Сообщение использование энергии солнца на земле: Страница не найдена

Содержание

Способы и особенности использования энергии солнца на земле

Одним из самых доступных альтернативных источников энергии является использование энергии солнца на земле.

Как использовать энергию Солнца?

Для получения энергии человечество в основном опустошает запасы угля, нефти и газа, которых с каждым днем становится все меньше. Использование атомной энергии сопряжено с огромными рисками и несет огромную опасность для окружающей среды. Поэтому над увеличением использования энергии солнца на Земле работают ученые всех стран мира.

Рис. 1. Солнце — светящийся.

Солнечное излучение достигает Землю всего за 480 сек.

Источник: http://obrazovaka.ru/fizika/ispolzovanie-energii-solnca-na-zemle.html

Необходимость в солнечной энергии

Прошли тысячелетия. Человечество вступило в новую эру своего развития и пользуется плодами бурно развивающегося технологического прогресса. Однако и по сегодняшний день именно Солнце представляет собой основной природный источник тепла, а, следовательно, и жизни.

Как человечество использует Солнце в повседневной своей деятельности? Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Источник: http://syl.ru/article/306035/primeryi-ispolzovaniya-energii-solntsa-na-zemle-solnechnyie-elektrostantsii-solnechnaya-energetika

Сколько энергии от Солнца можно получить

Солнце посылает в сторону Земли 20 миллионов эксаджоулей (ЭДж) в год. 1 ЭДж=1018Дж. На Земле поступает примерно 25%. Из этой энергии 70% поглощается атмосферой, отражается и теряется. Непосредственно на поверхность Земли доходит 1,54 миллиона эксаджоулей в год. Эта величина превышает в 5 раз весь запас энергии углеводородного топлива (уголь, нефть, газ), накопленный на Земле за миллионы лет. Большая часть энергии на поверхности нашей планеты превращается в тепло. Тепло греет землю, воду и воздух. На это тратится малая часть поступившей энергии. Например, растения потребляют всего 0,5% от поступившей солнечной энергии. Таким образом, резервы энергии, которые человечество может использовать вместо сжигания углеводородов, поистине безграничны.

Источник: http://obrazovaka.ru/fizika/ispolzovanie-energii-solnca-na-zemle.html

Основной источник энергии

Природа мудро заботится о том, чтобы человечество получало от небесного светила его дары. Доставка к Земле солнечной энергии осуществляется путем передачи радиационных волн на поверхность материков и вод. Причем до нас из всего посылаемого спектра доходят только:

1. Ультрафиолетовые волны. Они невидимы для человеческого глаза и составляют примерно 2% в общем спектре.

2. Световые волны. Это примерно половина энергии Солнца, которая достигает поверхности Земли. Благодаря световым волнам человек видит все краски окружающего его мира.

3. Инфракрасные волны. Они составляют примерно 49% спектра и нагревают поверхность воды и суши. Именно эти волны и являются наиболее востребованными в вопросах использования энергии Солнца на Земле.

Источник: http://syl.ru/article/306035/primeryi-ispolzovaniya-energii-solntsa-na-zemle-solnechnyie-elektrostantsii-solnechnaya-energetika

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии

Способы преобразования энергии солнца для получения различных видов энергии, используемой человеком, можно разделить по видам получаемой энергии и способам ее получения, это:

Источник: http://alter220.ru/solnce/solnechnaya-energiya.html

Примеры использования энергии Солнца на Земле

Самым простым примером использования солнечной энергии является летний душ на даче, в котором вода нагревается благодаря Солнцу. Солнечная энергия сегодня используется в таких сферах жизнедеятельности, как:

  • Энергоснабжение частных домов, пансионатов, санаториев;
  • Энергоснабжение населённых пунктов, находящихся вдали от городской инфраструктуры;
  • Сельское хозяйство;
  • Космонавтика;
  • Экотуризм;
  • Уличное освещение, декоративная подсветка на дачных участках;
  • Жилищно-коммунальное хозяйство;
  • Зарядные устройства (зарядка калькуляторов, часов, мобильных гаджетов).

Еще недавно эти технологии применялись только в военной сфере и космонавтике. С помощью фотоэлементов на солнечных батареях снабжались энергией спутники и наземные специальные объекты.

Рис. 2. Космический аппарат с солнечными батареями.

Сейчас солнечная энергетика стала использоваться в быту и промышленном производстве. Сегодня часто можно встретить гелиосистемы в южных регионах. Чаще всего они используются в частном секторе, а также в мелком туристическом бизнесе (санатории, дома отдыха и т. п.).

Источник: http://obrazovaka.ru/fizika/ispolzovanie-energii-solnca-na-zemle.html

Популярные темы сообщений

  • Угольная промышленность

    Отрасль включающая в себя открытым способом добычу, переработку и обогащение угля как бурого так и каменного (брикетирование) – это и есть угольная промышленность.

  • цветок Бегония

    Мир цветущих растений был бы неполным без яркого, неприхотливого представителя семейства бегониевых – бегонии. Цветок пользуется спросом и в собственном доме, и на работе. Известным в свое время организатором экспедиции Мишель Бегоном

  • Средневековье

    Средние века, или Средневековье – это исторический термин, который отображает период истории в Европе и Ближнего Востока. Начался он после периода Античности, а за ним последовал период Нового времени.

Источник: http://more-dokladov.ru/doklad-soobshchenie/raznoe/doklad-soobshhenie-ispolzovanie-energiya-solncza-na-zemle

Как сегодня используется солнечная энергия

Энергию солнечного излучения преобразовывают на Земле в тепловую и электрическую энергии с помощью пассивных и активных систем. К пассивным системам относятся здания, при строительстве которых применяют стройматериалы, которые эффективно поглощают энергию солнечной радиации. В свою очередь, к активным системам относятся тепловые коллекторы, преобразовывающие солнечную радиацию в энергию, а также фотоэлементы, конвертирующие ее в электричество.

Источник: http://obrazovaka.ru/fizika/ispolzovanie-energii-solnca-na-zemle.html

Практическое применение

Существуют многочисленные примеры использования энергии Солнца на Земле. Потребность человека в электроэнергии удовлетворяется благодаря применению новейших технологий. Где же используется этот природный источник?

1. За счет солнечной энергии работают специальные устройства для подогрева воды. В некоторых регионах, где столбик термометра достигает высоких отметок, лучи небесного светила помогают людям отапливать здания.

2. Энергия Солнца находит свое применение в дымоходах и пассивных системах вентиляции, где происходит конвекция нагретого световыми волнами воздуха.

3. При помощи Солнца человек научился опреснять морскую воду. Испарителем при этом выступает небесное светило. Опресненная вода идет на нужды промышленности, сельского хозяйства, находит свое применение в быту.

4. Солнечная энергия помогает людям сушить и пастеризовать пищу.

5. Используется этот источник и в космосе. Благодаря энергии Солнца обеспечивается работоспособность спутников и межпланетных станций.

6. Самые простые и маломощные источники электрического тока, действие которых основано на использовании энергии солнечных лучей, – современные калькуляторы.

Эта вычислительная техника используется практически повсеместно.

Источник: http://syl.ru/article/306035/primeryi-ispolzovaniya-energii-solntsa-na-zemle-solnechnyie-elektrostantsii-solnechnaya-energetika

Преимущества солнечных установок

  • они полностью бесплатны и неисчерпаемы;
  • имеют полную безопасность в использовании;
  • автономны;
  • экономичны, так как расход средств осуществляется только лишь на приобретение оборудования для установок;
  • их использование гарантирует отсутствие скачков напряжения, а также стабильность в электроснабжении;
  • долговечны;
  • просты в использовании и в обслуживании.

Использование солнечной энергии при помощи таких установок с каждым годом набирает популярности. Солнечные батареи дают возможность сэкономить не малые деньги на отоплении и горячем водоснабжении, к тому же они являются экологически чистыми и не наносят урон здоровью человека.

Источник: http://mirenergii.ru/energiyasolnca/sposoby-i-osobennosti-ispolzovaniya-energii-solnca-na-zemle.html

Разделы

  • Животные
  • Растения
  • Птицы
  • Насекомые
  • Рыбы
  • Биология
  • География
  • Разные
  • Люди
  • История
  • Окружающий мир
  • Физкультура
  • Астрономия
  • Экология
  • Физика
  • Экономика
  • Праздники
  • Культура
  • Математика
  • Музыка
  • Информатика

Источник: http://doklad-i-referat.ru/soobshchenie/fizika/ispolzovanie-ehnergii-solnca-na-zemle

Солнечные батареи

Полупроводниковые элементы (кремниевые пластины, Si) генерируют электрический ток при попадании на них солнечного света, благодаря фотоэффекту который открыл Альберт Энштейн. Набор из большого числа пластин фотоэлементов образует солнечную батарею. Такие фотоэлектрические преобразователи легко использовать, так как они имеют небольшой вес, просты в обслуживании, а также являются достаточно эффективными в качестве преобразователей солнечной мощности. Работы над повышением коэффициента полезного действия (кпд) солнечных батарей ведутся непрерывно. Если в середине прошлого века их кпд составлял 1%, то сейчас он достигает 15%.

Рис. 3. Солнечные батареи на крышах домов или на земле.

К 2020 году Китай планирует разместить в космосе солнечную электростанцию.

Источник: http://obrazovaka.ru/fizika/ispolzovanie-energii-solnca-na-zemle.html

Солнечные электростанции работают в

  • Оренбургской области:

    «Сакмарская им. А. А. Влазнева», установленной мощностью 25 МВт;
    «Переволоцкая», установленной мощностью 5,0 МВт.
  • Республике Башкортостан:
    «Бурибаевская», установленной мощностью 20,0 МВт;
    «Бугульчанская», установленной мощностью 15,0 МВт.
  • Республике Алтай:
    «Кош-Агачская», установленной мощностью 10,0 МВт;
    «Усть-Канская», установленной мощностью 5,0 МВт.
  • Республике Хакасия:
    «Абаканская», установленной мощностью 5,2 МВт.
  • Белгородской области:
    «АльтЭнерго», установленной мощностью 0,1 МВт.
  • В Республике Крым, независимо от Единой энергетической системы страны, работает 13 солнечных электрических станций, общей мощностью 289,5 МВт.
  • Также, вне системы работает станция в Республике Саха—Якутия (1,0 МВт) и в Забайкальском крае (0,12 МВт).

В стадии разработки проекта и строительства находятся электростанции

  • В Алтайском крае, 2 станции, общей проектируемой мощностью 20,0 МВт, запуск в работу планируется в 2019 году.
  • В Астраханской области, 6 станций, общей проектируемой мощностью 90,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 году.
  • В Волгоградской области, 6 станций, общей проектируемой мощностью 100,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
  • В Забайкальском крае, 3 станции, общей проектируемой мощностью 40,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
  • В Иркутской области, 1 станция, проектируемой мощностью 15,0 МВт, запуск в работу планируется в 2018 году.
  • В Липецкой области, 3 станции, общей проектируемой мощностью 45,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 году.
  • В Омской области, 2 станции, проектируемой мощностью 40,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2019 году.
  • В Оренбургской области, 7 станция, проектированной мощностью 260,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017-2019 годах.
  • В Республике Башкортостан, 3 станции, проектируемой мощностью 29,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
  • В Республике Бурятия, 5 станции, проектируемой мощностью 70,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
  • В Республике Дагестан, 2 станции, проектируемой мощностью 10,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 году.
  • В Республике Калмыкия, 4 станции, проектируемой мощностью 70,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2019 году.
  • В Самарской области, 1 станция, проектируемой мощностью 75,0 МВт, запуск в работу планируется в 2018 году.
  • В Саратовской области, 3 станции, проектируемой мощностью 40,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
  • В Ставропольском крае, 4 станции, проектируемой мощностью 115,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017-2019 годы.
  • В Челябинской области, 4 станции, проектируемой мощностью 60,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.

Общая проектируемая мощность солнечных электрических станций, находящихся в стадии разработки и строительства, составляет – 1079,0 МВт.
Термоэлектрические генераторы, гелиоколлекторы и гелиотермальные установки также широко применяются на промышленных предприятиях и в повседневной жизни. Вариант и способ использования выбирает каждый для себя сам.

Количество технических устройств, использующих энергию солнца для выработки электрической и тепловой энергий, а также количество строящихся солнечных электрических станций, их мощность, говорят сами за себя — в России альтернативным источникам энергии быть и развиваться.

Источник: http://alter220.ru/solnce/solnechnaya-energiya.html

Проблемы использования солнечной энергии

Применение солнечной энергии имеет и некоторые проблемы. Основными из них являются отсутствие Солнца в ночное время и возможность возникновения облачности, осадков и прочих неблагоприятных погодных условий. Есть и еще важная и существенная проблема — низкая эффективность оборудования, в сочетании с высокой ценой. Эта проблема считается разрешимой, многие ученые и инженеры постоянно работают над ее решением.

Источник: http://energo.house/sol/ispolzovanie-energii-solntsa-na-zemle.html

География излучений небесного Светила

Где может достаточно эффективно работать солнечная энергетика? Природные условия для размещения установок играют немаловажную роль в этой развивающейся отрасли.
Распределение солнечного излучения на поверхности Земли происходит неравномерно. В одних регионах луч Солнца – долгожданный и редкий гость, в других он способен угнетающе воздействовать на все живое.

То количество солнечного излучения, которое получает тот или иной район, зависит от широты его нахождения. Самые большие дозы энергии природного светила получают государства, находящиеся рядом с экватором. Но и это еще не все. Объем солнечного потока зависит от количества ясных дней, которые изменяются при переходе от одной климатической зоны к другой. Увеличить или уменьшить степень излучения способны воздушные потоки и прочие особенности региона. Преимущества энергии Солнца более всего знакомы:

– странам северо-восточной Африки и некоторым юго-западным и центральным областям континента;
– жителям Аравийского полуострова;
– восточному побережью Африки;
– северо-западной Австралии и некоторым островам Индонезии;
– западному побережью Южной Америки.

Что касается России, то, как показывают произведенные на ее территории замеры, наибольшим дозам солнечного излучения радуются районы, граничащие с Китаем, а также северные зоны. А где в нашей стране Солнце обогревает Землю меньше всего? Это северо-западный регион, в который входит Санкт-Петербург и прилегающие к нему области.

Источник: http://syl.ru/article/306035/primeryi-ispolzovaniya-energii-solntsa-na-zemle-solnechnyie-elektrostantsii-solnechnaya-energetika

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4. Всего получено оценок: 318.

Источник: http://obrazovaka.ru/fizika/ispolzovanie-energii-solnca-na-zemle.html

Перспективы развития

Энергия Солнца на Земле неиссякаема. Это дает основания прочить постоянное развитие и продвижение технологий получения и переработки солнечной энергии, появление более эффективной аппаратуры, увеличение доли солнечной энергии в общем потреблении человечества. Статистика показывает, что за последние 10 лет в этом направлении сделан гигантский скачок, поэтому будущее у гелиоэнергетики во всех смыслах слова блестящее.

Источник: http://energo.house/sol/ispolzovanie-energii-solntsa-na-zemle.html

Использование энергии Солнца на Земле, доклад, что писать?

Использование энергии Солнца на земле в личных целях процесс достаточно древний: на солнышке грели воду в старину и греют в летнем душе и сейчас. Накопительные лампочки для сада освещают огороды рядовых дачников. Все просто. Но в промышленных нуждах солнечную энергию начали использовать совсем недавно: и тому есть ряд причин.

Солнечная энергия: что собой представляет и как ее используют.

Для начала определимся, что значит использовать солнечную энергию? Сейчас под этими словами мы понимаем в основном превращение энергии солнечных лучей в электрическую энергию, которую мы можем использовать на самые разные нужды в самых разных областях деятельности. Солнце имеет широкий спектр электромагнитного излучения, но до поверхности земли доходит далеко не все. Это небольшая часть УФ-излучения, видимый свет и часть ИК-излучения. Вот их-то использование человечеству и предстоит освоить.

Достоинства и недостатки использования солнечной энергии.

Экологичность, безопасность и неисчерпаемость солнечной энергии — огромные плюсы. Они так заманчиво обещают вытеснить нефть, газ, уголь и атом, что кажутся панацеей. Но это не совсем так. Есть смена дня и ночи (поток энергии неравномерен), есть смена времен года и зависимость поступления энергии от широты (не удается и в течение года поддерживать постоянную мощность), наличие больших площадей для фотоэлементов и поддержание их в чистом состоянии, фотоэлементы еще достаточно дороги и в изготовлении и в ремонте, быстро выходят из строя. Ну и зависимость потока солнечной энергии от погоды и климатических условий. Как видим есть ряд серьезных технологических проблем, которые требуют своего решения.

Использование солнечной энергии сейчас.

В Америке максимально развита солнечная энергетика. Есть регионы, где солнечная энергия наравне с другими способами является полноправным поставщиком энергии в общий котел. Но у нас в стране солнечная энергия используется мало. В основном это небольшие объекты. И климат сказывается и дороговизна оборудования.

Перспективен ли данный вид энергии для человечества? Безусловно. Прошло всего столетие с того момента, когда были сделаны первые открытия, которые позволяют использовать солнечную энергию в промышленных масштабах. Так что основное развитие этой области еще впереди.

Электростанция на орбите: кто будет поставлять энергию из космоса на Землю | Электротранспорт

Китай намерен стать первой страной, построившей на околоземной орбите солнечную электростанцию, которая будет передавать собранную энергию на Землю. Один из вариантов предполагает передачу на Землю преобразованной энергии при помощи лазеров. Рассказываем, как Китай и другие страны развивают космическую энергетику.

Какие технологии используют в космической энергетике

  • Беспроводная передача энергии

Беспроводная передача электроэнергии была предложена на ранней стадии в качестве средства для передачи энергии от космической или лунной станции к Земле.

Энергия может быть передана с помощью лазерного излучения или СВЧ на различных частотах в зависимости от конструкции системы. Какой выбор был сделан, чтобы передача излучения была не ионизирующей, во избежание возможных нарушений экологии или биологической системы региона получения энергии?

Верхний предел для частоты излучения установлен таким, чтобы энергия на один фотон не вызывала ионизацию организмов при прохождении через них. Ионизация биологических материалов начинается только с ультрафиолетового излучения и, как следствие, проявляется при более высоких частотах, поэтому большое количество радиочастот будет доступно для передачи энергии.

Исследователи НАСА работали в 1980-х годах с возможностью использования лазеров для излучения энергии между двумя точками в пространстве. В перспективе эта технология станет альтернативным способом передачи энергии в космической энергетике.

В 1991 году начался проект SELENE, который предполагал создание лазеров для космической энергетики, в том числе и для излучения энергии лазером на лунные базы. 

В 1988 Грант Логан предложили использовать лазер, размещенный на Земле, чтобы обеспечить энергией космические станции, предположительно, это можно было осуществить в 1989. Предлагалось использование солнечных элементов из алмаза при температуре 300 °C для преобразования ультрафиолетового лазерного излучения.

Проект SELENE продолжал работать над этой концепцией, пока не был официально закрыт в 1993 после двух лет исследований, так и не осуществив тестирования технологии на большие расстояния. Причина закрытия: высокая стоимость осуществления.

  • Преобразование солнечной энергии в электрическую

В космической энергетике, в существующих станциях и при разработках космических электростанций единственный способ эффективного получения энергии — это использование фотоэлементов.

Фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию фотонов в электрическую энергию. Первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте, создал Александр Столетов в конце XIX века.

Наиболее эффективными с энергетической точки зрения устройствами для этого являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой, одноступенчатый переход энергии.

КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16%, у лучших образцов до 25%. В лабораторных условиях уже достигнут КПД 43%.

  • Получение энергии от СВЧ-волн, испускаемых спутником

Также важно подчеркнуть способы получения энергии. Один из них — это получение энергии с помощью ректенн. Ректенна  — устройство, представляющее собой нелинейную антенну, предназначенную для преобразования энергии поля падающей на нее волны в энергию постоянного тока.

Простейшим вариантом конструкции может быть полуволновый вибратор, между плечами которого устанавливается устройство с односторонней проводимостью (например диод).

В таком варианте конструкции антенна совмещается с детектором, на выходе которого при наличии падающей волны появляется ЭДС. Для повышения усиления такие устройства могут быть объединены в многоэлементные решетки.

Плюсы и минусы космической энергетики

Космическая солнечная энергия — энергия, которую получают за пределами атмосферы Земли. При отсутствии загазованности атмосферы или облаков на Землю падает примерно 35% энергии от той, которая попала в атмосферу. 

Кроме того, правильно выбрав траекторию орбиты, можно получать энергию около 96% времени. Таким образом, фотоэлектрические панели на геостационарной орбите Земли, на высоте 36 тыс. км, будут получать в среднем в восемь раз больше света, чем панели на поверхности Земли, и даже еще больше, когда космический аппарат будет ближе к Солнцу, чем к поверхности Земли. 

Дополнительным преимуществом является тот факт, что в космосе нет проблемы с весом или коррозии металлов из-за отсутствия атмосферы.

С другой стороны, главный недостаток космической энергетики — это высокая стоимость. Вторая проблема создания ОЭС — большие потери энергии при передаче. При передаче энергии на поверхность Земли будет потеряны, по крайней мере, 40–50%.

Основные технологические проблемы космической энергетики

По данным американских исследований 2008 года, есть пять основных технологических проблем, которые наука должна преодолеть, чтобы космическая энергия стала легкодоступной.

  • Фотоэлектрические и электронные компоненты должны работать с высокой эффективностью при высокой температуре.
  • Беспроводная передача энергии должна быть точной и безопасной.
  • Космические электростанции должны быть недорогими в производстве.
  • Поддержание постоянного положения станции над приемником энергии: давление солнечного света будет отталкивать станцию от нужного положения, а давление электромагнитного излучения, направленного на Землю, будет толкать станцию от Земли.

Кто собирается добывать энергию из космоса

Китай хочет стать первой страной, которая развернет на околоземной орбите солнечную электростанцию. Объект планируется использовать для сбора, а также передачи собранной энергии на Землю.

Конструкцию планируется разместить на геостационарной орбите, на высоте 35 786 км, где она сможет постоянно находиться над выбранной точкой Земли, рассказал Лун Лэхао (Long Lehao), главный конструктор китайских ракет серии «Чанчжэн-9». 

Проект предусматривает строительство на орбите больших солнечных панелей. Преимуществом электростанции станет возможность почти постоянного получения солнечной энергии, независимо от погодных условий. Передавать энергию на Землю планируется с помощью лазеров или микроволн.

Энергия солнечных лучей будет преобразовываться в электрический ток, а затем при помощи микроволн или лазерного излучения передаваться на Землю.

К 2030 году на орбиту планируется вывести полноценную электростанцию мегаваттного класса. Коммерческую станцию гигаваттного класса китайские ученые хотят построить на орбите к 2050 году.

Информация о Японии, скорее всего, потеряла свою актуальность. Однако страна в 2009 году заявляла, что начинает строительство космической электростанции. 

Для участия в проекте стоимостью $21 млрд подрядили корпорации Mitsubishi Electric и IHI. В течение четырех лет они обязаны были разработать и сконструировать конкретные устройства для транспортировки панелей на стационарную орбиту 36 тыс.  км, сборки панелей и передачи электроэнергии на Землю с минимальными потерями. Однако, вероятно, проект по каким-то причинам решили не реализовывать. 

Главное научное учреждение Роскосмоса ЦНИИмаш выступило с инициативой создания российских космических солнечных электростанций (КСЭС) мощностью 1–10 ГВт с беспроводной передачей электроэнергии наземным потребителям.

В ЦНИИмаше обращают внимание, что американские и японские разработчики пошли по пути использования СВЧ-излучения, которое сегодня представляется значительно менее эффективным, чем лазерное.

Проект ФГУП НПО им. Лавочкина предполагает использовать солнечные батареи и излучающие антенны на системе автономных спутников, управляемых по пилотному сигналу с Земли. Для антенны — использовать коротковолновой СВЧ-диапазон вплоть до миллиметровых радиоволн. Это даст возможность формировать в космосе узкие пучки при минимальных размерах генераторов и усилителей. Небольшие генераторы позволят и принимающие антенны сделать на порядок меньше.

Читать далее

В головном мозге человека зафиксирован неизвестный тип сигнала

На Курилах найден необычный песок, из которого японские самураи делали мечи

В Солнечной системе замечена самая большая комета за всю историю: это почти планета

использование энергии солнца на земле по физике

У вас нет времени на доклад или вам не удаётся написать доклад? Напишите мне в whatsapp — согласуем сроки и я вам помогу!

В статье «Как научиться правильно писать доклад», я написала о правилах и советах написания лучших докладов, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы докладов, посмотрите, почитайте:

  1. Доклад на тему: я помогу тебе мой организм быть здоровым
  2. Доклад на тему: деньги
  3. Доклад на тему: красная книга
  4. Доклад на тему: спорт

Доклад на тему: использование энергии солнца на земле

Всем известно, что в наше время практически невозможно жить без энергии. Из учебников по физике мы знаем, что мы не можем получить энергию из ничего. Точно так же, энергия никогда не ускользает бесследно. Давайте подумаем о ресурсах, из которых мы можем его получить: Природный газ, уголь или даже опасный уран. Большая часть нашей энергии используется для освещения и отопления. Есть множество других способов получить энергию. Но самое главное, что человечество может таким образом получать энергию от Солнца, а именно — лучистую энергию.

Одним из главных преимуществ солнечной энергии является то, что вам не нужно ее восстанавливать, она была и будет. Кроме того, эта энергия не загрязняет атмосферу, поэтому она экологически безопасна. Солнечная энергия может быть использована для всего, что просто нуждается в энергии. И в наше время лучшие умы человечества думают и разрабатывают способы расширения своих возможностей.

В это трудно поверить, но только один квадратный метр солнечной поверхности может генерировать до 62 900 кВт энергии. Это означает, что 1 квадратный метр может легко питать миллион простых ламп накаливания. Солнце может обеспечить столько энергии, сколько все электростанции в мире могут обеспечить за день. Это эквивалентно примерно 80 тысячам миллиардов киловатт. Текущая цель — получить от солнца как можно больше энергии, насколько это возможно безопасно. Ученые считают, что солнечная энергия — это будущее нашей планеты и нашего мира.

В ближайшие сто лет мы можем потерять все запасы угля и газа на Земле, что приведет к неминуемой катастрофе на Земле. При таких темпах наши предки не смогут жить нормальной жизнью или даже выживать, или замена ресурсов нанесет большой вред окружающей среде.

Конечно, мы могли бы использовать атомные электростанции в качестве отправной точки. Но подумайте о взрыве на Чернобыльской АЭС. Конечно, такие станции очень выгодны с экономической точки зрения. Но риск очень высок. Мы должны быть очень осторожны с такими растениями. Наименьшая авария приводит к большим потерям и разрушениям.

Исходя из этого, самым лучшим, чистым и дешевым видом энергии является солнечная энергия.

Многие скажут, что солнечные лучи иногда очень вредны. Но для этого существуют станции, которые фильтруют лучи и преобразуют их в чистую энергию.

Существует также пассивный способ получить больше пользы от солнечных лучей. Чёрных сильно привлекают солнечные лучи. Это значит, что если вы покрасите какую-нибудь поверхность в черный цвет, она сильно нагреется. Таким образом, можно нагревать большие емкости с водой, не потребляя ресурсов. То есть, таким образом, можно легко сделать системы отопления в домах и комнатах. Вода в емкостях может нагреваться очень быстро без использования ресурсов.

Использование энергии солнца на Земле

На чтение 2 мин. Опубликовано

Известно, что наше светило вырабатывает огромное количество энергии. За 10-15 минут солнце отдает Земле количество энергии, достаточное для обеспечения всего человечества электроэнергией на год. Качество солнечных батарей каждый год улучшатся, стоимость удешевляется. Все это хорошо, но что делать, если небо вдруг заволокло тучами, или наступила ночь… или вы живете на крайнем севере? Как использовать энергию солнца на Земле вне зависимости от погодных условий?
Давно уже обсуждается идея об использовании солнечной энергии с помощью панелей, установленных в космическом пространстве. Однако, с тех пор как была озвучена эта идея прошло уже лет тридцать. Недавно в этой области исследований обозначилось некоторое движение.
Би-би-си, самая большая космическая компания в Европе, активно ищет партнеров для осуществления миссии, которая будет заключаться в установке на орбите специальных солнечных панелей. Уже разработана специальная спутниковая система, оборудованная панелями, способными переправлять солнечную энергию к земле с помощью инфракрасного лазера, а на Земле инфракрасный свет будет преобразовываться в электричество. Так же ученые смогут произвести опыты в открытом космосе и понять как поведут себя материалы-и-их-поведение-при-сварке/chto-takoe-ink на орбите, на Земле суперсплавы на основе никель-хрома уже успели себя зарекомендовать с хорошей стороны.

Лабораторные исследования в этой сфере прошли очень успешно. Выгода от такого проекта очевидна и отдача может быть весьма солидной как в финансовом так и в научном плане. Наличие таких установок в космосе могло бы обеспечить постоянный ток энергии к Земле вне зависимости от времени суток и пасмурной погоды, что намного эффективнее установок солнечных батарей и ветряков. Кроме того, количество получаемой таким образом энергии во много раз больше, чем от аналогичных панелей, находящихся на поверхности Земли. В космосе нет облаков, пыли и атмосферных явлений, препятствующих получению солнечной энергии. Препятствие пока только одно – стоимость запуска и сборки солнечных станций на орбите.

Солнечная энергия использование человеком. Использование солнечной энергии на Земле. Перспективы использования энергии Солнца на Земле. Использование энергии ветра

Использование энергии Солнца на Земле краткий доклад, расскажет Вам о возможностях ее применения с пользой для человека.

Использование Солнечной энергии на Земле

Солнце представляет собой светящийся огромный газовый шар, в котором протекают достаточно сложные процессы и постоянно выделяется энергия. Благодаря ей существует жизнь на нашей планете: нагревается атмосфера и поверхность планеты, дуют ветра, нагреваются океаны и моря, произрастают растения и так далее.

Солнечная энергия способствует образованию ископаемым видам топлива, преобразовывается в теплоту и холод, электричество и движущую силу. Светило испаряет воду, влагу превращает в водные капли, образует туманы и облака. Одним словом, энергия Солнца создает гигантский круговорот влаги на планете, систему воздушного и водяного отопления планеты.

Когда солнечный свет попадает на растения, то вызывает у них процесс фотосинтеза, рост и развитие. Прогревая почву, он формирует ее климат, давая жизненную силу микроорганизмам, семенам растений и все существам, которые населяют почву. Без солнечной энергии живые организмы были бы в состоянии спячки (анабиоза).

Примеры использования солнечной энергии в народном хозяйстве

Солнечная энергия — это восстанавливаемый естественным путем источник энергии и, что важно, экологически безопасный. Ученые со всего мира работают над расширением возможности ее использования. Во многих странах созданы государственные программы для разработки технологий применения солнечной энергии.

Наибольшее потребление солнечной энергии наблюдается в Турции и Израиле. А рекордное число оборудованных домов системой солнечного нагрева воды находится на Кипре.

В сельскохозяйственной деятельности, а именно в агропромышленном комплексе, также применяется солнечная энергия. Планируется внедрить ее во все отрасли народного хозяйства. Свободные площади стен и крыш домов, хозяйственных построек позволяют накапливать достаточные количества электроэнергии, причем бесплатной. Фотоэлектрические системы можно применять для работы электропастуха на выпасах, насосов, электроножей, медогонок на пасеке, для обеспечения жилых зданий электричеством.

Воздушные коллекторы, работающие на солнечной энергии, создают среду для проживания людей и сельскохозяйственных животных, а также поддерживают показатели влажности и температуры на одном, заданном уровне.

Теплицы и парники, оборудованные гелиопанелями, накапливают и сохраняют тепло, обеспечивая микроклимат для растений.

Устройства на основе солнечной энергии применяются для проветривания и отопления овоще- и зернохранилищ, поддерживая заданные параметры человеком.

Надеемся, что «Использование энергии Солнца» реферат помог Вам подготовиться к занятию. А свое сообщение о солнечной энергии Вы можете оставить через форму комментариев ниже.

Издревле человечество пользуется солнечной энергией. Благодаря ей поддерживается жизнь на нашей планете. Воздействие солнечных лучей на поверхность нашей вращающейся планеты приводит к неравномерному нагреву водной поверхности океанов, морей, рек, озер и суши материков. Возникающие перепады атмосферного давления, приводящие в движение воздушные массы, способствуют созданию условий жизни многообразным видам флоры и фауны. По сути, солнце своей энергией является источником жизни.

В последнее время развиваются технологии использования этой нескончаемой энергии, которая может легко заменить традиционные источники энергии (уголь, газ, нефть), требующие больших затрат для их использования в различных климатических условиях. Применение солнечных установок имеет ряд преимуществ, которые несравнимы с другими источниками энергии. Используя некоторые из преимуществ, компания Светон http://220-on.ru/ успешно решает задачу по обеспечению комфортного качества жизни за счёт установок автономного электроснабжения и систем бесперебойного питания для владельцев загородной недвижимости.

Основные преимущества

Неисчерпаемость запасов энергии, которая даётся практически даром. Используемые установки полностью безопасны и автономны. Можно отметить их экономичность, поскольку покупается только оборудование установки. Кроме того, обеспечивается стабильность электроснабжения без каких-либо скачков напряжения. Дополним ещё такими показателями, как большой срок эксплуатации и простота в использовании.

Если ещё несколько лет назад в основном солнечное тепло использовалось для естественного подогрева воды под лучами солнца, то в настоящее время можно перечислить целый ряд сфер человеческой деятельности, где непосредственно применяется солнечная энергия.

Области применения солнечной энергии

Во-первых, это в аграрном секторе народного хозяйства – для выработки электроэнергии, обогрева теплиц, парников, помещений и построек.

Во-вторых, для обеспечения электричеством учреждений медицины, здравоохранения и спорта.

В-третьих, в авиации и космических аппаратах.

В-четвёртых, в качестве световых источников в ночное время в городах.

В-пятых, в снабжении электричеством населённых пунктов.

В-шестых, в обеспечении электропитания оборудования для снабжения горячей водой жилых помещений.

В-седьмых, для обеспечения бытовых нужд.

Существуют пассивные и активные способы превращать солнечный свет в тепловую энергию.

Пассивные способы превращать солнечную энергию в тепловую

Этот способ основан на том, что учитываются местный ландшафт и климат при постройке зданий. При их строительстве изучаются особенности климата, что позволяет применять такие ресурсы строительных материалов и технологий, чтобы получить максимальный эффект (особенно в жарких странах) от строящегося объекта в потреблении электроэнергии и обеспечении экологической безопасности постройки. Поэтому в жарких странах стремятся эффективно использовать местные условия для таких строений.

Активные способы использования солнечной энергии

Специальные коллекторы и фотоэлементы, насосы, аккумуляторы, различные трубопроводы теплоснабжения являются теми инструментами, благодаря которым преобразуется энергия солнца. Рассмотрим солнечные коллекторы, преобразующие энергию солнца несколькими способами, которые определяют соответствующий тип коллектора.

1. Для бытовых нужд широко используется коллектор плоский, который нагревает воду под воздействием солнечных лучей в соответствующих емкостях.

2. Для высоких температур применяют вакуумные солнечные коллекторы, которые действуют посредством нагрева воды, проходящей по стеклянным трубкам, находящимся в освещаемой солнцем зоне. Такие установки применяют в бытовых условиях.

3. В осушительных установках применяются коллекторы воздушного типа, нагревающие воздушные массы под солнечными лучами.

4. Коллекторы интегрированного типа, в которых собираются подогретые в бытовых системах воды в общую емкость с последующим использованием для различных нужд, например, для газовых котлов.

Фотоэлемент (солнечный элемент, батарея) представляет собой полупроводник, в котором при свете возникает ток без каких-либо химических реакций, обеспечивая достаточно длительный срок работы. Такие солнечные элементы (батареи) широко используются в космической области, но могут широко применяться в других.

Солнечные батареи очень экономичны и приобретают все большую популярность в бытовых условиях. Например, на фермерских, приусадебных хозяйствах все больше проявляют к ним интерес. Кроме того, сегодня осваиваются труднодоступные места новых регионов и сельскохозяйственных угодий, особенно в азиатской части нашей страны. Автомобильный и авиационный транспорт также имеет в своей перспективе шанс применять солнечные батареи. Необходимо также выделить такое качество, как экологическую чистоту данных систем, которые не наносят ущерб здоровью.

Солнце – это природный огромный источник энергии. Внутри этого газового шара ежеминутно протекают сотни различных процессов. Без Солнца невозможна жизнь на Земле, так как оно является источником энергии для всех живых организмов. Все земные природные процессы осуществляются благодаря солнечной энергии. Циркуляция атмосферы, круговорот воды, фотосинтез, теплорегуляция на планете – все это было бы невозможным без Солнца. Использование солнечной энергии на Земле такое же привычное явление, как вдох и выдох для человека. Но оно может дать человечеству еще больше. Его успешно можно использовать для получения промышленной энергии, тепловой или электрической.

Потенциал, которым обладает солнечная энергетика

Разработки по использованию солнечной энергии начались в еще в 20 веке. С тех проведено сотни исследований учеными со всех уголков мира. Ими было доказано, что эффективность использования солнечной энергии может быть очень и очень высокой. Данный источник может обеспечить энергоснабжение на всей планете гораздо лучше, чем все существующие на сегодняшний день ресурсы в совокупности. При этом такой вид энергии является общедоступным и бесплатным.

Использование энергии солнечного света

Запасы природных ископаемых, способных обеспечить энергоснабжение на Земле, сокращаются с каждым днем. Поэтому в настоящее время ведутся активные разработки различных способов использования солнечной энергии. Данный ресурс является отличной альтернативой традиционным источникам. Поэтому исследования в этой сфере невероятно важны для общества.

Достижения, которые существуют на данный момент, дали возможность создать системы использования солнечной энергии, которые делаться на два типа:

  • Активные (фотоэлектрические системы, солнечные электростанции и коллекторы).
  • Пассивные (подбор стройматериалов и проектировка помещений для максимального применения энергии солнечного света).

Преобразование и использование солнечной энергии таким образом дало возможность применять неиссякаемый ресурс с высокой продуктивностью и окупаемостью.

Принцип работы пассивных систем

Существует несколько видов пассивного использования солнечной энергии. Большинство из них невероятно просты в применении, но при этом достаточно эффективны. Также существуют и более замысловатые варианты, которые помогают получать больше выгоды. Например:

  • Первое, что приходит на ум, это емкость, в которой хранится вода. Если покрасить ее в темный оттенок, то таким нехитрым образом солнечная энергия будет преобразовываться в тепловую, и вода будет нагреваться.
  • Следующий вариант не под силу выполнить обычному человеку самостоятельно, так как он требует скрупулезного анализа специалиста. Данная технология должна приниматься во внимание еще на этапе проектирования и строительства дома. Основываясь на климатических условиях, здание проектируется таким образом, что само работает как солнечный коллектор. После чего подбираются необходимые материалы, способствующие максимальной аккумуляции энергии солнечных лучей.

Благодаря таким методам становится возможным использование солнечной энергии для отопления и освещения помещений. Также подобные разработки способствуют энергосбережению. Так как подобное проектирование способно не только преобразовывать солнечную энергию, но и сохранять тепло внутри здания, что также позволяет значительно сократить расходы.

Способы активного использования солнечной энергии

Основой данного принципа энергоснабжения являются коллекторы. Такое оборудование поглощает энергию и перерабатывает ее в тепло, с помощью которого можно отапливать дом или подогревать воду, а также преобразовывает солнечную энергию в электрическую. Коллекторы широко применяются как в промышленном объеме, так и на частных участках и сельском хозяйстве.

Помимо коллекторов еще одним оснащением активной системы можно назвать панели с фотоэлементами. Данное устройство позволяет использовать солнечную энергию в быту и в промышленных масштабах. Такие панели очень просты, неприхотливы в обслуживании и долговечны.

Также способом активного применения энергии Солнца являются солнечные электростанции. Они подходят только для масштабного преобразования радиации в тепловую ил электроэнергию. За последние годы они значительно набрали популярность в мире и разработки в этой сфере позволяют расширять возможности и количество таких станций.

Говоря о том, что солнечная энергия помогает экономить на применении традиционных ресурсов, стоит заметить, что подобное преимущество станет действительно полезным людям, обладающим своими частными участками. Собственный дом дает возможность установить оборудование для преобразования энергии, которое сможет удовлетворять, даже если и не полностью, хотя бы часть энергетических потребностей. Это поможет значительно снизить потребление централизованного энергоснабжения и уменьшить расходы.

Солнечная энергия – это отличный источник для таких процессов:

  • Пассивный обогрев и охлаждение дома.

Не следует забывать о том, что Солнце и так греет все, что существует на Земле, и ваш дом не исключение. Поэтому можно усилить благотворное воздействие, внеся на этапе строительства определенные поправки, и использовав специальные техники. Таким образом, вы получите дом с гораздо более комфортной теплорегуляцией без особых вложений.

  • Нагрев воды с помощью солнечной энергии.

Применение энергии солнечных лучей для подогрева воды – это самый простой и дешевый способ, доступный человеку. Подобное оснащение можно купить по адекватным ценам. При этом они смогут окупить себя достаточно быстро, ощутимо снизив расходы на централизованное энергоснабжение.

  • Освещение улиц.

Это самый простой и дешевый способ использования солнечной энергии. Специальные устройства, которые поглощают за день солнечную радиацию, а в темное время суток освещают участки, очень популярны среди владельцев частных домов и сейчас.

Солнечная панель, к сожалению, не отличается всеобщей доступностью. Ее стоимость достаточно высока, но при этом, это удобный и выгодный энергетический ресурс, который успешно можно применять в российских широтах. Но если ваше финансовое положение не позволяет осуществить такую дорогостоящую покупку, вы сможете создать подобные панели самостоятельно.

Как это сделать?
  • Первым делом вам будут нужны солнечные фотоэлементы. В среднем для одной панели их понадобится около 36 штук. Лучше выбирать элементы на монокристаллах, так как у них выше коэффициент полезного действия, и срок эксплуатации дольше.
  • Сама панель производится из фанерного листа. Из него вырезается днище, размер которого вы определяете, смотря на количество фотоэлементов. Далее панель помещается в рамку из брусков.
  • После чего требуется изготовить подложку, на которую будут накладываться фотоэлементы. Это можно сделать из ДВП.
  • Далее вам необходимо сделать отверстия. Обязательно проследите, чтобы они были симметричны.
  • Далее проводится процедура окрашивания и сушки, которая повторяется два раза.
  • После того, как подложка высохнет, на нее выкладываются элементы, и производится распайка. Важный момент – выкладывайте их вверх ногами.
  • В конечном этапе фотоэлементы выкладывают рядами, а потом уже соединяют все в комплексы. Все это по итогу крепится с помощью силикона.

Вот таким несложным способом вы можете создать своими руками оборудование, позволяющее использовать солнечную энергию в быту. Немного усилий и терпения, и у вас все получится.

Использование солнечной энергии в России

На каком этапе развития сейчас находится альтернативная энергетика в России? К сожалению, в нынешнее время это происходит на очень низком уровне. Пока страна не воплощает весь существующий потенциал в жизнь. На это имеет достаточно сильное влияние такой аспект, как наличие больших запасов полезных ископаемых, которые используются для традиционного энергоснабжения.

Тем не менее, успешное использование солнечной энергии в России возможно. Благодаря огромной площади, включающей в себя разные климатические зоны и рельеф, страна имеет возможность активно развивать выработку альтернативной энергии. При грамотном и всестороннем подходе можно обеспечивать весомый процент общего энергоснабжения именно с помощью энергии Солнца.

1. Каждую секунду Земля получает 170 миллиардов ватт от солнечных вспышек


Солнце вырабатывает огромное количество энергии. Благодаря ей на Земле происходят жизненно важные процессы, наподобие водного цикла. Более 170 миллиардов ватт солнечной энергии каждую секунду «врезается» в земную атмосферу.
Чтобы сравнить эти невероятные масштабы, представьте, что в среднем смартфон потребляет около двух тысяч ватт в течение года. Солнце посылает в миллиард раз больше энергии в атмосферу каждую секунду!
Не вся солнечная энергия, которая достигает атмосферы, попадает на поверхность Земли. Атмосфера поглощает и отражает часть энергии обратно в космос, облака также отражают и поглощают энергию.
На самом деле только 50 % солнечной энергии проходит через атмосферу и попадает на поверхность Земли. И это очень хорошо, поскольку, если бы поверхности Земли достигало 100 процентов солнечной энергии, то наша жизнь кардинально бы отличалась от нынешней.

2. Когда мы едим фрукты и овощи, мы получаем калории от Солнца


Растения также могут нам поведать довольно интересные факты о солнечной энергии. Например, мы используем их, даже не подозревая, что растения еще один источник солнечной энергии. Оказывается, солнечная энергия играет очень важную роль в процессе фотосинтеза, генерирующий необходимый нам кислород.
Химическая реакция фотосинтеза преобразует воздух, воду и другие питательные вещества, так что растения, цветы и листья деревьев могут расти. Когда мы едим фрукты и овощи, мы потребляем калории, которые были созданы при помощи энергии Солнца. Так что, когда мы едим овощи, мы на самом деле получаем энергию от Солнца. Это один из удивительных фактов о солнечной энергии, который говорит нам, что мы используем солнечную энергию, даже когда мы не осознаем этого.
Люди едят мясо животных, которые в свою очередь едят корм, изготовленный из растений. Та энергия, которую мы получаем, употребляя в пищу мясо, происходит от энергии, которая «накапливается» в животных из растений. Это еще один удивительный факт о солнечной энергии – даже когда мы едим мясо, мы получаем энергию от Солнца.

3. Витамин D создается в нашем организме за счет солнечной энергии


Люди, как растения, также использую солнечную энергию в качестве витаминов.
Но в отличие от растений, мы не зависим от этой энергии настолько сильно. Тем не менее, наше тело нуждается в солнечной энергии, чтобы выполнять различные химические процессы. Например, чтобы вырабатывать в организме витамин D.
В коже человека находится определенный тип холестерина, который преобразует предварительный тип витамина в витамин D, который защищает кожу от ультрафиолетового излучения. Предварительно, «витаминовая заготовка», при ультрафиолетовом излучении Солнца, попадает в печень, которая в конечном итоге вырабатывает столь необходимый организму витамин D.

4. Первая солнечная электростанция была построена в 1912 году


Солнечная энергия участвует в круговороте воды в природе. Солнце нагревает воду на Земле, и это вызывает испарение, которое преобразуется в осадки в виде дождя или снега.
Когда вода и другие жидкости нагреваются от солнечной энергии, они претерпевают изменения и превращаются в газ. Для воды, этот газ является паром. Уже в 1897 году, Фрэнк Шуман создал систему, которая использует энергию Солнца, чтобы привести в движение маленький двигатель. Его более поздние системы улучшались и использовали воду для питания полноразмерного парового двигателя.
В 1912 году Шуман запатентовал свою систему и построил первую солнечную электростанцию энергии в Египте. Это один из наиболее важных фактов в истории использования солнечной энергии. Электростанция Шумана была способна получать 45-52 киловатт, и стало первым масштабным коммерческим использованием солнечной энергии. По сегодняшним меркам это небольшой масштаб, но он дал начало широкому применению солнечной энергии. Этот факт вдохновил будущих изобретателей двигаться дальше.


Солнечная тепловая энергия является одним из видов технологий, которая способная нагревать воду, а затем использовать ее изменения, чтобы привести в действие машину. Шуман оказался провидцем, который показал всем, что солнечную энергию можно будет использовать, когда на Земле исчерпаются запасы угля и нефти.

5. Прохладный напиток в жаркий день является пассивной солнечной технологией


Есть два основных типа технологий, используемых для «захвата» и применения энергии Солнца: активные и пассивные.
Активные солнечные технологии, такие как солнечные панели, собирают солнечную энергию и преобразовывают ее в электрическую. Активная солнечная технология поставляет энергию для ее использования.
Пассивные солнечные технологии направлены на снижение использования энергии из других источников. Она может быть чем-то простым. Например, крыша дома со специальным отражающим покрытием, необходимым для уменьшения количества поступающей энергии. Это необходимо для охлаждения дома летом. Пассивные солнечные технологии работают за счет уменьшения количества энергии. Даже прохладительный напиток в жаркий день является одним из видов пассивной солнечной технологии.

6. Панели солнечных батарей используют фотоны, чтобы создавать экситоны и электронные поля


Когда люди думают о солнечной энергии, они часто представляют себе солнечные панели. Эти панели содержат «солнечные клетки», которые также известны как фотоэлементы, благодаря которым происходит фотоэлектрический эффект.
Фотоэлектрических эффект тенденция некоторых материалов возбуждаться фотонами в солнечной энергии. Различные материалы обладают различными свойствами при возбуждении энергией Солнца.
Также, используются специальные материалы, чтобы заставить солнечные батареи генерировать экситоны возбужденном состоянии. Наличие последних вызывает поток электронов. В дальнейшем, при помощи солнечной батареи этот поток преобразуется в электричество, которое мы потребляем.
Первые солнечные батареи не могли преобразовывать солнечную энергию в электричество. Они были эффективными лишь на 1-2 %, в то время как современные батареи в лабораториях эффективнее на 40 %.

7. Солнечная энергия может очищать воду с помощью УФ-излучения


Еще один удивительный факт о солнечной энергии заключается в том, что ее можно использовать для очистки воды. Данное свойство солнечной энергии было известно еще древним грекам, а также практиковалось персидскими алхимиками в 1500-х годах.
Процесс очистки соленой воды при помощи солнечной энергии называется солнечным опреснением. Существует еще один способ, который использует солнечную энергию для очистки воды под названием солнечная дистилляция. Солнечная дистилляция очищает воду от многих типов загрязнений. В качестве примера можно привести стандартный цикл круговорота воды в природе.
В качестве миниатюрного примера, можно взять картонную коробку и поставить над ямкой, предварительно вырытой во влажной почве. Та вода, которая при испарении окажется на поверхности коробки, будет чистой и пригодной к питью.
Еще один вариант очистки воды — ультрафиолетовое излучение. Оно является губительным для многих микробов и бактерий.

8. Солнечная энергия является единственным источником возобновляемой энергетики


Солнечная энергия является живительной для всего, что нас окружает. Если люди перейдут на источники питания от солнечных батарей, то значительно сократится использование электрической сети. Дело в том, что электросети получают питание благодаря сжиганию угля. А этот процесс способствует изменению климата, который приводит к глобальному потеплению.
Солнечная энергия является одним из лучших источников возобновляемой энергии. Некоторые утверждают, что она является единственным источником в своем роде. Большая часть инфраструктуры в развитом мире построена на ископаемых видах топлива. Поэтому переход на использование солнечной энергии в качестве основного источника энергии потребует значительных усилий.
Экономические преимущества использования солнечной энергии очевидны. Цены на топливо увеличиваются, а затраты на производство более эффективных солнечных батарей уменьшают.

9. Гравитационная энергия от Солнца удерживает Солнечную систему


Возможно, самый загадочный из фактов о солнечной энергии относится к гравитации, которую излучает Солнце. Благодаря гравитации все планеты и другие объекты сохраняют свои орбиты в Солнечной системе.
Гравитационная энергия является одной из наименее изученных сил во Вселенной. В то время как Солнце излучает свет и солнечную энергию на Землю, оно также притягивает Землю к себе своим гравитационным полем.
Если подумать, то выходит, что солнечная энергия несет ответственность не только за круговороты воды, питающие жизнь на Земле. Солнечная энергия создала условия для существования жизни на Земле, когда Солнечная система была только сформирована.


Солнечная энергия становится все более и более важной в жизни человечества. Ученые видят в ней возобновляемые источники энергии, которые не вредят окружающей среде, а также большую пользу для здоровья человека.


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.

Общие сведения о Солнце

Солнце – центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный шар, типичная звезда-карлик спектрального класса G2.

Характеристики Солнца

  • Масса MS~2*1023 кг
  • RS~629 тыс. км
  • V= 1,41*1027 м3, что почти в 1300 тыс. раз превосходит объем Земли,
  • средняя плотность 1,41*103 кг/м3,
  • светимость LS=3,86*1023 кВт,
  • эффективная температура поверхности (фотосфера) 5780 К,
  • период вращения (синодический) изменяется от 27 сут на экваторе до 32 сут. у полюсов,
  • ускорение свободного падения 274 м/с2 (при таком огромном ускорении силы тяжести человек массой 60 кг весил бы более 1,5 т.).

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.

Солнце – источник энергии

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 1,1×1020 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.

Исследование солнечной энергии

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 6×10 11 Дж энергии! На Земле такого количества энергии хватило бы для того, чтобы нагреть от температуры 0ºC до точки кипения 1000 м 3 воды.

Потенциал солнечной энергии

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 10 13) 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 10 13) 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.



Загадки солнечных нейтрино

С.С. Герштейн
Московский физико-технический институт

Загадки солнечных нейтрино

Опубликовано в Соросовском образовательном журнале, N 8, 1997 г.


    Рассматриваются термоядерные реакции, являющиеся источником энергии Солнца. Приведены сведения о прямом экспериментальном доказательстве термоядерного происхождения солнечной энергии, полученном путем регистрации на Земле потока нейтрино от Солнца. Указано, что обнаруженный при этом дефицит в потоке солнечных нейтрино, возможно, свидетельствует о превращениях, которые испытывают сами нейтрино.

Откуда берется энергия Солнца и звезд

Что было бы с Солнцем,
если бы не существовало
внутреннего источника его энергии

    Наше Солнце, источник жизни на Земле, испускает каждую секунду энергию L = 4.1033 эрг/с. Величина L называется светимостью Солнца. Она определена путем измерения солнечной постоянной q (энергии солнечных лучей, падающих на границу атмосферы Земли) и по расстоянию от Земли до Солнца (R150.106 км):

q = L/(4R2) = 8.533 МэВ/(см2.с)2 кал/(см2.мин),
1 МэВ = 1.6.10-6 эрг.
(1)

    Откуда берется энергия, испускаемая Солнцем, и надолго ли ее хватит? Поскольку Солнце — раскаленный газовый шар, большинство людей думают, что Солнце светит за счет содержащейся в нем тепловой энергии и с течением времени должно остывать. Однако, если бы Солнце не имело внутренних источников энергии, оно должно было бы не остывать, а нагреваться! Понять это можно на примере искусственного спутника Земли, который, теряя энергию на преодоление сопротивления остатков атмосферы, переходит на более низкие орбиты, где скорость его становится больше первоначальной. Дело в том, что полная энергия спутника складывается из кинетической энергии и потенциальной энергии притяжения к Земле. Потенциальная энергия отрицательна и по абсолютной величине вдвое превышает кинетическую, так что полная энергия тоже отрицательна, а по абсолютной величине равна кинетической. Поэтому уменьшение полной энергии (то есть рост ее абсолютной величины) приводит к росту кинетической. Такое же соотношение существует между суммарной кинетической энергией частиц Солнца (то есть его тепловой энергией) и потенциальной энергией сил гравитации, удерживающей его частицы. Поэтому Солнце при отсутствии внутренних источников энергии, испуская тепло, должно было бы нагреваться за счет работы сил гравитации, сжимающих его. Гравитационная энергия Солнца E-M2/R, где M2.1033 г — масса Солнца, R0.7.106 км — его радиус, а 6.67.10-8 см3/(г.с2) — гравитационная постоянная. Энергия, испущенная Солнцем за время t,

Lt = -E = -(M2/R)(R/R),

где R — изменение радиуса Солнца. Поэтому при современной светимости Солнца оно при отсутствии внутренних источников энергии должно существенно сжаться за время t < M2/(RL)30.106 лет. Между тем совокупность различных данных приводит к выводу, что возраст Солнечной системы составляет 4.6 млрд лет и за это время светимость Солнца существенно не изменялась. Это означает, что должен существовать какой-то внутренний источник энергии Солнца.

Поиск источников внутренней энергии Солнца

    Такой источник был указан английским астрофизиком А. Эдингтоном, который заметил, что масса ядра 4Hе меньше, чем сумма масс четырех протонов и двух электронов, и поэтому их слияние в ядро гелия должно сопровождаться, согласно формуле А. Эйнштейна, выделением энергии E = (4mp + 2me — m(4Hе))c226 МэВ. (В то время считалось, что ядра состоят из протонов и электронов.) Для поддержания светимости Солнца требуется, чтобы за секунду происходило N = L/E1038 c-1 реакций синтеза, то есть сгорало бы M4mpN 6.106 т/с водорода (mp1.6.10-24 г — масса протона). Отсюда, учитывая, что Солнце на 3/4 состоит из водорода, можно заключить, что даже одной десятой его хватает на 10 млрд лет.
    Современники, однако, скептически отнеслись к гипотезе Эдингтона. По законам классической механики для сближения протонов на расстояние порядка радиуса действия ядерных сил r0 необходимо преодолеть силы кулоновского отталкивания. Для этого их энергия должна превышать величину кулоновского барьера U0 = e2/r0(e = 4.8.10-10 CGSE — заряд протона). При r0 = 3.10-13 см величина U00.5 МэВ и температура, при которой средняя энергия теплового движения (kT) сравнивается с ней, составляет около 5 млрд градусов (k = 1.38.10-16 эрг/град — постоянная Больцмана). Между тем температура в центре Солнца примерно в 300 раз меньше. Таким образом, Солнце казалось недостаточно горячим для того, чтобы в нем был возможен синтез гелия.
    Гипотезу Эдингтона спасла квантовая механика. В 1928 году молодой советский физик Г.А. Гамов обнаружил, что согласно ее законам частицы могут с некоторой вероятностью просачиваться через потенциальный барьер даже в том случае, когда их энергия ниже его высоты. Это явление получило название подбарьерного или туннельного перехода. (Последнее образно указывает на возможность очутиться по другую сторону горы, не взбираясь на ее вершину.) С помощью туннельных переходов Гамов объяснил законы радиоактивного a-распада и тем самым впервые доказал применимость квантовой механики к ядерным процессам (почти в то же время туннельные переходы были открыты Р. Герни и Э. Кондоном). Гамов обратил также внимание на то, что благодаря туннельным переходам сталкивающиеся ядра могут вплотную сблизиться друг с другом и вступить в ядерную реакцию при энергиях, меньших величины кулоновского барьера. Это побудило австрийского физика Ф. Хоутерманса (которому Гамов рассказал о своих работах еще до их публикации) и астронома Р. Аткинсона вернуться к идее Эдингтона о ядерном происхождении солнечной энергии.



Рис. 1.

Углеродно-азотно-кислородный цикл Г. Бете (CNO-цикл)

    Одновременное столкновение четырех протонов и двух электронов с образованием ядра гелия представляет собой крайне маловероятный процесс. В 1939 году Г. Бете удалось найти цепочку (цикл) ядерных реакций, приводящих к синтезу гелия (рис. 1). К тому времени уже было известно, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, а процессы — и +-распадов сводятся к превращениям в ядрах:

np + e + e,     pn + e+ + e.

    Индекс е у символа нейтрино поставлен потому, что сейчас известны три типа нейтрино: электронное, мюонное и тау. Электронное нейтрино e рождается вместе с позитроном, а антинейтрино — вместе с электроном. Катализатором синтеза гелия в цикле Бете выступают ядра углерода 12C, количество которых остается неизменным. Если учесть, что образующиеся в процессах +-распада ядер 13C и 13O позитроны аннигилируют затем с окружающими электронами, то результатом CNO-цикла будет реакция

4p + 2e4He  + 2e.   (E(e)26 МэВ) (2)

(нейтрино уносит при этом менее 10% энергии реакции синтеза).

Протон-протонная цепочка


Рис. 2.

    При солнечных температурах основную роль, как выяснилось, должна играть протон-протонная цепочка реакций (рис. 2) (CNO-цикл существен для звезд с большей температурой). Наиболее медленными в этой цепочке являются реакция

p + pd + e+  + νe.   (E(νe) < 0.4 МэВ) (3)

с образованием ядра дейтерия (d) и аналогичная ей реакция тройного столкновения:

p + p + ed + νe.   (E(νe) < 1.4 МэВ) (4)

Характерное время для протекания этих реакций составляет около 1 млрд лет. Это связано с тем, что они идут благодаря так называемому слабому взаимодействию: один из протонов, сблизившись с другим, испытывает β+-распадpn + e+ + νe и образовавшийся нейтрон объединяется с остающимся протоном в ядро дейтерия. Затем практически мгновенно (за время порядка 10— 8 с) ядро дейтерия вступает в реакцию

d + p 3He + γ. (5)

После образования 3He цепочка ядерных реакций, ведущих к синтезу 4He, разветвляется на несколько путей. Первый из них заключается в столкновении двух ядер 3He, образующихся в реакции (5):

3He + 3He 4He + p + p. (6)

Таким путем осуществляется 81% реакций синтеза. Существует, однако, и другая возможность. Ядра 3He могут вступать в реакцию с ядрами 4He (которых много в окружающем веществе). В результате возникают ядра 7Be:

3He + 4He 7Be + γ. (7)

Подавляющее большинство из них захватывает окружающие электроны в реакции

e + 7Be 7Li + νe   (E(νe) = 0.862 МэВ), (8)

а образующиеся ядра 7Li путем реакции 7Li + p 4He + 4He осуществляют конечный этап синтеза. Вместе с тем незначительная доля ядер 7Be посредством реакции

7Be + p 8B + (9)

образует ядра бора 8B, которые в результате β+-распада переходят в возбужденные ядра 8Be*, разваливающиеся на две -частицы:

8B 8Be* + e + νe   (E(e) < 15 МэВ), (10)

8Be* 4He + 4He.

    Таким путем оканчивается лишь 0.02% реакций синтеза, но этот путь очень важен. Он приводит к испусканию нейтрино сравнительно больших энергий, которые и удалось впервые зарегистрировать.

Можно ли заглянуть в центр Солнца

    Термоядерное происхождение энергии Солнца и звезд позволило объяснить многие закономерности, замеченные в мире звезд, указать, как происходят эволюция звезд и образование различных химических элементов, понять в общих чертах причины таких грандиозных явлений, как взрывы сверхновых звезд. Предсказывается и судьба Солнца. За 4.6 млрд лет значительная доля водорода в центре Солнца уже сгорела в термоядерных реакциях. Оставшегося должно хватить на 2-3 млрд лет, после чего Солнце начнет сжиматься и при этом нагреваться (как отмечено в начале статьи). Неизбежно наступит момент, когда температура станет достаточной для загорания гелия. Три ядра гелия с выделением энергии будут объединяться в ядро углерода 12C. Температура при этом будет столь велика, что под действием светового давления раздуется внешняя оболочка Солнца, превращая его в красный гигант. Центральное же ядро Солнца станет белым карликом (то есть звездой малых размеров с огромной плотностью и высокой температурой). Чтобы экспериментально проверить всю картину термоядерных процессов внутри Солнца, надо заглянуть в его центр. Такую возможность дают нейтрино. Благодаря своей колоссальной проникающей способности они могут свободно проходить через солнечные недра, а их потоки и спектр энергии — доносить на Землю информацию о реакциях, в которых они возникают. Общее число испускаемых нейтрино можно оценить исходя из светимости Солнца. Поскольку в реакции (2) испускаются два нейтрино (каким бы путем эта реакция ни проходила), число излучаемых Солнцем нейтрино получается умножением на два общего числа реакций N1038 с-1, а их поток на Землю — делением его на 4R2 (где R — расстояние Земли от Солнца):

(11)

Как же зарегистрировать на Земле поток солнечных нейтрино?

Как регистрируют солнечные нейтрино

    Нейтрино регистрируют с помощью реакций, которые они инициируют. Во-первых, нейтрино, если они обладают достаточной энергией, могут вызвать превращение одного из нейтронов атомного ядра в протон с испусканием электрона:

νe+ np + e. (12)

Во-вторых, нейтрино (любого типа, не только электронные) могут благодаря так называемому слабому взаимодействию с нейтральными токами (переносимому Z0-бозонами) возбуждать ядерные переходы с последующим испусканием g-кванта. В-третьих, нейтрино, сталкиваясь с электронами, могут передавать им значительную долю своей энергии:

ν+ eν + e. (13)

Для электронных нейтрино процесс (13) происходит как за счет нейтральных, так и заряженных токов (вызывающих β-распад). Для мюонного и тау-нейтрино реакция (13) происходит исключительно за счет нейтральных токов и вероятность ее меньше, чем для электронного.
    Существуют несколько способов использования указанных реакций для детектирования солнечных нейтрино.
    Радиохимический метод предложен Б. Понтекорво в 1946 году. Измеряется количество радиоактивных ядер, возникающих в результате реакции (12) на нейтронах, входящих в состав ядер мишени. Наиболее подробно Б. Понтекорво (и независимо Л. Алварец) рассмотрел хлор-аргонный метод, когда в реакции

νe+ 37Cl37Ar* + e (14)

образуются радиоактивные ядра 37Ar*. Этот метод имеет большие технологические достоинства, позволяющие извлекать из огромной массы жидкости (в состав которой входит хлор) отдельные атомы радиоактивного аргона. Для реакции (14) энергия нейтрино должна превышать 0.814 МэВ. Поэтому с помощью хлор-аргонного метода можно в основном зарегистрировать так называемые борные нейтрино от реакции (10). Частично регистрируются также бериллиевые нейтрино от реакции (8), pep-нейтрино от реакции (4), а также нейтрино CNO-цикла (табл. 2). Опыты по регистрации солнечных нейтрино хлор-аргонным методом проводятся с 1962 года группой Дэвиса в подземной лаборатории Хоум-Стэйк (США). Используемая мишень содержит 600 т жидкости (перхлорэтилена C2Cl4). В Баксанской нейтринной лаборатории в Приэльбрусье готовился хлор-аргонный эксперимент с мишенью в несколько раз большей (но его проведение пока задерживается).
    Нейтрино низкой энергии от реакции (3), составляющие основную долю солнечных нейтрино, регистрируются с помощью галий-германиевого способа, предложенного В.А. Кузьминым. В этом способе используется реакция

νe+ 71Ga 71Ge + e (15)

с образованием радиоактивных ядер германия, которые извлекаются из мишени и регистрируются радиохимическими методами. Для этой цели в Баксанской нейтринной лаборатории в совместном российско-американском эксперименте SAGE под руководством академика Г.Т. Зацепина используется мишень, содержащая 60 т галлия. Аналогичный эксперимент GALLEX проводится в подземной лаборатории Гран-Сассо (Италия) на 30 т галлия.
    Прямое детектирование солнечных нейтрино было осуществлено в экспериментах KAMIOKANDE (Япония) при регистрации электронов отдачи в процессе (13). Мишенью служила обычная вода, в которой электроны отдачи (когда их скорость превышает скорость света в воде) испускают черенковское излучение, регистрируемое с помощью чувствительных фотоумножителей. Такой способ позволяет просматривать очень большой объем мишени. (Достаточно сказать, что в дальнейшем развитии этого эксперимента (SUPERKAMIOKANDE) используется цилиндрический бак высотой и диаметром около 40 м.) Так можно зафиксировать только наиболее энергичные (борные) нейтрино. Важнейшим качественным результатом эксперимента KAMIOKANDE явилось обнаружение того факта, что основная доля регистрируемых электронов летит в направлении от Солнца. Тем самым было непосредственно подтверждено, что регистрируемые события вызываются солнечными нейтрино.
    В недалеком будущем должны вступить в строй новые гигантские установки по регистрации солнечных нейтрино. Одна из них, SNO в Канаде, использует в качестве мишени тяжелую воду (D2O) и будет регистрировать процессы

νe+ dp + p + e,    ν+ dp + n + ν. (16)

Другая, BOREX в лаборатории Гран-Сассо, использует изотоп бора 11B и способна регистрировать реакции

Важно, что в обеих установках будут регистрироваться одновременно процессы, вызываемые как заряженными, так и нейтральными токами. (В связи с этим в соответствующих процессах (16), (17) опущен индекс электронного нейтрино.)
    Как же все-таки удается детектировать солнечное нейтрино, если оно свободно проходит через Солнце? Произведем простейшие оценки. Пусть мишень для регистрации, скажем, борных нейтрино представляет куб со стороной 10 м. При средней длине свободного пробега борных нейтрино в 1020 см вероятность реакции для отдельного нейтрино будет 10-17. Однако при потоке борных нейтрино 6·1010 см-2с-1 через грань куба проходит 6·1012 с-1, так что вероятность одному из нейтрино вызвать реакцию (14) составит около 6·10-5 за 1 с, то есть можно ожидать несколько реакций за сутки. Такая редкость полезных событий требует защиты от посторонних фонов, какими являются космические лучи, естественная радиоактивность окружающих материалов и т.д. Поэтому нейтринные установки размещают глубоко под землей и часто снабжают активной защитой, исключающей события, вызванные заряженной компонентой космических лучей (в основном мюонами), а также нейтронами.

Загадка солнечных нейтрино

Почему оказалось меньше борных нейтрино. Куда исчезли бериллиевые нейтрино

    Регистрация на Земле четырьмя независимыми установками потока солнечных нейтрино, несомненно, подтвердила термоядерное происхождение солнечной энергии. Но результаты этих экспериментов поставили перед физикой новые проблемы. Как видно из табл. 1, число реакций, вызываемых солнечными нейтрино, оказалось в два-три раза меньше, чем следовало из расчетов, основанных на теоретических моделях Солнца и данных о вероятностях тех или иных каналов ядерных реакций. Какова же природа этих расхождений? Когда в распоряжении физиков были только данные хлор-аргонного эксперимента, большинство склонялись к мысли, что расхождение можно устранить подавив в несколько раз реакции, ведущие к испусканию борных нейтрино. Теоретически это можно сделать, например, уменьшив температуру в центре Солнца всего на 10%. Такое уменьшение температуры, согласно модели Солнца, могло быть связано с небольшим изменением концентрации тяжелых ядер (в основном углерода), влияющим на процессы переноса тепла из центральных областей Солнца.

Таблица 1. Основные характеристики нейтринных экспериментов: метод и детектируемая реакция, минимальная (пороговая) энергия регистрации нейтрино, экспериментальные результаты (вместе со статистической и систематической ошибками) и предсказания теоретических расчетов на основе стандартной модели Солнца

Данные радиохимических экспериментов приведены в солнечных единицах SNU. 1SNU соответствует одной нейтринной реакции в секунду на 1036 атомов мишени. Данные электронного эксперимента приводятся в единицах потока нейтрино 106 см-2с-1.

    Однако, когда были получены результаты с установки KAMIOKANDE, выяснилось, что их трудно согласовать с результатами хлор-аргонного эксперимента даже в рамках измененной модели Солнца. Дело в том, что в эксперименте KAMIOKANDE регистрируются только борные нейтрино, в то время как в хлор-аргонном эксперименте заметный вклад должны давать также бериллиевые нейтрино от реакции (8) (табл. 2). Если поток борных нейтрино определить из экспериментов KAMIOKANDE и вычесть его затем из данных хлор-аргонного эксперимента, то оказывается, что для бериллиевых нейтрино не остается места. Другими словами, при сопоставлении обоих экспериментов получается, что вклад бериллиевых нейтрино в процесс (14) подавлен значительно сильнее, чем борных. Но такого не может быть с теоретической точки зрения, так как, подавив реакцию (7) с образованием бериллия, мы неизбежно подавляем (по крайней мере в той же степени) реакцию с образованием бора. Ядра бериллия являются, образно говоря, родителями ядер бора (и борных нейтрино). Поэтому, убив родителей, нельзя не убить их будущих детей. Указанное обстоятельство справедливо для любой модели Солнца.
    Нехватка бериллиевых и борных нейтрино особенно ярко проявилась в галлий-германиевых экспериментах. Основной поток нейтрино от pp-реакции должен по расчетам давать всего лишь около половины ожидаемых событий. Остальной вклад должны были бы вносить главным образом бериллиевые и борные нейтрино (см. табл. 2). В то же время эксперименты SAGE и GALLEX показывают, что выход реакции (15) лишь на немного превышает вклад одних только pp-нейтрино (см. табл. 1).

  νe+ 37Cl37Ar* + e νe+ 71Ga 71Ge + e
pp 0.0 69.7
pep 0.22 3.0
7Be 1.24 37.3
13N 0.11 3.8
15O 0.37 6.3
8B 7.36 16.1
Сумма 9.30 136.6

    Таким образом, налицо противоречие между экспериментальными данными и стандартной моделью Солнца. Для его устранения предлагается много гипотез (мы не имеем возможности их здесь обсуждать). Необходимо, однако, подчеркнуть, что если в дальнейших опытах подтвердится более сильное подавление потока бериллиевых нейтрино по сравнению с борными, то этот факт невозможно будет объяснить никаким изменением модели Солнца. Какой же может быть выход? Прежде чем обсуждать его, заметим, что во всех предыдущих рассуждениях мы предполагали, что с самими нейтрино на их пути от центра Солнца к Земле не происходит никаких изменений. А можем ли мы быть в этом уверены? Оказывается, нет. На возможность определенных превращений свободного нейтрино было указано еще до экспериментов с солнечными нейтрино.

Нейтринные осцилляции. Эффект Михеева-Смирнова-Вольфенштейна (MSW)

    В настоящее время известно, что существуют три типа нейтрино: электронное e, мюонное νμ и тау-нейтрино ντ, имеющие такое же лептонное число (лептонный заряд), как и лептон, которому они соответствуют, то есть электрон e, мюон и тау-лептон . Наряду с этим у каждого нейтрино существует двойник — антинейтрино, обладающее противоположным значением лептонного числа. Это означает, что при столкновении с ядрами электронное нейтрино может рождать только электрон e, а его антинейтрино — только позитрон e+, мюонное нейтрино — соответственно мюон , а его антинейтрино — антимюон + и т.д. Указанное правило хорошо выполняется на опыте. Именно эти опытные данные и послужили основой для введения особых лептонных чисел у нейтрино.
    Насколько точным является закон сохранения лептонных чисел? Согласно современным теоретическим представлениям нет оснований ожидать, что закон сохранения лептонного числа (так же, как закон сохранения тяжелых частиц — барионов) должен быть точным, а не приближенным. В этом отношении лептонное число отличается от электрического заряда, сохранение которого должно быть абсолютно точным законом. Более того, современные модели великого объединения всех сил (слабых, сильных и электромагнитных) предсказывают возможность нарушения законов сохранения лептонных и барионных чисел. С нарушением барионного числа (нестабильностью протона), возможно, связана и наблюдаемая зарядовая асимметрия нашей Вселенной, то есть отсутствие в ней антивещества.
    Несохранение лептонного числа может приводить к весьма своеобразному явлению — так называемым нейтринным осцилляциям. Оно заключается в том, что нейтрино какого-то определенного типа будет при своем движении в вакууме периодически переходить в нейтрино (или антинейтрино) других типов и обратно. По своему характеру нейтринные осцилляции аналогичны биениям, которые наблюдаются в системе двух одинаковых маятников, подвешенных на общем подвесе (через который осуществляется их связь). Если отклонить какой-либо из маятников, то его колебания через некоторое время передадутся другому маятнику, амплитуда колебаний которого постепенно возрастет до максимальной величины, а амплитуда первого упадет до нуля, после чего начнет падать амплитуда второго и расти амплитуда первого и процесс, если мало затухание, будет периодически повторяться. Такая аналогия нейтринных осцилляций с биениями маятников не случайна, так как по законам квантовой механики описание осцилляций и биений оказывается математически одинаковым. (На возможность осцилляций между нейтрино и антинейтрино с нарушением лептонного числа впервые указал Б. Понтекорво в 1957 году.) Если для простоты рассмотреть осцилляцию только между двумя типами нейтрино, то можно показать, что за полупериод осцилляции (отвечающий максимуму перехода) нейтрино должно пройти в вакууме от места своего рождения расстояние

(18)

где p — импульс нейтрино, выраженный в МэВ/с, а — модуль разности квадратов масс нейтрино в эВ/c2. Для того чтобы обнаружить осцилляцию, необходимо детектировать нейтрино на расстояниях L от источника, сравнимых или больших, чем длина L0: L > L0. Если массы нейтрино очень малы, то необходимое расстояние от источника становится очень большим. Детектирование солнечных нейтрино, как заметил Б. Понтекорво, дает уникальную возможность для изучения осцилляций и оценки величины масс нейтрино. При максимальном смешивании двух или трех типов нейтрино поток рождающихся в Солнце электронных нейтрино будет на Земле уменьшен в среднем соответственно в два или три раза. А так как мюонное и тау-нейтрино не могут производить реакции с образованием электрона, соответственно уменьшится число реакций (14) и (15). Неизменным, однако, окажется число реакций, протекающих за счет взаимодействия нейтральных токов, в котором νe,  νμ, ντ участвуют одинаково. Определенный дополнительный вклад νμ и ντ будут давать и в реакцию (13). Таким образом, возникает возможность, изучая одновременно все упомянутые реакции, непосредственно проверить гипотезу нейтринных осцилляций.
    Особую привлекательность этой гипотезе придает замечательный эффект, открытый С. Михеевым, А. Смирновым и Л. Вольфенштейном. Оказалось, что из-за разницы между взаимодействием электронного и мюонного (а также тау-) нейтрино с электронами солнечных недр может происходить в определенной области энергий и при определенной плотности вещества резонансное усиление перехода νeνμeντ). Благодаря этому, как показали С. Михеев и А. Смирнов, электронные нейтрино, рождающиеся вблизи центра Солнца и распространяющиеся в среде с уменьшающейся плотностью вещества, могут при определенных энергиях практически полностью и необратимо переходить в нейтрино других типов. Очень важно, что этот эффект проявляется при очень маленьких смешиваниях и массах нейтрино, которые, согласно теоретическим моделям, являются предпочтительными. Указанный эффект может естественным образом объяснить не только наблюдаемое уменьшение числа нейтринных реакций, но и полное отсутствие электронных нейтрино средних энергий от реакции (8) и CNO-цикла. Необходимая для этого разность квадратов масс нейтрино должна составлять m26.10-6 эВ2, а смешивание (в вакууме) — около 0,5%. При таком значении m2 длина осцилляции (18) может превысить размеры Земли и обнаружение ее от земных источников становится невозможным. Нереальными будут и попытки определить массу нейтрино в лабораторных опытах, если она столь мала. (Экспериментальные пределы на массы нейтрино сейчас составляют m(νe) < 4 эВ,m(νμ) < 300 кэВ,m(ντ) < 15 МэВ,.) Поэтому изучение солнечных нейтрино приобретает фундаментальное значение для физики элементарных частиц. Именно исследуя нейтринные осцилляции можно получить сведения о великом объединении сил природы. Гипотеза осцилляций солнечных нейтрино, как уже отмечалось, может быть непосредственно проверена на установках нового поколения. На этих же установках возможна в принципе и проверка механизма усиления нейтринных осцилляций MSW путем измерения спектра солнечных нейтрино (по энергиям электронов и протонов в реакциях (13) и (16)). Можно надеяться, что в ближайшие годы будут получены сведения, помогающие разгадать загадку солнечных нейтрино.

Примечание при корректуре. К моменту появления корректуры статьи установка SUPERKAMIOKANDE, упомянутая в тексте, уже проработала более 300 дней. Измеренный поток нейтрино составил 0.37 от ожидаемого согласно стандартной модели Солнца. В спектре нейтрино замечены интригующие особенности, которые, возможно, связаны с осцилляциями. Однако этот факт требует дальнейшей проверки.

ЛИТЕРАТУРА
  1. Бакал Дж. Нейтринная астрофизика. М.: Мир, 1993.
  2. Биленький С.М., Понтекорво Б.М. Смешивание лептонов и осцилляции нейтрино // Успехи физ. наук. 1977. Т. 123, вып. 3. С. 182.
  3. Кочаров Г.Е. // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 10. С. 99-105.

Семен Соломонович Герштейн, доктор физико-математических наук, профессор кафедры теоретической физики Московского физико-технического института, главный научный сотрудник Института физики высоких энергий (Протвино), член-корреспондент РАН. Автор более 250 научных работ и трех открытий.

 


Ссылки на публикации по физике нейтрино.

Солнечная энергия для людей | Поп

Эта запись в блоге посвящена Дню Земли, 22 апреля 2015 года.

Power. По мере того как наш мир продолжает расти и развиваться, наша зависимость от этого основного товара возрастает. Мы знаем, как уже много раз говорилось, что при всех преимуществах ископаемых видов топлива наша зависимость от них для получения энергии не будет длиться вечно. Переход к зеленой энергии, возобновляемым и более дешевым способам снабжения нас электроэнергией находится в процессе, но все еще не реализован.Идея солнечной энергии, способной использовать безмерную безграничную мощь Солнца, существует уже много лет.

Sunlight обладает наибольшим потенциалом из всех возобновляемых источников энергии для удовлетворения наших потребностей. Достаточно лишь крошечной доли солнечной энергии, которая попадает на Землю. На самом деле, если бы мы могли использовать его эффективно, всего несколько минут солнечного света могли бы удовлетворить мировые потребности в электроэнергии в течение года. Как аспирант, изучающий фотоэлектрическую энергию, я много думал о преимуществах солнечной энергии.Так что же это такое? Почему мы до сих пор не смогли принять это и сделать Солнце нашим главным источником наших потребностей в энергии? Солнечные батареи — это основной способ использования солнечной энергии. Панели преобразуют энергию солнечного света в электричество, которое затем можно использовать по мере необходимости. Эти устройства состоят из полупроводниковых материалов (таких как кремний, CdTe или GaAs), расположенных между металлическими электрическими контактами. Когда солнечный свет попадает на панели, он поглощается, и фотоны света могут обеспечить достаточно энергии, чтобы сбить электроны с их орбит вокруг атомов.Полупроводниковый материал заряжен положительно с одной стороны и отрицательно заряжен с другой, что побуждает свободные электроны перемещаться вместе в одном и том же направлении — определение электрического тока — которые затем могут быть собраны для использования.

Похоже, простая установка и решение. Но солнечная энергия, как и другие формы производства энергии, несовершенна. Есть проблема с производительностью; Эффективность устройств, созданных в исследовательской лаборатории, составляет почти 50%, но для стандартных солнечных панелей, предоставляемых потребителям, эффективность в лучшем случае составляет около 20%.Такое низкое преобразование солнечного света в электричество означает, что для выработки любой значимой энергии требуются огромные площади многих солнечных панелей. В местах, где каждый день солнечно, солнечная энергия может быть надежным способом выработки электроэнергии. Однако в таких местах, как Великобритания, переменная погода означает, что мы не можем полагаться только на солнечную энергию для приложений большой мощности. Но в будущем улучшенные технологии, означающие более эффективные устройства и позволяющие лучше хранить произведенную электроэнергию, будут означать, что солнечная энергия может использоваться больше.Солнечный свет бесплатен, но его использование для наших целей стоит денег. Стоимость солнечных устройств постепенно снижается, что делает использование солнечной энергии более доступным. Но все эти проблемы можно преодолеть, и они будут.

Вопрос не в том, если, а скорее в том, когда мы наконец сделаем солнечную энергию основным источником энергии во всем мире.



Изображение предоставлено:

«Сила Солнца» — Агустин Рафаэль Рейес; Flickr

«Солнечные панели» — Жизнь за пределами сети; Flickr

Солнечная энергия | UC Davis

Что такое солнечная энергия?

70 процентов солнечной энергии, которую Земля поглощает в год, равняется примерно 3.85 миллионов экзаджоулей. (Калифорнийский университет в Дэвисе)

Солнечная энергия — это энергия, получаемая от солнца, которая преобразуется в различные виды энергии, включая тепловую и электрическую.

Набор инновационных и развивающихся технологий, включая фотоэлектрическую, солнечную тепловую энергию, солнечное отопление и многое другое, используется для использования тепла и света, которые преобразуются в тепловую или электрическую энергию.

Солнечная энергия считается экологически чистой и одним из самых распространенных возобновляемых источников энергии.

Как работает солнечная энергия

Около 30 процентов приходящей солнечной радиации отражается в космос и не играет никакой роли в климатической системе Земли. Из оставшихся 70 процентов 23 процента приходящей солнечной радиации поглощается атмосферой либо водяным паром, атмосферными частицами, пылью и озоном. Остальные 47 процентов проходят через атмосферу и поглощаются сушей и морем Земли, что составляет почти 71 процент всего мира.

Только около 30 процентов солнечной энергии отклоняется атмосферой Земли.Остальные 70 процентов поглощаются на Земле. (Калифорнийский университет в Дэвисе)

70 процентов солнечной энергии, которую Земля поглощает в год, составляет примерно 3,85 миллиона экзаджоулей. Другими словами, количества солнечной энергии, падающей на Землю за один час, более чем достаточно, чтобы обеспечить мир энергией на один год. Однако вопрос о том, как улавливается и хранится солнечная энергия, становится еще интереснее.

Методы активной солнечной генерации, такие как внедрение таких систем солнечного теплового коллектора, преобразуют солнечный свет в тепловую или электрическую энергию.(UC Davis)

Использование солнечной энергии

Доказано, что использование возобновляемых источников энергии снижает выбросы парниковых газов и загрязнение воздуха. Солнечная энергия, которую часто называют «зеленой» энергией, — это лишь одна из разновидностей возобновляемых источников энергии. Использование солнечной энергии зависит от ряда факторов, включая географию и технологии. Технология, используемая для использования солнечной энергии, может быть активной или пассивной, в зависимости от того, как она улавливает и преобразует солнечный свет в солнечную энергию, пригодную для использования.

Активные солнечные технологии собирают солнечное излучение, которое позже преобразуется в различные источники энергии.Активные солнечные технологии включают использование фотоэлектрических элементов, концентрированной солнечной энергии, солнечных тепловых коллекторов и других систем для преобразования солнечного света.

Активные солнечные технологии

Активные солнечные технологии собирают солнечное излучение, которое позже преобразуется в различные источники энергии. Активные солнечные технологии включают использование фотоэлектрических элементов, концентрированной солнечной энергии, солнечных тепловых коллекторов и других систем для преобразования солнечного света.

Солнечная электрическая генерирующая система Ivanpah представляет собой концентрированную солнечную тепловую электростанцию ​​в пустыне Мохаве в Калифорнии.(Getty Images)

Пассивные солнечные технологии

Пассивные солнечные технологии используют преимущества местоположения здания, климата и используемых строительных материалов, чтобы максимально снизить потребление энергии. Другими словами, пассивные системы не должны полагаться на использование двигателей, вентиляторов или насосов для отвода солнечного тепла. Пассивная солнечная энергия в первую очередь поможет уменьшить нагрев и охлаждение дома или здания. Затем солнечная энергия используется полностью или частично, после того как снизятся тепловые и охлаждающие нагрузки.

Превращая солнечный свет в топливо

Превращение солнечного света в топливо

Фото: Ричард Райдж

За один час Земля получает от Солнца достаточно энергии, чтобы удовлетворить все потребности человечества в энергии в течение одного года. Тем не менее, мир использует немногим более одного процента солнечной энергии для наших нужд в электроэнергии. Основным препятствием на пути к использованию всего потенциала солнечной энергии является то, что он носит прерывистый характер: мы не можем получить постоянный запас солнечной энергии, потому что солнце не всегда светит.

Для того, чтобы возобновляемая энергия приобрела масштабы, необходимые для борьбы с изменением климата, необходим эффективный и экономичный способ хранения солнечной энергии в те времена, когда солнце не светит. Но даже когда эта технология станет доступной, нам все равно нужно будет найти способ использовать возобновляемые источники энергии для обеспечения энергии транспортным сектором, одним из крупнейших источников выбросов парниковых газов.

По словам Нейта Льюиса, директора-основателя Объединенного центра искусственного фотосинтеза, «Все исследования систем чистой энергии, которые я когда-либо видел, выявляют одни и те же два технологических пробела.Массивное хранилище энергии в масштабе сети для компенсации непостоянства ветровой и солнечной энергии, а также энергоемкое жидкое транспортное топливо с нулевым выбросом углерода ». Большое количество исследований направлено на разработку более совершенных аккумуляторов для хранения энергии. Но именно «солнечное топливо» потенциально может хранить, транспортировать и использовать солнечную энергию для производства электроэнергии. и заменяют ископаемое топливо в транспортных средствах.

Солнечный свет и воду можно использовать для производства водорода, солнечного топлива, с помощью специальных солнечных элементов, называемых фотоэлектохимическими (PEC) элементами и фотоэлектрическими (PV) электролизными реакторами.Эта технология хранит солнечную энергию в форме химических связей, а затем преобразует ее в электричество с помощью водородного топливного элемента. До сих пор большинство фотоэлектрохимических реакторов основывалось на использовании платины и иридия, элементов, которые являются редкими и дорогими.

Дэн Эспозито

Я разговаривал с Дэном Эспозито , доцентом кафедры химической инженерии Колумбийского университета и одним из основных преподавателей Центра устойчивой энергетики Ленфест, который вместе с Исследовательской группой Эспозито пытается найти эффективные и стабильные материалы. и сделан из элементов, богатых землей.Группа также работает над тем, чтобы применить свои открытия к разработке и масштабированию «реальных» технологических систем.

Почему у солнечного топлива такой большой потенциал?

Есть два ключевых преимущества солнечной топливной системы. Традиционная солнечная фотоэлектрическая энергия переходит от солнечной энергии к электричеству, тогда как с технологией солнечного топлива вы берете солнечный свет и используете его для преобразования низкоэнергетической молекулы реагента, такой как вода, а затем улучшаете ее, увеличивая ее энергосодержание и формируя химическую энергию или топливо. .Вы берете энергию от солнца и преобразуете ее в энергию, удерживаемую связями молекул.

Самое замечательное в топливе то, что его можно хранить, поэтому мы можем хранить его и помещать в резервуар или другое судно и использовать позже. Топливо очень хорошо дополняет периодически возобновляемые ресурсы, такие как солнце или ветер, — они помогают преодолеть изменчивость. Еще одна интересная особенность топлива заключается в том, что его можно использовать во многих различных секторах общества, включая транспорт, промышленное использование энергии и бытовое использование энергии.Это более универсальная система.

Вы можете привести пример использования солнечного топлива?

Возьмем автомобиль на водородном топливном элементе с нулевым уровнем выбросов. Наиболее часто рассматриваемым примером солнечного топлива является водород, который можно получить из воды (H 2 O). По сути, вы разделяете воду на водород и кислород. Вы сохраняете водород в качестве топлива, которое можно использовать в автомобиле на водородных топливных элементах. Вы берете водород, отправляете его в топливный элемент и извлекаете электричество.

Заправка автозаправки водородом.

Вы заправляете его так же, как заливаете бензин в бензобак в обычном автомобиле. Обычно это сжатый водород, все еще находящийся в газовой фазе. Еще одна особенность водородного топлива заключается в том, что его также можно использовать для полезной работы с двигателем внутреннего сгорания, как и бензин. Фактически, энергия внутреннего сгорания, в которой в качестве топлива используется водород, а не бензин, может быть более эффективной, чем бензиновый двигатель. Автомобили на водородных топливных элементах обычно оснащены водородными баками, которые позволяют автомобилю преодолевать расстояние около 400 миль между заправками, возможно, благодаря высокой плотности энергии сжатого водорода.Этот большой запас хода в сочетании с относительно коротким временем дозаправки автомобиля на водородном топливном элементе обычно считается основным преимуществом автомобиля на водородном топливном элементе по сравнению с электромобилем. Почти каждый крупный производитель автомобилей разрабатывает автомобили на водородных топливных элементах, которые они выпускают к 2020 году. Однако одна из проблем — это стоимость, а другая — инфраструктура — наличие заправочных станций.

Другой пример — электрическая сеть, пытающаяся преодолеть проблему нестабильности, связанную с ветром и солнцем.На самом деле есть места в мире, где люди пытаются использовать дешевое электричество от солнца и ветра, используя водород как средство хранения этой энергии, а затем преобразовывая ее обратно в электричество, когда солнце не светит или ветер не светит. т дует. Это называется «мощность на газ», и в Германии это довольно много изучают. Основная идея здесь — брать электричество, когда оно дешевое, когда действительно солнечно или ветрено. Вы отправляете его в электрохимическое устройство, называемое электролизером (устройство, которое расщепляет раствор на атомы, из которых он состоит, пропуская через него электричество), и используете его для преобразования низкоэнергетического реагента, такого как вода, в водород.Затем вы берете этот водород и закачиваете его в трубопровод природного газа. Позже, когда цена на электроэнергию выше — когда солнце не светит — вы снова преобразуете ее в электричество с помощью традиционной электростанции, работающей на природном газе.

Как работают фотоэлектрические электролизеры и фотоэлектрохимические элементы?

В случае фотоэлектрического электролизера подумайте о том, чтобы взять традиционный солнечный элемент — фотоэлектрическую панель — и подключить его непосредственно к электролизеру. У вас есть два отдельных устройства.

Фотоэлектрохимический элемент объединяет функции обоих этих устройств в одно интегрированное устройство. У вас есть два электрода, ваш анод и ваш катод, но ключевое различие здесь в том, что один из этих электродов сделан из полупроводника. В фотоэлектрохимическом элементе напряжение, создаваемое этим фотоэлектродом [анодом или катодом], используется для запуска электрохимической реакции. Обычно фотоэлектроды, с которыми мы работаем, имеют размер порядка одного квадратного сантиметра или двух сантиметров в квадрате.Фотоэлектрод действительно можно считать сердцем клетки. Он должен поглощать свет, создавать фотоэдс [напряжение, создаваемое фотоэлектрическим эффектом], а затем использовать эту энергию для эффективного облегчения химического превращения реагентов (в данном случае воды) в продукты [водород и кислород]. Важный процесс, с помощью которого эти химические превращения эффективно протекают на поверхности электродов, называется катализом.

И именно здесь исследования материалов становятся действительно важными, потому что мы хотели бы, чтобы каталитические материалы, которые используются в этих фотоэлектродах, были изобильными, дешевыми и стабильными.Гарантия на солнечную батарею, которую вы купили бы и поставили на крышу прямо сейчас, составляет около 25 лет. Так что, чтобы эта технология была конкурентоспособной, вам нужно, чтобы она прослужила не менее пяти или 10 лет. Это большая проблема, потому что вы берете солнечный элемент и погружаете его в жидкость, обычно в воду. В этом случае гораздо более серьезной проблемой может быть коррозия.

Каково состояние технологий сегодня?

Существующие технологии, помимо того, что мы делаем в нашей лаборатории, являются более продвинутыми в случае фотоэлектрического электролиза, поскольку электролизеры и фотоэлектрические элементы являются коммерческими технологиями.Вы можете пойти и купить их и настроить систему сегодня. Электролизеры и фотоэлементы называются модульными технологиями, потому что вы можете взять один блок и присоединить его к другому. В зависимости от того, сколько именно топлива вы хотите, вы должны масштабировать и выбирать количество единиц соответствующим образом. Но, насколько мне известно, сегодня нельзя купить фотоэлектрический химический реактор — он все еще находится на стадии исследований и разработок.

Чего вы пытаетесь достичь с помощью своего исследования?

Как инженеры-химики, мы заинтересованы в разработке более дешевых и более эффективных материалов для этих устройств, а затем также в разработке устройств и реакторов, в которые будут использоваться эти материалы.И в фотоэлектрохимическом элементе, и в фотоэлектрическом электролизере, по сути, происходит один и тот же химический процесс, поэтому, если мы найдем более эффективный каталитический материал, который подходит для одной из этих реакций, мы можем поместить его в любое устройство. Мы думаем, что одновременная разработка материалов и устройств дает много синергии и преимуществ. Они часто информируют друг друга. Мы также думаем о новых типах архитектур или схемах для существующих материалов, которые могут позволить устройству работать более эффективно и быть более стабильным в течение длительных периодов времени.

Какой параметр может оптимизировать характеристики материала?

Для этих устройств очень важна эффективность. У нас есть определенное количество солнечного света или электричества, которое поступает в одно из электрохимических устройств, и мы хотим преобразовать как можно больше этого в топливо. Если у вас есть материал на поверхности этих электродов, который не очень эффективен для облегчения этого химического превращения, вы получаете меньше этой энергии в топливо.Для электролизера это означает, что вам нужно приложить большее напряжение, чтобы реакция протекала с той же скоростью. Дополнительная энергия, которая идет на реакцию с неэффективным материалом, теряется в виде тепла. Мы хотим, чтобы эта энергия пошла на топливо.

Как вы подбираете лучшие материалы?

У нас есть несколько различных типов зондов, которые мы используем для исследования электродных материалов на очень малых масштабах длины, когда эти материалы работают в фотоэлектрохимической ячейке или электролизере. . Сюда входят физические датчики, такие как ручка, сканирующая поверхность, а также оптические датчики, сфокусированный световой луч. Мы можем использовать эти датчики для локального исследования свойств и рабочих характеристик этих электродов, которые мы пытаемся разработать. Свойства различаются, как правило, на микро- и наноуровне, и эти инструменты позволяют нам видеть в реактивной среде то, что невозможно увидеть невооруженным глазом. Понимая, какие конфигурации являются наиболее эффективными на микро- и наноуровнях, мы можем затем вернуться к началу процесса проектирования и переделать материалы и электроды, где мы попытаемся максимизировать или оптимизировать эти действительно эффективные нано- или микро — конструкции.

Мы также сотрудничаем с Институтом наук о данных и инженерии Колумбийского университета в разработке новых зондов, которые помогут ускорить процесс обнаружения материалов. Их опыт в области анализа больших данных и передовых методов анализа сигналов станет важной частью процесса разработки и обнаружения материалов.

Вы нашли многообещающие новые материалы или конструкции?

У нас есть хорошие результаты с точки зрения исследования материалов, а также устройств.У нас была опубликована наша первая статья, посвященная оригинальным исследованиям, проведенным в нашей лаборатории, по новому типу электролизера… новой конструкции.

Идея в том, что мы пытаемся упростить конструкцию электролизера по сравнению с существующей коммерческой технологией. Большинство коммерческих электролизеров имеют структуру, которая включает анод и катод, которые расположены на противоположных сторонах мембраны, которая важна для проведения ионов — заряженных молекул — между анодом и катодом при одновременном разделении молекул водорода и кислорода.Мы работали над созданием электролизеров, для которых не требуется мембрана. Таким образом, в то время как обычный электролиз будет состоять по крайней мере из дюжины частей, конструкция, которую мы придумали, работает всего из трех частей.

Сколько энергии он может произвести?

Довольно маленькая сумма. Когда вы занимаетесь исследованиями и разработками, удобно работать в небольшом масштабе по соображениям безопасности, а также потому, что скорость исследования, как правило, проще и дешевле.Но вы можете увеличить это. Используя большее количество электродов, мы можем сделать эту штуку высокой и прямоугольной, а затем вы могли бы взять ее и сложить рядом с другими. Если вы хотите получить достаточно водорода для одной машины на водородных топливных элементах, вам понадобится чемодан размером с мини-холодильник.

Как вы относитесь к будущему этой технологии?

Я думаю, что есть еще много вопросов о том, как в конечном итоге будет выглядеть эта технология.Это захватывающий аспект работы в этой области. Никто точно не знает, какой будет форма или масштаб. Будет ли фотоэлектрический электролиз иметь больше смысла, чем интегрированный фотоэлектрический химический элемент, или наоборот? У них обоих есть свои плюсы и минусы.

Мы надеемся, что работая как в области материалов, так и в области устройств, мы сможем ускорить процесс разработки и приблизиться к тому моменту, когда некоторые из этих технологий могут изменить мир к лучшему.

В июле Эспозито написал письмо У.Член палаты представителей Ламар Смит, председатель комитета Палаты представителей по науке, космосу и технологиям, выступает за принятие Закона об инновациях в области солнечного топлива. Законодательство потребует от Министерства энергетики поддержки и содействия исследованиям и разработкам технологий производства топлива из солнечного света.

Сохранить

Сохранить

Сохранить


Квесты по воссозданию солнечной энергии на Земле

Проект ИТЭР нацелен на демонстрацию того, что термоядерная энергия может производиться устойчиво и безопасно в коммерческих масштабах.

Через четырнадцать лет после получения официального разрешения ученые во вторник начали сборку гигантской машины на юге Франции, призванной продемонстрировать, что ядерный синтез, процесс, приводящий в действие Солнце, может быть безопасным и жизнеспособным источником энергии на Земле.

В ходе новаторского многонационального эксперимента, известного как ITER, в последние месяцы компоненты прибыли в крошечный город Сен-Поль-ле-Дюранс с производственных площадок по всему миру.

Теперь они будут тщательно собраны вместе, чтобы завершить то, что ИТЭР называет «самой большой головоломкой в ​​мире».

Цель экспериментальной установки — продемонстрировать, что термоядерная энергия может быть стабильно и безопасно генерирована в промышленных масштабах, при этом начальные эксперименты должны начаться в декабре 2025 года.

Термоядерный синтез приводит в действие Солнце и другие звезды, когда легкие атомные ядра сливаются вместе, образуя более тяжелые, высвобождая при этом огромное количество энергии.

Задача состоит в том, чтобы построить машину, которая могла бы использовать эту энергию, которая должна удерживаться на месте в корпусе реактора и управляться чрезвычайно сильным магнитным полем.

«С термоядерным ядерным реактором есть многообещающие перспективы на будущее», — сказал президент Франции Эммануэль Макрон в послании, транслировавшемся во вторник на мероприятии, посвященном официальному началу сборки.

В качестве технологии она обещает «чистую, безуглеродную, безопасную и практически безотходную энергию», — добавил президент, который давно выступает за ядерную энергетику в глобальной борьбе с изменением климата, вызванным парниковыми газами, образующимися при сжигании уголь, нефть и природный газ.

Президент Южной Кореи Мун Чжэ Ин, со своей стороны, приветствовал «крупнейший международный научный проект в истории человечества», который, по его словам, вселил надежду на создание чистого и безопасного источника энергии уже в 2050 году.

Низкий риск

Проект ИТЭР был запущен в 2006 году 35 странами, включая США, Россию, Китай, Великобританию, Швейцарию, Индию, Японию, Южную Корею и 27 членов Европейского Союза.

«Термоядерный синтез безопасен, с минимальным количеством топлива и отсутствием физической возможности аварии с разгоном с расплавлением», как в случае с традиционными атомными электростанциями, — говорится в заявлении партнеров.

Еще одно преимущество: топливо для термоядерного синтеза и литий, помогающий управлять реакцией, находится в морской воде, и его достаточно, чтобы обеспечивать человечество на миллионы лет.

«Количество этого топлива размером с ананас эквивалентно 10 000 тонн угля», — заявили партнеры.

ITER, крупнейшая в мире экспериментальная термоядерная установка, предназначена для производства около 500 мегаватт тепловой энергии, что эквивалентно примерно 200 мегаваттам электроэнергии при непрерывной работе, достаточной для снабжения около 200 000 домов.

Его термоядерный реактор «Токамак» будет состоять всего из миллиона компонентов, некоторые из которых, как его чрезвычайно мощные сверхпроводящие магниты, высотой с четырехэтажное здание и весом в 360 тонн каждый.

«Трехмерный пазл»

Около 2300 человек работают на объекте, чтобы собрать эту огромную машину.

«Построение машины по частям будет похоже на сборку трехмерной головоломки на сложной временной шкале», — сказал генеральный директор ИТЭР Бернар Биго.

«Все аспекты управления проектами, системного проектирования, управления рисками и логистики сборки машин должны выполняться вместе с точностью швейцарских часов», — сказал он, добавив: «У нас есть сложный сценарий, которому нужно следовать в течение следующих нескольких лет.«

После завершения реактор должен быть в состоянии воссоздать процессы термоядерного синтеза, которые происходят в центре звезд при температуре около 150 миллионов градусов Цельсия, что в 10 раз горячее Солнца.

Он может выйти на полную мощность к 2035 году, но как экспериментальный проект он не предназначен для производства электроэнергии.

Если эта технология окажется осуществимой, будущие термоядерные реакторы будут способны питать два миллиона домов каждый при эксплуатационных расходах, сопоставимых с эксплуатационными расходами обычных ядерных реакторов, сказал Биго.

Такие «искусственные солнца», однако, критикуются защитниками окружающей среды как чрезвычайно дорогой научный мираж.

Проект ИТЭР отстает от графика на пять лет, а его первоначальный бюджет утроился и составил около 20 миллиардов евро (23,4 миллиарда долларов).


Французский глобальный термоядерный синтез — головоломка, состоящая из огромных частей

© 2020 AFP

Ссылка : Квест продвигается по воссозданию солнечной энергии на Земле (28 июля 2020 г.) получено 11 декабря 2021 г. с https: // физ.org / news / 2020-07-quest-Advances-Recate-sun-energy.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Укрощение Солнца | Совет по международным отношениям

Прочтите отрывок из книги Укрощение солнца .

Солнечная энергия в один прекрасный день сможет удовлетворить большую часть мировых потребностей в энергии, но ее нынешний рост находится под угрозой спада, увеличивая риск катастрофического изменения климата. В то время как солнечная энергия в настоящее время является самым дешевым и быстрорастущим источником энергии в мире, если ее рост замедлится, «мало экологически чистых источников энергии, альтернативных ископаемому топливу, которые должны компенсировать это», — утверждает Варун Сиварам в книге «Укрощение солнца: инновации для использования солнечной энергии и энергии». Power the Planet (MIT Press).

Подробнее на:

Энергия и окружающая среда

Возобновляемая энергия

Энергетическая и климатическая безопасность

Быстрое внедрение солнечной энергии было вызвано недорогими солнечными панелями, производимыми в Китае, но без крупномасштабных инвестиций в инновации «сегодняшний раскаленный рынок солнечной энергии может охладиться завтра», — предупреждает Сиварам, Филип Д.Рид научный сотрудник Совета по международным отношениям.

Лучший доступный обзор.
Financial Times

«Для дальнейшего роста солнечной энергии потребуются три вида инноваций: финансовые инновации для привлечения огромных объемов инвестиций в развертывание солнечной энергии; технологические инновации, позволяющие более дешево использовать солнечную энергию и хранить ее для круглосуточного использования; и системные инновации для перепроектирования таких систем, как электросеть, с тем, чтобы справиться с резкими скачками и падениями солнечной энергии.”

Сиварам призывает политиков США снова возглавить энергетические инновации. При президенте Бараке Обаме Соединенные Штаты возглавили обязательство всех основных мировых экономик удвоить финансирование исследований и разработок в области энергетики (НИОКР). Но администрация Дональда Трампа отказалась от этого обещания, которое увеличило бы федеральное финансирование НИОКР в области энергетики с 6,4 до 12,8 млрд долларов, и вместо этого предложила сократить финансирование на 2,5 млрд долларов. Китай, с другой стороны, взял на себя обязательство превзойти U.Уровни финансирования к концу десятилетия.

«Даже если Китай и другие страны увеличат финансирование НИОКР в области энергетики, Соединенные Штаты имеют, безусловно, самые развитые инновационные институты и выдающиеся таланты; поэтому без лидерства США глобальные темпы энергетических инноваций замедлятся », — пишет Сиварам, и Соединенным Штатам не удастся захватить значительную часть растущей солнечной индустрии.

Предвестник и. . . удобочитаемый.
Экономист

Сиварам предлагает политические рекомендации по «преобразованию солнечной энергии в глобальную технологическую отрасль, [которая] будет использовать и улучшать U.С. сильные стороны », в т.ч.

Подробнее на:

Энергия и окружающая среда

Возобновляемая энергия

Энергетическая и климатическая безопасность

  • расширение федерального финансирования таких программ, как Агентство перспективных исследовательских проектов в области энергетики (ARPA-E), которые поощряют инвестиции частного сектора;
  • отмена карательных пошлин на импорт из-за рубежа при поддержке передового производства внутри страны; и
  • расширение сотрудничества между федеральным правительством и правительствами штатов по модернизации внутренней энергосистемы с целью более широкого использования солнечной энергии.

Книга Совета по международным отношениям

Преподаватели: Доступ к учебным материалам для Укрощение Солнца .

Введение в солнечную энергию | Краткая информация

С незапамятных времен люди очаровывались солнцем. Древние цивилизации олицетворяли солнце, поклоняясь ему как богу или богине. На протяжении всей истории сельское хозяйство и сельское хозяйство полагались на солнечные лучи для выращивания сельскохозяйственных культур и поддержания жизни населения.

Однако только недавно мы научились использовать потрясающую силу солнца . Полученные в результате технологии имеют многообещающие последствия для будущего возобновляемой энергетики и устойчивого развития. Ниже мы кратко рассказали о солнечной энергии, о том, как она работает, и о том, что ждет солнечную энергию в будущем.

Что такое солнечная энергия?

Солнечная энергия — это форма энергии, получаемая за счет энергии и тепла солнечных лучей. Это возобновляемый и, следовательно, «зеленый» источник энергии.

источник

Как работает солнечная энергия?

Самый распространенный способ использования солнечной энергии — это фотоэлектрические (PV) панели — большие зеркальные панели, которые вы, вероятно, видели на крышах домов, в портативных солнечных устройствах и даже в космических кораблях. Эти панели действуют как проводники, принимая солнечные лучи, нагревая и создавая энергию (и электричество).

В более крупном масштабе солнечные тепловые электростанции также используют энергию солнца для производства энергии.Эти установки используют солнечное тепло для кипячения воды и, в свою очередь, приводят в действие паровые турбины. Эти заводы могут снабжать электроэнергией тысячи людей.

Есть и другие способы использования солнечной энергии. Подробнее об этих различных методах, используемых сегодня, читайте здесь, через National Geographic.

Почему солнечная энергия — более «экологичный» вариант?

Так же, как энергия ветра, солнечная энергия является практически неограниченным и неисчерпаемым ресурсом (в отличие от энергии, производимой из ископаемого топлива).По мере того, как технологии совершенствуются и материалы, используемые в фотоэлектрических панелях, становятся «экологичнее», углеродный след солнечной энергии становится все меньше и меньше, а технология становится более доступной для масс.

Почему солнечная энергия не является более распространенной?

Подобно ветровой энергии, солнечная энергия зависит от погоды и количества солнечного света в определенном месте. Это означает, что географические районы, где отсутствует солнечный свет, или районы, где часто бывает пасмурная погода, могут испытывать трудности с эффективным использованием солнечной энергии.

Кроме того, солнечная энергия — занятие дорогое. Технологии часто требуют большого количества земли и могут быть чрезвычайно дорогостоящими. Ученые упорно трудятся, чтобы найти доступное и эффективное решение для использования солнечной энергии.

источник

Фактов о солнечной энергии:

Знаете ли вы?

  • Каждый час солнце светит с достаточной мощностью, чтобы обеспечить глобальную энергию на целый год.
  • Энергия перемещается от Солнца к Земле в среднем за восемь минут.
  • Ученые использовали солнечную энергию для питания космических кораблей с 1958 года.
  • Средняя продолжительность жизни большинства солнечных панелей, используемых сегодня, составляет 20-40 лет.

Впусти солнце! Заинтересованы в солнечной энергии для вашего дома? В Интернете есть ряд ресурсов, проектов и продуктов для семей, заинтересованных в использовании солнечной энергии. Чтобы получить максимальную отдачу от вложенных средств, обязательно проведите тщательное исследование, прежде чем начинать какие-либо новые усилия.

Вопросы о солнечной энергии или других возобновляемых источниках энергии? Спросите нас в Just Energy Facebook или Twitter

Принесено вам justenergy.com

Все изображения лицензированы Adobe Stock.
Рекомендуемое изображение:

Ресурсов:

http://environment.nationalgeographic.com/environment/global-warming/solar-power-profile/

http://eco.allpurposeguru.com/2011/06/ten-interesting-facts-about-solar-power/

http://www.renewableresourcesinc.com/renewable-resources-blog/10-interesting-facts-about-solar-energy.html

http://solarpowerfactsguide.com/solar-energy-fun-facts/

Обладая силой солнца

Размещение солнечных проектов: нужная энергия в нужном месте

Правильный завод, правильное место.Этот излюбленный принцип садоводов, которым руководствуется ландшафтный дизайн, применим к размещению установок возобновляемой энергии, таких как солнечные фермы: даже «правильная энергия» должна быть направлена ​​в «правильное место».

Земельные фонды выступают вперед, чтобы помочь направить проектирование и размещение новых солнечных установок, признавая, что быстрый переход к возобновляемым источникам энергии жизненно важен для поддержания естественных экосистем и человеческих сообществ. Опираясь на свой экологический опыт и навыки ведения переговоров, они работают над тем, чтобы солнечные установки сводили к минимуму нарушение среды обитания диких животных, водно-болотных угодий и продуктивных сельскохозяйственных угодий.

Участие в энергетических проектах может быть естественным шагом для организаций, уже приверженных адвокации и политической работе, но для некоторых земельных трастов это представляет собой новую — и не всегда удобную — задачу.

«Чтобы помочь им стать голосом за сохранение энергии при разработке возобновляемых источников энергии, мы создали руководство« Reshaping the Energy Future »и набор практических указателей по размещению проектов возобновляемой энергетики на охраняемых землях сервитутов», — говорит Келли Уоткинсон, менеджер Программа Land Trust Alliance по земле и климату, которая была профинансирована за счет щедрого гранта в размере 1 миллиона долларов от Благотворительного фонда Дорис Дьюк в 2017 году.

Основываясь на опыте земельных трастов в Нью-Йорке, руководство предлагает уроки для земельных трастов по всей стране. «В Нью-Йорке вопрос больше не в том, повлияет ли мой земельный фонд на размещение энергоресурсов, а в том, когда», — говорит Мем Хэнли, менеджер программы Alliance New York. « Преобразование энергетики будущего предлагает земельные фонды любого размера и практические способы влияния на решения о размещении».

Эти ресурсы дополняют рассказы с мест, собранные здесь из земельных трестов, работающих над ускорением внедрения возобновляемых источников энергии без ущерба для целостности места.

От теории к практике

Терри Лейн, исполнительный директор аккредитованного Северо-Западного Арканзасского земельного фонда (NWALT), знала о важной роли, которую земельные фонды могут играть в размещении экологически чистой энергии, из сессий ралли и обсуждений земельного фонда, но до недавнего времени это не было непосредственной проблемой для нее. площадь. Затем однажды местная группа по защите окружающей среды сообщила ей, что город Фейетвилл, где находится земельный фонд, планировал большую солнечную установку в том, что Лейн называет «одним из последних участков нетронутой девственной прерии, оставшейся в этом районе.”

Совместно с группой защиты интересов СЗВОЛТ встретился с мэром города. Фейетвилл был первым городом в Арканзасе, который к 2030 году перешел на 100% использование возобновляемых источников энергии, и предлагаемое строительство солнечной энергии на принадлежащей городу земле компенсирует использование электроэнергии на очистных сооружениях, которые составляют две трети муниципального потребления.

Встреча прошла очень хорошо, говорит она, отчасти потому, что земельный фонд уже имел конструктивные рабочие отношения с городской администрацией. «Определенно важно установить эти отношения заранее, — говорит Лейн.

«Мы приветствовали их намерения, — вспоминает Лейн, — и подготовили альтернативный участок» — прилегающий участок, принадлежащий городу, не имеющий особой сельскохозяйственной или экологической ценности. Хотя строительство на этом месте обойдется дороже, город согласился перенести запланированную солнечную установку.

NWALT призвал город сделать еще один шаг, постоянно защищая первоначальный участок прерий в качестве еще одного средства для связывания углерода. Городские власти согласились, и земельный фонд в настоящее время завершает соглашение о природоохранном сервитуте и землеустройстве, а также планирует небольшую пешеходную тропу на земле, где жители района могут понаблюдать за птицами и редкими растениями (более 200 видов растений были идентифицированы в недавнем «ботаническом блице» ).

По словам Лейна, наличие такой четкой «беспроигрышной» резолюции было подтверждением. Однако не все земельные трасты приступают к работе над проектами в области солнечной энергетики с желающими партнерами.

Не сдаётся

Аккредитованный фонд охраны природы штата Нью-Джерси впервые узнал из новостей о плане вырубки 92 акров сосновых лесов для установки солнечных батарей в тематическом парке.

Мишель Байерс, исполнительный директор NJ Conservation, признает, что «противиться солнечному проекту неудобно», но пятью годами ранее NJ Conservation убедила Государственный совет по коммунальным предприятиям предоставить стимулы для использования солнечной энергии на крышах, парковках и заброшенных территориях, руководствуясь новые установки вдали от продуктивных сельскохозяйственных угодий и уязвимых экосистем.

Итак, после новостей о планах тематического парка, NJ Conservation объединила усилия с другими группами и попросила застройщика переместить предлагаемые панели на навес над просторной парковкой. «Мы ни к чему не привели», — вспоминает Байерс, и организации перешли к судебным разбирательствам, и этот процесс растянулся на несколько лет. Наконец, перспектива истечения срока действия федеральных налоговых льгот в отношении солнечной энергии подтолкнула компанию к урегулированию спора.

Это соглашение, вступившее в силу, Байерс характеризует как «компромисс, гораздо лучший результат, чем он был бы в противном случае», но не как победу над сохранением.Парк вырубит 40 акров, а не 92, и компания обязалась пожертвовать сервитут на 150 акров заболоченных лесных угодий. Солнечные батареи будут установлены на трех огромных парковках и на дополнительных площадях, что должно стать крупнейшим в штате проектом солнечной энергии с чистыми счетчиками, обеспечивающим 98% электроэнергии тематического парка.

Со времени поселения, NJ Conservation работает над продвижением солнечной и других чистых возобновляемых источников энергии и над укреплением государственных руководящих принципов по размещению солнечных батарей.В прошлом году он работал как часть коалиции, чтобы обеспечить принятие знакового закона о чистой энергии, который принесет в Нью-Джерси оффшорный ветер и расширит солнечную энергию, а затем обеспечил строгие правила размещения в рамках новой пилотной программы Community Solar Pilot Program.

Байерс видит ценность в ресурсах, таких как новое руководство Альянса по возобновляемым источникам энергии. По ее словам, нет смысла, чтобы «группы занимались этим самостоятельно, по одной за раз».

Локальное улучшение

Дэйв Клаттер, исполнительный директор аккредитованной компании Driftless Area Land Conservancy в Висконсине, ярко вспоминает день, когда его директор по охране природы Эми Алстад вошла в его офис с поразительно простым вопросом.После нескольких месяцев работы против коридора с высокой пропускной способностью, который будет пересекать охраняемые земли, она спросила: «Что такое вместо

Этот вопрос побудил земельный фонд подумать о том, как он мог бы «проактивно работать с установщиками солнечных батарей», — говорит Клаттер, и помочь владельцам сервитутов разработать более крупные солнечные системы — при условии, что эти установки будут тщательно размещены и засажены местами обитания опылителей.

Alstad в настоящее время работает над руководящими принципами для разработчиков солнечной энергии и проводит топографический анализ региона обслуживания земельного фонда, чтобы найти маргинальные пахотные земли, наиболее подходящие для объектов возобновляемой энергии.

Driftless также изучает возможность создания «энергетического района» — по образцу района в округе Виннешик в Айове — который мог бы помочь создать местный импульс для энергетического перехода, предлагая энергоаудиты, помощь в утеплении и планирование небольших проектов по возобновляемым источникам энергии. «Что очень привлекает нас, занимающихся охраной земель, — это местная собственность и возможности для улучшения местной экономики, учитывая, что людям трудно зарабатывать на жизнь на юго-западе Висконсина», — отмечает Чак Теннессен, организатор сообщества Driftless.«Это может быть как раз то, что нам подходит».

В то время как Driftless активно продвигает эти инициативы, он решил не выступать с публичной позицией в отношении недавно одобренного солнечного проекта в своем регионе обслуживания, большой установки, которая является крупнейшим проектом к востоку от реки Миссисипи. По словам Клаттера, это не будет иметь прямого отношения к какой-либо охраняемой земле, и «совет директоров уклонился от официального одобрения, чтобы не усложнять вопрос о линии электропередачи».

Масштабирование

Вопросы масштаба приобретают дополнительное значение в Нью-Йорке, который недавно взял на себя обязательство получать 70% своей электроэнергии из безуглеродных источников к 2030 году (известное как 70 к 30 годам), что является наивысшей целью на эту дату среди всех штатов.Эта амбициозная цель будет означать «строительство больших мегаватт», как для увеличения энергопотребления, так и для замены выработки электроэнергии, которая теперь зависит от ископаемого топлива, — говорит Одри Фридрихсен, поверенный по вопросам землепользования и защиты окружающей среды из аккредитованного Scenic Hudson.

Земельные фонды, добавляет она, находятся в «интересном положении», одновременно выступая за повышение устойчивости к изменению климата и стремясь ограничить влияние, которое новые объекты оказывают на существующие заповедники, исторические видовые площадки и уязвимые экосистемы.Главный вопрос звучит так: «Как мы можем здесь достичь этих двух целей?»

В марте 2018 года компания Scenic Hudson выпустила руководство по выбору площадок для возобновляемых источников энергии на симпозиуме «Solarsmart Hudson Valley» с участием земельных фондов и разработчиков солнечной энергии. «Все согласны с принципами размещения в концепции, — говорит Фридрихсен, — но дьявол всегда кроется в деталях». (Путеводитель по живописному Хадсону вдохновил Альянс на создание собственного.)

«Зонирование для этих проектов чрезвычайно сложно, — отмечает она, — поэтому второй справочник, который поможет с этим, выйдет этой осенью.Scenic Hudson также выступает за более широкое планирование землепользования в связи с застройкой 70 к 30 ».

Разумное продвижение

По мнению аккредитованного отделения Nature Conservancy в Северной Каролине, передовые методы размещения солнечных батарей не являются фиксированными, а постоянно развиваются. Лиз Калис, директор по науке, говорит, что сотрудники Conservancy с самого начала знали, что они хотят «продвигать солнечную энергию, но с умом», и они обнаружили, что многие другие агентства и группы в штате «пришли к такому же уровню осведомленности.Вместе они организовали Альянс по сохранению опылителей в Северной Каролине, чтобы выработать скоординированный подход к определению передового опыта и обмену этими результатами с разработчиками солнечной энергии.

Kalies дает разработчикам солнечной энергии большую благодарность за сотрудничество в этом процессе, неизменно «отзывчивые, заинтересованные и щедрые в отношении своего времени». Многие проекты расположены на бывших сельскохозяйственных землях, и Охраняемая территория работает над восстановлением некоторой природоохранной ценности этих участков за счет развития дикой природы и среды обитания опылителей.

Чтобы помочь разработчикам солнечной энергии создать участки, богатые опылителями, альянс опылителей подготовил техническое руководство по подходящим местным насаждениям. По словам Тиффани Хартунг, менеджера отделения по политике в области климата и энергетики, несколько ассоциаций по торговле возобновляемой энергией в штате помогли поделиться этим руководством с членами.

The Conservancy в настоящее время проводит исследования на нескольких солнечных участках, чтобы проверить, как различные варианты ограждений могут минимизировать воздействие на дикую природу, позволяя животным перемещаться по объектам.По словам Калиеса, промышленность все еще решает эту проблему, в то время как поддержка опылителей «немного более устоялась».

Как добраться до

Постоянная череда наводнений, засух, лесных пожаров и инвазивных видов, свидетельствующих о нарушении климата, усиливает растущее чувство безотлагательности, которое многие люди ощущают, чтобы способствовать быстрому и ответственному преобразованию энергии.

Заинтересованные стороны, включая органы местного самоуправления и правительства штатов, а также группы сторонников чистой энергии, изучают, как построить систему чистой энергии, как ускорить крупномасштабное развитие солнечной и ветровой энергии, сохраняя при этом сельскохозяйственные, экологические и другие природоохранные ресурсы.Земельные фонды вносят все более важный вклад в эти усилия, помогая обеспечить включение соображений сохранения земель в процессы принятия решений, отсутствие застройки важных природных территорий и минимизацию воздействия на окружающую среду. Кроме того, земельные фонды могут работать с заинтересованными сторонами, чтобы определить места, где размещение является подходящим, в том числе, где сохранение и развитие возобновляемых источников энергии могут сосуществовать.

Когда дело доходит до развития солнечной энергетики, Уоткинсон говорит: «Земельные фонды ищут способы сказать« да », не забывая при этом о сохранении.”


Поднятые солнечные батареи: повышение совместимости панелей с сельским хозяйством

Солнечные установки могут помочь фермерам, которые уже борются с непостоянной погодой, обеспечивая резервное питание и дополнительный доход. В Германии и Массачусетсе ведутся исследования методов, которые позволили бы солнечным батареям сосуществовать на продуктивных сельскохозяйственных землях без значительного снижения производительности. Двойное использование продуктивных земель могло бы снизить конкуренцию за землю, обеспечить необходимый доход и повысить общую эффективность участка (до 60% в пилотном проекте 2017 года, проведенном Институтом систем солнечной энергии им. Фраунгофера ISE).В немецком исследовании панели были расположены достаточно высоко над озимой пшеницей и картофелем (от 7 до 16 футов), чтобы сельскохозяйственная техника могла проходить под ними.

Согласно новому государственному стимулу, фермы Массачусетса начали внедрять «массивы двойного назначения», поэтому будет доступно больше данных о том, как повышенные панели влияют на овощеводство, выпас скота и производство сена. Как отмечает Зара Доулинг, научный сотрудник UMass Clean Energy Extension, панели двойного назначения «встречают сочетание энтузиазма и скептицизма».По ее словам, некоторые фермеры приветствуют перспективу дополнительного дохода, в то время как другие хотят увидеть больше результатов исследований, прежде чем их убедят.

Марина Шауффлер — частый спонсор Saving Land.

Фото

  • Закат над Роанским нагорьем, части которого охраняет аккредитованный заповедник Южных Аппалачей. Сезонный эколог SAHC Roan Трэвис Бордли — опытный фотограф. Фото Трэвиса Бордли
  • Местные эксперты и партнеры участвуют в «блице по ботанике», организованном Northwest Arkansas Land Trust, чтобы определить уникальные растения прерий и проинформировать будущее управление собственности, с которой было перенаправлено размещение солнечных батарей.Фото любезно предоставлено Northwest Arkansas Land Trust
  • Для борьбы с предлагаемой линией электропередачи протяженностью 125 миль организация Driftless Area Land Conservancy привлекла оригинальные произведения искусства, чтобы выразить свою точку зрения: «Помогите нам не дать этой технологии эпохи динозавров разрушить прекрасную Беспризорную зону». Фото любезно предоставлено Driftless Area Land Conservancy
  • Группа
  • Strata Solar на ферме Редмон включает в себя смесь опылителей. Альянс по сохранению опылителей Северной Каролины помог с дизайном, но благодарит компанию за ее отличную работу.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *