Преобразование солнечной энергии в тепловую энергию
Преобразование солнечной энергии в тепловую энергию - Конспект Лекций, раздел Энергетика, Конспект лекций по курсу НиВИЭ Грибанов А.И. 1 ЗАПАСЫ И РЕСУРСЫ ТРАДИЦИОННЫХ И НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ3 Солнечную Энергию Можно Превратить В Тепловую С Помощью Коллектора. Все Солне...
Солнечную энергию можно превратить в тепловую с помощью коллектора. Все солнечные коллекторы имеют поверхностный или объемный поглотитель тепла. Тепло может отводится из коллектора или аккумулироваться в нем. Коллекторы первого типа называют проточными, второго типа – с тепловым аккумулятором.
По виду теплоносителя коллекторы делятся на воздушные и жидкостные. Температура, до которой можно нагреть теплоноситель в коллекторе зависит от его конструкции и пропорциональна плотности потока солнечного излучения и обратно пропорционально потерям тепла в окружающую среду. Обычно для нагрева воды используют плоские коллекторы различной конструкции.
Основным элементом коллектора является лучепоглощающая панель, имеющая хороший контакт с рядом труб или каналов по которым движется теплоноситель. Для более эффективного поглощения солнечных лучей поверхность панели окрашивают в черный цвет или наносят специальное поглощающее покрытие. Лучепоглощающую панель изготавливают из стали, меди или алюминия. Корпус коллектора служит для размещения всех частей коллектора и защиты их от атмосферного воздействия. Он изготавливается из стали, алюминия, стеклопластика, пластмассы. Для снижения потерь в окружающую среду нижняя часть панели покрывается теплоизоляцией. Над панелью располагается стеклянное покрытие толщиной 3-4мм. Вместо стекла могут быть использованы прозрачные материалы из пластмассы.
Конструкции поглощающих панелей коллекторов
Переход от одинарного к двойному остекленению снизит тепловые потери, но при этом уменьшит плотность лучистого потока, падающего на панель. Поглощающая панель должна быть коррозийно-стойкой, обладать хорошим контактом между каналами и листом. Теплопроизводительность коллектора определяется как разность поглощенного солнечного излучения и потерь тепла в окр. среду.
В коллекторе при отсутствие циркуляции теплоносителя температура внутри коллектора может превысить 100С. Если в коллекторе циркулирует вода, то в зависимости от скорости циркуляции и интенсивности солнечного излучения, ее температура составляет 40-80гр. Плоские стационарные коллекторы устанавливают на крыше здания под углом, примерно равным широте данной местности, ориентируя их на юг. При таком угле наклона лучи солнца подают почти вертикально к поверхности коллектора. Коллекторы можно включить в систему теплоснабжения зданий.
Поток солнечной энергии меняется в течении суток от нуля в ночное время, до максимального значения в полдень. Он также зависит от времени года. Чтобы иметь тепло в нужном количестве в данный момент времени, необходимо часть солнечной энергии накапливать в тепловом аккумуляторе.
Тепловые аккумуляторы можно разделить на:
1) аккумуляторы емкостного типа, в которых используется теплоемкость нагреваемого материала без изменения его агрегатного состояния;
2) аккумуляторы фазового перехода вещества, в которых используется теплота плавления веществ
3) аккумуляторы энергии основанные на выделении и поглощении теплоты при обратимых химических реакциях.
В настоящее время в мире эксплуатируются более 5млн солнечных водонагревательных установок. Они используются как в индивидуальных жилых домах так и в централизованных системах горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. В районах, где солнце светит более 1800часов в год солнечную энергию можно использовать для теплоснабжения зданий.
По принципу действия солнечные водонагревательные установки можно разделить на кстановки с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя.
Установки с естественной циркуляцией работают без насоса и не потребляют электроэнергию. В установках с естественной циркуляцией имеет место разность плотностей теплоносителей в подъемных и опускных трубах. Таким образом, в контуре возникает разность давлений, которая вызывает движение воды (Δp=gH(ρ1 – ρ2)). Условие эффективной работы такой установки является тепловая изоляция всех нагретых поверхностей. Это прежде всего бак-аккумулятор, подъемные и опускные трубы. При холодном климате в солнечном коллекторе необходимо использовать незамерзающий теплоноситель.
Установки с принудительной циркуляцией теплоносителя обычно используют для горячего водоснабжения крупных объектов. Они включают в себя большое количества солнечных коллекторов, имеют большую теплопроизводительность, но имеют более сложную конструкцию. В таких установках необходимы насосы.
Солнечные водонагреватели можно использовать в качестве первой ступени для предварительного подогрева воды в обычных системах горячего водоснабжения. В качестве дополнительного источника энергии можно использовать электронагреватель или топливный котел.
Различают активные и пассивные системы солнечного теплоснабжения зданий.
Пассивные системы являются частью самого здания. Оно должно проектироваться таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать солнечную энергию для отопления. Прямое улавливание солнечной энергии наиболее полно может осуществлять при соблюдении следующих условий:
1)оптимальная ориентация дома – вдоль оси восток-запад или с отклонением до 30гр от этой оси;
2) на южной стороне располагается 50-70% всех окон а на северной не более 10%, причем южные окна должны иметь двухслойной остекление, а северные трехслойное;
3) здание должно иметь улучшенную тепловую изоляцию и низкие теплопотери;
4) внутренняя планировка здания должна обеспечивать расположения жилых комнат с южной стороны, а вспомогательных помещений – с северной;
5) должны быть с достаточная теплоаккумулирующая способность внутренних стен и пола;
6) в летний период для предотвращения перегрева помещений над окнами должны быть предусмотрены козырьки.
Если строить здание с накопительной стеной с солнечной стороны, то можно получить больший и лучше контролируемый приход тепла.
Пассивная система отопления зданий может быть с прямым улавливанием солнечного излучения и с непрямым улавливанием, т.е. с теплоаккумулирующей стенкой, расположенной за стенкой фасада.
Аккумулятором служит массивная бетонная или кирпичная стена, обращенная к югу и окрашена в черный цвет. Параллельно этой стене на небольшом расстоянии от нее расположена стеклянная стенка. Аккумулирующая стенка нагревается потоком солнечного излучения. Воздух, находящийся между стенкой и остекленением нагревается и направляется через каналы в верхней части этой стенки в помещение. Более холодный воздух опускается вниз и через каналы в нижней части стенки поступает в промежуток между стенкой и остекленением и снова нагревается.
Активная система солнечного отопления включает в себя солнечные коллекторы, аккумулятор теплоты, дополнительный источники энергии, теплообменники для передачи теплоты из коллекторов в аккумулятор, а затем потребителям, насосы и вентиляторы, трубопроводы с арматурой и устройства для автоматического управления работой системы. Солнечные коллекторы устанавливаются на крыше здания, а остальное оборудование размещается в подвале.
Активные и пассивные системы солнечного отопления имеют свои преимущества и недостатки. Активные системы легко интегрируются со зданием, обладают возможностью автоматического управления и снижения тепловых потерь. Но при эксплуатации активных систем солнечного отопления возникают проблемы связанные с недостаточно надежной работой оборудования. Пассивные системы просты, надежны в работе и недороги. Но они также имеют недостатки, прежде всего связанные с поддержанием необходимого температурного режима в помещениях. Использование гибридных систем дает возможность объединить достоинства активных и пассивных систем и повысить их эффективность.
Солнечное излучение также можно использовать для работы абсорбционных холодильных установках. Также существуют выпарные установки, в которых солнечная энергия используется для получения пресной воды.
Энергоресурсы планеты
Энергоресурсы – материальные объекты, в которых сосредоточена энергия. Энергию условно можно разделить на виды: химическую, механическую, тепловую, электрическую и т.д. К основным энергоресурсам от
Возможности использования энергоресурсов
Термоядерная энергия
Термоядерная энергия – это энергия синтеза гелия из дейтерия. Дейтерий – атом водорода, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтро
Энергоресурсы России
Россия имеет огромные запасы энергоресурсов и, особенно, угля.
Теоретический потенциал – это запасы топлива, которые конкретно не подверждены.
