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태양 에너지를 사용하는 데는 두 가지 주요 방향이 있습니다. 전기 에너지를 생성하는 것과 열 에너지를 얻는 것(열 공급)입니다. 태양열 발전기의 사용은 아직 초기 단계이지만 주거용 건물 난방을 위한 태양열 공급의 사용은 이미 세계 실무에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다.
따라서 1977년 미국에는 90년대에 약 1000개의 태양광 주택이 있었습니다. 그 수는 15,000개를 넘었습니다. 키프로스 주택의 90%, 이스라엘 주택의 70%가 물 가열을 위한 태양열 설비를 갖추고 있습니다. 지난 15년 동안만 해도 일본은 수십만 개의 태양열 건물을 건설하여 이산화탄소와 기타 온실가스 배출을 획기적으로 줄였습니다.
러시아의 태양 에너지는 완전히 미개발 상태이지만 국토의 절반은 태양 에너지 사용에 유리한 조건을 갖추고 있습니다. 연간 최소 100kWh/m 2 가 공급되며 Dagestan, Buryatia, Primorye, Astrakhan 지역과 같은 지역에서는 등 – 최대 200kW h/m 2 .
태양 에너지는 건물에 전력을 공급하는 데 매우 편리합니다. 실험 연구에서 알 수 있듯이 건물의 둘러싸는 구조물에 떨어지는 태양 광선 에너지 덕분에 난방, 온수 공급 등과 관련된 에너지 문제를 완전히 해결할 수 있습니다.
건물의 열 요구 사항을 충족하는 데 사용되는 태양광 시스템에는 수동형, 능동형, 혼합형의 세 가지 유형이 있습니다.
패시브 태양광 시스템에서는 건물 자체가 태양 에너지의 수용자 및 변환기 역할을 하며 열 분배는 관례에 따라 수행됩니다.
더 비싼 활성 태양계의 주요 요소는 햇빛이 열로 변환되는 태양 에너지의 수신기인 수집기입니다. 태양열 집열기는 단열 상자입니다. 태양에서 나오는 가시광선은 투명 코팅(유리 또는 필름)을 통과하여 검게 변한 패널에 부딪혀 가열됩니다. 콜렉터의 특수 설계로 인해 콜렉터 내부의 온도가 매우 높아져 성공적인 온수 공급이 가능합니다.
우리나라에서 태양열 공급 사용의 효율성을 평가 한 N. Pinigin 및 A. Aleksandrov (1990)는 건물에 연중 온수 공급을 위해 태양열 설비를 사용하는 것이 러시아 남부 거의 전체 지역에서 경제적으로 실현 가능함을 보여주었습니다. 연합.
최근 몇 년 동안 계절에 따라 열이 축적되는 설비가 만들어졌는데, 이를 통해 시베리아 조건에서도 연료 자원을 최대 30% 절약하고 이를 겨울에 작은 집을 난방하는 데 사용할 수 있습니다. 태양 에너지 사용에 대한 추가 조사는 러시아 남부뿐만 아니라 북부 지역에서도 필요하며, 특히 그러한 경험이 노르웨이와 핀란드에 이미 존재한다는 점을 고려하면 더욱 그렇습니다.
태양은 에너지의 바다를 지구에 쏟아 붓습니다. 사람은 말 그대로 이 바다에서 수영하며, 에너지는 어디에나 있습니다. 그리고 인간은 이것을 눈치 채지 못하는 듯 식물과 공장, 조명 및 난방용 에너지를 추출하기 위해 석탄과 석유를 얻기 위해 땅을 파고 있습니다. 그리고 결국 그는 과거의 식물에 의해 "흡수"되어 나중에 석탄이 된 것과 동일한 에너지를 태양으로부터 모두 추출합니다. 식물은 잎에 떨어지는 태양 에너지의 1% 미만을 포착할 수 있으며, 석탄을 태운 후에는 더 적은 양이 방출됩니다. 태양에너지는 누구나 이용할 수 있습니다. 원하는 만큼 거의 다 있습니다. 그것은 환경 친화적입니다. 아무것도 오염시키지 않고 아무것도 위반하지 않으며 지구상에 존재하는 모든 것에 생명을 불어 넣습니다. 더욱이 이 에너지는 무료이지만 모든 장점에도 불구하고 가장 비쌉니다. 이것이 태양광 발전소가 다른 유형의 발전소만큼 일반적이지 않은 이유입니다.
불안한 자연으로 유명한 에트나 산에서 멀지 않은 시칠리아 섬에는 80년대 초반 1MW 용량의 태양광 발전소가 전기를 생산했습니다. 작동 원리는 타워입니다. 거울은 50m 높이에 위치한 수신기에 태양 광선의 초점을 맞추고 거기에서 500°C 이상의 온도를 가진 증기가 생성되어 전류 생성기가 연결된 전통적인 터빈을 구동합니다. 부분적으로 흐린 날씨에는 태양 에너지 부족이 증기 축압기로 보상됩니다. 10-20MW 용량의 발전소가 이 원리에 따라 작동할 수 있을 뿐만 아니라 유사한 모듈을 그룹화하고 서로 연결하면 훨씬 더 많은 발전소가 작동할 수 있다는 것은 의심의 여지 없이 입증되었습니다.
약간 다른 유형의 발전소가 스페인 남부 알메리아에 있습니다. 그 차이점은
탑 꼭대기에 집중된 태양열은 나트륨 순환을 시작합니다.
빠른 중성자를 가진 원자로), 이미 물을 가열하여 증기를 형성합니다. 이 옵션에는 여러 가지 장점이 있습니다. 나트륨 축열기는 발전소의 연속 운전만을 제공하지만 흐린 날씨와 야간 운전을 위해 초과 에너지를 부분적으로 축적할 수 있습니다. 스페인 방송국의 전력은 0.5MW에 불과합니다. 그러나 원칙에 따라 최대 300MW까지 훨씬 더 큰 규모의 제품을 만들 수 있습니다. 이러한 유형의 설비에서는 태양에너지의 집중도가 너무 높아서 증기 터빈 공정의 효율성이 기존 화력 발전소보다 나쁘지 않습니다.
이 작동 원리는 독일에서 개발된 또 다른 버전의 태양광 발전소에 내장되어 있습니다. 그 전력도 20MW로 작습니다. 마이크로프로세서로 제어되는 각각 40m2의 이동식 거울은 200m 높이의 타워 주위에 위치해 있습니다. 압축 공기가 배치되는 히터에 햇빛을 집중시킵니다. 최대 800°C까지 가열되고 2개의 가스 터빈을 구동합니다. 그런 다음 동일한 배출 공기의 열이 물을 가열하고 증기 터빈이 작동하게 됩니다. 전기 생산에는 두 단계가 있는 것처럼 보입니다. 그 결과, 발전소의 효율은 18%로 향상되었으며, 이는 다른 태양광 설비보다 훨씬 높습니다.
그리고 구 소련에서는 Kerch 근처에 5MW 용량의 발전소가 건설되었습니다. 타워 주변에는 1,600개의 거울이 동심원 거울에 배치되어 태양광선을 70m 높이의 타워 꼭대기에 있는 증기 보일러로 향하게 합니다. 자동화 및 전기 드라이브를 사용하는 각 25m2 면적의 거울은 태양을 모니터링하고 태양 에너지를 보일러 표면에 정확하게 반사하여 표면의 태양보다 150배 더 큰 자속 밀도를 제공합니다. 지구. 보일러에서는 40기압의 압력에서 250℃ 온도의 증기가 생성되어 증기터빈에 공급된다. 특수 압력 저장 탱크에는 야간 및 흐린 날씨에 작업을 위해 열을 축적하는 물이 들어 있습니다. 이 배터리 덕분에 스테이션은 일몰 후 3~4시간 더 작동할 수 있으며 절반 전력으로 약 반나절 동안 작동할 수 있습니다.
태양 에너지는 소형 태양열 자동차, 우주 정거장 및 위성에도 사용됩니다.
작업이 진행 중이며 평가가 진행 중입니다. 지금까지 그들은 태양광 발전소를 선호하지 않는다는 점을 인정해야 합니다. 오늘날 이러한 구조는 여전히 태양 에너지를 생산하는 가장 복잡하고 비용이 많이 드는 기술 방법 중 하나입니다. 그러나 태양 에너지의 상대적으로 높은 비용이 가장 큰 단점이 되지 않는 상황이 세계적으로 발생할 수 있습니다. 우리는 엄청난 규모의 에너지 소비로 인한 지구의 "열 오염"에 대해 이야기하고 있습니다. 과학자들은 에너지 소비가 현재 수준을 100배 초과하면 돌이킬 수 없는 결과가 발생할 것이라고 말합니다. 이것은 간과될 수 없습니다. 과학자들의 결론은 다음과 같습니다. 문명 발전의 특정 단계에서는 환경 친화적인 태양 에너지의 대규모 사용이 완전히 필요해집니다. 그러나 이것이 태양 에너지에 반대자가 없다는 의미는 아닙니다. 그 이유는 다음과 같습니다. 태양 복사 밀도가 낮기 때문에 이를 포착하기 위한 장비를 설치하면 장비 및 재료의 극도로 높은 비용을 계산하지 않고 토지 사용에서 사용 가능한 거대한 영역이 철수됩니다.
한편, 전통적인 화석 연료를 태워 생산되는 전력과 비교할만한 비용으로 태양광선으로부터 전기를 생산할 수 있으려면 아직 갈 길이 멀다. 물론 이러한 상황에서 가까운 미래에도 에너지 부문 전체를 태양광 기술로 전환할 것이라고 기대하는 것은 비현실적이다. 현재로서는 용량을 늘리고 킬로와트시 비용을 줄이는 것이 운명입니다. 동시에, 우리는 환경적 관점에서 보면 태양 에너지가 자연의 균형을 깨뜨리지 않기 때문에 정말 이상적이라는 사실을 잊어서는 안 됩니다.
태양은 우리에게 에너지를 보내는 훌륭한 일을 해냈습니다. 그러니 감사합시다! 8분 19초 전 태양 표면에 있던 얼굴에 따뜻한 빛줄기
1 . 안에마른 옷
태양은 우리에게 에너지를 보내는 훌륭한 일을 해냈습니다. 그러니 감사합시다! 8분 19초 전에는 얼굴에 따뜻한 빛줄기가 태양 표면에 있었습니다. 최소한 옷을 말리는 데 사용합니다. 태양은 거대한 원자로이기 때문에 친구들에게 핵 의류 건조기가 있다고 말하십시오.
2 . 안에에스아르 자형ㅏ와 함께티그리고티비 와 함께V영형유 이자형디~에
태양을 없애면 무엇이 자랄 수 있습니까? 흙과 햇빛만 있으면 토마토, 고추, 사과, 라즈베리, 그린 샐러드 등을 재배할 수 있습니다. 추운 겨울에도 식량을 재배할 수 있도록 태양열을 저장하는 태양열 온실을 건설하세요.
3 . NㅏG아르 자형이자형티비 V영형디~에
7천만 가구가 태양열을 이용해 물을 데우는데, 왜 안 될까요? 진공관이나 평판을 사용하여 태양열을 수집할 수 있습니다. 약 $6,800를 투자하면 이 장치는 여름에는 100%, 겨울에는 40%의 온수를 제공할 것입니다.
4 . 에 대한시간그리고와 함께티그리고티비 V영형디~에
지역의 물 공급이 안전하지 않은 경우, 플라스틱 병에 물을 채우고 최소 6시간 동안 햇빛에 놔두어 태양열을 이용해 물을 소독할 수 있습니다. 태양의 자외선은 모든 박테리아와 미생물을 죽입니다. 바다 옆에 산다면 태양 에너지를 사용하여 물을 담수화할 수 있습니다.
5 . 와 함께영형당신의 제출이자형 음엘이자형에게티아르 자형그리고시간이자형와 함께티V영형
지붕에 태양광 패널을 설치합니다.
6. 자동차를 움직이게 하세요이자형
태양 에너지로만 움직이는 자동차를 상상해 보세요. 예를 들어 Nissan Leaf EV는 연간 16,000km를 주행하면 2,000kW의 전기를 사용합니다. 지붕에 있는 태양광 발전 시스템은 연간 2,200kWh를 생산하며, 태양광 패널 비용을 모두 지불하면 에너지는 무료입니다.
7 . 디엘나 디그리고시간아이나 너의 것영형 디영형중ㅏ
패시브 태양광 주택을 설계할 때 남향 창문과 북향 단열재는 태양열을 저장하기 위한 열 질량을 생성합니다. 이러한 단계를 통해 난방 요구량을 50%까지 줄일 수 있습니다. 자연광을 최대화하면 인공 조명의 필요성이 줄어듭니다.
8. 집 난방용
9. 음식 요리하기
태양열 조리기에는 다양한 유형이 있습니다. 일부는 반사형 태양광 창을 사용하고 다른 일부는 포물선 디스크를 사용합니다. 여름에는 정원에 있는 과일과 채소를 위한 태양열 건조기를 직접 만들 수도 있습니다.
10. 세계를 위한 에너지
매일 태양은 우리가 사용하는 것보다 수천 배 더 많은 열을 세계 사막에 방출합니다. 포물선형 또는 태양광 타워를 사용하는 태양열 기술은 이 에너지를 증기로 변환한 다음 전기로 변환할 수 있습니다. 우리는 태양열 에너지를 위해 텍사스의 5%만 사용하여 전 세계의 모든 에너지 수요를 해결할 수 있습니다. 그렇다면 기름과 기름 유출이 필요한 사람은 누구입니까?
Olya Chernyshova, 8학년 학생
8학년 물리학 보고서.
다운로드:
시사:
주제에 대해 보고합니다:
"지구에서 태양 에너지의 사용."
Rostoshinskaya 중등 학교의 8학년 학생이 완성했습니다.
체르니쇼바 올가
Lemuel Gulliver는 여행 중 "처음에는 외과 의사, 그다음에는 여러 배의 선장"으로 비행 섬인 Laputa에 도착했습니다. 라푸티아의 수도인 라가도의 버려진 집들 중 한 곳에 들어가자 그는 그을음이 가득한 얼굴을 가진 이상하고 수척한 남자를 발견했습니다. 그의 드레스, 셔츠, 피부는 그을음으로 인해 검게 변했고, 흐트러진 머리카락과 수염은 곳곳에서 그을렸습니다. 이 고장난 프로젝터는 오이에서 햇빛을 추출하는 프로젝트를 개발하는 데 8년을 보냈습니다. 그는 춥거나 비가 오는 여름에 공기를 데울 수 있도록 밀봉된 병에 이 광선을 모으려고 했습니다. 그는 앞으로 8년만 지나면 필요한 곳에 햇빛을 공급할 수 있을 것이라는 자신감을 표현했습니다.
오늘날의 태양 광선 포수는 조나단 스위프트(Jonathan Swift)의 환상에 묘사된 미치광이와는 전혀 다릅니다. 비록 본질적으로 스위프트의 영웅과 동일한 일을 하고 있지만, 태양 광선을 포착하고 이를 에너지적으로 활용하려고 노력하고 있습니다.
이미 가장 오래된 사람들은 지구상의 모든 생명체가 생성되었으며 태양과 불가분의 관계에 있다고 생각했습니다. 지구에 거주하는 다양한 민족의 종교에서 가장 중요한 신 중 하나는 항상 모든 것에 생명을 주는 따뜻함을 주는 태양신이었습니다.
실제로 우리에게 가장 가까운 별에서 지구로 오는 에너지의 양은 엄청납니다. 단 3일 만에 태양은 우리가 탐험한 모든 연료 매장량에 포함된 만큼의 에너지를 지구로 보냅니다! 그리고 이 에너지의 3분의 1만이 지구에 도달하지만 나머지 2/3는 대기에 의해 반사되거나 흩어집니다. 심지어 이 부분조차도 인간이 사용하는 다른 모든 에너지원을 합친 것보다 1500배 이상 더 큽니다. ! 그리고 일반적으로 지구상에서 이용 가능한 모든 에너지원은 태양에 의해 생성됩니다.
궁극적으로 인간이 모든 기술적 성과를 이룬 것은 태양에너지 덕분입니다. 태양 덕분에 자연에서 물 순환이 일어나고 물레방아를 회전시키는 물줄기가 형성됩니다. 지구의 여러 지역에서 지구를 다르게 가열함으로써 태양은 배의 돛을 채우고 풍력 터빈의 블레이드를 회전시키는 것과 동일한 바람인 공기 이동을 유발합니다. 현대 에너지에 사용되는 모든 화석 연료는 태양 광선에서 나옵니다. 광합성의 도움으로 식물에 의해 녹색 덩어리로 변환되고 오랜 과정을 거쳐 석유, 가스 및 석탄으로 변한 것은 그들의 에너지였습니다.
태양에너지를 직접 이용하는 것이 가능한가요? 언뜻보기에 이것은 그렇게 어려운 작업이 아닙니다. 맑은 날에 일반 돋보기를 사용하여 나무판에 그림을 태워보지 않은 사람이 있을까요? 1 ~ 2 분-돋보기가 태양 광선을 모은 곳의 나무 표면에 검은 점과 가벼운 연기가 나타납니다. 이런 식으로 Jules Verne의 가장 사랑받는 영웅 중 한 명인 엔지니어 Cyrus Smith는 친구들이 신비한 섬에 도착했을 때 불이 꺼졌을 때 친구들을 도왔습니다. 엔지니어는 두 개의 시계 유리로 렌즈를 만들었고 그 사이의 공간은 물로 채워졌습니다. 집에서 만든 렌틸콩은 한 웅큼의 마른 이끼에 태양광선을 집중시켜 불을 붙였습니다. 사람들은 고대부터 고온을 얻는 비교적 간단한 방법을 알고 있었습니다. 메소포타미아의 고대 수도 니네베 유적에서 기원전 12세기에 만들어진 원시적인 렌즈가 발견되었습니다. 태양 광선으로부터 직접 얻은 "순수한" 불만이 고대 로마 베스타 사원에서 신성한 불을 밝히기로 되어 있었습니다. 고대 기술자들이 거울의 도움으로 태양 광선을 집중시키는 또 다른 아이디어를 제안한 것은 흥미로웠습니다. . 위대한 아르키메데스는 우리에게 "방화 거울에 관하여"라는 논문을 남겼습니다. 비잔틴의 시인 체체스(Tsetses)가 전하는 시적 전설이 그의 이름과 연관되어 있는데, 포에니 전쟁 중에 아르키메데스의 고향인 시라쿠사는 로마 선박들에게 포위당했습니다. 함대 사령관 Marcellus는 쉬운 승리에 대해 의심의 여지가 없었습니다. 결국 그의 군대는 도시 수비수보다 훨씬 강했습니다. 오만한 해군 사령관은 한 가지만 고려하지 않았습니다. 훌륭한 엔지니어가 로마인과의 싸움에 참가했습니다. 그는 강력한 전투 기계를 고안하고 로마 선박에 돌 우박을 뿌리거나 무거운 광선으로 바닥을 뚫는 투척 무기를 만들었습니다. 다른 기계들은 갈고리 기중기를 사용하여 뱃머리로 배를 들어 올려 해안 바위에 부딪히게 했습니다. 그리고 어느 날 로마인들은 포위된 도시의 성벽에 있는 군인들의 자리를 손에 거울을 들고 있는 여인들이 차지한 것을 보고 놀랐습니다. 아르키메데스의 명령에 따라 그들은 햇빛을 한 배, 한 지점으로 향했습니다. 잠시 후 배에서 화재가 발생했습니다. 같은 운명이 더 많은 공격자들의 함선에 닥쳤고, 그들은 강력한 무기의 손이 닿지 않는 혼란 속에서 더 멀리 도망갈 때까지 수세기 동안 이 이야기는 아름다운 허구로 여겨졌습니다. 그러나 기술사를 연구하는 일부 현대 연구자들은 아르키메데스의 소이 거울이 원칙적으로 존재할 수 있다는 계산을 수행했습니다.
태양열 집열기
우리 조상들은 더 평범한 목적으로 태양 에너지를 사용했습니다. 고대 그리스와 고대 로마에서는 건물과 선박을 건설하기 위해 주요 숲을 엄청나게 벌채했습니다. 목재는 난방용으로 거의 사용되지 않았습니다. 태양 에너지는 주거용 건물과 온실 난방에 적극적으로 사용되었습니다. 건축가들은 겨울에 가능한 한 많은 햇빛을 받을 수 있도록 집을 짓려고 노력했습니다. 고대 그리스 극작가 아이스킬로스(Aeschylus)는 문명인은 집이 “태양을 향하고 있다”는 점에서 야만인과 다르다고 썼습니다. 로마 작가 플리니우스(Pliny the Younger)는 로마 북쪽에 위치한 자신의 집이 “낮은 겨울 태양 광선을 받을 수 있도록 창문이 위치해 있었기 때문에 태양열을 모아서 증가시켰다”고 지적했습니다. 고대 그리스 도시 Olynthos는 도시 전체와 그 집이 단일 계획에 따라 설계되었으며 겨울에는 가능한 한 많은 태양 광선을 받을 수 있고 반대로 여름에는 피할 수 있도록 위치했음을 보여주었습니다. 거실은 반드시 태양을 향한 창문이 있어야했으며 집 자체는 여름용과 겨울용으로 두 층으로 구성되었습니다. 나중에 고대 로마에서와 마찬가지로 Olynthos에서는 이웃의 집을 태양으로부터 그늘지게 하기 위해 집을 배치하는 것이 금지되었습니다. 이는 오늘날의 초고층 건물 제작자를 위한 윤리 교훈입니다!
집중된 햇빛으로 열을 얻는 명백한 용이성은 여러 번 정당화되지 않은 낙관론을 불러일으켰습니다. 약 100년 전인 1882년에 러시아 잡지 Tekhnik는 증기 기관에서 태양 에너지를 사용하는 것에 관한 메모를 발표했습니다. “절연체는 이 목적을 위해 수집된 태양 광선의 도움으로 보일러가 가열되는 증기 기관입니다. 특별히 고안된 반사 거울을 통해 영국 과학자 John Tyndall은 달 광선의 열을 연구할 때 직경이 매우 큰 비슷한 원뿔형 거울을 사용했습니다. 프랑스 교수 A.-B. Mouchot는 Tyndall의 아이디어를 활용하여 이를 태양 광선에 적용하여 증기를 생성하기에 충분한 열을 얻었습니다. 엔지니어 Pif가 개선한 이 발명품은 태양열 사용 문제가 긍정적인 의미에서 최종적으로 해결되었다고 볼 수 있을 정도로 완벽해졌습니다." "절연체"를 만든 엔지니어들의 낙관론은 정당하지 않은 것으로 판명되었습니다. 과학자들은 태양열을 에너지로 사용하는 것이 현실이 되기까지는 여전히 너무 많은 장애물을 극복해야 했습니다. 100여년이 지난 지금에야 태양 에너지의 에너지 사용 문제, 즉 태양 에너지를 다루는 새로운 과학 분야가 구체화되기 시작했습니다. 그리고 이제서야 이 분야의 첫 번째 실제 성공에 대해 이야기할 수 있게 되었습니다.어려움은 무엇입니까? 우선, 내용은 이렇습니다. 태양으로부터 나오는 총 엄청난 에너지로 인해 지구 표면의 각 평방미터는 지리적 좌표에 따라 100~200와트 정도로 매우 적은 양을 차지합니다. 일조 시간 동안 이 전력은 400-900W/m2에 도달하므로 눈에 띄는 전력을 얻으려면 먼저 넓은 표면에서 이 흐름을 수집한 다음 집중해야 합니다. 그리고 물론 이 에너지를 낮에만 받을 수 있다는 사실이 큰 불편함을 안겨준다. 밤에는 다른 에너지원을 사용하거나 어떻게든 태양 에너지를 축적해야 합니다.
태양광 담수화 플랜트
다양한 방법으로 태양 에너지를 포착할 수 있습니다. 첫 번째 방법은 가장 직접적이고 자연스러운 방법입니다. 태양열을 사용하여 냉각수를 가열하는 것입니다. 그런 다음 가열된 냉각수는 예를 들어 난방이나 온수 공급(여기서는 특히 높은 수온이 필요하지 않음) 또는 주로 전기와 같은 다른 유형의 에너지를 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 태양열을 직접 사용하기 위한 트랩은 매우 간단합니다. . 그것을 만들려면 먼저 일반 창유리 또는 이와 유사한 투명 재료로 덮인 상자가 필요합니다. 창유리는 태양 광선을 방해하지 않지만 상자 내부 표면을 가열하는 열을 유지합니다. 이것은 본질적으로 모든 온실, 온실, 온실 및 겨울 정원이 건설되는 원리 인 온실 효과입니다. "작은"태양 에너지는 매우 유망합니다. 지구상에는 태양이 무자비하게 하늘에서 내려와 토양을 건조시키고 초목을 태워 사막으로 만드는 곳이 많이 있습니다. 원칙적으로 그러한 토지를 비옥하고 거주 가능하게 만드는 것은 가능합니다. 우리는 물을 공급하고 편안한 집이 있는 마을을 건설하기만 하면 됩니다. 이 모든 것에는 우선 많은 에너지가 필요합니다. 똑같은 시들고 파괴적인 태양으로부터 이 에너지를 받아 태양을 인간의 동맹자로 바꾸는 것은 매우 중요하고 흥미로운 작업입니다.
우리나라에서는 과학 및 생산 협회 "Sun"의 수장 인 투르크멘 SSR 과학 아카데미의 태양 에너지 연구소가 이러한 작업을 이끌었습니다. 공상 과학 소설의 페이지에서 나온 것처럼 보이는 이름을 가진 이 기관이 정확히 중앙 아시아에 위치한 이유는 분명합니다. 결국 여름 오후 Ashgabat에서는 태양 에너지의 흐름이 모든 광장에 떨어집니다. 킬로미터, 이는 대형 발전소와 맞먹는 전력!우선 과학자들은 태양에너지를 이용해 물을 얻기 위해 노력했다. 사막에는 물이 있고 찾기가 상대적으로 쉽습니다. 얕은 곳에 위치해 있습니다. 그러나이 물은 사용할 수 없습니다. 다양한 소금이 너무 많이 용해되어 있으며 일반적으로 바닷물보다 훨씬 더 씁쓸합니다. 관개 및 식수로 사막 하층토 물을 사용하려면 담수화되어야 합니다. 이것이 달성되면 인공 오아시스가 준비되었다고 가정할 수 있습니다. 여기에서는 일년 내내 정상적인 조건에서 살 수 있고, 양을 방목하고, 정원을 가꿀 수 있습니다. 겨울에도 태양이 충분합니다. 과학자들에 따르면 투르크메니스탄에만 그러한 오아시스가 7000개나 건설될 수 있다고 합니다. 필요한 모든 에너지는 태양에서 공급되며, 태양광 담수화 플랜트의 작동 원리는 매우 간단합니다. 이것은 소금으로 포화된 물이 담긴 용기이며 투명한 뚜껑으로 닫혀 있습니다. 물은 태양광선에 의해 가열되어 점차 증발하며, 냉각기 뚜껑에 증기가 응축됩니다. 정제수(소금은 증발하지 않았습니다!)가 뚜껑에서 다른 용기로 흘러 들어갑니다.
이 유형의 구조는 꽤 오랫동안 알려져 왔습니다. 칠레의 건조한 지역에서 가장 풍부한 초석 매장지는 식수 부족으로 인해 지난 세기에는 거의 개발되지 않았습니다. 그런 다음 Las Sali-nas 마을에는이 원리에 따라 5,000m2 면적의 담수화 공장이 건설되었으며 더운 날에는 20,000 리터의 담수를 생산했습니다.
그러나 이제 물 담수화를 위한 태양 에너지 사용에 대한 연구가 폭넓게 발전했습니다. 세계 최초로 투르크멘 국영 농장인 "Bakharden"은 민물에 대한 사람들의 요구를 충족하고 건조한 땅에 관개용수를 공급하는 실제 "태양열 물 공급"을 시작했습니다. 태양광 설비를 통해 얻은 수백만 리터의 담수는 주립 농장 목초지의 경계를 크게 확장할 것입니다.
사람들은 주택과 산업용 건물의 겨울철 난방과 연중 온수 공급에 많은 에너지를 소비합니다. 그리고 여기서 태양이 구출될 수 있습니다. 축산농가에 온수를 공급할 수 있는 태양광발전소가 개발됐다. 아르메니아 과학자들이 개발한 태양 트랩은 디자인이 매우 간단합니다. 이것은 열을 효과적으로 흡수하는 특수 코팅 아래에 파이프 시스템으로 만들어진 물결 모양의 라디에이터가 있는 직사각형 1.5m 셀입니다. 이러한 트랩을 물 공급 장치에 연결하고 태양에 노출시키기 만하면되며 여름에는 시간당 70-80도까지 가열 된 최대 30 리터의 물이 흘러 나옵니다. 이 설계의 장점은 셀을 사용하여 큐브와 같은 다양한 설치물을 구축할 수 있어 태양열 히터의 성능이 크게 향상된다는 것입니다. 전문가들은 예레반의 실험적인 주거 지역을 태양열 난방으로 전환할 계획입니다. 태양열 집열기라고 불리는 물(또는 공기) 가열 장치는 우리 업계에서 생산됩니다. 다양한 시설에 공급하기 위해 하루 최대 100톤의 온수를 생산할 수 있는 수십 개의 태양광 설비와 온수 공급 시스템이 구축되었습니다.
우리나라 곳곳에 지어진 수많은 주택에는 태양열 히터가 설치되어 있습니다. 태양을 향한 가파른 지붕의 측면 중 하나는 태양열 히터로 구성되어 있으며 이를 통해 집을 가열하고 온수를 공급합니다. 이런 집들로 구성된 마을 전체를 건설할 계획인데, 태양에너지 활용 문제가 우리나라에서만 해결되는 것은 아니다. 우선, 일년 중 맑은 날이 많은 열대 지방 국가의 과학자들이 태양 에너지에 관심을 가지게 되었습니다. 예를 들어 인도에서는 태양 에너지 사용을 위한 전체 프로그램을 개발했습니다. 국내 최초의 태양광 발전소가 마드라스에서 운영되고 있습니다. 인도 과학자들의 실험실에서는 실험용 담수화 플랜트, 곡물 건조기 및 물 펌프가 작동하고 있습니다. 델리 대학은 음식을 영하 15도까지 냉각할 수 있는 태양열 냉장 장치를 구축했습니다. 그래서 태양은 뜨거울 뿐만 아니라 시원할 수도 있습니다! 인도와 이웃한 버마에서는 랑군 공과대학 학생들이 태양열을 이용해 음식을 조리하는 쿡스토브를 만들었고 훨씬 북쪽에 위치한 체코슬로바키아에서도 현재 510개의 태양열 난방 시설이 가동되고 있습니다. 그들이 운영하는 하수구의 전체 면적은 축구장 크기의 두 배입니다! 태양광선은 유치원과 축산농장, 야외수영장, 개별 주택에 따뜻함을 제공하고 있으며, 쿠바 전문가들이 개발한 독창적인 태양광 설비가 쿠바 올긴시에서 가동에 들어갔다. 어린이병원 옥상에 위치해 있어 구름에 해가 가린 날에도 온수가 공급된다. 전문가들에 따르면 이미 쿠바의 다른 도시에 등장한 이러한 설치는 많은 연료를 절약하는 데 도움이 될 것이라고 알제리 M'sila 지방에서는 '태양광 마을' 건설이 시작되었습니다. 이 다소 큰 정착지의 주민들은 태양으로부터 모든 에너지를 받게 될 것입니다. 이 마을의 각 주거용 건물에는 태양열 집열기가 설치될 것입니다. 별도의 태양열 집열기 그룹은 산업 및 농업 시설에 에너지를 제공합니다. 이 마을을 설계한 알제리 국립과학연구기구와 유엔대학의 전문가들은 이 마을이 더운 나라에 있는 수천 개의 유사한 정착지의 원형이 될 것이라고 확신합니다. 최초의 태양광 정착지로 불릴 권리는 다음과 같습니다. 호주의 화이트 클리프(White Cliffs) 마을에 위치한 알제리 마을. 원래 태양광 발전소 건설 현장이 되었습니다. 여기서 태양 에너지를 사용하는 원리는 특별합니다. 캔버라 국립대학교의 과학자들은 태양열을 이용해 암모니아를 수소와 질소로 분해할 것을 제안했습니다. 이러한 구성 요소가 재결합되면 열이 방출되며, 이는 기존 연료를 연소하여 생성되는 열과 동일한 방식으로 발전소를 작동하는 데 사용할 수 있습니다. 에너지를 사용하는 이 방법은 에너지를 미래의 사용을 위해 미반응 질소와 수소의 형태로 저장하고 밤이나 폭풍우가 치는 날에 사용할 수 있기 때문에 특히 매력적입니다.
크림 태양광 발전소에 헬리오스탯 설치
태양으로부터 전기를 생성하는 화학적 방법은 일반적으로 매우 유혹적입니다. 사용되면 태양 에너지는 다른 연료와 마찬가지로 향후 사용을 위해 저장될 수 있습니다. 이 원리에 따라 작동하는 실험 장치가 독일의 한 연구 센터에서 만들어졌습니다. 이 설치의 주요 구성 요소는 복잡한 추적 시스템을 사용하여 지속적으로 태양을 향하는 직경 1m의 포물선 거울입니다. 거울의 초점에 집중된 태양 광선은 800-1000 도의 온도를 생성합니다. 이 온도는 무수황이 이산화황과 산소로 분해되어 특수 용기로 펌핑되는 데 충분합니다. 필요한 경우 구성 요소는 재생 반응기로 공급되며, 여기서 특수 촉매가 있는 경우 원래의 무수 황산이 형성됩니다. 이 경우 온도는 500도까지 올라갑니다. 그 열은 물을 증기로 바꾸는 데 사용될 수 있으며, 이는 발전기의 터빈을 회전시킵니다. G. M. 크르지자노프스키 에너지 연구소(G. M. Krzhizhanovsky Energy Institute)의 과학자들은 별로 햇볕이 잘 들지 않는 모스크바에 있는 건물 옥상에서 바로 실험을 수행하고 있습니다. 태양 광선을 집중시키는 포물선 거울은 금속 실린더에 놓인 가스를 700도까지 가열합니다. 뜨거운 가스는 열 교환기에서 물을 증기로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 터보 발전기를 구동합니다. 특수 촉매가 있으면 원래의 것보다 훨씬 더 유리한 일산화탄소와 수소 에너지 생성물로 전환될 수 있습니다. 물을 가열할 때 이러한 가스는 사라지지 않고 단순히 냉각됩니다. 태양이 구름에 가려지거나 밤에도 화상을 입어 추가 에너지를 받을 수 있습니다. 미래의 보편적인 연료인 수소를 축적하기 위해 태양 에너지를 사용하는 프로젝트가 고려되고 있습니다. 이를 위해서는 지역적으로 에너지 사용이 어려운 사막, 즉 사막에 위치한 태양광 발전소에서 얻은 에너지를 활용하면 된다.
아주 특이한 방법도 있습니다. 적절한 촉매제가 존재한다면 햇빛 자체가 물 분자를 분해할 수 있습니다. 훨씬 더 이국적인 것은 박테리아를 이용한 대규모 수소 생산을 위한 기존 프로젝트입니다! 이 과정은 광합성 방식을 따릅니다. 예를 들어 햇빛은 매우 빠르게 자라는 청록색 조류에 의해 흡수됩니다. 이 조류는 일생 동안 물에서 수소를 방출하는 일부 박테리아의 먹이가 될 수 있습니다. 다양한 유형의 박테리아를 대상으로 소련과 일본 과학자들이 실시한 연구에 따르면 원칙적으로 백만 명이 거주하는 도시의 모든 에너지는 17.5 평방 킬로미터에 불과합니다. 모스크바 주립 대학 전문가의 계산에 따르면 아랄해 크기의 수역은 거의 우리나라 전체에 에너지를 공급할 수 있습니다. 물론 그러한 프로젝트는 아직 구현되지 않았습니다. 이 독창적인 아이디어는 21세기에도 구현을 위해 많은 과학적, 공학적 문제를 해결해야 합니다. 에너지를 생성하기 위해 거대한 기계 대신 생명체를 사용하는 것은 머리를 숙일 가치가 있는 아이디어입니다.
태양광선에 의해 가열된 물에서 얻은 증기를 터빈으로 회전시키는 발전소 프로젝트가 현재 다양한 국가에서 개발되고 있습니다. 소련에서는 이러한 유형의 실험용 태양광 발전소가 케르치(Kerch) 근처 크리미아(Crimea)의 햇볕이 잘 드는 해안에 건설되었습니다. 역의 위치는 우연히 선택되지 않았습니다. 결국이 지역에서는 일년에 거의 2,000 시간 동안 태양이 빛납니다. 또한 이곳의 땅이 염분이어서 농업에 적합하지 않고 역이 상당히 넓은 면적을 차지하는 것도 중요합니다.
역은 독특하고 인상적인 구조입니다. 태양열 증기 발생기 보일러는 높이가 80미터가 넘는 거대한 타워에 설치되어 있습니다. 그리고 타워 주변의 반경이 0.5km가 넘는 광대 한 지역의 헬리오 스타트는 동심원에 위치합니다. 복잡한 구조로, 각 심장은 25 평방 미터가 넘는 면적의 거대한 거울입니다. . 스테이션의 설계자는 매우 어려운 문제를 해결해야 했습니다. 결국 모든 헬리오 스타트(1600개가 많습니다!)는 하늘의 태양 위치에 관계없이 어느 것도 작동하지 않도록 배치해야 했습니다. 그림자 속에 있으면 그들 각자가 내뿜는 햇빛이 정확히 증기 보일러가 있는 탑 꼭대기에 떨어지게 될 것입니다(그래서 탑이 그렇게 높게 만들어졌습니다). 각 헬리오스탯에는 거울을 회전시키는 특수 장치가 장착되어 있습니다. 거울은 태양을 따라 지속적으로 움직여야 합니다. 결국 항상 움직이기 때문에 토끼가 움직일 수 있고 보일러 벽에 부딪히지 않으며 이는 스테이션 작동에 즉시 영향을 미칩니다. 스테이션의 작업을 더욱 복잡하게 만드는 것은 헬리오 스타트의 궤적이 매일 바뀌는 것입니다. 지구는 궤도를 따라 움직이고 태양은 매일 하늘을 가로지르는 경로를 조금씩 바꿉니다. 따라서 헬리오스타트의 움직임에 대한 제어는 전자 컴퓨터에 맡겨집니다. 오직 그것의 무한한 메모리만이 미리 계산된 모든 거울의 움직임 궤적을 수용할 수 있습니다.
태양광 발전소 건설
헬리오스타트에 의해 집중된 태양열의 영향으로 증기 발생기의 물은 250도까지 가열되어 고압 증기로 변합니다. 증기는 터빈을 회전시켜 발전기를 돌리고, 태양에 의해 생성된 새로운 에너지 흐름이 크리미아의 에너지 시스템으로 흘러 들어갑니다. 밤에도 태양이 구름에 가려지면 에너지 생산은 멈추지 않습니다. 타워 기슭에 설치된 축열기가 구출됩니다. 맑은 날 여분의 온수는 특별 저장 시설로 보내져 태양이 없을 때 사용됩니다.
이 실험용 발전소의 전력은 상대적으로
소형 - 5,000킬로와트에 불과합니다. 그러나 기억하자. 이것이 바로 강력한 원자력 산업의 조상인 최초의 원자력 발전소의 힘이었다. 그리고 에너지 생산은 결코 최초의 태양광 발전소의 가장 중요한 작업이 아닙니다. 과학자들이 도움을 받아 그러한 발전소를 운영할 때 매우 복잡한 문제에 대한 해결책을 찾아야 하기 때문에 실험이라고 합니다. 그리고 그러한 문제가 많이 발생합니다. 예를 들어, 거울이 오염되지 않도록 어떻게 보호할 수 있습니까? 결국 먼지가 쌓이고 비로 인해 줄무늬가 남아 스테이션의 전력이 즉시 감소합니다. 모든 물이 거울 세척에 적합한 것은 아니라는 사실도 밝혀졌습니다. 헬리오스타트의 청결도를 모니터링하는 특수 세척 장치를 개발해야 했습니다. 실험장에서는 가장 복잡한 장비인 태양광선 집광장치의 성능을 시험한다. 그러나 가장 긴 여정은 첫 걸음부터 시작됩니다. 태양을 사용하여 상당한 양의 전기를 생산하기 위한 이 단계는 크림 실험용 태양광 발전소를 통해 가능해졌습니다.
소련 전문가들은 다음 단계를 준비하고 있습니다. 32만kW 규모의 세계 최대 태양광발전소가 설계됐다. 장소는 젊은 처녀 도시 Talimarjan 근처의 Karshi 대초원에 있는 우즈베키스탄에서 선택되었습니다. 이 지역에서는 크리미아 지역만큼 태양이 넉넉하게 빛납니다. 작동 원리에 따르면 이 역은 크림 역과 다르지 않지만 모든 구조가 훨씬 더 큽니다. 보일러는 200m 높이에 위치하며 헬리오스테틱 필드는 타워 주변에 수 헥타르에 걸쳐 퍼집니다. 컴퓨터 신호에 따라 빛나는 거울 (72,000!)은 태양 광선을 보일러 표면에 집중시키고, 과열 증기는 터빈을 회전시키고, 발전기는 320,000kW의 전류를 생성합니다. 이것은 이미 많은 전력입니다. 장기간의 악천후로 인해 태양광 발전소의 에너지 생산이 방해를 받으면 소비자에게 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 스테이션 설계에는 천연가스를 사용하는 기존 증기 보일러도 포함됩니다. 흐린 날씨가 오랫동안 지속되면 증기는 다른 기존 보일러에서 터빈으로 공급됩니다.
다른 나라에서도 같은 형태의 태양광발전소가 개발되고 있다. 미국의 햇살 가득한 캘리포니아주에는 1만kW 규모의 최초의 타워형 발전소인 Solar-1이 건설됐다. 피레네 산맥 기슭에 있는 프랑스 전문가들은 25,000kW 용량의 테미스 기지에서 연구를 수행하고 있습니다. 2만 킬로와트 용량의 GAST 스테이션은 서독 과학자들이 설계했습니다.
지금까지 태양광선에 의해 생성된 전기 에너지는 전통적인 방법으로 얻은 것보다 훨씬 비쌉니다. 과학자들은 시험 시설과 기지에서 수행할 실험이 기술적 문제뿐만 아니라 경제적 문제도 해결하는 데 도움이 되기를 바라고 있습니다.
계산에 따르면 태양은 에너지 문제뿐만 아니라 원자 및 우주 시대가 전문가를 위해 설정한 과제를 해결하는 데 도움이 되어야 합니다. 강력한 우주선, 거대한 핵 시설을 만들고 초당 수억 번의 작업을 수행하는 전자 기계를 만들려면 새로운 기술이 필요합니다.
재료 - 초내화성, 초강력, 초청정. 그것들을 얻는 것은 매우 어렵습니다. 전통적인 야금 방법은 이에 적합하지 않습니다. 전자빔이나 초고주파 전류를 이용한 용융과 같은 보다 정교한 기술도 적합하지 않습니다. 그러나 순수한 태양열은 여기서 신뢰할 수 있는 조력자가 될 수 있습니다. 테스트했을 때 일부 헬리오스탯은 햇빛으로 두꺼운 알루미늄 시트를 쉽게 뚫습니다. 이러한 헬리오스탯을 수십 개 설치하면 어떻게 될까요? 그런 다음 광선을 집중 장치의 오목 거울로 보내시겠습니까? 이러한 거울의 햇빛은 알루미늄뿐만 아니라 거의 모든 알려진 재료도 녹일 수 있습니다. 집광기가 수집된 모든 태양 에너지를 전달하는 특수 용해로는 천 개의 태양보다 더 밝게 빛날 것입니다.
현대인의 삶은 에너지 없이는 상상할 수 없습니다. 정전은 재앙처럼 보이며, 사람은 더 이상 이동 수단 없는 삶을 상상할 수 없으며, 예를 들어 편리한 가스나 전기 스토브가 아닌 불 위에서 요리하는 것이 이미 취미가 되었습니다.
우리는 여전히 에너지를 생산하기 위해 화석 연료(석유, 가스, 석탄)를 사용합니다. 그러나 지구상의 매장량은 제한되어 있으며 오늘이나 내일이 고갈되는 날은 오지 않을 것입니다. 무엇을 해야 할까요? 대답은 이미 존재합니다. 비 전통적인 대안 인 다른 에너지 원을 찾는 것입니다. 그 공급은 단순히 무한합니다.
이러한 대체 에너지원에는 태양과 바람이 포함됩니다.
태양에너지 이용
해- 가장 강력한 에너지 공급업체. 우리는 생리적 특성 때문에 무언가를 사용합니다. 그러나 수백만, 수십억 킬로와트는 어둠이 내리면 낭비되고 사라진다. 매초 태양은 지구에 8만억 킬로와트를 제공합니다. 이는 전 세계 발전소에서 생산되는 양보다 몇 배 더 많은 양입니다.
태양 에너지의 사용이 인류에게 어떤 이점을 가져올지 상상해 보십시오.
. 시간의 무한함. 과학자들은 태양이 수십억 년 동안 사라지지 않을 것이라고 예측합니다. 그리고 이것은 우리 생애와 먼 후손들에게 충분할 것임을 의미합니다.
. 지리학. 우리 행성에는 태양이 빛나지 않는 곳이 없습니다. 어딘가는 더 밝고 어딘가는 더 어둡지만 태양은 어디에나 있습니다. 이는 지구의 외딴 지역에 전기를 공급하기 위해 끝없는 전선망으로 지구를 둘러쌀 필요가 없음을 의미합니다.
. 수량. 모든 사람에게 충분한 태양 에너지가 있습니다. 누군가가 나중에 사용하기 위해 그러한 에너지를 헤아릴 수 없을 정도로 저장하기 시작하더라도 아무 것도 바뀌지 않습니다. 배터리를 충전하고 해변에서 일광욕을 즐기기에 충분합니다.
. 경제적 이익. 더 이상 장작, 석탄, 휘발유를 구입하는 데 돈을 쓸 필요가 없습니다. 자유로운 햇빛은 물 공급 및 자동차, 에어컨 및 TV, 냉장고 및 컴퓨터의 작동을 담당합니다.
. 환경적으로 유익함. 완전한 삼림 벌채는 과거의 일이 될 것이며, 용광로를 가열하고, 새로운 "체르노빌" 및 "후쿠시마" 발전소를 건설하고, 연료유와 석유를 태울 필요가 없을 것입니다. 하늘에 경이롭고 무한한 에너지원인 태양이 있는데 왜 자연을 파괴하는 데 그토록 많은 노력을 기울입니까?
다행히도 이것은 꿈이 아닙니다. 과학자들은 2020년까지 유럽 전기의 15%가 햇빛을 통해 공급될 것으로 추정합니다. 그리고 이것은 시작에 불과합니다.
태양에너지는 어디에 사용되나요?
. 태양 전지 패널. 집 지붕에 설치된 배터리는 더 이상 누구도 놀라지 않습니다. 태양 에너지를 흡수하여 전기로 변환합니다. 예를 들어 캘리포니아에서는 새로운 주택 프로젝트에 태양광 패널을 사용해야 합니다. 그리고 네덜란드에서는 Herhugoward 시가 "태양의 도시"로 불립니다. 이곳의 모든 집에는 태양광 패널이 설치되어 있기 때문입니다.
. 수송.
이미 자율 비행 중에 모든 우주선은 태양 에너지로부터 전기를 공급받습니다.
태양열 자동차. 이러한 자동차의 첫 번째 모델은 1955년에 출시되었습니다. 그리고 이미 2006년에 프랑스 회사인 Venturi는 "태양광" 자동차의 연속 생산을 시작했습니다. 그 특성은 여전히 미미합니다. 자율 주행 거리는 110km에 불과하고 속도는 120km/h를 넘지 않습니다. 그러나 자동차 산업의 거의 모든 세계 리더들은 자체 버전의 환경 친화적인 자동차를 개발하고 있습니다.
. 태양광 발전소.
. 가젯. 태양열로 작동하는 많은 장치를 위한 충전기가 이미 있습니다.
태양에너지의 종류(태양광발전소)
현재 여러 유형의 태양광 발전소(SPP)가 개발되었습니다.
. 탑. 작동 원리는 간단합니다. 거대한 거울(헬리오스타트)은 태양을 따라 회전하며 태양 광선을 물로 채워진 방열판으로 보냅니다. 그런 다음 기존 화력 발전소에서와 같이 모든 일이 발생합니다. 물이 끓고 증기로 변합니다. 증기는 터빈을 회전시켜 발전기에 전력을 공급합니다. 후자는 전기를 생성합니다.
. 디스크 모양. 작동 원리는 타워형과 유사합니다. 차이점은 디자인 자체에 있습니다. 첫째, 하나의 거울이 사용되지 않고 거대한 판처럼 보이는 여러 개의 둥근 거울이 사용됩니다. 거울은 수신기 주위에 방사형으로 설치됩니다.
각 플레이트 SES는 한 번에 여러 개의 유사한 모듈을 가질 수 있습니다.
. 태양광(사진 배터리 사용).
. 포물선형 원통형 집중 장치가 있는 SES. 포물선의 초점에 냉각수 (대부분 오일이 사용됨)가 들어있는 튜브가 설치된 원통 모양의 거대한 거울입니다. 오일은 원하는 온도까지 가열되어 열을 물에 전달합니다.
. 태양광 진공. 해당 토지는 유리 지붕으로 덮여 있습니다. 그 아래의 공기와 토양은 더 뜨거워집니다. 특수 터빈은 발전기가 설치된 수신 타워로 따뜻한 공기를 공급합니다. 온도차로 인해 전기가 발생합니다.
풍력에너지 이용
또 다른 유형의 대체 및 재생 가능 에너지원은 풍력입니다. 바람이 강할수록 더 많은 운동 에너지가 생성됩니다. 그리고 운동에너지는 언제나 기계적 또는 전기적 에너지로 변환될 수 있습니다.
바람에 의해 생성된 기계적 에너지는 오랫동안 사용되어 왔습니다. 예를 들어, 곡물(유명한 풍차)을 갈거나 물을 퍼 올릴 때.
풍력 에너지도 사용됩니다.
전기를 생산하는 풍력 터빈에서. 블레이드는 배터리를 충전하고, 배터리에서 전류가 변환기에 공급됩니다. 여기서 직류는 교류로 변환됩니다.
수송. 이미 풍력 에너지로 달리는 자동차가 있습니다. 특수 풍력 장치(연)를 사용하면 선박이 이동할 수 있습니다.
풍력에너지의 종류(풍력발전소)
. 지면- 가장 일반적인 유형. 이러한 풍력 발전소는 언덕이나 언덕에 설치됩니다.
. 난바다 쪽으로 부는. 그들은 해안에서 상당한 거리에 있는 얕은 물에 지어졌습니다. 해저 케이블을 통해 육지에 전기가 공급됩니다.
. 연안의- 바다나 바다로부터 어느 정도 떨어진 곳에 설치됩니다. 해안 풍력 발전소는 바람의 힘을 이용합니다.
. 떠 있는. 최초의 부유식 풍력 터빈은 2008년 이탈리아 해안에 설치되었습니다. 발전기는 특수 플랫폼에 설치됩니다.
. 급증하는 풍력 발전소불연성 재료로 제작되고 헬륨으로 채워진 특수 베개 위에 높이 배치됩니다. 전기는 로프를 통해 지상에 공급됩니다.
전망과 발전
태양 에너지 사용에 대한 가장 진지한 장기 계획은 중국이 설정했으며, 2020년까지 이 분야의 세계적 리더가 될 계획입니다. EEC 국가들은 대체 에너지원으로부터 최대 20%의 전력을 얻을 수 있는 개념을 개발하고 있습니다. 미국 에너지부는 2035년까지 최대 14%로 더 낮은 수치를 제시했습니다. 러시아에도 SES가 있습니다. 가장 강력한 것 중 하나가 Kislovodsk에 설치되었습니다.
풍력 에너지의 사용에 관해서는 다음과 같은 수치가 있습니다. 유럽 풍력 에너지 협회(European Wind Energy Association)는 풍력 발전소가 전 세계 여러 국가에 전기를 공급한다는 사실을 보여주는 데이터를 발표했습니다. 따라서 덴마크에서는 소비 전력의 20%가 이러한 설치를 통해 얻어지며, 포르투갈과 스페인에서는 11%, 아일랜드에서는 9%, 독일에서는 7%가 얻어집니다.
현재 풍력발전단지는 전 세계 50여 개국에 설치되어 있으며, 그 용량은 해마다 증가하고 있습니다.
벨로루시 공화국 교육부
교육기관
"Maxim Tank의 이름을 딴 벨로루시 주립 교육 대학"
일반이론물리학과
일반 물리학 교과 과정
태양에너지와 그 이용 전망
그룹 321의 학생들
물리학부
레쉬케비치 스베틀라나 발레리예브나
과학 고문:
표도르코프 체슬라프 미하일로비치
민스크, 2009
소개
1. 태양에 관한 일반 정보
2. 태양은 에너지원이다
2.1 태양에너지 연구
2.2 태양 에너지 잠재력
3. 태양에너지의 활용
3.1 태양 에너지의 수동적 사용
3.2 태양에너지의 적극적인 활용
3.2.1 태양열 집열기와 그 유형
3.2.2 태양광 시스템
3.2.3 태양열 발전소
3.3 태양광 발전 시스템
4. 태양광 건축
결론
사용된 소스 목록
소개
태양은 지구의 생명에서 특별한 역할을 합니다. 우리 행성의 전체 유기체 세계는 태양에 의해 존재합니다. 태양은 빛과 열의 원천일 뿐만 아니라 다른 많은 유형의 에너지(석유, 석탄, 물, 바람)의 원천이기도 합니다.
인간은 지구에 나타난 순간부터 태양의 에너지를 사용하기 시작했습니다. 고고학 자료에 따르면 주택은 찬 바람을 피하고 햇빛이 비치는 조용한 장소를 선호하는 것으로 알려져 있습니다.
아마도 최초로 알려진 태양계는 기원전 15세기로 거슬러 올라가는 아멘호테프 3세(Amenhotep III)의 동상으로 간주될 수 있습니다. 동상 내부에는 태양 광선 아래 숨겨진 악기를 움직이는 공기 및 물 챔버 시스템이있었습니다. 고대 그리스에서는 헬리오스를 숭배했습니다. 오늘날 이 신의 이름은 태양 에너지와 관련된 많은 용어의 기초를 형성합니다.
세계 경제의 여러 부문과 지속적으로 증가하는 지구 인구의 수요에 전기 에너지를 공급하는 문제는 이제 점점 더 시급해지고 있습니다.
1. 태양에 관한 일반 정보
태양은 스펙트럼 등급 G2의 전형적인 왜성인 뜨거운 플라즈마 공인 태양계의 중심 몸체입니다.
태양의 특성
1. 질량 MS ~2*1023kg
2. RS ~629,000km
3. V= 1.41*1027m3, 이는 지구 부피의 거의 130만 배에 해당하며,
4. 평균 밀도 1.41*103kg/m3,
5. 광도 LS = 3.86*1023kW,
6. 유효 표면 온도(광구) 5780K,
7. 순환 기간(종합)은 적도 기준 27일에서 32일까지 다양합니다. 극에서,
8. 중력 가속도 274m/s2 (이렇게 엄청난 중력 가속도로 인해 몸무게가 60kg인 사람의 몸무게는 1.5톤 이상이 됩니다.)
태양의 구조
태양의 중앙 부분에는 에너지의 원천, 즉 비유적인 표현으로 태양을 가열하고 식히지 않는 "스토브"가 있습니다. 이 영역을 코어라고 합니다(그림 1 참조). 온도가 15MK에 도달하는 핵심에서는 에너지가 방출됩니다. 코어의 반경은 태양 전체 반경의 1/4을 넘지 않습니다. 그러나 태양 질량의 절반은 그 부피에 집중되어 있으며 태양의 빛을 지원하는 거의 모든 에너지가 방출됩니다.
핵 주변에서 복사 에너지 전달 영역이 시작되어 물질에 의한 빛의 일부(양자)의 흡수 및 방출을 통해 확산됩니다. 양자가 밀도가 높은 태양물질을 뚫고 외부로 침투하는 데는 매우 오랜 시간이 걸린다. 따라서 태양 내부의 "스토브"가 갑자기 꺼진다면 우리는 수백만 년이 지난 후에야 그것에 대해 알게 될 것입니다.
쌀. 1 태양의 구조
내부 태양층을 통과하는 동안 에너지 흐름은 가스의 불투명도가 크게 증가하는 영역을 만나게 됩니다. 이것은 태양의 대류 구역입니다. 여기서 에너지는 복사가 아닌 대류에 의해 전달됩니다. 대류층은 중심으로부터 약 0.7 반경에서 시작하여 태양의 가장 눈에 띄는 표면(광구)까지 거의 확장되며, 여기서 주 에너지 흐름의 전달이 다시 복사됩니다.
광구는 태양의 방사 표면으로, 과립화라고 불리는 거친 구조를 가지고 있습니다. 이러한 각각의 "알갱이"는 거의 독일 크기와 비슷하며 표면으로 올라온 뜨거운 물질의 흐름을 나타냅니다. 광구에서는 비교적 작은 어두운 영역, 즉 흑점을 자주 볼 수 있습니다. 온도가 5800˚C에 달하는 주변 광구보다 1500˚C 더 차갑습니다. 광구와의 온도 차이로 인해 이 지점은 망원경으로 관찰할 때 완전히 검은색으로 나타납니다. 광구 위에는 채층(chromosphere)이라고 불리는 다음으로 더 희박한 층, 즉 "유색구"가 있습니다. 채층은 붉은 색 때문에 이 이름을 받았습니다. 그리고 마지막으로 그 위에는 매우 뜨겁지만 태양 대기 중 극도로 희귀한 부분인 코로나가 있습니다.
2. 태양은 에너지원이다
우리 태양은 복잡한 과정이 일어나고 결과적으로 에너지가 지속적으로 방출되는 거대하고 빛나는 가스 공입니다. 태양의 에너지는 우리 행성의 생명의 원천입니다. 태양은 지구의 대기와 표면을 가열합니다. 태양 에너지 덕분에 바람이 불고, 자연에서 물 순환이 일어나고, 바다와 바다가 뜨거워지고, 식물이 발달하고, 동물이 먹이를 얻습니다. 지구에 화석 연료가 존재하는 것은 태양 복사 덕분입니다. 태양 에너지는 열이나 냉기, 동력, 전기로 변환될 수 있습니다.
태양은 바다, 바다 및 지구 표면에서 물을 증발시킵니다. 이 수분을 물방울로 바꾸어 구름과 안개를 형성한 다음 비, 눈, 이슬 또는 서리의 형태로 지구로 떨어지게 하여 대기에 거대한 수분 순환을 만듭니다.
태양 에너지는 대기의 일반적인 순환과 해양의 물 순환의 원천입니다. 그것은 지구 표면에 열을 재분배하여 지구의 물과 공기를 가열하는 거대한 시스템을 만드는 것 같습니다.
식물에 떨어지는 햇빛은 광합성 과정을 일으키고 식물의 성장과 발달을 결정합니다. 토양에 닿으면 열로 바뀌고 가열되어 토양 기후를 형성하여 식물 씨앗, 미생물 및 그 안에 서식하는 생물에 활력을 부여하며, 이 열이 없으면 아나비아증(동면) 상태에 있게 됩니다.
태양은 초당 약 1.1x1020kWh에 달하는 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 킬로와트시는 100와트 백열 전구를 10시간 동안 작동하는 데 필요한 에너지의 양입니다. 지구의 외부 대기는 태양이 방출하는 에너지의 약 100만분의 1, 즉 연간 약 1,500조(1.5 x 1018)kWh를 차단합니다. 그러나 전체 에너지의 47%, 즉 약 700조(7 x 1017)kWh만이 지구 표면에 도달합니다. 나머지 30%의 태양 에너지는 우주로 다시 반사되고, 약 23%는 물을 증발시키고, 1%는 파도와 해류에서, 0.01%는 자연의 광합성 과정에서 나옵니다.
2.1 태양에너지 연구
왜 태양은 빛나고 수십억 년 동안 식지 않습니까? 어떤 "연료"가 에너지를 공급합니까? 과학자들은 수세기 동안 이 질문에 대한 답을 찾고 있었으며 20세기 초에야 올바른 해결책이 발견되었습니다. 다른 별들과 마찬가지로 이 별 역시 깊은 곳에서 일어나는 열핵반응으로 인해 빛나는 것으로 알려져 있습니다.
가벼운 원소의 원자핵이 더 무거운 원소의 원자핵에 합쳐지면 새로운 원소의 질량은 그것이 형성된 원소의 총 질량보다 작을 것입니다. 나머지 질량은 에너지로 변환되며, 이는 반응 중에 방출되는 입자에 의해 운반됩니다. 이 에너지는 거의 완전히 열로 변환됩니다. 이러한 원자핵 융합 반응은 매우 높은 압력과 천만도 이상의 온도에서만 발생할 수 있습니다. 그래서 열핵이라 불리는 것입니다.
태양을 구성하는 주요 물질은 별 전체 질량의 약 71%를 차지하는 수소이다. 거의 27%는 헬륨에 속하고 나머지 2%는 탄소, 질소, 산소, 금속과 같은 더 무거운 원소에서 나옵니다. 태양의 주요 "연료"는 수소입니다. 4개의 수소 원자에서 일련의 변환의 결과로 하나의 헬륨 원자가 형성됩니다. 그리고 반응에 참여하는 수소 1g에서 6x1011J의 에너지가 방출됩니다! 지구상에서 이 에너지 양은 0°C의 온도에서 끓는점까지 1000m3의 물을 가열하는 데 충분합니다.
2.2 태양 에너지 잠재력
태양은 전 세계에서 실제로 사용되는 것보다 10,000배 더 많은 자유 에너지를 우리에게 제공합니다. 글로벌 상업 시장에서만 연간 85조(8.5 x 1013)kWh 미만의 에너지가 사고 팔립니다. 전체 과정을 모니터링하는 것이 불가능하기 때문에 사람들이 얼마나 많은 비상업적 에너지를 소비하는지(예를 들어, 얼마나 많은 나무와 비료를 수집하고 태우는지, 기계 또는 전기 에너지를 생산하는 데 얼마나 많은 물이 사용되는지) 확실하게 말할 수 없습니다. ). 일부 전문가들은 이러한 비상업적 에너지가 전체 에너지 사용량의 5분의 1을 차지한다고 추정합니다. 하지만 그렇다고 해도 인류가 일년 동안 소비하는 총 에너지는 같은 기간 지구 표면에 닿는 태양 에너지의 약 7,000분의 1에 불과합니다.
미국 등 선진국의 에너지 소비량은 연간 약 25조(2.5 x 1013)kWh로 1인당 하루 260kWh 이상에 해당한다. 이 수치는 매일 100W 백열 전구 100개 이상을 하루 종일 가동하는 것과 같습니다. 평균적인 미국 시민은 인도인보다 33배, 중국인보다 13배, 일본인보다 2.5배, 스웨덴인보다 2배 더 많은 에너지를 소비합니다.
3. 태양에너지의 활용
태양 복사는 소위 능동 및 수동 태양계를 사용하여 유용한 에너지로 변환될 수 있습니다. 패시브 시스템은 건물을 설계하고 건축 자재를 선택하여 태양 에너지를 최대한 활용함으로써 달성됩니다. 활성 태양광 시스템에는 태양열 집열기가 포함됩니다. 태양광 발전 시스템도 현재 개발 중입니다. 이는 태양 복사열을 직접 전기로 변환하는 시스템입니다.
태양 에너지는 바이오매스, 풍력, 수력 등 다른 형태의 에너지로 변환되어 간접적으로 유용한 에너지로 변환되기도 합니다. 태양의 에너지는 지구의 날씨를 "제어"합니다. 태양 복사의 상당 부분은 바다와 바다에 흡수됩니다. 물은 가열되고 증발하여 비의 형태로 땅에 떨어지며 수력 발전소에 "공급"됩니다. 풍력 터빈에 필요한 바람은 공기의 불균일한 가열로 인해 생성됩니다. 태양 에너지에서 발생하는 재생 에너지원의 또 다른 범주는 바이오매스입니다. 녹색 식물은 햇빛을 흡수하고 광합성의 결과로 유기 물질이 형성되어 열 및 전기 에너지를 얻을 수 있습니다. 따라서 바람, 물, 바이오매스 에너지는 태양 에너지의 파생물입니다.
에너지는 모든 생산의 원동력입니다. 사람들이 상대적으로 값싼 에너지를 대량으로 보유할 수 있다는 사실은 산업화와 사회 발전에 크게 기여했습니다.
3.1 태양 에너지의 수동적 사용
태양 에너지 화력 발전소
패시브 태양광 건물은 지역 기후 조건을 최대한 고려하고 태양 에너지를 사용하여 건물을 가열, 냉각 및 조명하는 데 적절한 기술과 재료를 사용하도록 설계된 건물입니다. 여기에는 단열재, 단단한 바닥, 남향 창문과 같은 전통적인 건축 기술과 재료가 포함됩니다. 이러한 주거 공간은 경우에 따라 추가 비용 없이 지을 수 있습니다. 다른 경우에는 건설 중에 발생하는 추가 비용이 에너지 비용 절감으로 상쇄될 수 있습니다. 패시브 태양광 건물은 환경 친화적이며 에너지 독립과 에너지 지속 가능한 미래에 기여합니다.
패시브 태양광 시스템에서는 건물 구조 자체가 태양 복사 수집기 역할을 합니다. 이 정의는 벽, 천장 또는 바닥 덕분에 건물에 열이 저장되는 대부분의 가장 간단한 시스템에 해당합니다. 건물 구조에 내장된 열 저장을 위한 특수 요소를 제공하는 시스템도 있습니다(예: 돌이 있는 상자, 탱크 또는 물이 채워진 병). 이러한 시스템은 수동형 태양광으로도 분류됩니다.
3.2 태양에너지의 적극적인 활용
태양 에너지의 적극적인 사용은 태양열 집열기와 태양열 시스템을 사용하여 수행됩니다.
3.2.1 태양열 집열기와 그 유형
많은 태양에너지 시스템은 태양열 집열기의 사용을 기반으로 합니다. 컬렉터는 태양으로부터 빛 에너지를 흡수하여 열로 변환하고, 이 열은 냉각수(액체 또는 공기)로 전달되어 건물 난방, 물 가열, 전력 생산, 농산물 건조 또는 음식 조리에 사용됩니다. 태양열 집열기는 열을 사용하는 거의 모든 공정에 사용할 수 있습니다.
태양열 집열기 제조 기술은 American Carnegie Steel Company의 William Bailey가 단열 본체와 구리 튜브를 갖춘 집열기를 발명한 1908년에 거의 현대적인 수준에 도달했습니다. 이 수집기는 현대의 열사이펀 시스템과 매우 유사했습니다. 제1차 세계대전이 끝날 때까지 Bailey는 이러한 매니폴드 중 4,000개를 팔았고, 그에게서 특허를 구입한 플로리다 사업가는 1941년까지 거의 60,000개를 팔았습니다.
일반적인 태양열 집열기는 지붕에 장착된 튜브와 금속판 모듈에 태양 에너지를 저장하며, 복사 흡수를 최대화하기 위해 검은색으로 칠해져 있습니다. 그들은 유리나 플라스틱 하우징으로 둘러싸여 있으며 최대 햇빛을 포착하기 위해 남쪽을 향해 기울어져 있습니다. 따라서 수집기는 유리 패널 아래에 열을 축적하는 소형 온실입니다. 태양 복사열은 표면 전체에 분산되므로 집열기의 면적이 커야 합니다.
용도에 따라 다양한 크기와 디자인의 태양열 집열기가 있습니다. 세탁, 목욕, 요리를 위한 온수를 가정에 제공하거나 기존 온수기의 물을 예열하는 데 사용할 수 있습니다. 현재 시장에는 다양한 수집가 모델이 제공됩니다.
통합 매니폴드
가장 간단한 유형의 태양열 집열기는 "용량성" 또는 "열사이펀 수집기"이며, 이 이름은 수집기가 물의 "일회용" 부분을 가열하고 저장하는 열 저장 탱크이기도 하기 때문에 이 이름을 얻었습니다. 이러한 수집기는 물을 예열하는 데 사용되며, 물은 간헐천과 같은 전통적인 시설에서 원하는 온도로 가열됩니다. 가정에서는 예열된 물이 저장탱크로 흘러 들어갑니다. 이는 후속 가열을 위한 에너지 소비를 줄입니다. 이 수집기는 움직이는 부품(펌프)을 사용하지 않고 최소한의 유지 관리만 필요하며 운영 비용이 전혀 들지 않는 능동형 태양열 온수기 시스템에 대한 저렴한 대안입니다.
평판 수집기
평판형 집열기는 가정용 온수 및 난방 시스템에 사용되는 가장 일반적인 유형의 태양열 집열기입니다. 일반적으로 이 수집기는 유리 또는 플라스틱 뚜껑이 있는 단열 금속 상자이며, 그 안에 검정색으로 칠해진 흡수판이 놓여 있습니다. 유약은 투명하거나 무광택일 수 있습니다. 평판 집열기는 일반적으로 철 함량이 낮은 반투명 빛 전용 유리를 사용합니다(집열기로 들어오는 햇빛의 상당 부분이 통과할 수 있음). 햇빛이 수열판에 닿고 유약 덕분에 열 손실이 줄어듭니다. 집열기의 바닥과 측벽은 단열재로 덮여있어 열 손실을 더욱 줄입니다.
평판형 집진기는 액체와 공기로 구분됩니다. 두 가지 유형의 수집가 모두 유약을 바르거나 유약을 바르지 않습니다.
태양광 관형 대피 수집기
전통적이고 단순한 평판형 태양열 집열기는 따뜻하고 햇볕이 잘 드는 기후 지역에서 사용하도록 설계되었습니다. 춥고 흐리고 바람이 많이 부는 날씨 등 불리한 날에는 효율성이 급격히 떨어집니다. 또한, 기상조건에 따른 결로 및 습기로 인해 내부 자재의 조기 마모가 발생하고, 이로 인해 시스템 성능 저하 및 고장이 발생하게 됩니다. 이러한 단점은 진공 매니폴드를 사용하면 제거됩니다.
대피된 수집기는 더 높은 온도의 물이 필요한 가정용으로 물을 가열합니다. 태양 복사는 외부 유리관을 통과하여 흡수관에 닿아 열로 변합니다. 튜브를 통해 흐르는 유체로 전달됩니다. 수집기는 여러 줄의 평행 유리관으로 구성되며, 각 유리관은 선택적 코팅으로 관형 흡수체(평판 수집기의 흡수판 대신)에 부착됩니다. 가열된 액체는 열 교환기를 통해 순환하며 저장 탱크에 담긴 물에 열을 전달합니다.
유리관의 진공(컬렉터를 위한 최상의 단열)은 열 손실을 줄이고 흡수체와 히트 파이프를 외부 영향으로부터 보호합니다. 그 결과 다른 어떤 유형의 태양열 집열기보다 탁월한 성능을 발휘합니다.
수집가 집중
집광 수집기(집광기)는 거울 표면을 사용하여 태양 에너지를 방열판이라고도 하는 흡수체에 집중시킵니다. 도달 온도는 평판 집열기보다 훨씬 높지만 직사광선만 집중할 수 있어 안개가 끼거나 흐린 날씨에는 성능이 저하됩니다. 거울 표면은 큰 표면에서 반사된 햇빛을 더 작은 흡수체 표면에 집중시켜 높은 온도를 달성합니다. 일부 모델은 태양 복사를 초점에 집중시키는 반면, 다른 모델은 얇은 초점선을 따라 태양 광선을 집중시킵니다. 수신기는 초점이나 초점선을 따라 위치합니다. 냉각수 유체는 리시버를 통과하여 열을 흡수합니다. 이러한 집중 수집기는 일사량이 높은 지역, 즉 적도와 사막 지역에 가장 적합합니다.
거의 모든 소스에서 증류수를 저렴하게 얻을 수 있는 태양열 오븐(요리용) 및 태양열 증류기와 같은 좁은 목적을 위한 저렴하고 기술적으로 간단한 다른 태양열 집열기가 있습니다.
태양열 오븐
저렴하고 만들기 쉽습니다. 이 제품은 광 반사 재료(예: 호일)로 안감이 있고 유리로 덮여 있으며 외부 반사판이 장착된 넓고 잘 단열된 상자로 구성됩니다. 검은색 팬은 흡수재 역할을 하여 일반 알루미늄이나 스테인리스 스틸 조리기구보다 더 빨리 가열됩니다. 태양열 오븐은 물을 끓여서 소독하는 데 사용할 수 있습니다.
상자와 거울(반사경 포함) 태양열 오븐이 있습니다.
태양열 스틸
태양열 증류기는 염분이 많거나 오염도가 높은 물에서도 값싼 증류수를 제공합니다. 이는 개방형 용기에서 물이 증발하는 원리를 기반으로 합니다. 태양열 증류기는 태양 에너지를 사용하여 이 과정의 속도를 높입니다. 이는 응축된 담수가 특수 용기로 흐르도록 기울어져 있는 유약이 있는 어두운 색상의 단열 용기로 구성됩니다. 주방 스토브 크기의 작은 태양열 증류기는 화창한 날에 최대 10리터의 증류수를 생산할 수 있습니다.
3.2.2 태양광 시스템
태양열 온수 시스템
온수는 태양 에너지를 직접 적용하는 가장 일반적인 방법입니다. 일반적인 설치는 액체가 태양에 의해 가열되는 하나 이상의 수집기와 가열 유체에 의해 가열된 온수를 저장하는 탱크로 구성됩니다. 북유럽과 같이 태양 복사열이 상대적으로 적은 지역에서도 태양열 시스템은 온수 수요의 50~70%를 제공할 수 있습니다. 계절적 규제를 제외하고는 더 많은 것을 얻는 것이 불가능합니다. 남부 유럽에서는 태양열이 온수 소비량의 70~90%를 제공할 수 있습니다. 태양에너지를 이용해 물을 가열하는 것은 매우 실용적이고 경제적인 방법입니다. 태양광 시스템은 10~15%의 효율성을 달성하는 반면, 열 태양열 시스템은 50~90%의 효율성을 달성합니다. 장작 난로와 결합하면 화석 연료를 사용하지 않고도 가정용 온수 수요를 사실상 일년 내내 충족할 수 있습니다.
Thermosyphon 태양광 시스템
Thermosyphon은 따뜻한 겨울 조건(서리가 없는 경우)에 사용되는 냉각수의 자연 순환(대류) 기능을 갖춘 태양열 온수기 시스템입니다. 전반적으로 이들은 태양 에너지 시스템 중 가장 효율적이지는 않지만 주택 건축 관점에서 볼 때 많은 이점을 가지고 있습니다. 냉각수의 열 사이펀 순환은 온도 변화에 따른 물의 밀도 변화로 인해 발생합니다. 열사이펀 시스템은 세 가지 주요 부분으로 구분됩니다.
· 편평한 수집기 (흡수기);
· 파이프라인;
· 온수 저장탱크(보일러).
수집기(보통 평평한 물)의 물이 가열되면 라이저를 통해 상승하여 저장 탱크로 들어갑니다. 그 자리에 냉수가 저장 탱크 바닥에서 수집기로 들어갑니다. 따라서 저장탱크 아래에 집진기를 배치하고 연결배관을 단열하는 작업이 필요합니다.
이러한 설치는 아열대 및 열대 지역에서 인기가 있습니다.
태양열 온수 시스템
수영장을 가열하는 데 가장 자주 사용됩니다. 이러한 설치 비용은 수영장의 크기 및 기타 특정 조건에 따라 다르지만, 연료나 전기 소비를 줄이거나 없애기 위해 태양광 시스템을 설치하는 경우 에너지 절약을 통해 2~4년 내에 투자 비용을 회수할 수 있습니다. 또한, 수영장을 가열하면 추가 비용 없이 수영 시즌을 몇 주 연장할 수 있습니다.
대부분의 건물에 태양열 수영장 히터를 설치하는 것은 어렵지 않습니다. 수영장에 물을 공급하는 단순한 검은색 호스로 귀결될 수 있습니다. 야외 수영장의 경우 흡수재만 설치하면 됩니다. 실내 수영장에는 겨울에도 따뜻한 물을 공급하기 위해 표준 수집기 설치가 필요합니다.
계절별 열 저장
여름에 태양열 집열기에 의해 축적된 열을 대형 저장탱크(계절저장)를 이용하여 저장한 열을 겨울에 이용할 수 있는 설비도 있습니다. 여기서 문제는 집을 데우는 데 필요한 액체의 양이 집 자체의 부피와 비슷하다는 것입니다. 또한, 축열은 단열이 잘 되어야 합니다. 일반적인 가정용 저장 탱크가 6개월 동안 대부분의 열을 유지하려면 4미터 두께의 단열재 층으로 포장해야 합니다. 따라서 저장탱크의 부피를 매우 크게 하는 것이 유리하다. 이로 인해 표면적 대 부피 비율이 감소합니다.
대규모 태양열 지역난방 설비는 덴마크, 스웨덴, 스위스, 프랑스 및 미국에서 사용됩니다. 태양광 모듈은 지상에 직접 설치됩니다. 저장 공간이 없으면 이러한 태양열 난방 시설은 연간 열 수요의 약 5%를 충당할 수 있습니다. 왜냐하면 시설은 지역 난방 시스템의 손실(송전 중 최대 20%)을 포함하여 최소 소비 열량 이상을 생산해서는 안 되기 때문입니다. 밤에 주간 열을 저장하는 경우 태양열 난방 시스템은 전송 손실을 포함하여 열 수요의 10-12%를 충당할 수 있으며 계절별 열 저장을 통해 최대 100%까지 감당할 수 있습니다. 지역난방과 개별 태양열 집열기를 결합할 가능성도 있습니다. 태양열에 의해 온수가 공급되고 난방이 필요하지 않은 여름에는 지역난방 시스템을 끌 수 있습니다.
다른 재생 가능 자원과 결합된 태양 에너지.
예를 들어 태양열과 바이오매스 형태의 계절적 열 저장을 결합하는 등 다양한 재생 가능 에너지원을 결합하면 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 또는 남은 에너지 요구량이 매우 낮은 경우 액체 또는 기체 바이오 연료를 효율적인 보일러와 함께 사용하여 태양열을 보충할 수 있습니다.
흥미로운 조합은 태양열 난방과 고체 바이오매스 보일러입니다. 이는 또한 계절에 따른 태양 에너지 저장 문제를 해결합니다. 여름에 바이오매스를 사용하는 것은 부분 부하에서 보일러의 효율이 낮고 파이프 손실이 상대적으로 높기 때문에 최적의 솔루션이 아니며 소규모 시스템에서는 여름에 장작을 태우면 불편을 겪을 수 있습니다. 이러한 경우 여름 열부하의 100%를 태양열로 제공할 수 있습니다. 태양에너지의 양이 미미한 겨울에는 거의 모든 열이 바이오매스를 연소하여 발생됩니다.
중부 유럽은 열 생산을 위해 태양열 난방과 바이오매스 연소를 결합한 광범위한 경험을 갖고 있습니다. 일반적으로 전체 열부하의 약 20~30%는 태양광 시스템이 담당하고, 주요 부하(70~80%)는 바이오매스가 제공합니다. 이 조합은 개별 주거용 건물과 중앙(지역) 난방 시스템 모두에서 사용할 수 있습니다. 중부 유럽에서는 약 10m3의 바이오매스(예: 장작)가 개인 주택 난방에 충분하며, 태양광 설치는 연간 최대 3m3의 장작을 절약하는 데 도움이 됩니다.
3.2.3 태양열 발전소
태양열을 직접 사용하는 것 외에도 일사량이 많은 지역에서는 증기를 생성하는 데 사용할 수 있으며, 증기는 터빈을 돌려 전기를 생성합니다. 대규모 태양열 발전은 경쟁이 매우 치열합니다. 이 기술의 산업적 적용은 1980년대로 거슬러 올라갑니다. 그 이후로 업계는 빠르게 성장했습니다. 현재 미국 전력회사는 이미 400MW 이상의 태양열 발전소를 설치했으며, 이는 350,000명에게 전기를 공급하고 연간 230만 배럴의 석유를 대체합니다. 미국 캘리포니아주 모하비사막에 위치한 9개 발전소는 설치용량 354MW로 100년의 산업운영 경험을 축적해 왔다. 관계자에 따르면 이 기술은 매우 발전하여 미국 여러 지역의 전통적인 발전 기술과 경쟁할 수 있다고 합니다. 태양열을 이용해 전기를 생산하는 프로젝트도 세계의 다른 지역에서도 곧 시작될 예정입니다. 인도, 이집트, 모로코, 멕시코는 해당 프로그램을 개발하고 있으며, 이들 국가에 대한 자금 조달을 위한 보조금은 지구환경기금(GEF)에서 제공됩니다. 그리스, 스페인, 미국에서는 독립 전력 생산업체가 새로운 프로젝트를 개발하고 있습니다.
태양열 발전소는 열 생산 방식에 따라 태양열 집광기(거울)와 태양광 연못으로 구분됩니다.
태양열 집광기
이러한 발전소는 렌즈와 반사경을 사용하여 태양 에너지를 집중시킵니다. 이 열은 저장될 수 있기 때문에 이러한 발전소는 낮이나 밤, 날씨에 상관없이 필요에 따라 전기를 생산할 수 있습니다.
점 또는 선 초점의 대형 거울은 물이 증기로 변할 정도로 태양광선을 집중시켜 터빈을 회전시키기에 충분한 에너지를 방출합니다. 회사 "Luz Corp." 캘리포니아 사막에 그러한 거울의 거대한 필드를 설치했습니다. 그들은 354MW의 전기를 생산합니다. 이 시스템은 약 15%의 효율로 태양 에너지를 전기로 변환할 수 있습니다.
태양열 집광기에는 다음과 같은 유형이 있습니다.
1. 태양 포물선 집광기
2. 접시형 태양광 설치
3. 중앙 수신기를 갖춘 타워형 태양광 발전소.
써니 연못
초점 거울이나 태양광 전지는 밤에 에너지를 생성할 수 없습니다. 이를 위해서는 낮 동안 축적된 태양에너지를 축열조에 저장해야 합니다. 이 과정은 소위 태양 연못에서 자연적으로 발생합니다.
태양광 연못은 바닥 수층에 염분 농도가 높은 물, 깊이에 따라 염분 농도가 증가하는 비대류성 중간층, 표면에 염분 농도가 낮은 대류층이 있습니다. 햇빛은 연못 표면에 떨어지며 염분 농도가 높기 때문에 물의 낮은 층에 열이 유지됩니다. 연못 바닥에서 흡수된 태양 에너지에 의해 가열된 염도가 높은 물은 밀도가 높기 때문에 상승할 수 없습니다. 그것은 연못 바닥에 남아 거의 끓을 때까지 점차적으로 따뜻해집니다 (물 위층은 상대적으로 차갑게 유지됩니다). 뜨거운 바닥 "염수"는 밤낮으로 열원으로 사용되며, 덕분에 특수 유기 냉각수 터빈이 전기를 생산할 수 있습니다. 태양광 연못의 중간층은 단열재 역할을 하여 바닥에서 표면으로의 대류 및 열 손실을 방지합니다. 연못 물 바닥과 표면 사이의 온도 차이는 발전기에 전력을 공급하기에 충분합니다. 파이프를 통해 낮은 물층을 통과한 냉각수는 폐쇄형 랭킨 시스템으로 공급되며, 여기서 터빈이 회전하여 전기를 생산합니다.
3.3 태양광 시스템
빛이나 태양 에너지를 전기로 직접 변환하는 장치를 광전지라고합니다 (영어 Photovoltaics, 그리스 사진-빛 및 기전력 단위 이름-볼트). 태양광을 전기로 변환하는 것은 실리콘과 같은 반도체 소재로 만들어진 태양전지에서 발생하며, 햇빛에 노출되면 전류가 생성됩니다. 태양광전지를 모듈로 연결하고, 이를 서로 연결해 대형 태양광발전소를 건설하는 것이 가능하다. 현재까지 가장 큰 그러한 발전소는 미국 캘리포니아주에 있는 5메가와트 Carrisa Plain 시설입니다. 현재 태양광 설비의 효율은 약 10%이지만, 개별 태양광 전지는 20% 이상의 효율에 도달할 수 있습니다.
태양광 발전 시스템은 작동이 간단하고 이동 메커니즘이 없지만, 태양광 전지 자체에는 집적 회로 제조에 사용되는 것과 유사한 복잡한 반도체 장치가 포함되어 있습니다. 포토셀의 작동 원리는 전기적 성질이 서로 다른 두 반도체가 서로 접촉해 빛의 영향을 받아 전류가 발생하는 물리적 원리를 바탕으로 한다. 이러한 요소의 조합은 광전지 패널 또는 모듈을 형성합니다. 태양광 모듈은 전기적 특성으로 인해 교류가 아닌 직류를 생성합니다. 이는 많은 간단한 배터리 구동 장치에 사용됩니다. 반면에 교류는 일정한 간격으로 방향을 바꿉니다. 이러한 유형의 전기는 에너지 생산업체에 의해 공급되며 대부분의 최신 가전제품 및 전자 장치에 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 가장 간단한 시스템에서는 태양광 모듈의 직류가 직접 사용됩니다. 교류가 필요한 경우 직류를 교류로 변환하는 인버터를 시스템에 추가해야 합니다.
앞으로 수십 년 안에 세계 인구의 상당 부분이 태양광 발전 시스템에 익숙해질 것입니다. 덕분에 크고 값비싼 발전소와 배전 시스템을 구축해야 하는 전통적인 필요성이 사라질 것입니다. PV 셀의 가격이 낮아지고 기술이 향상됨에 따라 PV 셀에 대한 잠재적으로 거대한 여러 시장이 열릴 것입니다. 예를 들어, 건축 자재에 내장된 광전지는 주택에 환기와 조명을 제공합니다. 수공구부터 자동차까지 소비자 제품은 광전지 부품이 포함된 부품을 사용하면 이점을 얻을 수 있습니다. 또한 공공기관에서는 공공의 요구를 충족하기 위해 태양전지를 사용하는 새로운 방법을 찾을 수 있습니다.
가장 간단한 광전지 시스템은 다음과 같습니다.
· 태양광 펌프 - 태양광 펌프 장치는 디젤 발전기 및 수동 펌프에 대한 환영받는 대안입니다. 그들은 가장 필요할 때, 즉 맑고 화창한 날 정확히 물을 펌핑합니다. 태양광 펌프는 설치 및 작동이 쉽습니다. 작은 펌프는 한 사람이 몇 시간 안에 설치할 수 있으며 경험이나 특별한 장비가 필요하지 않습니다.
· 배터리가 포함된 태양광 시스템 - 배터리는 태양열 발전기에서 충전되고 에너지를 저장하며 언제든지 사용할 수 있습니다. 가장 불리한 조건과 원격 위치에서도 배터리에 저장된 태양광 에너지는 필수 장비에 전력을 공급할 수 있습니다. 에너지 저장 덕분에 태양광 발전 시스템은 주야간, 어떤 날씨에도 안정적인 전력 공급원을 제공합니다. 배터리가 장착된 태양광 시스템은 전 세계의 조명, 센서, 오디오 녹음 장비, 가전제품, 전화기, TV 및 전동 공구에 전력을 공급합니다.
· 발전기를 갖춘 태양광 시스템 - 전기가 지속적으로 필요하거나 광전지만으로 생산할 수 있는 것보다 더 많은 전력이 필요한 기간이 있는 경우 발전기가 이를 효과적으로 보충할 수 있습니다. 낮 시간에는 태양광 모듈이 일일 에너지 수요를 충족하고 배터리를 충전합니다. 배터리가 방전되면 모터 제너레이터가 켜지고 배터리가 재충전될 때까지 작동합니다. 일부 시스템에서는 전력 소비가 배터리의 총 용량을 초과할 때 발전기가 전력을 공급합니다. 엔진 발전기는 하루 중 언제든지 전기를 생산합니다. 따라서 날씨 변화에 따라 야간이나 악천후 시 PV 모듈을 백업할 수 있는 탁월한 백업 전원을 제공합니다. 반면에 태양광 모듈은 조용하게 작동하고 유지 관리가 필요하지 않으며 대기 중으로 오염 물질을 방출하지 않습니다. 태양광 전지와 발전기를 함께 사용하면 시스템 초기 비용을 줄일 수 있습니다. 백업 설치가 없는 경우 PV 모듈과 배터리는 야간에 전력을 공급할 수 있을 만큼 커야 합니다.
· 그리드에 연결된 태양광 발전 시스템 - 중앙 집중식 전원 공급 조건에서 그리드에 연결된 태양광 발전 시스템은 필요한 부하의 일부를 제공할 수 있고 나머지 부분은 그리드에서 제공됩니다. 이 경우 배터리는 사용되지 않습니다. 전 세계 수천 명의 주택 소유자가 이러한 시스템을 사용합니다. 광전지의 에너지는 현장에서 사용되거나 그리드에 공급됩니다. 시스템 소유자가 생산하는 것보다 더 많은 전기를 필요로 하는 경우(예: 저녁 시간) 증가된 수요는 네트워크를 통해 자동으로 충족됩니다. 시스템이 가구가 소비할 수 있는 것보다 더 많은 전력을 생산하면 초과분은 전력망으로 전송(판매)됩니다. 따라서 유틸리티 네트워크는 독립형 설치를 위한 배터리와 마찬가지로 태양광발전 시스템을 위한 예비 장치 역할을 합니다.
· 산업용 태양광 설비 - 태양광 발전소는 조용하게 작동하고 화석 연료를 소비하지 않으며 공기와 물을 오염시키지 않습니다. 불행하게도 태양광 발전소는 아직 그 특성으로 설명할 수 있는 유틸리티 네트워크 무기고의 매우 역동적인 부분이 아닙니다. 에너지 비용을 계산하는 현재 방법을 사용하면 태양열 전기는 여전히 기존 발전소의 출력보다 훨씬 비쌉니다. 또한 태양광 발전 시스템은 낮 시간에만 에너지를 생산하며 성능은 날씨에 따라 달라집니다.
4. 태양광 건축
건축에서 태양 에너지를 수동적으로 사용하는 몇 가지 주요 방법이 있습니다. 이를 사용하면 다양한 구성표를 만들어 다양한 건물 디자인을 얻을 수 있습니다. 수동형 태양 에너지를 사용하여 건물을 건설할 때 우선 순위는 다음과 같습니다. 집의 좋은 위치; 겨울에 더 많은 햇빛을 받아들이기 위해 남쪽(북반구)을 향한 많은 수의 창문(반대로, 여름에 원치 않는 햇빛의 유입을 제한하기 위해 동쪽이나 서쪽을 향한 소수의 창문); 원치 않는 온도 변동을 방지하고 야간에 열을 유지하기 위해 내부의 열 부하를 정확하게 계산하고 단열이 잘 된 건물 구조.
위치, 단열, 창문 방향 및 방의 열 부하가 단일 시스템을 형성해야 합니다. 내부 온도 변동을 줄이려면 건물 외부에 단열재를 배치해야 합니다. 다만, 내부 가열이 빠른 곳, 단열이 거의 필요하지 않은 곳, 열용량이 낮은 곳에서는 단열재를 안쪽에 씌워야 합니다. 그러면 건물 디자인은 모든 미기후 환경에 최적이 될 것입니다. 건물의 열부하와 단열재 사이의 올바른 균형이 에너지 절약뿐만 아니라 건축 자재 절약으로도 이어진다는 점도 주목할 가치가 있습니다. 패시브 태양광 건물은 살기에 이상적인 장소입니다. 여기에서는 자연과의 연결이 더욱 완벽하게 느껴지고 그러한 집에는 자연 채광이 많아 에너지가 절약됩니다.
햇빛의 수동적 사용은 표준 건물의 공간 난방 요구량의 약 15%를 제공하며 에너지 절약의 중요한 원천입니다. 건물을 설계할 때 태양에너지 사용을 극대화하려면 패시브 태양광 건물 원칙을 고려해야 합니다. 이러한 원칙은 사실상 추가 비용 없이 어디서나 적용할 수 있습니다.
건물을 설계하는 동안 태양열 집열기 및 광전지 패널과 같은 능동형 태양광 시스템의 사용도 고려해야 합니다. 이 장비는 건물 남쪽에 설치됩니다. 겨울철 열 출력을 최대화하려면 유럽과 북미 지역의 태양열 집열기는 수평면에서 50° 이상의 각도로 설치해야 합니다. 고정식 태양광 패널은 수평선에 대한 경사각이 건물이 위치한 위도와 같은 해에 가장 많은 양의 일사량을 받습니다. 건물 지붕의 경사와 남쪽 방향은 건물을 설계할 때 중요한 고려 사항입니다. 온수 공급용 태양열 집열기와 태양광 패널은 에너지 소비 장소와 가까운 곳에 위치해야 합니다. 욕실과 주방이 가까운 위치에 있으면 능동형 태양광 시스템 설치 비용을 절약하고(이 경우 방 2개에 태양열 집열기 1개를 사용할 수 있음) 운송에 따른 에너지 손실을 최소화할 수 있다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 장비를 선택할 때 가장 중요한 기준은 효율성입니다.
결론
현재 기존 태양전지는 효율이 상대적으로 낮고 제조 비용이 매우 비싸기 때문에 태양 에너지의 극히 일부만 사용됩니다. 그러나 실질적으로 고갈되지 않는 청정 에너지원을 즉시 포기해서는 안 됩니다. 전문가에 따르면 태양 에너지만으로도 앞으로 수천 년 동안 인류가 상상할 수 있는 모든 에너지 수요를 충족할 수 있다고 합니다. 태양광 설비의 효율성을 여러 번 높이는 것도 가능하며, 이를 주택 지붕과 그 옆에 배치함으로써 온대 위도에서도 주택 난방, 물 난방 및 가전 제품 작동을 보장합니다. 열대지방을 언급하자면. 많은 양의 에너지가 필요한 산업적 필요를 위해 강력한 태양광 발전소로 완전히 뒤덮인 킬로미터 길이의 황무지와 사막을 사용할 수 있습니다. 그러나 태양에너지 산업은 지구 표면 수천 평방 킬로미터에 태양광 발전소를 건설, 배치 및 운영하는 데 많은 어려움을 겪고 있습니다. 따라서 태양 에너지의 전체 점유율은 적어도 가까운 미래에는 상당히 적었고 앞으로도 그럴 것입니다.
현재 태양을 연구하기 위한 새로운 우주 프로젝트가 개발되고 있으며, 수십 개국이 참여하는 관측이 진행되고 있습니다. 태양에서 일어나는 과정에 대한 데이터는 인공 지구 위성과 우주 로켓, 산봉우리와 바다 깊은 곳에 설치된 장비를 사용하여 얻습니다.
인류의 존재와 발전에 꼭 필요한 수단인 에너지 생산이 자연과 인간 환경에 영향을 미친다는 사실에도 많은 관심을 기울여야 한다. 한편, 열과 전기는 인간의 생활과 생산활동에 너무나 확고하게 자리잡아 사람들은 그것 없이는 존재조차 상상할 수 없으며, 당연히 무궁무진한 자원을 소비하게 됩니다. 반면, 사람들은 에너지의 경제적 측면에 점점 더 관심을 집중하고 있으며, 친환경적인 에너지 생산을 요구하고 있습니다. 이는 인류의 필요를 충족시키기 위한 자금의 재분배, 국가 경제 성과의 실용화, 열과 전력 생산을 위한 새로운 대체 기술의 탐색 및 개발 등 일련의 문제를 해결해야 함을 나타냅니다.
이제 과학자들은 태양의 본질을 연구하고, 태양이 지구에 미치는 영향을 알아내며, 실질적으로 무한한 태양 에너지를 사용하는 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다.
사용된 소스 목록
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