2. Способы использования энергии солнца.

Нагрев воды и воздуха очевидная область использования солнечной энергии. Основным элементом солнечной нагревательной системы является приемник, в котором происходит поглощение солнечной энергии и передача энергии жидкости. Здесь велики потери тепла на испарение воды в землю и нагретая вода остывает за ночь.

1. Нагрев воды солнечным излучением

А) закрытая нагревательная система

Б) система с приемником нагревателем и проточным изолированным накопителем

2. устройство для нагрева воздуха

1- воздуховоды; 2- стекло; 3- черное шероховатое покрытие; 4- теплоизоляция; 5- пористые поглощающие перегородки.

А) пассивная солнечная система

Б) пассивная солнечная система с накопительной стенкой

3. солнечный опреснитель воды

1- стеклянная крыша; 2- бассейн соленой воды с черным дном; 3- сбор конденсата

Солнечный пруд для нагрева большого количества воды до 100^оС

4. Концентрация солнечной энергии

Концентратор солнечной энергии состоит из оптической системы, отражающей поток излучения на приемник излучения (коллектор), поглощающего и преобразовывающего тепловую энергию. Кроме того необходимо устройство слежения, непрерывно поворачивающее оптическую систему на солнце.

А) концентратор с плоским параболическим отражателем

5. Фотоэлектрическая генерация

Поглощение электромагнитного излучения (фотонов) в полупроводниках приводит к разделению носителей зарядов и образованию электронно-дырочных пар и внутреннего электростатического поля. Устройства для поглощения эл. тока за счет солнечного излучения называются фотоэлементами. В типичном солнечном элементе только половина поглощенного солнечного излучения трансформируется в электрическую энергию. Фотоны с очень низкой или очень высокой энергией расходуются на нагрев солнечного элемента. Наибольшее промышленное применение получили фотоэлементы на основе кремния, арсинида и сульфида кадмия. Для увеличения потока солнечной радиации применяют концентрирующие системы с параболическими боковыми отражателями, зеркалами или круглыми линзами Френеля.

3. Использование энергии ветра.

Особенности энергии ветра:

Причиной возникновения ветров является поглощение земной атмосферой солнечного излучения, что приводит к расширению воздуха и появлению мощных вертикальных и более слабых горизонтальных конвективных течений. Характер течений определяется как местными географическими факторами, так и вращением Земли. Скорость ветра постоянно колеблется во времени и в пространстве. Результаты продолжительных наблюдений ветра отражают с помощью розы ветров, на которой представлено направление, продолжительность и сила ветров. Сила ветра определяется по шкале Бофорта (12 бальная).

Классификация ветроустановок.

Ветроустановки различают по двум признакам: конструкция ветроколеса и положение его оси относительно горизонта. ВЭУ с горизонтальной осью выполняются с 1,2,3 или многолопастным колесом. Для отслеживания направления ветра ВЭУ имеют аэродинамический стабилизатор, а мощные установки сервопривод. Ветроколесо, редуктор и электрогенератор выполняются совместно и располагаются в поворотной головке наверху опорной башни. ВЭУ с вертикальной осью безразличны к направлению ветра.

4 наиболее известных типа ротора: ротор с чашечками, ротор Даренье, ротор Савониуса, ротор Эвонса.

Параметры ВЭУ: класс, мощность, диаметр колеса, период вращения.

Основы теории ВЭУ с горизонтальной осью

Физическая модель ВЭУ основана на ряде упрощенных допущений:

1. поток в воздухе рассматривается как несжимаемая жидкость

2. ветроколесо заменяется тонким проницаемым диском.

3. набегающий и убегающий потоки в плоскости ветроколеса - ламинарные. Линии тока не имеют разрывов.

Схема взаимодействия потока и колеса, ометающего площадь А₁.

1. масса воздуха, проходящего в 1 времени через сечение ветроколеса:

2. вращающая сила, действующая на колесо, равна изменению количества потока

3. мощность, развиваемая вращающей силой

мощность, теряемая потоком ветра

4. коэффициент торможения потока а характеризует относительное замедление скорости набегающего потока в ветроколесе и является важным параметром потока

5. мощность ветроколеса

6. - коэффициент мощности, показывает долю мощности, полученную от потока ветроколеса ( ).

7. лобовое давление

с_л- коэффициент лобового давления (макс=0,89).

Особенности производства электрической энергии и механической работы с помощью ВЭУ:

Наиболее благоприятные ветреные условия, как правило, наблюдаются в малонаселенных районах материка. При проектировании ВЭУ следует учитывать противоречие условий максимальной эффективности ветроколеса, а именно постоянство коэффициента быстроходности, т.е изменение частоты вращения с ростом скорости ветра и максимальной эффективности электрогенератора, которая заключается в постоянстве частоты его вращения. Оптимальная частота вращения тем меньше, чем меньше радиус ветроколеса, поэтому только колеса с радиусом 2м и более удается соединить с электрогенератором напрямую.