Технический потенциа
Получение энергии на ТЭС
Как и в большинстве стран мира большая часть электроэнергии в России вырабатывается на ТЭС, сжигающих органическое топливо. В качестве топлива на ТЭС используют твердое, жидкое и газообразное топли
Переменный график электропотребления
В течении суток потребление электроэнергии не одинаково. В часы пик оно резко возрастает, а ночью значительно уменьшается. Следовательно, энергосистема должна иметь базовые мощности, работающие в п
Проблемы передачи электроэнергии
Передача электрической энергии на большие расстояния связана с потерями в ЛЭП. Теряется электрическая энергия равная произведению силы тока на эл. сопротивление провода. Передаваемая по проводам мо
Газотурбинные и парогазовые установки (ГТУ и ПГУ)
В настоящее время газотурбинные и парогазовые установки являютсяся самыми перспективными из всех установок для пр-ва тепловой и электрической энергии. Применение этих установок во многих странах ми
Магнитно-гидродинамические установки (МГДУ)
Перспективным также является использование электростанций на базе магнитогидродинамического генератора. Цикл МГДУ такой же как ГТУ, т.е адиабатное сжатие и расширение рабочего тела, изобарный подво
Топливные элементы
В настоящее время для выработки электрической энергии для выработки электроэнергии используют топливные элементы. Эти элементы преобразуют энергию химических реакций в электрическую энергию. Химиче
Тепловые насосы
ТН называют устройства, работающие по обратному термодинамическому циклу и предназначены для передачи тепла от низкопотенциального источника энергии к высокопотенциальному.
Второй закон
Место малой энергетики в энергетике России
К нетрадиционным источникам энергии можно отнести малые гидроэлектростанции, дизельные электростанции, газо-поршневые электростанции, малые АЭС.
Гарантом надежного электроснабжения, теплос
Газотурбинные и парогазовые малые электростанции
Газотурбинные электростанции малой мощности – компактные установки, изготовленные по блочно-контейнерному принципу. Составные части ГТЭС дают возможность вырабатывать не только электроэнергию, но и
Мини ТЭЦ
В настоящее время повысился интерес к комбинированной выработке тепла и электроэнергии с помощью небольших установок с помощью небольших установок с мощностью от нескольких десятков кВт до нескольк
Дизельные электростанции
В отдельных труднодоступных районах России куда невыгодно проводить ЛЭП для энергоснабжения населения этих районов используют бензиновые и дизельные электростанции. В районах крайнего севера число
Газопоршневые электростанции
Т.к. цены на дизельное топливо постоянно растут, то использование дизельных электростанций на дизельном топливе становятся дорогостоящим, поэтому в настоящее время в мире большой интерес проявляют
Малые гибридные электростанции
Для повышения надежности и эффективности систем электроснабжения требуется создание многофункциональной энергетических комплексов (МЭК). Также комплексы могут быть созданы на базе малых гибридных э
Малые АЭС
В последнее время значительный интерес проявляют к АЭС малой мощности. Это станции блочного испонения, они позволяют унифицировать оборудование и работу автономно. Такие станции могут быть надежные
Малая гидроэнергетика
Лидером в развитии малой гидроэнергетики является Китай. Мощность малых ГЭС (МГЭС) в Китае превышает 20 тыс. МВт. В индии установленная мощность МГЭС превышает 200 МВт. Широкое распространение МГЭС
Проблемы использования возобновляемых источников энергии
Основные невозобновляемые энергоресурсы рано или поздно будут исчерпаны. Сейчас около 80% энергопотребления на планете обеспечивается за счет органического топлива. При таком использовании органиче
Гидроэнергетика
ГЭС в качестве источника энергии использует энергию водного потока. ГЭС строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для эффективного производства энергии на ГЭС необходимы 2 основных фактора
Солнечная энергия
Солнечная энергия является результатом реакции синтеза ядер легких элементов дейтерия, трития и гелия, которые сопровождаются огромным количеством энергии. Источником всей энергии, за исключением т
Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии
Фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии в электрическую основан на явлении фотоэлектрического эффекта – освобождения электронов проводимости в приемнике излучения под действием ква
Перспективы развития солнечной энергетики в России
В 1985 г. в п. Щелкино Крымской области была введена в эксплуатацию первая в СССР солнечная электростанция башенного типа СЭС-5 электрической мощностью 5 МВт.
1600 гелиостатов (плоских зер
Особенности использования энергии ветра
Основной причиной возникновения ветра является неравномерное нагревание солнцем земной поверхности. Энергия ветра очень велика. По оценкам Всемирной метеорологической организации запасы энергии вет
Производство электроэнергии с помощью ВЭУ
Использование ветроустановок для производства электроэнергии является наиболее эффективным способом преобразования энергии ветра. При проектировании ВЭУ необходимо учитывать их следующие особенност
Ветроэнергетика России
Энергетический ветропотенциал России оценивается в 40 млрд. кВт. ч электроэнергии в год, то есть около 20000 МВт [1].
ВЭС мощностью 1 МВт при среднегодовой скорости ветра 6 м/с экономит 1
Происхождение геотермальной энергии
В ядре Земли температура достигает 4000 °C. Выход тепла через твердые породы суши и океанского дна происходит в основном за счет теплопроводности и реже – в виде конвективных потоков расплавленной
Техника извлечения геотермального тепла
Источники геотермальной энергии можно разделить на пять типов.
1. Источники геотермального сухого пара. Они довольно редки, но наиболее удобны для строительства ГеоТЭС.
2. Источни
Электроэнергии
Превращение геотермальной энергии в электрическую осуществляется на основе использования машинного способа с помощью термодинамического цикла на ГеоТЭС.
Для строительства ГеоТЭС наиболее б
Использование геотермальных источников для теплоснабжения
Более значительны масштабы использования геотермальной теплоты для отопления и горячего водоснабжения. В зависимости от качества и температуры термальной воды существуют различные схемы геотермальн
Влияние геотермальной энергетики на окружающую среду
Основное воздействие на окружающую среду ГеоТЭС связано с разработкой месторождения, строительством зданий и паропроводов. Для обеспечения ГеоТЭС необходимым количеством пара или горячей воды требу
Геотермальная энергетика России
В России разведано 47 геотермальных месторождений с запасами термальных вод, которые позволяют получить более 240×103 м3/сут. термальных вод, и парогидротерм производите
Причины возникновения приливов
Приливы – это результат гравитационного взаимодействия Земли с Луной и Солнцем. Приливообразующая сила Луны в данной точке земной поверхности определяется как разность местного значения силы притяж
Приливные электростанции (ПЭС)
Поднятую во время прилива на максимальную высоту воду можно отделить от моря плотиной. В результате образуется приливный бассейн.
Максимальная мощность, которую можно получить, пропуская в
Влияние ПЭС на окружающую среду
Возможное воздействие приливных электростанций на окружающую среду может быть связано с увеличением амплитуды приливов на океанской стороне плотины. Это может приводить к затоплению суши и сооружен
Приливная энергетика России
В России использование приливной энергии в прибрежных зонах морей Северного Ледовитого и Тихого океанов связано с большими капиталовложениями.
Первая в нашей стране Кислогубская ПЭС мощнос
Энергия волн
От морских волн можно получить огромное количество энергии. Мощность, переносимая волнами по глубокой воде, пропорциональна квадрату их амплитуды и периоду. Наибольший интерес представляют длиннопе
Энергия океанических течений
Всю акваторию Мирового океана пересекают поверхностные и глубинные течения. Запас кинетической энергии этих течений составляет порядка 7,2∙1012 кВт∙ч/год. Эту энергию с помощ
Ресурсы тепловой энергии океана
Мировой океан является естественным аккумулятором солнечной энергии. В тропических морях верхний слой воды толщиной несколько метров имеет температуру 25…30 °С. На глубине 1000 м температура воды н
Океанические тепловые электростанции
Для преобразования энергии перепада температур в океане предлагается несколько типов устройств. Наибольший интерес представляет преобразование тепловой энергии в электрическую с помощью термодинами
Ресурсы биомассы
Под термином «биомасса» понимается органическое вещество растительного или животного происхождения, которое может быть использовано для получения энергии или технически удобных видов топлива путем
Биотехнологическая конверсия биомассы
При биотехнологической конверсии используются различные органические отходы с влажностью не менее 75 %. Биологическая конверсия биомассы развивается по двум основным направлениям:
1) ферме
Экологические проблемы биоэнергетики
Биоэнергетические установки способствуют снижению загрязнения окружающей среды всевозможными отходами. Анаэробная ферментация является не только эффективным средством использования отходов животнов
Характеристика твердых бытовых отходов (ТБО)
На городских свалках ежегодно скапливаются сотни тысяч тонн бытовых отходов. Удельный годовой выход ТБО на одного жителя современного города составляет 250…700 кг. В развитых странах эта величина е
Переработка ТБО на полигонах
В настоящее время ТБО городов как правило вывозятся на полигоны для захоронения с расчетом на их последующую минерализацию. Желательно, чтобы перед захоронением ТБО прессовали. Это не только снижае
Компостирование ТБО
Вторым направлением утилизации ТБО является переработка в органическое удобрение (компост). Можно компостировать до 60 % общей массы бытовых отходов. Процесс компостирования осуществляется во враща
Сжигание ТБО в специальных мусоросжигательных установках
В экономически развитых странах все больше количество ТБО перерабатывается промышленными способами. Наиболее эффективным из них является термический. Он позволяет почти в 10 раз снизить объем отход
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов