использовании. И одним из самых экологичных является энергия солнечного света. На самом деле ею человечество пользуется из самых древних времен и в различной форме: Все это непостоянно, нагретые солнцем за день предметы ночью быстро остывают. Человечество долго думало о том, как бы сохранить эту энергию и только в XXI-ом столетии стало использовать ее для накопления в виде тепла и электричества. Получение электрической мощности из солнечного излучения – это довольно действенный способ, который сегодня используется для обеспечения энергией от одиночных домов до небольших поселений или комплексов. И даже учитывая крайне небольшое время качественного солнечного излучения, популярность использования панелей не утихает. Но чтобы определить целесообразность этого генератора, необходимо посчитать мощность солнечных батарей. Об этом речь пойдет ниже в статье, прежде необходимо ознакомиться с понятием «солнечное излучение». Солнечная энергия – на самом деле это огромная сила, но чтобы ее получить, необходимо приложить немало усилий. Все дело в том, что технологии изготовления солнечных генераторных панелей имеют высокую цену и порой при расчете выгоды может оказаться так, что установка таких у себя дома будет окупаться на протяжении десятков лет, при условии постоянно ясных дней. А на самом деле эта цифра увеличится как минимум в 5 раз, и выгода будет заметна только вашим внукам или правнукам. И то, если конструкция панелей будет надежна и сможет столько прослужить. В идеальном расчете современные солнечные батареи могут выдавать до 1,35 кВт/м кв. и для получения 10 кВт потребуется всего 7,5 кв. м панелей. Но это в идеальных условиях. В реальности - площади солнечных батарей потребуется в 5-6 раз больше для получения той же мощности. Современные солнечные панели обладают не так уж и большим КПД. Фотоэлемент, площадью 1 кв. м выдает в идеальных условиях 1 кВт электрической энергии. Но это условие справедливо, если расстояние от поверхности панели минимально, солнце находиться над ней, лучи – строго перпендикулярно к плоскости и прозрачность атмосферы составляет не менее 100%. Таким условиям соответствует лишь вершина горы в тропической зоне и ясную погоду. В нашей климатической зоне можно добиться максимум 20%, следовательно, с 1 кв. м можно получить от 150 до 600 Вт электрической энергии. Все дело в том, что интенсивность солнца в наших широтах весьма мала. К примеру, рассматривая российские города от Архангельска до Южно-Сахалинска, за месяц эксплуатации солнечной батареи можно получить максимум 209.9 кВтч/м кв. И то, эта цифра справедлива только в Сочи. При установке солнечной панели в Архангельске, месячный максимум получится не более 159.7 кВтч/м кв. В средних широтах, в которых собственно мы с вами и проживаем, показатель мощности солнечной энергии соответствует уровню 100 Вт/кв. м. Но и эти данные весьма неточные, при повышенной облачности эта цифра будет уменьшаться до 2 и более раз. В зависимости от потока излучение разделяется на 2 вида: рассеянное и прямое. В зависимости от вида освещения выбирается угол наклона панели, тем самым повышая КПД установки. При прямом излучении угол должен быть строго определен, при рассеянном этот показатель не важен, потому что интенсивность освещения во всех точках пространства примерно равна. Но между двумя этими разновидностями имеется существенное отличие, заключающееся в мощности солнечного излучения на квадратный метр. В первом случае она многократно раз превышает второй, обеспечивая панель мощным потоком фотонов. Но таких ясных деньков в наших широтах, да и по всей планете, не так уж и много, поэтому производителям панелей приходиться использовать весь научно-технический потенциал, чтобы получить максимум энергии из того излучения. Такие технологии станут многим не по карману, не говоря уже о сроке окупаемости, который может стать непостижимым на нашем веку. Солнце представляет собой универсальный генератор, который вырабатывает потоки световой энергии не только различной мощности, но и различной частоты, что говорит о возможности разложения солнечного света в спектр. Весь его охватить не удастся, потому что принимающее тело должно быть идеально черного цвета. Тем более что не все виды излучений доходят до поверхности земли. Самые активные и энергонесущие потоки поглощаются другими телами в космосе и атмосфере. Задачей человечества стало определение диапазона частот, в котором поток световой энергии максимален. Традиционно спектр раскладывается не по частотам, а по длинам волн. И его грубо можно разделить на 3 зоны: Зоной, где энергия фотонов самая высокая, является именно первый диапазон, но в нем частиц ничтожно мало, по сравнению с видимым диапазоном света. Поэтому для получения электрической энергии стали использовать именно видимый и инфракрасный диапазоны с длинами волн от 380 до 1800 мкм. Все, что выше относится к радиочастотному диапазону и энергия здесь также мала, по причине практически полного отсутствия энергии фотонов, несмотря на их большое количество. Главной проблемой установки солнечных батарей в наших климатических условиях является существенное различие в длительности светового дня в зависимости от поры года. Самый короткий день почти в 2,5 раза меньше самого длинного, что сказывается и на энергии излучения, которому зимой еще приходиться преодолевать и более толстые слои атмосферы. Следовательно, использование солнечных батарей в зимний период не даст никакой выгоды, а в летний период жарким днем выдаст не меньше энергии, чем на экваторе. Солнечный свет, как и любая другая физическая величина, имеет ряд параметров, которые должны использоваться при расчете генератора. К ним относятся: В наших климатических условиях, когда интенсивность солнечной энергии изменяется с течением дня, очень важно предусмотреть систему автоматической коррекции положения панелей. Необходимо, чтобы лучи падали на приемные элементы перпендикулярно, тем самым выбивая из них больше заряженных электронов. Но чтобы это обеспечить придется организовать поворот или наклон солнечных батарей с ходом солнца. При угле падения лучей в 30 градусов коэффициент отражения лучей составляет не менее 5%, а 95% световой энергии оказываются полезными. При увеличении угла отражения до 60 градусов потери вырастают вдвое, а при угле отражения 80 градусов коэффициент потерь находиться на отметке 40%. Но кроме угла отражения немаловажное значение имеет эффективная площадь перекрытия панели солнечным потоком. Эта величина расчетная и находиться из отношения реальной площади к синусу угла между плоскостью и направлением солнечных лучей. В итоге получается, что для получения постоянно качественного потока панели необходимо время от времени поворачивать к солнцу. А это соответственно будет требовать определенных технологий, что оказывается весьма дорогостоящим удовольствием. Можно пойти и простым путем, ориентировать солнечную батарею в одной плоскости под определенным углом. Например, для Москвы, которая расположена на 56 градусах широты, угол наклона к горизонту составит, соответственно, 56 градусов или отклонения от вертикали на 34 градуса. Тогда потребуется лишь обеспечить панели вращением в одной плоскости и возврат ее в исходную точку. Все это удорожает систему и делает ее менее надежной. При конструировании системы поворота панелей большое значение имеет вес рамы, на которой будут располагаться фотоэлементы. И как следствие получается, что на вращение требуется много энергии, что снижает количество полезной энергии. Для построения действительно качественного солнечного генератора необходимо учесть следующие данные: Подписаться на рассылку ekobatarei.ru Решение Энергетическая светимость Солнца (как абсолютно черного тела) по закону Стефана-Больцмана равна: . С другой стороны по определению, гдеE- излучаемая энергия, S- площадь излучающей поверхности, t-время, в течении которого происходит излучение, N- мощность излучения. Т.о., (Считаем Солнце шаром с радиусом 7108 м). Получаем, что мощность излучения Солнца составляет 3,91026 Вт 35. Найти солнечную постоянную К, т.е. количество лучистой энергии, посылаемой Солнцем в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к солнечным лучам и находящуюся на таком же расстоянии от него, как и Земля. Температура поверхности Солнца 5800 К. Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Решение. Энергетическая светимость Солнца (как абсолютно черного тела) по закону Стефана-Больцмана равна: . А мощность солнечного излучения, гдеr- радиус Солнца. Т.к. солнечная энергия не теряется, то на расстоянии орбиты Земли . Получаем .Откуда,Е=1389 Вт/м2. 36. Известно, что атмосфера Земли поглощает 10% лучистой энергии, посылаемой Солнцем. Определите максимальную и минимальную мощность излучения L, получаемую от Солнца горизонтальным участком Земли, на котором расположен город Калуга. Площадь города принять равной 50 км2. Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Решение Максимальная мощность излучения Lmax, получаемая от Солнца горизонтальным участком Земли, будет в тот день, когда высота Солнца над горизонтом наибольшая (это день летнего солнцестояния). Определим в этот день высоту Солнца в Калуге. Широта Калуги =54 31, а склонение Солнца =23,5, тогда hmax=90- 54,5+ 23,5=59 (по формуле h = 90- + ). Мощность излучения, получаемая от Солнца горизонтальным участком, равна , гдеЕ – солнечная постоянная для Земли, S - площадь участка, перпендикулярного к солнечным лучам, равная (S – площадь данного участка (города Калуги)), n- коэффициент поглощения земной атмосферы. Т.о.,,Lmax=51010 Вт. Минимальная мощность излучения Lmin, получаемая от Солнца горизонтальным участком Земли, будет в тот день, когда высота Солнца над горизонтом наименьшая (это день зимнего солнцестояния). Определим в этот день высоту Солнца в Калуге. Склонение Солнца в этот день =-23,5, тогда hmin=90- 54,5- 23,5=12. Минимальная же мощность излучения Lmin будет равна , Lmin= 1,21010 Вт. 37. В 1947 г в западных отрогах Сихотэ-Алиня (Приморский край) упал огромный железо-никелевый метеорит. Во время движения в атмосфере он разбился на многочисленные осколки и рассеялся металлическим дождем на площади 35 км2. Масса метеорита оценивается в 60 т, общий вес собранных осколков достиг 27 т. В Калужском государственном музее истории космонавтики им. К.Э. Циолковского хранится осколок сихоте-алиньского метеорита массой 7,7 кг. Оцените массу никеля в этом метеорите, если процентное содержание железа в нем 93,3%, а никеля – 6%. Дано: Решение: Рассчитаем массу никеля в метеорите по формуле: Ответ: 0,46 кг никеля. 38. Видеокамеры лунного зонда «Клементина» запечатлели поверхность Луны на 11 частотах видимого и инфракрасного диапазона спектра. Съемка на волнах 750 и 950 нм позволила составить карту распределения железа в поверхностных лунных грунтах. Наибольшая концентрация этого металла (до 16% оксида железа (II)) отмечена в морях видимой стороны, наименьшая - в центральных областях обратной стороны. В будущем, для нужд лунного производства, предполагается наладить получение железа на Луне. На Земле одной из наиболее богатых железом горных пород является магнитный железняк, содержащий до 70% железа. Сравните массу лунного грунта, богатого железом, и магнитного железняка, которые необходимо переработать для получения металлического железа массой 1,0 т. Дано: Решение: 1. Рассчитаем массу магнитного железняка, содержащую 1,0 т железа: 2. Найдем массовую долю железа в лунном грунте. Рассчитаем массовую долю железа в оксиде железа (II), как отношение относительной атомной массы железа к относительной молекулярной массе оксида железа (II): Массу железа в лунном грунте можно вычислить по формуле: Рассчитаем массовую долю железа в лунном грунте: 3. Рассчитаем массу лунного грунта, содержащую 1,0 т железа: Ответ: 1,4 т магнитного железняка; 7,7 т лунного грунта. 30. В Калужском Государственном музеи истории космонавтики среди образцов минералов, доставленных с поверхности Луны автоматической станцией «Луна-24», представлен оливин. На Земле оливин распространенный силикатный минерал состав которого плавно меняется от Mg2SiO4 (фостерит) до Fe2SiO4 (фаялит). Рассчитайте массовые доли кислорода в фостерите и фаялите. Дано: Решение: Рассчитаем массовую долю кислорода в фостерите и фаялите: , Ответ: 45,7%, 31,4%. 40. Фотосфера – единственный на Солнце слой (не считая солнечной атмосферы), где водород существует в форме нейтральных атомов. Рассчитайте давление водорода в нижних слоях фотосферы Солнца, если плотность вещества в ней составляет 510-4 кг/м3, а температура 6000 К. Дано: Решение: Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона, . Выразив из него давление через плотность:. Подставим числовые данные Проверим единицы измерения Ответ: 2,5104 Па. ТЕМА «ОСНОВЫ КОСМОНАВТИКИ» 41. В фантастической повести «Вне Земли», написанной Циолковским в 1896 г, есть такие строки: «… Сейчас на своей ракете мы летаем вокруг Земли на расстоянии 1000 км, делая полный оборот в 100 минут…». Подтвердите расчетами, что корабль, находясь на данной высоте, двигается с указанным периодом. Решение. Спутник движется с постоянной по модулю скоростью по круговой орбите радиусом R+H под действием силы всемирного тяготения, следовательно, по закону Ньютона , ускорение ракеты, где– период обращения,- масса ракеты,- масса Земли. Получим, откуда. Учитывая, что, получим более рациональную для расчета формулу. После подстановки численных данных найдем, что Т105 мин. 42. Первый искусственный спутник Земли представлял собой шар диаметром 580 мм (Его копию можно увидеть в Калужском государственном музее истории космонавтики им. К.Э. Циолковского). Посчитайте, на каком расстоянии от земного наблюдателя должен был бы двигаться этот спутник, чтобы с его помощью можно было бы хоть мгновение наблюдать полное солнечное затмение? Оцените (очень приблизительно), каков был бы период обращения этого спутника вокруг Земли? Справочные данные (округлённые): Диаметр Земли 12700 км. Диаметр Солнца 1400000 км. Диаметр Луны 3500 км. Расстояние Земля-Солнце 150000000 км. Расстояние Земля-Луна 380000 км. Звёздный период обращения Луны вокруг Земли 27,3 средних солнечных суток. Решение Видимый угловой размер спутника должен быть таким как и видимый угловой размер Солнца, т.е. примерно 1/2 углового градуса, поэтому расстояние от наблюдателя до спутника должно быть во столько раз меньше, чем от наблюдателя до Солнца, во сколько раз диаметр спутника меньше диаметра Солнца . Откуда. Следовательно, высота спутника не должна превышать 62 м. На такой высоте слишком велико сопротивление атмосферы, поэтому спутник не сможет сделать ни одного оборота. 43. Одной из достопримечательностей города Калуги является космический корабль «Восток», установленный на возвышении берега Яченского водохранилища. На космических кораблях этой серии для регенерации кислорода, необходимого для дыхания экипажа, использовали надпероксид калия (КО2), который, взаимодействуя с выдыхаемым космонавтами углекислым газом образует кислород и карбонат калия. На борту космического корабля находится 47,7 кг КО2. Космонавт в течение часа выдыхает 30 г углекислого газа. Определите, в течение скольких суток будет обеспечиваться на орбите жизнедеятельность экипажа, состоящего из двух человек? Дано: Решение: 1. Запишем уравнение химической реакции: 2. Из уравнения реакции следует, что 1 моль углекислого газа взаимодействует с 2 моль надпероксида калия. 3. Найдем, какая масса надпероксида калия расходуется за 1 час. За 1 час два космонавта выдыхают углекислый газ массой или количеством веществаЗначит, согласно уравнению реакции за 1 час расходуется надпероксид калия количеством веществаили массой 4. Время жизнедеятельности экипажа на орбите можно определить как отношение массы надпероксида калия, находящейся на корабле, к его массе, расходуемой экипажем за час. 5. Подставим в полученную формулу числовые значения Получаем Проверим единицы измерения Ответ: 246 ч или 10 суток. studfiles.net 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. Солнце – центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный шар, типичная звезда-карлик спектрального класса G2. В центральной части Солнца находится источник его энергии, или, говоря образным языком, та “печка”, которая нагревает его и не даёт ему остыть. Эта область называется ядром (см. рис.1). В ядре, где температура достигает 15 МК, происходит выделение энергии. Ядро имеет радиус не более четверти общего радиуса Солнца. Однако в его объёме сосредоточена половина солнечной массы и выделяется практически вся энергия, которая поддерживает свечение Солнца. Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии, где она распространяется через поглощение и излучение веществом порций света – квантов. Кванту требуется очень много времени, чтобы просочиться через плотное солнечное вещество наружу. Так что если бы печка внутри Солнца вдруг погасла, то мы узнали бы об этом только миллионы лет спустя. На своём пути через внутренние солнечные слои поток энергии встречает такую область, где непрозрачность газа сильно возрастает. Это конвективная зона Солнца. Здесь энергия передаётся уже не излучением, а конвекцией. Конвективная зона начинается примерно на расстоянии 0,7 радиуса от центра и простирается практически до самой видимой поверхности Солнца (фотосферы), где перенос основного потока энергии вновь становится лучистым. Фотосфера – это излучающая поверхность Солнца, которая имеет зернистую структуру, называемую грануляцией. Каждое такое зерно размером почти с Германию и представляет собой поднявшийся на поверхность поток горячего вещества. На фотосфере часто можно увидеть относительно небольшие темные области - солнечные пятна. Они на 1500˚С холоднее окружающей их фотосферы, температура которой достигает 5800˚С. Из-за разницы температур с фотосферой эти пятна и кажутся при наблюдении в телескоп совершенно черными. Над фотосферой расположен следующий, более разряженный слой, называемый хромосферой, то есть окрашенной сферой. Такое название хромосфера получила благодаря своему красному цвету. И, наконец, над ней находится очень горячая, но и чрезвычайно разреженная часть солнечной атмосферы - корона. Наше Солнце – это огромный светящийся газовый шар, внутри которого протекают сложные процессы и в результате непрерывно выделяется энергия. Энергия Солнца является источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря и океаны, развиваются растения, животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива. Солнечная энергия может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество. Солнце испаряет воду с океанов, морей, с земной поверхности. Оно превращает эту влагу в водяные капли, образуя облака и туманы, а затем заставляет её снова падать на Землю в виде дождя, снега, росы или инея, создавая, таким образом, гигантский круговорот влаги в атмосфере. Солнечная энергия является источником общей циркуляции атмосферы и циркуляции воды в океанах. Она как бы создаёт гигантскую систему водяного и воздушного отопления нашей планеты, перераспределяя тепло по земной поверхности. Солнечный свет, попадая на растения, вызывает у него процесс фотосинтеза, определяет рост и развитие растений; попадая на почву, он превращается в тепло, нагревает её, формирует почвенный климат, давая тем самым жизненную силу находящимся в почве семенам растений, микроорганизмам и населяющим её живым существам, которые без этого тепла пребывали бы в состоянии анабиоза (спячки). Солнце излучает огромное количество энергии - приблизительно 1,1x1020 кВт·ч в секунду. Киловатт·час - это количество энергии, необходимое для работы лампочки накаливания мощностью 100 ватт в течение 10 часов. Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5 x 1018) кВт·ч ежегодно. Однако только 47% всей энергии, или приблизительно 700 квадрильонов (7 x 1017) кВт·ч, достигает поверхности Земли. Остальные 30% солнечной энергии отражается обратно в космос, примерно 23% испаряют воду, 1% энергии приходится на волны и течения и 0,01% - на процесс образования фотосинтеза в природе. Почему Солнце светит и не остывает уже миллиарды лет? Какое «топливо» дает ему энергию? Ответы на этот вопрос ученые искали веками, и только в начале XX века было найдено правильное решение. Теперь известно, что, как и другие звезды, светит благодаря протекающим в его недрах термоядерным реакциям. Если ядра атомов лёгких элементов сольются в ядро атома более тяжелого элемента, то масса нового окажется меньше, чем суммарная масса тех, из которых оно образовалось. Остаток массы превращается в энергию, которую уносят частицы, освободившиеся в ходе реакции. Эта энергия почти полностью переходит в тепло. Такая реакция синтеза атомных ядер может происходить только при очень высоком давлении и температуре свыше 10 млн. градусов. Поэтому она и называется термоядерной. Основное вещество, составляющее Солнце, - водород, на его долю приходится около 71% всей массы светила. Почти 27% принадлежит гелию, а остальные 2% - более тяжелым элементам, таким как углерод, азот, кислород и металлы. Главным «топливом» Солнца служит именно водород. Из четырех атомов водорода в результате цепочки превращений образуется один атом гелия. А из каждого грамма водорода, участвующего в реакции, выделяется 6x1011 Дж энергии! На Земле такого количества энергии хватило бы для того, чтобы нагреть от температуры 0ºC до точки кипения 1000 м3 воды. Солнце обеспечивает нас в 10 000 раз большим количеством бесплатной энергии, чем фактически используется во всем мире. Только на мировом коммерческом рынке покупается и продается чуть меньше 85 триллионов (8,5 x 1013) кВт·ч энергии в год. Поскольку невозможно проследить за всем процессом в целом, нельзя с уверенностью сказать, сколько некоммерческой энергии потребляют люди (например, сколько древесины и удобрения собирается и сжигается, какое количество воды используется для производства механической или электрической энергии). Некоторые эксперты считают, что такая некоммерческая энергия составляет одну пятую часть всей используемой энергии. Но даже если это так, то общая энергия, потребляемая человечеством в течение года, составляет только приблизительно одну семитысячную часть солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли в тот же период. В развитых странах, например, в США, потребление энергии составляет примерно 25 триллионов (2.5 x 1013) кВт·ч в год, что соответствует более чем 260 кВт·ч на человека в день. Данный показатель является эквивалентом ежедневной работы более чем ста лампочек накаливания мощностью 100 Вт в течение целого дня. Среднестатистический гражданин США потребляет в 33 раза больше энергии, чем житель Индии, в 13 раз больше, чем китаец, в два с половиной раза больше, чем японец и вдвое больше, чем швед. www.gigavat.com В мире всё меньше традиционных источников энергии. Запасы нефти, газа, угля истощаются и всё идёт к тому, что рано или поздно они закончатся. Если к этому времени не найти альтернативных источников энергии, то человечество ждёт катастрофа. Поэтому во всех развитых странах ведутся исследования по открытию и разработке новых источников энергии. В первую очередь – это солнечная энергия. С древних времён эта энергию использовалась людьми для освещения жилища, сушки продуктов, одежды и т. п. Солнечная энергетика сегодня является одним из наиболее перспективных источников альтернативной энергии. В настоящее время уже есть достаточно много конструкций, позволяющих преобразовывать энергию солнца в электрическую или тепловую. Отрасль постепенно растёт и развивается, но, как и везде, есть свои проблемы. Обо всём этом речь пойдёт в настоящем материале. Содержание статьи Энергия солнца является одним из самых доступных возобновляемых источников на Земле. Использование солнечной энергии в народном хозяйстве положительно сказывается на состоянии окружающей среды, поскольку для её получения не требуется бурить скважины или разрабатывать шахты. К тому же, этот вид энергии свободный и не стоит ничего. Естественно, что требуются затраты на покупку и монтаж оборудования. Проблема в том, что солнце – это прерывистый источник энергии. Так, что требуется накопление энергии и использование её в связке с другими энергетическими источниками. Основная проблема на сегодняшний день заключается в том, что современное оборудование имеет низкую эффективность преобразования энергии солнца в электрическую и тепловую. Поэтому все разработки направлены на то, чтобы увеличить КПД таких систем и снизить их стоимость. Вот он – возобновляемый источник энергии Солнце отправляет к поверхности нашей планеты радиацию. Из широкого спектра излучения поверхности Земли достигают 3 типа волн: Вернуться к содержанию Как развивалась солнечная энергетика до наших дней? Об использовании солнца в своей деятельности человек думал с древних времён. Всем известна легенда, согласно которой Архимед сжёг флот неприятеля у своего города Сиракузы. Он использовал для этого зажигательные зеркала. Несколько тысяч лет назад на Ближнем востоке дворцы правителей отапливали водой, которая нагревалась солнцем. В некоторых странах выпариваем морской воды на солнце получали соль. Учёные часто проводили опыты с нагревательными аппаратами, работающими от солнечной энергии. Первые модели таких нагревателей были выпущены в XVII─XVII веках. В частности, исследователь Н. Соссюр представил свою версию водонагревателя. Он представляет собой ящик из дерева, накрытый стеклянной крышкой. Вода в этом устройстве подогревалась до 88 градусов Цельсия. В 1774 году А. Лавуазье использовал линзы для концентрации тепла от солнца. И также появились линзы, позволяющие локально расплавить чугун за несколько секунд. Батареи, преобразующие энергию солнца в механическую, создали французские учёные. В конце XIX века исследователь О. Мушо разработал инсолятор, фокусирующий лучи с помощью линзы на паровом котле. Этот котёл использовался для работы печатной машины. В США в то время удалось создать агрегат, работающий от солнца, мощностью в 15 «лошадей». Инсолятор О. Мушо В тридцатые годы прошлого столетия академик СССР А. Ф. Иоффе предложил использовать полупроводниковые фотоэлементы для преобразования энергии солнца. КПД батарей в то время был менее 1%. Прошло много лет до того, как были разработаны фотоэлементы, имеющие КПД на уровне 10─15 процентов. Затем американцы построили солнечные батареи современного типа. Для получения большей мощности солнечных систем низкий КПД компенсируется увеличенной площадью фотоэлементов. Но это не выход, поскольку кремниевые полупроводники в фотоэлементах довольно дорогие. При увеличении КПД возрастает стоимость материалов. Это является главным препятствием для массового использования солнечных батарей. Но по мере истощения ресурсов их использование будет всё более выгодным. Кроме того, исследования по увеличению КПД фотоэлементов не прекращаются. Фотоэлемент для солнечной батареи Стоит сказать, что батареи на основе полупроводников достаточно долговечны и не требуют квалификации для ухода за ними. Поэтому их чаще всего используют в быту. Есть также целые солнечные электростанции. Как правило, они создаются в странах с большим числом солнечных дней в году. Это Израиль, Саудовская Аравия, юг США, Индия, Испания. Сейчас есть и совсем фантастические проекты. Например, солнечные электростанции вне атмосферы. Там солнечный свет ещё не потерял энергию. То есть, излучение предлагается улавливать на орбите и затем переводить в микроволны. Затем в таком виде энергия будет отправляться на Землю. Вернуться к содержанию Прежде всего, стоит сказать о том, в чём можно выразить и оценить солнечную энергию. Специалисты используют для оценки такую величину, как солнечная постоянная. Она равна 1367 ватт. Именно столько энергии солнца приходится на квадратный метр планеты. В атмосфере теряется примерно четверть. Максимальное значение на экваторе – 1020 ватт на квадратный метр. С учётом дня и ночи, изменения угла падения лучей, эту величину следует уменьшить ещё в три раза. Распределение солнечного излучения на карте планеты Поскольку наука на сегодняшний день не имеет устройств, работающих на энергии солнца в чистом виде, её требуется преобразовать в другой тип. Для этого были созданы такие устройства, как солнечные батареи и коллектор. Батареи преобразуют солнечную энергию в электрическую. А коллектор вырабатывает тепловую энергию. Есть также модели, совмещающие эти два вида. Они называются гибридными. Солнечная батарея Солнечный коллектор Гибридная солнечная панель Первый способ самый распространённый. Здесь используются фотоэлектрические панели, которые под воздействием солнца вырабатывают электрическую энергию. В большинстве случаев их делают из кремния. Толщина таких панелей составляет десятые доли миллиметра. Такие панели объединяются в фотоэлектрические модули (батареи) и устанавливаются на солнце. Чаще всего их ставят на крышах домов. В принципе, ничто не мешает разместить их на земле. Нужно, только чтобы вокруг них не было крупных предметов, других зданий и деревьев, которые могут отбрасывать тень. Кроме фотоэлементов, для получения электрической энергии применяются тонкопленочные или гибкие солнечные панели. Их преимуществом является малая толщина, а недостатком – сниженный КПД. Такие модели часто используются в портативных зарядках для различных гаджетов. Гибкая солнечная панель Гелиотремальная энергетика основана на нагреве поверхности энергоносителя в специальном коллекторе. Например, это может быть нагрев воды для системы отопления дома. В качестве теплоносителя может использоваться не только вода, но и воздух. Он может нагреваться в коллекторе и подаваться в систему вентиляции дома. Все эти системы стоят достаточно дорого, но их освоение и совершенствование постепенно продолжается. Вернуться к содержанию Вернуться к содержанию Направлений использования довольно много. Ниже рассматриваются самые востребованные и распространённые. Совсем недавно такие системы были чем-то из фантастических фильмов. Но сейчас у многие можно встретить комплекты солнечных модулей на крыше или фасаде дома. КПД таких систем пока не превышает 10─15 процентов. Напряжение 12 или 24 вольта. Но для частного дома или дачи этого вполне достаточно. Здесь стоит сказать, что современные панели вырабатывают электричество даже в сумерках и пасмурную погоду. Заряда аккумуляторных батарей хватает на тёмное время суток. Кроме того, солнечные панели подключаются как вспомогательные, и при необходимости их подменяет основная энергетическая система.Вернуться к содержанию Здесь энергия солнца преобразуется в тепловую. Наверное, у многих на дачном участке есть душ с металлическим баком наверху. Он нагревается от солнца и можно мытья нагретой водой. Это простейший вариант такого коллектора. Но современные системы работают значительно эффективнее. В них есть поглощающий элемент, который передаёт тепловую энергию теплоносителю. Есть варианты с водой и воздухом в качестве теплоносителя. Компактные системы с коллектором могут обеспечить бесплатный нагрев воды в доме для семьи на 3─5 человек. Речь идёт об осенне-зимнем периоде. Зимой эффективность подобных систем значительно снижается. Параллельно с установкой таких систем проводятся работы по улучшению изоляции. Если зимы в вашем регионе не суровые, то коллектор вполне может использоваться и зимой. Вернуться к содержанию Этот вид устройств предназначен для получения электрической энергии при отсутствии электрических сетей. Такие переносные аккумуляторы с возможностью зарядки от солнечной панели популярны среди туристов, дачников и т. п. Об этих устройствах можно прочитать в статьях: Вернуться к содержанию Этот вид устройств можно назвать экзотикой. Их можно встретить у туристов в составе походных кухонь. Они концентрируют свет параболическим зеркалом на ёмкости с теплоносителем.Вернуться к содержанию Это пока также экзотическая сфера применения. Но уже сейчас проводятся гоночные соревнования в Австралии на солнечных карах. Однако в последнее время конструкторам удалось нарастить скорость таких транспортных средств до 80 км/час. И также проводятся испытания самолёта на солнечных батареях с облётом планеты.Вернуться к содержанию Альтернативные виды энергетики, к которым относится солнечная, быстрее всего развивается в технологически развитых странах. Это США, Испания, Саудовская Аравия, Израиль и другие страны, где большое количество солнечных дней в году. Солнечная энергетика также развивается в России и странах СНГ. Правда, темпы у нас значительно медленнее из-за климатических условий и меньших доходов населения. На территории бывшего СССР климат для солнечных установок больше всего подходит климат на Украине и республиках Средней Азии. Однако здесь пока больше разговоров о развитии, чем реальных дел. То есть, раскрыть потенциал использования солнечной энергии здесь пока не удалось. Если говорить о доле солнечной энергии на рынке России и стран СНГ, то она не превышает 1 процента. В планах значится строительство нескольких солнечных электростанций. Поэтому ситуация ещё может исправиться. В России наблюдается постепенное развитие и уклон делается на развитие солнечной энергетики в регионах Дальнего Востока. Солнечные электростанции строятся в удалённых населённых пунктах Якутии. Это позволяет экономить на завозимом топливе. Строятся электростанции и в южной части страны. Например, в Липецкой области. Все эти данные позволяют сделать вывод о том, что многие страны мира пытаются максимально внедрить у себя использование солнечной энергии. Это актуально потому, что энергопотребление постоянно растёт, а ресурсы ограничены. К тому же, традиционная сфера энергетики сильно загрязняет окружающую среду. Поэтому альтернативная энергетика – это будущее. И энергия солнца является одним из ключевых её направлений. akbinfo.ru Чтобы ответить на этот вопрос, представим себе то, чего на самом деле быть не может. Вообразим, что Солнце вдруг исчезло, или что какая-то огромная заслонка преградила путь его лучам к нашей планете. Тогда Земля внезапно погрузится во мрак. Луна и планеты, отражающие солнечные лучи, также перестанут светить. Лишь тусклый свет далеких звезд будет освещать Землю. Зеленые растения погибнут, так как они могут усваивать углерод из воздуха только под воздействием солнечных лучей. Животным нечем будет питаться, и они начнут вымирать от голода. Помимо этого, все живое станет замерзать от страшного холода, который быстро распространится по Земле. Воздух, океаны и суша очень скоро отдадут мировому пространству ту энергию, которую они постоянно получают от Солнца. Перестанут дуть ветры, и замерзнут все водоемы. Начнет сжижаться воздух, и на Землю польется дождь из жидкого кислорода и азота. В результате наша планета покроется слоем льда из твердого воздуха. Сможет ли в таких условиях существовать жизнь? Конечно, нет. К счастью, ничего этого быть не может и каждый день Солнце посылает на Землю свои животворные лучи, нагревая сушу, воды и воздух, заставляя испаряться водоемы, приводя к образованию облаков и ветров, способствуя выпадению осадков, давая тепло и свет животным и растениям. Энергия Солнца огромна. Даже та ничтожная ее доля, которая попадает на Землю, оказывается очень большой. Если предположить полное использование энергии солнечных лучей, падающих на квадратный метр земной поверхности, можно заставить работать двигатель мощностью около двух лошадиных сил. Вся Земля в целом получает от Солнца в десятки тысяч раз больше энергии, чем могли бы выработать все источники электроэнергии мира, если бы они работали на полную мощность. С Земли Солнце кажется нам сравнительно небольшим. Его легко заслонить горошиной на расстоянии вытянутой руки. Если подобный опыт выполнить с большой точностью, то можно рассчитать, что расстояние до Солнца в 107 раз превышает его диаметр. А поперечник у Солнца очень велик, он в 109 раз больше диаметра Земли, который, как известно, составляет около 13 тыс. км. Теперь легко высчитать размеры Солнца и величину расстояния до него в километрах. Зная расстояние до Солнца и количество энергии, которое доходит от него к нам, можно определить количество энергии, излучаемое его поверхностью. Чем ближе мы подходим к источнику света, тем более концентрированным оказывается его излучение. Если бы Земля была к Солнцу вдвое ближе, то она получала бы от него в 4 раза больше энергии, чем сейчас. Таким же путем, если подойти вплотную к поверхности Солнца, можно найти, что мощность излучения возрастет в 46 тыс. раз. Представьте себе, что каждая площадка на Солнце величиной с клеточку в школьной тетради подогревается двумя обычными электроплитками, и вы получите примерное представление о мощности излучения поверхности Солнца. Из физики известно, что такую мощность излучения имеет тело, нагретое до температуры около 6000°. Следовательно, такова температура поверхности Солнца. Поэтому 1 кв. см. поверхности Солнца излучает больше 6 кВт энергии. По массе Солнце в 333 тыс. раз больше Земли, а по объему оно больше в 1 млн. 301 тыс. раз. Поэтому плотность Солнца меньше плотности Земли. В среднем Солнце раза в полтора плотнее воды. Но это только в среднем. Внутри Солнца вещество сильно сжато давлением вышележащих слоев и раз в десять плотнее свинца. Зато наружные слои Солнца в сотни раз разреженнее воздуха у поверхности Земли. Давление — это вес всех слоев, расположенных над площадкой в один квадратный сантиметр. Если из Солнца вырезать вдоль диаметра столбик вещества сечением в 1 кв. см и взвесить его с помощью воображаемых весов, то потребуется гиря с массой в двести тысяч тонн! На Солнце, где сила тяжести во много раз больше, чем на Земле, такая гиря будет в тысячи раз тяжелее. Поэтому давление в недрах Солнца превышает 100 млрд. атмосфер. При таком огромном давлении температура возрастает до значения, превышающего 10 млн. градусов! Оказывается, что в этих условиях вещество находится в газообразном состоянии. Однако по своим свойствам этот газ сильно отличается от обычных знакомых нам газов, например воздуха. Дело в том, что в нем почти все атомы полностью теряют свои электроны и превращаются в голые атомные ядра. Свободные электроны, оторвавшиеся от атомов, становятся составной частью газа, называемого в этих условиях плазмой. Частицы плазмы, нагретой до 10 млн. градусов, движутся с огромными скоростями в сотни и тысячи километров в секунду! При этом вследствие чрезмерного давления частицы сильно сближаются, а отдельные ядра атомов иногда даже проникают друг в друга. В моменты такого проникновения происходят термоядерные реакции. Атом гелия имеет чуть меньшую массу, чем четыре атома водорода, которые пошли на его образование. Этот дефект массы и выделяется в недрах Солнца в виде энергии, являющиеся источником неиссякаемой энергии Солнца. В основном Солнце состоит из тех же самых химических элементов, что и Земля. Однако водорода на Солнце несравненно больше, чем на Земле. Можно сказать, что Солнце почти целиком состоит из водорода, в то время как всех остальных элементов значительно меньше. Поэтому водород является основным источником энергии, излучаемой Солнцем за счет термоядерных реакций. За все время своего существования, которое, по-видимому, составляет не менее 6 млрд. лет, Солнце не израсходовало еще и половины своих запасов водородного ядерного топлива. В течение почти всего этого времени излучение Солнца примерно такое же, как и теперь. Так оно будет светить еще много миллиардов лет — до тех пор, пока в недрах Солнца весь водород не превратится в гелий. Когда ядра одного элемента (например, водорода), соединяясь, образуют ядра другого (например, гелия), возникают особые гамма-лучи, обладающие огромной энергией. Всякие лучи испускаются атомами в виде отдельных порций, называемых квантами. Энергия квантов гамма-лучей очень велика. Атомы вещества в недрах Солнца обладают свойством жадно поглощать всякое излучение. При этом, как правило, поглощая квант с очень большой энергией, атом излучает два или несколько квантов с меньшей энергией. Пока порожденные термоядерными реакциями гамма-лучи дойдут до поверхности Солнца, произойдет очень много таких дроблений квантов первоначальных гамма-лучей. В результате с поверхности Солнца уже будут испускаться преимущественно лучи со значительно меньшей энергией: ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные. Ядерные реакции происходят в ядре Солнца, и здесь же выделяется энергия. Диаметр ядра составляет примерно 1/3 диаметра самого Солнца. В ядре сосредоточена наибольшая часть солнечного вещества. К ядру примыкает самый протяженный слой Солнца, в котором в результате поглощения квантов, их дробления и переизлучения, энергия изнутри переносится наружу. Выше находится слой протяженностью около 1/10 солнечного радиуса, называемый конвективной зоной. Эта зона уже заметно холоднее. Она переходит в самые внешние слои Солнца — его атмосферу. Вследствие своей более низкой температуры конвективная зона не может обеспечить перенос всей энергии, поступающей снизу, только путем поглощения и переизлучения. Поэтому в конвективной зоне в переносе излучения принимает участие само вещество: из глубины поднимаются вверх отдельные потоки более горячих газов, передающих свою энергию непосредственно внешним слоям. Солнечная атмосфера также состоит из нескольких весьма различных слоев. Самый глубокий и тонкий из них называется фотосферой, что по-русски означает «сфера света». Здесь возникает подавляющее количество световых и тепловых лучей, посылаемых Солнцем в мировое пространство. Фотосфера — это та самая поверхность Солнца, которую можно наблюдать в телескоп, предварительно снабженный специальным темным светофильтром. Если этого не сделать, то наблюдатель неминуемо ослепнет. Толщина фотосферы всего лишь 200—300 км, а более глубоких слоев Солнца мы уже совсем не видим. Это происходит потому, что вещество фотосферы непрозрачно, подобно густому туману. Чем глубже слон фотосферы, тем они горячее. Когда мы смотрим на центр солнечного диска, то видим наиболее глубокие слои фотосферы. Это происходит по той же причине, по какой земная атмосфера в зените всегда заметно прозрачнее, чем у горизонта. Когда мы смотрим на край Солнца, мы видим не такие глубокие слои, как в центре. Поскольку эти слои холоднее и дают меньше света, на краю диск Солнца кажется темнее, а сам край его очень резким. Чередование маленьких (на самом деле размером около 1000 км) светлых пятнышек, окруженных темными промежутками, создает впечатление, что на поверхности Солнца рассыпаны рисовые зерна. Эти пятнышки называются гранулами. Они представляют собой отдельные элементы конвекции, поднявшиеся из конвективной зоны. Они горячее, а следовательно, и ярче окружающей фотосферы. Темные промежутки между ними — потоки опускающихся более холодных газов. От движения гранул в солнечной атмосфере возникают волны, очень похожие на те, которые появляются в земной атмосфере при полете реактивного самолета. Распространяясь вверх в солнечной атмосфере, эти волны поглощаются, а их энергия переходит в теплоту. Поэтому в солнечной атмосфере над фотосферой температура начинает повышаться, и чем дальше от фотосферы, тем больше. В сравнительно тонком слое, называемом хромосферой, она поднимается до нескольких десятков тысяч градусов. А в наиболее разреженной, самой внешней оболочке Солнца, в короне, температура достигает миллиона градусов! Хромосферу и корону можно видеть в редкие моменты полных солнечных затмений. Когда Луна целиком закрывает ослепительно яркую фотосферу, вокруг ее диска, который кажется черным, внезапно вспыхивает серебристо-жемчужное сияние в виде венца, часто имеющего длинные лучи. Это и есть солнечная корона — чрезвычайно разреженная газовая оболочка. Она простирается от Солнца на расстояние многих его радиусов. Форма короны сильно меняется со временем, о чем можно судить, сравнивая различные ее фотографии. Непосредственно вокруг черного диска Луны во время затмения видна блестящая тонкая розовая кайма. Это и есть хромосфера Солнца, слой раскаленных газов толщиной 10—15 тыс. км. Хромосфера значительно прозрачнее фотосферы. Она имеет линейчатый спектр, испускаемый раскаленными парами водорода, гелия, кальция и других элементов. Поэтому хромосферу можно наблюдать, если с помощью специальных приборов выделить излучаемые этими элементами лучи. В фотосфере много нейтральных атомов. В хромосфере вследствие высокой температуры атомы водорода и гелия начинают переходить в ионизованное состояние. Это значит, что они теряют свои электроны и становятся электрически заряженными, а их электроны начинают двигаться как свободные частицы. В короне, где температура несравненно больше, ионизация вещества настолько сильна, что все легкие химические элементы полностью лишаются своих электронов, а у тяжелых атомов их недостает более десятка. Это происходит потому, что при температуре в миллион градусов отдельные частицы движутся так быстро и с такой силой сталкиваются, что, образно говоря, от них «щепки летят». Таким образом, атмосфера Солнца, как и его недра, состоит из плазмы. В короне плазма очень сильно разрежена. В каждом ее кубическом сантиметре содержится не более 100 млн. «ободранных» атомов и оторванных от них свободных электронов. Это в 100 млрд. раз меньше, чем молекул в воздухе. Если бы всю корону, простирающуюся на много солнечных радиусов, сжать до плотности воздуха на Земле, то получился бы ничтожный слой толщиной в несколько сантиметров, окружающий Солнце. Вследствие столь большой разреженности корона еще прозрачнее для видимого света, чем хромосфера. По той же причине и количество излучаемого ею света ничтожно: яркость короны в миллион раз меньше яркости фотосферы. Именно поэтому в обычное время она незаметна на ярком фоне дневного неба и видна только во время полных солнечных затмений. Таким образом, хотя самые внешние слои солнечной атмосферы имеют температуру миллион градусов, их излучение составляет ничтожную долю от общей энергии, испускаемой Солнцем. Почти всю эту энергию излучает фотосфера, имеющая температуру около 6000°. Поэтому такую температуру приписывают Солнцу в целом. Значение температуры миллион градусов, установленное в короне, говорит только о том, что ее частицы движутся с огромными скоростями, доходящими до сотен и тысяч километров в секунду. Однако как же узнали, что температура солнечной короны так велика, если она излучает так мало? Дело в том, что наряду с другими лучами Солнце испускает относительно много радиоволн, во всяком случае, гораздо больше, чем должно давать тело, нагретое до 6000°. Солнечная корона очень сильно поглощает радиоволны. Поэтому доходящее до нас радиоизлучение Солнца в основном возникает не в фотосфере, а в короне. Измерения при помощи специальных радиотелескопов мощности этого радиоизлучения позволили определить температуру короны. Время от времени в солнечной атмосфере появляются так называемые активные области, количество которых регулярно повторяется с периодом в среднем около 11 лет. Наиболее существенным проявлением активной области являются наблюдаемые в фотосфере солнечные пятна. Они возникают в виде маленьких черных точек (пор). За несколько, дней поры развиваются в крупные темные образования. Обычно пятно окружено менее темной полутенью, состоящей из радиально, вытянутых прожилок. Оно кажется как бы «дыркой» на поверхности Солнца, такой большой, что в нее свободно можно закинуть «мячик», размером с Землю. Если наблюдать Солнце изо дня в день, то, по перемещению пятен можно убедиться, что оно вращается вокруг своей оси и примерно, через 27 дней то или иное пятно снова проходит через центральный меридиан. Интересно, что на разных широтах скорость вращения Солнца различна: вблизи экватора вращение быстрее, а у полюсов оно медленнее. За некоторое время до возникновения пятен на небольшом участке фотосферы появляется яркая область. По форме она напоминает сильно размазанную лужу причудливых очертаний с бесчисленными прожилками и яркими точками. Эти яркие области называются факелами. Они на несколько сотен градусов горячее фотосферы. Атмосфера над факелами также горячее и несколько плотнее. Факелы всегда окружают пятна. По мере разрастания факела в активной области постепенно усиливается магнитное поле, особенно на некотором малом участке, где в дальнейшем может образоваться пятно. Такие пятна обладают сильным магнитным полем, останавливающим всякие движения и течения ионизованного газа, от чего в области пятна под фотосферой останавливаются конвективные движения и тем самым прекращается дополнительный перенос энергии из более глубоких слоев наружу. Поэтому температура пятна оказывается примерно на 1000° ниже, чем в окружающей фотосфере, на фоне которой оно кажется темным. Появление факела также объясняется магнитным полем. Когда оно еще слабое и неспособно остановить конвекцию, тормозится только беспорядочный характер движений поднимающихся струй газа в конвективной зоне. Поэтому в факеле горячим газам легче подняться из глубины, вследствие чего он кажется ярче окружающей его фотосферы. В хромосфере и короне над активной областью наблюдается много интереснейших явлений. К ним относятся хромосферные вспышки и протуберанцы. Вспышки — один из самых быстрых процессов на Солнце. Обычно вспышка начинается с того, что за несколько минут яркость некоторой точки активной области сильно возрастает. Бывали даже такие сильные вспышки, которые по яркости превышали ослепительную фотосферу. После возгорания несколько десятков минут длится постепенное ослабление свечения, вплоть до исходного состояния. Вспышки возникают вследствие особых изменений магнитных полей, приводящих к внезапному сжатию вещества хромосферы. Происходит нечто подобное взрыву, в результате которого образуется направленный поток очень быстрых заряженных частиц и космических лучей. Этот поток, проходя через корону, увлекает с собой частицы плазмы. Как струны скрипки, колеблемые гигантским смычком, эти частицы приходят в колебание и испускают при этом радиоволны. Небольшая область, занятая вспышкой (всего лишь несколько сотен тысяч квадратных километров), создает очень мощное излучение. Оно состоит из рентгеновских, ультрафиолетовых и видимых лучей, радиоволн, быстро движущихся частиц (корпускул) и космических лучей. Все виды этого излучения оказывают сильное воздействие на явления, происходящие в земной атмосфере. Ультрафиолетовые и рентгеновские лучи быстрее всего достигают Земли, прежде всего ее ионосферы — верхних, ионизированных слоев атмосферы. От состояния земной ионосферы зависит распространение радиоволн и слышимость радиопередач. Под воздействием солнечных ультрафиолетовых и рентгеновских лучей увеличивается ионизация ионосферы. Вследствие этого в нижних ее слоях начинают сильно поглощаться короткие радиоволны. Из-за этого происходит замирание слышимости радиопередач на коротких волнах. Ионосферные слои отражают короткие радиоволны и частично поглощают их. Одновременно ионосфера приобретает способность лучше отражать длинные радиоволны. Поэтому во время вспышки на Солнце можно обнаружить внезапное усиление слышимости далекой радиостанции, работающей на длинной волне. Поток частиц (корпускул) достигает Земли примерно только через сутки после того, как на Солнце произошла вспышка. «Продираясь» через солнечную корону, корпускулярный поток вытягивает ее вещество в длинные, характерные для ее структуры лучи. Вблизи Земли поток корпускул встречается с магнитным полем Земли, которое не пропускает заряженных частиц. Однако трудно остановить частицы, мчащиеся со скоростью, всего лишь в несколько сот раз меньшей скорости света. Они прорывают преграду и как бы вдавливают магнитные силовые линии, окружающие земной шар. От этого на Земле происходит так называемая магнитная буря, заключающаяся в быстрых и неправильных изменениях магнитного поля. Во время магнитных бурь стрелка компаса совершает беспорядочные колебания и пользоваться этим прибором становится совершенно невозможно. Подходя к Земле, поток солнечных частиц врывается в окружающие Землю слои очень быстрых заряженных частиц, образующих так называемые радиационные пояса. Пройдя эти пояса, некоторые частицы прорываются глубже в верхние слои атмосферы и вызывают очень красивые свечения воздуха, наблюдаемые большей частью в полярных широтах Земли. Эти переливающиеся различными цветами радуги свечения, то принимающие вид лучей, то как бы висящие подобно занавесям, называются полярными сияниями. Таким образом, вспышки на Солнце приводят к важным последствиям и тесно связаны с различными явлениями, происходящими на Земле. В короне над активной областью также происходят грандиозные явления. Порой вещество короны начинает ярко светиться и можно видеть, как его потоки устремляются в хромосферу. Эти облака раскаленных газов, выбрасываемые из хромосферы и вверх, в десятки раз превышающие земной шар, называются протуберанцами. Протуберанцы поражают разнообразием своих форм, богатой структурой, сложными движениями отдельных узлов и внезапными изменениями, которые сменяются длительными пе-риодами спокойного состояния. Протуберанцы холоднее и плотнее окружающей их короны и обладают примерно такой же температурой, как и хромосфера. На движение и возникновение протуберанцев, как и на другие активные образования в солнечной атмосфере, сильное влияние оказывают магнитные поля. По-видимому, эти поля являются основной причиной всех активных явлений, происходящих в солнечной атмосфере. С магнитными полями связана также периодичность солнечной активности — пожалуй, наиболее интересная из всех особенностей солнечных явлений. Эту периодичность можно проследить по всем явлениям, но особенно легко ее заметить, если день за днем подсчитывать количество имеющихся на Солнце пятен. Период, когда пятен совсем нет, называется минимумом. Вскоре после минимума пятна начинают появляться на большом расстоянии от солнечного экватора. Потом постепенно их число увеличивается и они возникают все ближе и ближе к экватору. Через 3—4 года наступает максимум солнечных пятен, отличающийся наибольшим количеством активных образований на Солнце. Затем солнечная активность постепенно спадает, и примерно через 11 лет снова наступает минимум. Возможно, «секрет» солнечной активности связан с удивительным характером вращения Солнца: на экваторе вращение быстрее, чем у полюсов. Через 1 оборот Солнца (около 27 дней) детали, располагавшиеся на одном меридиане, снова пройдут через него одновременно. Периодичность солнечной активности пока еще остается увлекательной загадкой Солнца. Только в последние годы удалось приблизиться к ее решению. По-видимому, причина солнечной активности связана со сложным взаимодействием между ионизованным веществом Солнца и его общим магнитным полем. Результат этого взаимодействия — периодическое усиление магнитных полей. Некоторые люди ошибаются, говоря о тепловой энергии Солнца. До нашей планеты солнечная энергия доходит в виде лучей, излучения. Поэтому разумно говорить о лучистой энергии Солнца. Сегодня модно упоминать об альтернативных источниках. Но Солнце, пожалуй, самый безальтернативный источник энергии. Понятно, что радетели за зеленую планету призывают отказаться от бензина и заправлять машины Солнцем. Но не будь Солнца, не было бы ни бензина, ни нефти, ни газа, ни самих радетелей за зеленую планету. Не стоит жонглировать словами и подменять понятия. Обман и самообман никогда не дает лучшего результата и, кроме того, имеет свойство быть раскрытым. Солнечные батареи и биологические концентраторы, как и водород – не альтернативные, а более эффективные (в перспективе) источники энергии. А поскольку альтернатив Солнцу нет, давайте будем и дальше радоваться безальтернативной энергии, которую нам дает наше светило и стараться использовать ее, с максимально возможным к.п.д. Даешь повышение КПД! greensource.ru Cтраница 1 Мощность солнечного излучения, отраженного от какой-либо поверхности и воспринимаемого оптико-электронным прибором, зависит не только от параметров прибора, но и от характеристик отражающей поверхности. Так, если поле зрения прибора направлено на Землю, то в его пределы могут попасть и облака, и земная поверхность с атмосферой. [1] Мощность солнечного излучения, падающего на всю земную поверхность, так велика, что для ее замены понадобилось бы около 30 миллионов мощных электростанций. [2] Мощность солнечного излучения в этом участке составляет 4 Вт / м2 или 108 Дж / м2 в год. [3] Вт, мощность солнечного излучения, попадающего в атмосферу Земли, составляет 1 7 1013 кВт, а мощность инфракрасного излучения, испускаемого атмосферой Земли в обе стороны, равна 2 7 1013 кВт, Как видно, мощность электрической машины Земли существенно меньше мощности других естественных процессов и сравнима с мощностью современных атомных электростанций. [4] Если № - мощность солнечного излучения, поглощаемая каждым квадратным метром земной атмосферы, то энергия, выделяемая на Солнце в 1 сек, равна Е 4nD W, где D - расстояние от Земли до Солнца. [5] Если W - мощность солнечного излучения, поглощаемая в земной атмосфере, то энергия, выделяемая на Солнце в 1 сек, равна E 4nD2W, где О - расстояние от Земли до Солнца. [6] Солнечная постоянная I - характеризует мощность солнечного излучения, приходящегося на 1 м2 площади. [8] Экосистема получает определенное количество внешней энергии, ограниченное мощностью солнечного излучения в данной местности. Следовательно, природная экосистема является системой, получающей постоянное количество внешней энергии с ограниченной мощностью. Поэтому пределы роста мощности экосистемы определены мощностью солнечной энергии, доступной для этой системы, и ограничены этой мощностью. [9] Ресурсы солнечной энергии настолько велики, что их можно условно принять бесконечными. Мощность солнечного излучения, падающего на землю, составляет ( 0 12 - 0 17) - 1015 кВт, что эквивалентно 190 - 1012 т у. [10] На пути практической реализации метода преобразования концентрированного солнечного излучения также возникает ряд проблем. Во-первых, при повышении мощности солнечного излучения пропорционально увеличивается плотность генерируемого в СЭ фототока, что требует усложнения конструкции СЭ для уменьшения омических потерь. Во-вторых, увеличивается тепловая нагрузка на СЭ, что требует создания эффективной системы теплоотвода. В-третьих, необходима разработка высокоэффективных и дешевых концентраторов излучения. В-четвертых, необходимо точное наведение и слежение установок за положением Солнца, что усложняет конструкцию и эксплуатацию СФЭУ. В то же время благодаря применению концентраторов появляется возможность использования в крупномасштабной солнечной электроэнергетике дефицитных и дорогих полупроводниковых материалов, например арсенида галлия и твердых растворов на его основе, обеспечивающих получение термостабильных сильноточных СЭ с высоким КПД. Повышение освещенности приводит к дополнительному росту КПД, а также позволяет использовать эффект комбинированного термического, фотонного и инжекционного отжига радиационных дефектов, возникающих при эксплуатации СФЭУ в космосе. Поскольку при этом используются СЭ сравнительно небольшой площади, появляется возможность обеспечить их более эффективную защиту от неблагоприятных факторов окружающей среды, в частности за счет экранирующего действия концентраторов. [11] Из-за наклона лучей, отражения и поглощения их в атмосфере в средних широтах достигает Земли не более 10 % этой энергии. Но даже при плотности населения 200 чел / км2 мощность солнечного излучения составляет 700 кВт - ч на человека. Если бы удалось построить солнечные электрогенераторы с КПД, равным хотя бы 1 %, то человечество получило бы в 3 раза больше энергии, чем требуется по приведенным выше прогнозам. Однако уже имеются электрогенераторы с КПД до 10 - 15 % ( см. § 38), но они дороги. [12] Оставшиеся более 2 / 3 - затрачиваются на испарение и генерацию явных турбулентных потоков тепла в атмосфере и океане, т.е. определяют все макроскопические движения у поверхности Земли. Цифры на потоках показывают проценты от падающей на Землю мощности солнечного излучения. Все наблюдаемые нами упорядоченные процессы на земной поверхности генерируются в результате распада фотонов солнечного излучения. [13] Солнце непрерывно излучает энергию ( см. разд. Очень небольшая часть этого излучения попадает на Землю. Мощность солнечного излучения, попадающего на единицу площади земной поверхности, называется солнечной постоянной. [14] Выходную мощность преобразователя косвенно характеризуют ток короткого замыкания / к. Отношение максимальной мощности Рмакс с единицы его площади к плотности мощности солнечного излучения, падающего нормально к освещаемой поверхности, - КПД преобразователя. Выходная мощность и КПД характеризуют качество преобразователя. [15] Страницы: 1 2 www.ngpedia.ruПринцип преобразования солнечной энергии, её применение и перспективы. Солнца мощность
Мощность излучения Солнца и использование энергии на Земле
Излучение Солнца
на что влияет и как определяется
Что такое солнечная энергия?
Виды солнечного излучения
Как распределяется энергия в солнечном спектре?
Что необходимо учитывать при расчете солнечного генератора?
Размещение панелей
Выбор фотоэлектрической системы для построения солнечного генератора
34. Какую мощность излучения р имеет Солнце? Излучение Солнца считать близким к излучению абсолютно черного тела. Эффективная температура Солнца 5800 к. Радиус Солнца считать равным 7108 м.
Солнце и солнечная энергия. Строение Солнца. Характеристики Солнца.
Общие сведения о Солнце
Характеристики Солнца
Строение Солнца
Солнце – источник энергии
Исследование солнечной энергии
Потенциал солнечной энергии
Солнечная энергия
Солнце как альтернативный источник энергии
Экскурс в историю
Преобразование солнечной энергии
Как можно оценить величину солнечной энергии?
Способы преобразования
Преимущества и недостатки солнечной энергии
Преимущества
Вернуться к содержанию Недостатки
Сферы применения солнечной энергии
Энергоснабжение частного дома
Солнечный коллектор для отопления и горячего водоснабжения
Портативные источники энергии
Концентраторы
Транспорт
Развитие солнечной энергетики в разных странах и её перспективы
Источники энергии – Солнце. Использование энергии, излучаемой Солнцем
01 06 2016
greenman
Пока нет комментариев 
Возможна ли жизнь на Земле без Солнца?Энергия, излучаемая Солнцем
Откуда берет энергию Солнце
Термоядерная энергия Солнца
Как же выделяется ядерная энергия внутри Солнца?
С помощью большого телескопа можно изучить характерную структуру фотосферы
Солнечная активность
Лучистая энергия Солнца
Использование альтернативной энергии Солнца
Просто о сложном – Источники энергии – Солнце
Мощность - солнечное излучение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Мощность - солнечное излучение
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: