Wizara ya Elimu ya Jamhuri ya Belarus

Taasisi ya elimu

"Chuo Kikuu cha Kielimu cha Jimbo la Belarusi kilichoitwa baada ya Maxim Tank"

Idara ya Jumla na Fizikia ya Kinadharia

Kozi katika fizikia ya jumla

Nishati ya jua na matarajio ya matumizi yake

Wanafunzi wa kikundi 321

Kitivo cha Fizikia

Leshkevich Svetlana Valerievna

Mshauri wa kisayansi:

Fedorkov Cheslav Mikhailovich

Minsk, 2009

Utangulizi

1. Taarifa za jumla kuhusu jua

2. Jua ni chanzo cha nishati

2.1 Utafiti wa nishati ya jua

2.2 Uwezo wa nishati ya jua

3. Matumizi ya nishati ya jua

3.1 Matumizi ya muda mfupi ya nishati ya jua

3.2 Matumizi hai ya nishati ya jua

3.2.1 Wakusanyaji wa jua na aina zao

3.2.2 Mifumo ya jua

3.2.3 Mitambo ya nishati ya jua

3.3 Mifumo ya Photovoltaic

4. Usanifu wa jua

Hitimisho

Orodha ya vyanzo vilivyotumika

Utangulizi

Jua lina jukumu la kipekee katika maisha ya Dunia. Ulimwengu mzima wa kikaboni wa sayari yetu unatokana na Jua. Jua sio tu chanzo cha mwanga na joto, lakini pia chanzo cha awali cha aina nyingine nyingi za nishati (mafuta, makaa ya mawe, maji, upepo).

Tangu mwanadamu alipotokea duniani, alianza kutumia nishati ya jua. Kwa mujibu wa data ya archaeological, inajulikana kuwa kwa upendeleo wa makazi ulitolewa kwa maeneo ya utulivu, yaliyohifadhiwa na upepo wa baridi na wazi kwa jua.

Labda mfumo wa helio wa kwanza unaojulikana unaweza kuchukuliwa kuwa sanamu ya Amenhotep III, iliyoanzia karne ya 15 KK. Ndani ya sanamu hiyo kulikuwa na mfumo wa vyumba vya hewa na maji, ambayo, chini ya mionzi ya jua, iliweka chombo cha muziki kilichofichwa katika mwendo. Katika Ugiriki ya kale, Helios aliabudiwa. Jina la mungu huyu leo ​​huunda msingi wa maneno mengi yanayohusiana na nishati ya jua.

Tatizo la kutoa nishati ya umeme kwa sekta nyingi za uchumi wa dunia na mahitaji ya kuongezeka kwa idadi ya watu duniani sasa yanazidi kuwa ya dharura.

1. Taarifa za jumla kuhusu Jua

Jua ndio sehemu kuu ya Mfumo wa Jua, mpira wa plasma moto, nyota kibete ya darasa la G2.

Tabia za Jua

1. Uzito M S ~ 2*10 23 kg

2. R S ~ 629,000 km

3. V= 1.41*10 27 m 3, ambayo ni karibu mara 1300 elfu ya ujazo wa Dunia,

4. wastani wa msongamano 1.41 * 10 3 kg/m 3,

5. mwangaza L S =3.86*10 23 kW,

6. joto la uso linalofaa (photosphere) 5780 K,

7. Muda wa mzunguko (synodic) hutofautiana kutoka siku 27 kwenye ikweta hadi siku 32. kwenye miti,

8. kasi ya kuanguka kwa bure 274 m / s 2 (kwa kuongeza kasi kubwa ya mvuto, mtu mwenye uzito wa kilo 60 atakuwa na uzito zaidi ya tani 1.5).

Muundo wa Jua

Katika sehemu ya kati ya Jua kuna chanzo cha nishati yake, au, kwa lugha ya mfano, "jiko" hilo ambalo huipasha moto na hairuhusu kupoa. Eneo hili linaitwa msingi (tazama Mchoro 1). Katika msingi, ambapo joto hufikia 15 MK, nishati hutolewa. Msingi una radius isiyozidi robo ya jumla ya radius ya Jua. Hata hivyo, nusu ya molekuli ya jua imejilimbikizia kiasi chake na karibu nishati zote zinazounga mkono mwanga wa Jua hutolewa.

Mara moja karibu na kiini, eneo la uhamisho wa nishati ya mionzi huanza, ambapo huenea kwa njia ya kunyonya na utoaji wa sehemu za mwanga - quanta - na dutu. Inachukua muda mrefu sana kwa quantum kupenya kupitia maada mnene ya jua hadi nje. Kwa hivyo ikiwa "jiko" ndani ya Jua lilizima ghafla, tungejua tu kuhusu hilo mamilioni ya miaka baadaye.

Mchele. 1 Muundo wa Jua

Katika njia yake kupitia tabaka za jua za ndani, mtiririko wa nishati hukutana na kanda ambapo opacity ya gesi huongezeka sana. Huu ni ukanda wa convective wa Jua. Hapa nishati huhamishwa si kwa mionzi, lakini kwa convection. Eneo la convective huanza kwa takriban radius 0.7 kutoka katikati na inaenea karibu na uso unaoonekana zaidi wa Jua (photosphere), ambapo uhamisho wa mtiririko mkuu wa nishati unakuwa mkali tena.

Picha ni sehemu inayong'aa ya Jua, ambayo ina muundo wa chembechembe unaoitwa granulation. Kila "nafaka" hiyo ni karibu ukubwa wa Ujerumani na inawakilisha mkondo wa dutu ya moto ambayo imeongezeka juu ya uso. Katika picha ya picha mara nyingi unaweza kuona maeneo madogo ya giza - jua. Zina ubaridi wa 1500˚C kuliko photosphere inayozunguka, ambayo joto lake hufikia 5800˚C. Kwa sababu ya tofauti ya halijoto na photosphere, madoa haya yanaonekana meusi kabisa yanapozingatiwa kupitia darubini. Juu ya picha tufe kuna safu inayofuata, isiyo nadra zaidi, inayoitwa chromosphere, ambayo ni, "tufe ya rangi". Chromosphere ilipokea jina hili kwa sababu ya rangi nyekundu. Na mwishowe, juu yake kuna sehemu ya moto sana, lakini pia adimu sana ya anga ya jua - corona.

2. Jua ni chanzo cha nishati

Jua letu ni mpira mkubwa wa mwanga wa gesi, ndani ambayo michakato ngumu hufanyika na, kwa sababu hiyo, nishati hutolewa kila wakati. Nishati ya Jua ndio chanzo cha uhai kwenye sayari yetu. Jua hupasha joto angahewa na uso wa Dunia. Shukrani kwa nishati ya jua, upepo unavuma, mzunguko wa maji hutokea katika asili, bahari na bahari joto, mimea hukua, na wanyama wana chakula. Ni kutokana na mionzi ya jua kwamba mafuta ya kisukuku yapo duniani. Nishati ya jua inaweza kubadilishwa kuwa joto au baridi, nguvu ya nia na umeme.

Jua huvukiza maji kutoka kwa bahari, bahari na kutoka kwenye uso wa dunia. Inageuza unyevu huu kuwa matone ya maji, na kutengeneza mawingu na ukungu, na kisha husababisha kuanguka tena duniani kwa namna ya mvua, theluji, umande au baridi, na hivyo kuunda mzunguko mkubwa wa unyevu katika anga.

Nishati ya jua ni chanzo cha mzunguko wa jumla wa angahewa na mzunguko wa maji katika bahari. Inaonekana kuunda mfumo mkubwa wa kupokanzwa maji na hewa ya sayari yetu, kusambaza tena joto juu ya uso wa dunia.

Mwanga wa jua, kuanguka kwa mimea, husababisha mchakato wa photosynthesis, huamua ukuaji na maendeleo ya mimea; kupata juu ya udongo, inageuka kuwa joto, inapokanzwa, hutengeneza hali ya hewa ya udongo, na hivyo kutoa uhai kwa mbegu za kupanda, microorganisms na viumbe hai wanaoishi ndani yake, ambayo bila joto hili itakuwa katika hali ya anabiosis (hibernation).

Jua hutoa kiasi kikubwa cha nishati - takriban 1.1 x 10 20 kWh kwa pili. Saa ya kilowati ni kiasi cha nishati kinachohitajika ili kutumia balbu ya mwanga ya wati 100 kwa saa 10. Angahewa ya nje ya Dunia huchukua takriban milioni moja ya nishati inayotolewa na Jua, au takriban quadrillion 1,500 (1.5 x 10 18) kWh kila mwaka. Hata hivyo, ni 47% tu ya nishati yote, au takriban 700 quadrillion (7 x 10 17) kWh, hufika kwenye uso wa Dunia. Asilimia 30 iliyobaki ya nishati ya jua huonyeshwa kurudi angani, takriban 23% huyeyusha maji, 1% ya nishati hutoka kwa mawimbi na mikondo na 0.01% kutoka kwa mchakato wa usanisinuru katika maumbile.

2.1 Utafiti wa nishati ya jua

Kwa nini Jua linang'aa na halipoe kwa mabilioni ya miaka? Ni "mafuta" gani huipa nishati? Wanasayansi wamekuwa wakitafuta majibu ya swali hili kwa karne nyingi, na tu mwanzoni mwa karne ya 20 ndio suluhisho sahihi lilipatikana. Sasa inajulikana kuwa, kama nyota zingine, inang'aa kwa sababu ya athari za nyuklia zinazotokea kwenye kina chake.

Ikiwa nuclei za atomi za vipengele vya mwanga zitaunganishwa kwenye kiini cha atomi ya kipengele nzito, basi wingi wa mpya itakuwa chini ya jumla ya wale ambao iliundwa. Salio la misa hubadilishwa kuwa nishati, ambayo huchukuliwa na chembe zinazotolewa wakati wa majibu. Nishati hii inakaribia kubadilishwa kabisa kuwa joto. Mwitikio huu wa muunganisho wa viini vya atomiki unaweza kutokea tu kwa shinikizo la juu sana na joto zaidi ya digrii milioni 10. Ndiyo maana inaitwa thermonuclear.

Dutu kuu inayounda Jua ni hidrojeni, ambayo inachukua karibu 71% ya jumla ya wingi wa nyota. Takriban 27% ni mali ya heliamu, na 2% iliyobaki hutoka kwa vitu vizito kama vile kaboni, nitrojeni, oksijeni na metali. "mafuta" kuu ya Jua ni hidrojeni. Kutoka kwa atomi nne za hidrojeni, kama matokeo ya mlolongo wa mabadiliko, atomi moja ya heliamu huundwa. Na kutoka kwa kila gramu ya hidrojeni inayoshiriki katika majibu, 6x10 11 J ya nishati hutolewa! Duniani, kiasi hiki cha nishati kingetosha kupasha joto 1000 m 3 ya maji kutoka joto la 0º C hadi kiwango cha kuchemsha.

2.2 Uwezo wa nishati ya jua

Jua hutupatia nishati isiyolipishwa mara 10,000 zaidi ya inavyotumika ulimwenguni kote. Ni chini tu ya trilioni 85 (8.5 x 10 13) kWh ya nishati kwa mwaka inanunuliwa na kuuzwa katika soko la kibiashara la kimataifa pekee. Kwa sababu haiwezekani kufuatilia mchakato mzima, haiwezekani kusema kwa uhakika ni kiasi gani cha nishati isiyo ya kibiashara ambayo watu hutumia (kwa mfano, ni kiasi gani cha kuni na mbolea hukusanywa na kuchomwa moto, ni kiasi gani cha maji kinachotumiwa kuzalisha nishati ya mitambo au umeme. ) Wataalamu wengine wanakadiria kuwa nishati hiyo isiyo ya kibiashara inachangia moja ya tano ya nishati yote inayotumiwa. Lakini hata kama hii ni hivyo, jumla ya nishati inayotumiwa na wanadamu katika mwaka ni takriban moja ya elfu saba ya nishati ya jua ambayo hupiga uso wa Dunia wakati huo huo.

Katika nchi zilizoendelea, kama vile Marekani, matumizi ya nishati ni takriban trilioni 25 (2.5 x 10 13) kWh kwa mwaka, ambayo inalingana na zaidi ya 260 kWh kwa kila mtu kwa siku. Takwimu hii ni sawa na kutumia balbu mia moja za incandescent za W 100 kwa siku nzima kila siku. Raia wa kawaida wa Marekani anatumia nishati mara 33 zaidi ya Mhindi, mara 13 zaidi ya Mchina, mara mbili na nusu zaidi ya Mjapani na mara mbili zaidi ya Msweden.

3. Matumizi ya nishati ya jua

Mionzi ya jua inaweza kugeuzwa kuwa nishati muhimu kwa kutumia kinachojulikana mifumo ya jua hai na tulivu. Mifumo tulivu hupatikana kwa kubuni majengo na kuchagua vifaa vya ujenzi ili kutumia kiwango cha juu cha nishati ya jua. Mifumo inayotumika ya jua ni pamoja na watozaji wa jua. Mifumo ya Photovoltaic pia inatengenezwa kwa sasa - hii ni mifumo inayobadilisha mionzi ya jua moja kwa moja kuwa umeme.

Nishati ya jua pia inabadilishwa kuwa nishati muhimu kwa njia isiyo ya moja kwa moja kwa kubadilishwa kuwa aina zingine za nishati, kama vile biomasi, upepo au nishati ya maji. Nishati ya Jua "hudhibiti" hali ya hewa Duniani. Sehemu kubwa ya mionzi ya jua huingizwa na bahari na bahari, maji ambayo hupanda joto, hupuka na kuanguka chini kwa namna ya mvua, "kulisha" vituo vya umeme wa maji. Upepo unaohitajika na mitambo ya upepo huzalishwa kutokana na kupokanzwa hewa isiyo ya sare. Aina nyingine ya vyanzo vya nishati mbadala vinavyotokana na nishati ya jua ni majani. Mimea ya kijani huchukua jua, na kama matokeo ya photosynthesis, vitu vya kikaboni huundwa ndani yao, ambayo nishati ya joto na umeme inaweza kupatikana baadaye. Kwa hivyo, nishati ya upepo, maji na majani ni derivatives ya nishati ya jua.

Nishati ni nguvu inayoendesha uzalishaji wowote. Ukweli kwamba watu walikuwa na kiasi kikubwa cha nishati ya bei nafuu waliweza kuchangia sana ukuaji wa viwanda na maendeleo ya jamii.

3.1 Matumizi ya muda mfupi ya nishati ya jua

mtambo wa nishati ya jua wa mafuta

Majengo tulivu ya miale ya jua ni yale ambayo yameundwa kuzingatia hali ya hewa ya eneo husika, na pale ambapo teknolojia na nyenzo zinazofaa hutumiwa kupasha joto, kupoeza na kuwasha jengo kwa kutumia nishati ya jua. Hizi ni pamoja na mbinu za jadi za ujenzi na nyenzo kama vile insulation, sakafu ngumu, na madirisha yanayoelekea kusini. Sehemu za kuishi vile zinaweza kujengwa katika baadhi ya matukio bila gharama za ziada. Katika hali nyingine, gharama za ziada zilizopatikana wakati wa ujenzi zinaweza kupunguzwa kwa kupunguzwa kwa gharama za nishati. Majengo ya jua tulivu ni rafiki wa mazingira na yanachangia uhuru wa nishati na mustakabali endelevu wa nishati.

Katika mfumo wa jua wa passiv, muundo wa jengo yenyewe hufanya kama mtozaji wa mionzi ya jua. Ufafanuzi huu unafanana na wengi wa mifumo rahisi zaidi ambapo joto huhifadhiwa katika shukrani ya jengo kwa kuta zake, dari au sakafu. Pia kuna mifumo ambayo hutoa vipengele maalum vya kuhifadhi joto, vilivyojengwa katika muundo wa jengo (kwa mfano, masanduku yenye mawe au mizinga au chupa zilizojaa maji). Mifumo kama hiyo pia imeainishwa kama jua tulivu.

3.2 Matumizi hai ya nishati ya jua

Matumizi hai ya nishati ya jua hufanywa kwa kutumia watoza wa jua na mifumo ya jua.

3.2.1 Wakusanyaji wa jua na aina zao

Mifumo mingi ya nishati ya jua inategemea matumizi ya watoza wa jua. Mkusanyaji hufyonza nishati ya mwanga kutoka kwenye Jua na kuigeuza kuwa joto, ambayo huhamishiwa kwenye kipozeo (kioevu au hewa) na kisha kutumika kupasha joto majengo, kupasha joto maji, kuzalisha umeme, kukausha bidhaa za kilimo au kupika chakula. Watoza wa jua wanaweza kutumika katika karibu michakato yote inayotumia joto.

Teknolojia ya utengenezaji wa vitoza nishati ya jua ilifikia karibu viwango vya kisasa mnamo 1908, wakati William Bailey wa Kampuni ya Amerika ya Carnegie Steel aligundua mtoza na mwili uliowekwa maboksi na mirija ya shaba. Mtoza huyu alikuwa sawa na mfumo wa kisasa wa thermosiphon. Kufikia mwisho wa Vita vya Kwanza vya Kidunia, Bailey alikuwa ameuza 4,000 kati ya hizi nyingi, na mfanyabiashara wa Florida ambaye alinunua hataza kutoka kwake alikuwa ameuza karibu 60,000 kufikia 1941.

Kikusanyaji cha kawaida cha nishati ya jua huhifadhi nishati ya jua katika moduli zilizowekwa paa za mirija na sahani za chuma, zilizopakwa rangi nyeusi ili kuongeza ufyonzaji wa mionzi. Zimefungwa kwenye glasi au nyumba ya plastiki na kuinamisha kuelekea kusini ili kunasa jua nyingi. Kwa hivyo, mtoza ni chafu cha miniature ambacho hujilimbikiza joto chini ya jopo la glasi. Kwa kuwa mionzi ya jua inasambazwa juu ya uso, mtoza lazima awe na eneo kubwa.

Kuna watozaji wa jua wa ukubwa na miundo mbalimbali kulingana na matumizi yao. Wanaweza kuzipatia kaya maji ya moto kwa ajili ya kufulia, kuoga na kupikia, au kutumika kupasha joto maji kwa hita zilizopo. Hivi sasa, soko hutoa mifano mingi tofauti ya watoza.

Integrated mbalimbali

Aina rahisi zaidi ya mtozaji wa jua ni "capacitive" au "mtoza thermosyphon", ambayo ilipata jina hili kwa sababu mtoza pia ni tank ya kuhifadhi joto ambayo sehemu ya "kutupwa" ya maji inapokanzwa na kuhifadhiwa. Watoza vile hutumiwa kutayarisha maji, ambayo huwashwa kwa joto la taka katika mitambo ya jadi, kwa mfano, katika gia. Katika hali ya kaya, maji yenye joto hupita kwenye tank ya kuhifadhi. Hii inapunguza matumizi ya nishati kwa inapokanzwa baadae. Mtozaji huyu ni mbadala wa gharama ya chini kwa mfumo unaotumika wa kupokanzwa maji ya jua ambayo haitumii sehemu zinazosonga (pampu), inahitaji matengenezo kidogo, na haina gharama za uendeshaji.

Watozaji wa gorofa-sahani

Watozaji wa sahani za gorofa ni aina ya kawaida ya watozaji wa jua wanaotumiwa katika mifumo ya joto ya maji ya ndani na inapokanzwa. Kwa kawaida, mtoza huyu ni sanduku la chuma lisilo na joto na kioo au kifuniko cha plastiki, ambacho sahani ya kunyonya yenye rangi nyeusi imewekwa. Ukaushaji unaweza kuwa wa uwazi au matte. Wakusanyaji wa sahani za gorofa kwa kawaida hutumia glasi iliyohifadhiwa, isiyo na mwanga tu na maudhui ya chini ya chuma (huruhusu sehemu kubwa ya jua inayoingia kwenye mtozaji kupita). Mwangaza wa jua hupiga sahani ya kupokea joto, na kutokana na ukaushaji, upotezaji wa joto hupungua. Kuta za chini na za upande wa mtoza hufunikwa na nyenzo za kuhami joto, ambazo hupunguza zaidi hasara za joto.

Watoza wa gorofa-sahani wamegawanywa katika kioevu na hewa. Aina zote mbili za watoza ni glazed au unglazed.

Watoza tubulari waliohamishwa wa jua

Watozaji wa sola za sahani za jadi, rahisi ziliundwa kwa matumizi katika maeneo yenye hali ya hewa ya joto na ya jua. Wanapoteza kwa kasi ufanisi katika siku zisizofaa - katika hali ya hewa ya baridi, ya mawingu na ya upepo. Aidha, condensation na unyevu unaosababishwa na hali ya hewa husababisha kuvaa mapema ya vifaa vya ndani, na hii, kwa upande wake, inasababisha kuzorota kwa utendaji wa mfumo na kuvunjika kwake. Hasara hizi huondolewa kwa kutumia manifolds yaliyohamishwa.

Watoza waliohamishwa wanapasha joto maji kwa matumizi ya nyumbani ambapo maji ya joto la juu yanahitajika. Mionzi ya jua hupitia bomba la glasi la nje, hupiga bomba la kunyonya na kugeuka kuwa joto. Inapitishwa kwa maji yanayotiririka kupitia bomba. Mtoza hujumuisha safu kadhaa za zilizopo za kioo sambamba, ambayo kila mmoja huunganishwa na absorber tubular (badala ya sahani ya kunyonya katika watoza wa sahani ya gorofa) na mipako ya kuchagua. Kioevu chenye joto huzunguka kwa njia ya mchanganyiko wa joto na kuhamisha joto kwa maji yaliyomo kwenye tank ya kuhifadhi.

Utupu katika bomba la glasi - insulation bora ya mafuta kwa mtoza - hupunguza upotezaji wa joto na inalinda bomba la kunyonya na joto kutokana na mvuto mbaya wa nje. Matokeo yake ni utendaji bora, bora kuliko aina nyingine yoyote ya ushuru wa jua.

Kuzingatia watoza

Wakusanyaji wa kulenga (vikolezo) hutumia nyuso za kioo ili kuelekeza nishati ya jua kwenye kifyonza, pia huitwa sinki la joto. Joto wanalopata ni kubwa zaidi kuliko watozaji wa sahani-gorofa, lakini wanaweza tu kuzingatia mionzi ya jua ya moja kwa moja, ambayo husababisha utendaji mbaya katika hali ya hewa ya ukungu au ya mawingu. Uso wa kioo huangazia mwanga wa jua unaoakisiwa kutoka kwenye uso mkubwa hadi kwenye uso mdogo wa kufyonza, na hivyo kufikia halijoto ya juu. Mifano fulani hukazia mionzi ya jua kwenye sehemu kuu, ilhali nyingine hukazia miale ya jua kwenye mstari mwembamba wa kuzingatia. Mpokeaji iko kwenye eneo la msingi au kando ya mstari wa kuzingatia. Kioevu cha kupozea hupitia kwenye kipokezi na kunyonya joto. Watozaji wa kuzingatia vile wanafaa zaidi kwa mikoa yenye insolation ya juu - karibu na ikweta na katika maeneo ya jangwa.

Kuna watozaji wengine wa gharama nafuu, rahisi wa kiteknolojia wa jua kwa madhumuni nyembamba - tanuri za jua (kwa kupikia) na distillers za jua, ambazo hukuruhusu kupata maji yaliyotengenezwa kwa bei nafuu kutoka karibu na chanzo chochote.

Tanuri za jua

Wao ni nafuu na rahisi kufanya. Zinajumuisha sanduku la wasaa, lililowekwa vizuri, lililowekwa na nyenzo za kuakisi mwanga (kama vile foil), iliyofunikwa na glasi na iliyo na kiakisi cha nje. Sufuria nyeusi hutumika kama kifyonza, inapokanzwa kwa kasi zaidi kuliko alumini ya kawaida au cookware ya chuma cha pua. Tanuri za jua zinaweza kutumika kuua maji kwa kuyachemsha.

Kuna sanduku na kioo (yenye kiakisi) oveni za jua.

Mitandao ya jua

Distillers za jua hutoa maji ya bei nafuu ya distilled, hata kutoka kwa maji yenye chumvi au machafu sana. Wao ni msingi wa kanuni ya uvukizi wa maji kutoka kwenye chombo wazi. Distiller ya jua hutumia nishati ya jua kuharakisha mchakato huu. Inajumuisha chombo chenye rangi ya giza, kilichowekwa maboksi na glazing, ambacho kinaelekezwa ili maji safi ya maji yatiririke kwenye chombo maalum. Distiller ndogo ya jua - kuhusu ukubwa wa jiko la jikoni - inaweza kuzalisha hadi lita kumi za maji yaliyotengenezwa kwa siku ya jua.

3.2.2 Mifumo ya jua

Mifumo ya maji ya moto ya jua

Maji ya moto ni matumizi ya kawaida ya moja kwa moja ya nishati ya jua. Ufungaji wa kawaida unajumuisha mtoza mmoja au zaidi ambayo kioevu huwashwa na jua, pamoja na tank ya kuhifadhi maji ya moto yenye joto na maji ya joto. Hata katika mikoa yenye mionzi ya jua kidogo, kama vile Ulaya Kaskazini, mfumo wa jua unaweza kutoa 50-70% ya mahitaji ya maji ya moto. Haiwezekani kupata zaidi, isipokuwa kupitia udhibiti wa msimu. Katika Ulaya ya Kusini, nishati ya jua inaweza kutoa 70-90% ya matumizi ya maji ya moto. Kupokanzwa maji kwa kutumia nishati ya jua ni njia ya vitendo na ya kiuchumi. Wakati mifumo ya photovoltaic inapata ufanisi wa 10-15%, mifumo ya jua ya joto inafikia ufanisi wa 50-90%. Yakiunganishwa na jiko la kuni, mahitaji ya maji ya moto ya kaya yanaweza kutimizwa karibu mwaka mzima bila matumizi ya nishati ya mafuta.

Mifumo ya jua ya Thermosyphon

Thermosyphon ni mifumo ya joto ya maji ya jua na mzunguko wa asili (convection) ya baridi, ambayo hutumiwa katika hali ya joto ya baridi (bila kukosekana kwa baridi). Kwa ujumla hizi sio mifumo bora zaidi ya nishati ya jua, lakini zina faida nyingi kutoka kwa mtazamo wa ujenzi wa nyumba. Mzunguko wa thermosiphon wa baridi hutokea kutokana na mabadiliko katika wiani wa maji na mabadiliko ya joto lake. Mfumo wa thermosiphon umegawanywa katika sehemu kuu tatu:

· mtoza gorofa (mnyonyaji);

· mabomba;

· Tangi la kuhifadhia maji ya moto (boiler).

Wakati maji katika mtoza (kawaida gorofa) inapokanzwa, hupanda kwa njia ya kuongezeka na kuingia kwenye tank ya kuhifadhi; Katika nafasi yake, maji baridi huingia kwenye mtoza kutoka chini ya tank ya kuhifadhi. Kwa hiyo, ni muhimu kuweka mtoza chini ya tank ya kuhifadhi na kuingiza mabomba ya kuunganisha.

Ufungaji kama huo ni maarufu katika maeneo ya kitropiki na ya kitropiki.

Mifumo ya kupokanzwa maji ya jua

Mara nyingi hutumiwa kupasha joto mabwawa ya kuogelea. Ingawa gharama ya ufungaji huo inatofautiana kulingana na ukubwa wa bwawa na hali nyingine maalum, wakati mifumo ya jua imewekwa ili kupunguza au kuondokana na matumizi ya mafuta au umeme, watajilipa wenyewe kwa miaka miwili hadi minne kupitia kuokoa nishati. Kwa kuongeza, inapokanzwa bwawa hukuruhusu kupanua msimu wa kuogelea kwa wiki kadhaa bila gharama za ziada.

Si vigumu kufunga hita ya bwawa la jua katika majengo mengi. Inaweza kuja chini kwa hose nyeusi rahisi ambayo hutoa maji kwenye bwawa. Kwa mabwawa ya nje unahitaji tu kufunga absorber. Mabwawa ya ndani yanahitaji ufungaji wa watoza wa kawaida ili kutoa maji ya joto hata wakati wa baridi.

Hifadhi ya joto ya msimu

Pia kuna mitambo ambayo inakuwezesha kutumia wakati wa baridi joto lililokusanywa katika majira ya joto na watoza wa jua na kuhifadhiwa kwa kutumia mizinga mikubwa ya kuhifadhi (hifadhi ya msimu). Tatizo hapa ni kwamba kiasi cha kioevu kinachohitajika kwa joto la nyumba kinalinganishwa na kiasi cha nyumba yenyewe. Kwa kuongeza, hifadhi ya joto lazima iwe vizuri sana. Ili tanki la kawaida la kuhifadhia nyumba lihifadhi joto lake kwa muda wa miezi sita, lingelazimika kuvikwa kwenye safu ya insulation yenye unene wa mita 4. Kwa hiyo, ni faida kufanya kiasi cha tank ya kuhifadhi kubwa sana. Kwa sababu ya hili, uwiano wa eneo la uso kwa kiasi hupungua.

Mitambo mikubwa ya kupokanzwa eneo la jua inatumika nchini Denmark, Uswidi, Uswizi, Ufaransa na USA. Modules za jua zimewekwa moja kwa moja kwenye ardhi. Bila kuhifadhi, ufungaji huo wa joto la jua unaweza kufunika karibu 5% ya mahitaji ya joto ya kila mwaka, kwani ufungaji haupaswi kuzalisha zaidi ya kiwango cha chini cha joto kinachotumiwa, ikiwa ni pamoja na hasara katika mfumo wa joto wa wilaya (hadi 20% wakati wa maambukizi). Ikiwa kuna uhifadhi wa joto la mchana usiku, basi mfumo wa joto wa jua unaweza kufikia 10-12% ya mahitaji ya joto, ikiwa ni pamoja na hasara za maambukizi, na kwa hifadhi ya msimu wa joto - hadi 100%. Pia kuna uwezekano wa kuchanganya inapokanzwa wilaya na watoza wa jua binafsi. Mfumo wa joto wa wilaya unaweza kuzimwa katika majira ya joto, wakati maji ya moto hutolewa na jua na hakuna haja ya kupokanzwa.

Nishati ya jua pamoja na vyanzo vingine vinavyoweza kutumika tena.

Matokeo mazuri yanatokana na kuchanganya vyanzo mbalimbali vya nishati mbadala, kwa mfano, joto la jua pamoja na hifadhi ya joto ya msimu kwa namna ya biomass. Au, ikiwa mahitaji ya nishati iliyobaki ni ya chini sana, nishati ya mimea ya kioevu au gesi inaweza kutumika pamoja na boilers bora ili kuongeza joto la jua.

Mchanganyiko wa kuvutia ni inapokanzwa jua na boilers imara ya majani. Hii pia hutatua tatizo la uhifadhi wa msimu wa nishati ya jua. Kutumia biomass katika majira ya joto sio suluhisho mojawapo, kwani ufanisi wa boilers kwa mzigo wa sehemu ni mdogo, na hasara katika mabomba ni ya juu - na katika mifumo ndogo, kuchoma kuni katika majira ya joto kunaweza kusababisha usumbufu. Katika hali hiyo, 100% ya mzigo wa joto wa majira ya joto inaweza kutolewa kwa joto la jua. Katika majira ya baridi, wakati kiasi cha nishati ya jua ni kidogo, karibu joto lote hutolewa na biomass inayowaka.

Ulaya ya Kati ina uzoefu mkubwa katika kuchanganya inapokanzwa jua na mwako wa biomasi kwa ajili ya uzalishaji wa joto. Kwa kawaida, karibu 20-30% ya jumla ya mzigo wa mafuta hufunikwa na mfumo wa jua, na mzigo kuu (70-80%) hutolewa na biomass. Mchanganyiko huu unaweza kutumika wote katika majengo ya makazi ya mtu binafsi na katika mifumo ya joto ya kati (wilaya). Katika Ulaya ya Kati, karibu 10 m 3 ya biomass (kwa mfano, kuni) inatosha joto la nyumba ya kibinafsi, na ufungaji wa jua husaidia kuokoa hadi 3 m 3 ya kuni kwa mwaka.

3.2.3 Mitambo ya nishati ya jua

Mbali na kutumia joto la jua moja kwa moja, katika mikoa yenye mionzi ya jua ya juu inaweza kutumika kuzalisha mvuke, ambayo hugeuka turbine na kuzalisha umeme. Uzalishaji wa umeme wa jua kwa kiwango kikubwa ni wa ushindani kabisa. Matumizi ya teknolojia ya viwandani yalianza miaka ya 1980; Tangu wakati huo, tasnia imekua kwa kasi. Hivi sasa, huduma za Marekani tayari zimeweka zaidi ya megawati 400 za mitambo ya nishati ya jua, ambayo hutoa umeme kwa watu 350,000 na kuchukua nafasi ya sawa na mapipa milioni 2.3 ya mafuta kwa mwaka. Mitambo tisa inayopatikana katika Jangwa la Mojave (katika jimbo la California la Marekani) ina MW 354 ya uwezo uliosakinishwa na imekusanya uzoefu wa miaka 100 wa uendeshaji wa viwanda. Teknolojia hii ni ya juu sana hivi kwamba, kulingana na maafisa, inaweza kushindana na teknolojia za jadi za uzalishaji wa umeme katika maeneo mengi ya Merika. Miradi ya kutumia joto la jua kuzalisha umeme pia inatarajia kuanza hivi karibuni katika maeneo mengine ya dunia. India, Misri, Morocco na Meksiko zinatayarisha programu zinazolingana, na ruzuku kwa ajili ya ufadhili wao hutolewa na Global Environment Facility (GEF). Huko Ugiriki, Uhispania na USA, miradi mipya inaendelezwa na wazalishaji huru wa nguvu.

Kulingana na njia ya uzalishaji wa joto, mimea ya nishati ya jua ya joto imegawanywa katika concentrators ya jua (vioo) na mabwawa ya jua.

Vikonzo vya jua

Mimea hiyo ya nguvu huzingatia nishati ya jua kwa kutumia lenses na kutafakari. Kwa kuwa joto hili linaweza kuhifadhiwa, mimea hiyo inaweza kuzalisha umeme inavyohitajika, mchana au usiku, katika hali ya hewa yoyote.

Vioo vikubwa - ama pointi au mwelekeo wa mstari - huzingatia miale ya jua kiasi kwamba maji hugeuka kuwa mvuke, ikitoa nishati ya kutosha kuzunguka turbine. Kampuni "Luz Corp." imeweka uwanja mkubwa wa vioo kama hivyo kwenye jangwa la California. Wanazalisha MW 354 za umeme. Mifumo hii inaweza kubadilisha nishati ya jua kuwa umeme kwa ufanisi wa karibu 15%.

Kuna aina zifuatazo za concentrators za jua:

1. Vikonzo vya kimfano vya jua

2. Ufungaji wa sola aina ya dish

3. Mitambo ya nishati ya jua ya aina ya mnara yenye kipokezi cha kati.

Mabwawa ya jua

Wala vioo vinavyolenga wala seli za jua za jua zinaweza kutoa nishati usiku. Kwa kusudi hili, nishati ya jua iliyokusanywa wakati wa mchana lazima ihifadhiwe katika mizinga ya kuhifadhi joto. Utaratibu huu hutokea kwa kawaida katika kinachojulikana mabwawa ya jua.

Mabwawa ya jua yana mkusanyiko mkubwa wa chumvi kwenye tabaka za chini za maji, safu ya kati isiyo na convective ya maji ambayo mkusanyiko wa chumvi huongezeka kwa kina, na safu ya convective na mkusanyiko wa chumvi kidogo juu ya uso. Mwangaza wa jua huanguka juu ya uso wa bwawa na joto huhifadhiwa kwenye tabaka za chini za maji kutokana na mkusanyiko mkubwa wa chumvi. Maji yenye chumvi nyingi, yanayochomwa na nishati ya jua inayofyonzwa na chini ya bwawa, hayawezi kuinuka kutokana na msongamano wake mkubwa. Inabakia chini ya bwawa, ikipasha joto hatua kwa hatua hadi inakaribia kuchemsha (wakati tabaka za juu za maji zinabaki baridi). Sehemu ya chini ya moto "brine" hutumiwa mchana au usiku kama chanzo cha joto, shukrani ambayo turbine maalum ya kikaboni ya kupoeza inaweza kutoa umeme. Safu ya kati ya bwawa la jua hufanya kama insulation ya mafuta, kuzuia convection na upotezaji wa joto kutoka chini hadi uso. Tofauti ya joto kati ya chini na uso wa maji ya bwawa inatosha kuwasha jenereta. Kipoezaji, kinachopitishwa kupitia mabomba kupitia tabaka la chini la maji, kisha huingizwa kwenye mfumo uliofungwa wa Rankine, ambamo turbine huzunguka kutoa umeme.

3.3 Mifumo ya Photovoltaic

Vifaa vya kubadilisha moja kwa moja mwanga au nishati ya jua kuwa umeme huitwa photovoltaics (kwa Kiingereza Photovoltaics, kutoka kwa picha za Kigiriki - mwanga na jina la kitengo cha nguvu ya electromotive - volt). Ubadilishaji wa mwanga wa jua kuwa umeme hutokea katika seli za jua zilizotengenezwa kwa nyenzo za semiconductor kama vile silikoni, ambazo hutoa mkondo wa umeme zinapofunuliwa na jua. Kwa kuunganisha seli za photovoltaic kwenye modules, na wale, kwa upande wake, kwa kila mmoja, inawezekana kujenga vituo vya photovoltaic kubwa. Kituo kikubwa zaidi cha aina hiyo kufikia sasa ni usakinishaji wa Carrisa Plain wa megawati 5 katika jimbo la California la Marekani. Ufanisi wa mitambo ya photovoltaic kwa sasa ni karibu 10%, lakini seli za photovoltaic za kibinafsi zinaweza kufikia ufanisi wa 20% au zaidi.

Mifumo ya jua ya jua ni rahisi kufanya kazi na haina njia za kusonga, lakini seli za photovoltaic zenyewe zina vifaa vya semiconductor tata sawa na zile zinazotumiwa kutengeneza saketi zilizounganishwa. Uendeshaji wa photocells unategemea kanuni ya kimwili ambayo sasa ya umeme hutokea chini ya ushawishi wa mwanga kati ya semiconductors mbili na mali tofauti za umeme ambazo zinawasiliana na kila mmoja. Mchanganyiko wa vipengele vile huunda jopo la photovoltaic au moduli. Modules za photovoltaic, kutokana na mali zao za umeme, huzalisha sasa moja kwa moja badala ya kubadilisha sasa. Inatumika katika vifaa vingi rahisi vinavyotumia betri. Sasa mbadala, kwa upande mwingine, hubadilisha mwelekeo wake kwa vipindi vya kawaida. Aina hii ya umeme hutolewa na wazalishaji wa nishati na hutumiwa kuwasha vifaa vingi vya kisasa na vifaa vya elektroniki. Katika mifumo rahisi zaidi, sasa ya moja kwa moja ya moduli za photovoltaic hutumiwa moja kwa moja. Ambapo sasa mbadala inahitajika, inverter lazima iongezwe kwenye mfumo, ambayo inabadilisha sasa ya moja kwa moja kwenye sasa ya kubadilisha.

Katika miongo ijayo, sehemu kubwa ya idadi ya watu duniani itafahamu mifumo ya photovoltaic. Shukrani kwao, hitaji la jadi la kujenga mitambo mikubwa ya gharama kubwa na mifumo ya usambazaji itatoweka. Gharama ya seli za PV inaposhuka na teknolojia inaboreka, masoko kadhaa yanayoweza kuwa makubwa ya seli za PV yatafunguka. Kwa mfano, photocells zilizojengwa katika vifaa vya ujenzi zitatoa uingizaji hewa na taa kwa nyumba. Bidhaa za watumiaji - kutoka kwa zana za mkono hadi magari - zitafaidika kutokana na matumizi ya vipengele vyenye vipengele vya photovoltaic. Huduma pia zitaweza kupata njia mpya za kutumia seli za jua ili kukidhi mahitaji ya umma.

Mifumo rahisi zaidi ya photovoltaic ni pamoja na:

· Pampu za Sola - Vipimo vya kusukuma maji vya Photovoltaic ni mbadala inayokaribishwa kwa jenereta za dizeli na pampu za mkono. Wanasukuma maji haswa wakati inahitajika zaidi - siku ya jua wazi. Pampu za jua ni rahisi kufunga na kufanya kazi. Pampu ndogo inaweza kusanikishwa na mtu mmoja kwa masaa kadhaa, na hakuna uzoefu au vifaa maalum vinavyohitajika.

· Mifumo ya Photovoltaic yenye betri - betri inachajiwa kutoka kwa jenereta ya jua, huhifadhi nishati na kuifanya ipatikane wakati wowote. Hata katika hali mbaya zaidi na katika maeneo ya mbali, nishati ya photovoltaic iliyohifadhiwa kwenye betri inaweza kuimarisha vifaa muhimu. Shukrani kwa hifadhi ya nishati, mifumo ya photovoltaic hutoa chanzo cha kuaminika cha nguvu, mchana au usiku, katika hali ya hewa yoyote. Mifumo ya photovoltaic yenye betri kuwasha taa, vitambuzi, vifaa vya kurekodi sauti, vifaa, simu, televisheni na zana za nguvu duniani kote.

· mifumo ya photovoltaic yenye jenereta - wakati umeme unahitajika kwa kuendelea au kuna vipindi ambapo zaidi inahitajika kuliko betri ya picha pekee inaweza kuzalisha, jenereta inaweza kuiongezea kwa ufanisi. Wakati wa mchana, moduli za photovoltaic zinakidhi mahitaji ya kila siku ya nishati na kuchaji betri. Wakati betri inapotolewa, jenereta ya motor huwasha na huendesha hadi betri zimechajiwa tena. Katika mifumo mingine, jenereta hutoa nguvu wakati matumizi ya umeme yanazidi uwezo wa jumla wa betri. Jenereta ya injini hutoa umeme wakati wowote wa siku. Kwa hivyo, hutoa chanzo bora cha nguvu cha chelezo kwa kucheleza moduli za PV usiku au wakati wa hali mbaya ya hewa, kulingana na hali ya hewa. Kwa upande mwingine, moduli ya photovoltaic inafanya kazi kimya, hauhitaji matengenezo, na haitoi uchafuzi katika anga. Matumizi ya pamoja ya seli za photovoltaic na jenereta zinaweza kupunguza gharama ya awali ya mfumo. Ikiwa hakuna usakinishaji wa chelezo, moduli za PV na betri lazima ziwe kubwa vya kutosha kutoa nishati usiku.

· mifumo ya photovoltaic iliyounganishwa na gridi ya taifa - katika hali ya usambazaji wa umeme wa kati, mfumo wa photovoltaic unaounganishwa na gridi ya taifa unaweza kutoa sehemu ya mzigo unaohitajika, wakati sehemu nyingine inatoka kwenye gridi ya taifa. Katika kesi hii, betri haitumiki. Maelfu ya wamiliki wa nyumba duniani kote hutumia mifumo hiyo. Nishati kutoka kwa seli za photovoltaic hutumiwa kwenye tovuti au kuingizwa kwenye gridi ya taifa. Wakati mmiliki wa mfumo anahitaji umeme zaidi kuliko inazalisha - kwa mfano, jioni, mahitaji ya kuongezeka ni kuridhika moja kwa moja na mtandao. Wakati mfumo unazalisha umeme zaidi kuliko kaya inaweza kutumia, ziada hutumwa (kuuzwa) kwenye gridi ya taifa. Kwa hivyo, mtandao wa matumizi hufanya kama hifadhi ya mfumo wa photovoltaic, kama betri inavyofanya kwa usakinishaji wa nje ya gridi ya taifa.

· mitambo ya photovoltaic ya viwanda - mimea ya photovoltaic inafanya kazi kimya, haitumii mafuta ya mafuta na haichafui hewa na maji. Kwa bahati mbaya, vituo vya photovoltaic bado sio sehemu yenye nguvu sana ya arsenal ya mitandao ya matumizi, ambayo inaweza kuelezewa na sifa zao. Kwa njia ya sasa ya kuhesabu gharama ya nishati, umeme wa jua bado ni ghali zaidi kuliko pato la mimea ya jadi ya nguvu. Kwa kuongeza, mifumo ya photovoltaic huzalisha nishati tu wakati wa mchana na utendaji wao unategemea hali ya hewa.

4. Usanifu wa jua

Kuna njia kadhaa kuu za kutumia nishati ya jua katika usanifu. Kwa kuzitumia, unaweza kuunda miradi mingi tofauti, na hivyo kupata aina ya miundo ya jengo. Vipaumbele wakati wa kujenga jengo na nishati ya jua isiyo na nguvu ni: eneo nzuri la nyumba; idadi kubwa ya madirisha yanayoelekea kusini (katika Ulimwengu wa Kaskazini) ili kuruhusu mwanga zaidi wa jua wakati wa baridi (na kinyume chake, idadi ndogo ya madirisha yanayoelekea mashariki au magharibi ili kuzuia kuingia kwa jua zisizohitajika katika majira ya joto); hesabu sahihi ya mzigo wa mafuta juu ya mambo ya ndani ili kuepuka kushuka kwa joto zisizohitajika na kuhifadhi joto usiku, vizuri maboksi jengo muundo.

Mahali, insulation, mwelekeo wa madirisha na mzigo wa joto wa vyumba lazima kuunda mfumo mmoja. Ili kupunguza mabadiliko ya joto la ndani, insulation inapaswa kuwekwa nje ya jengo. Hata hivyo, katika maeneo ambapo inapokanzwa ndani ni haraka, ambapo insulation kidogo inahitajika, au ambapo uwezo wa joto ni mdogo, insulation inapaswa kuwa ndani. Kisha muundo wa jengo utakuwa bora kwa microclimate yoyote. Pia ni muhimu kuzingatia kwamba usawa sahihi kati ya mzigo wa joto kwenye majengo na insulation husababisha si tu kuokoa nishati, bali pia kwa akiba katika vifaa vya ujenzi. Majengo ya jua tulivu ni mahali pazuri pa kuishi. Hapa uhusiano na asili unajisikia kikamilifu zaidi, kuna mwanga mwingi wa asili katika nyumba hiyo, na huokoa nishati.

Matumizi tulivu ya mwanga wa jua hutoa takriban 15% ya mahitaji ya kupokanzwa nafasi ya jengo la kawaida na ni chanzo muhimu cha kuokoa nishati. Wakati wa kuunda jengo, kanuni za ujenzi wa jua zisizo na nguvu lazima zizingatiwe ili kuongeza matumizi ya nishati ya jua. Kanuni hizi zinaweza kutumika popote na kwa hakika hakuna gharama ya ziada.

Wakati wa kubuni jengo, matumizi ya mifumo ya jua inayotumika kama vile watozaji wa jua na paneli za photovoltaic inapaswa pia kuzingatiwa. Vifaa hivi vimewekwa upande wa kusini wa jengo. Ili kuongeza pato la joto wakati wa msimu wa baridi, vitoza nishati ya jua huko Uropa na Amerika Kaskazini lazima visakinishwe kwa pembe kubwa kuliko 50° kutoka kwa ndege iliyo mlalo. Paneli za photovoltaic zisizohamishika hupokea kiasi kikubwa zaidi cha mionzi ya jua wakati wa mwaka wakati angle ya mwelekeo kuhusiana na upeo wa macho ni sawa na latitudo ambayo jengo liko. Lami ya paa la jengo na mwelekeo wake wa kusini ni mambo muhimu ya kuzingatia wakati wa kuunda jengo. Watoza wa jua kwa usambazaji wa maji ya moto na paneli za photovoltaic zinapaswa kuwa karibu na mahali pa matumizi ya nishati. Ni muhimu kukumbuka kuwa eneo la karibu la bafuni na jikoni inakuwezesha kuokoa kwenye kufunga mifumo ya jua ya kazi (katika kesi hii, unaweza kutumia mtozaji wa jua moja kwa vyumba viwili) na kupunguza hasara za nishati kwa usafiri. Kigezo kuu wakati wa kuchagua vifaa ni ufanisi wake.

Hitimisho

Hivi sasa, ni sehemu ndogo tu ya nishati ya jua inayotumiwa kutokana na ukweli kwamba seli zilizopo za jua zina ufanisi mdogo na ni ghali sana kutengeneza. Walakini, mtu haipaswi kuacha mara moja chanzo kisicho na mwisho cha nishati safi: kulingana na wataalam, nishati ya jua pekee inaweza kufunika mahitaji yote ya nishati ya wanadamu kwa maelfu ya miaka ijayo. Inawezekana pia kuongeza ufanisi wa mitambo ya jua mara kadhaa, na kwa kuziweka juu ya paa za nyumba na karibu nao, tutahakikisha inapokanzwa kwa nyumba, inapokanzwa maji na uendeshaji wa vifaa vya umeme vya kaya hata katika latitudo za joto, sio. kutaja nchi za hari. Kwa mahitaji ya viwandani ambayo yanahitaji kiasi kikubwa cha nishati, nyika na jangwa za urefu wa kilomita zinaweza kutumika, zimefunikwa kabisa na mimea yenye nguvu ya jua. Lakini sekta ya nishati ya jua inakabiliwa na matatizo mengi na ujenzi, uwekaji na uendeshaji wa mitambo ya nishati ya jua kwenye maelfu ya kilomita za mraba za uso wa dunia. Kwa hiyo, sehemu ya jumla ya nishati ya jua imekuwa na itabaki ya kawaida kabisa, angalau katika siku zijazo inayoonekana.

Hivi sasa, miradi mipya ya anga inaandaliwa ili kusoma Jua, uchunguzi unafanywa ambapo nchi kadhaa hushiriki. Data kuhusu michakato inayotokea kwenye Jua hupatikana kwa kutumia vifaa vilivyowekwa kwenye satelaiti bandia za Dunia na roketi za angani, kwenye vilele vya mlima na kwenye kina kirefu cha bahari.

Kipaumbele kikubwa kinapaswa pia kulipwa kwa ukweli kwamba uzalishaji wa nishati, ambayo ni njia muhimu kwa kuwepo na maendeleo ya wanadamu, ina athari kwa asili na mazingira ya binadamu. Kwa upande mmoja, joto na umeme vimekuwa imara sana katika maisha ya binadamu na shughuli za uzalishaji kwamba watu hawawezi hata kufikiria kuwepo kwao bila hiyo na hutumia rasilimali zisizo na mwisho kama jambo la kawaida. Kwa upande mwingine, watu wanazidi kuelekeza mawazo yao katika nyanja ya kiuchumi ya nishati na kudai uzalishaji wa nishati rafiki wa mazingira. Hii inaonyesha haja ya kutatua seti ya masuala, ikiwa ni pamoja na ugawaji upya wa fedha ili kufidia mahitaji ya ubinadamu, matumizi ya vitendo ya mafanikio katika uchumi wa kitaifa, utafutaji na maendeleo ya teknolojia mpya mbadala za kuzalisha joto na umeme, nk.

Sasa wanasayansi wanasoma asili ya Jua, wakigundua ushawishi wake juu ya Dunia, na wanashughulikia shida ya kutumia nishati ya jua isiyoweza kumalizika.

Orodha ya vyanzo vilivyotumika

Fasihi

1. Utafutaji wa maisha katika mfumo wa jua: Tafsiri kutoka kwa Kiingereza. M.: Mir, 1988, p. 44-57

2. Zhukov G.F. Nadharia ya jumla ya nishati.//M: 1995., p. 11-25

3. Dementiev B.A. Vinu vya nyuklia. M., 1984, p. 106-111

4. Mitambo ya nguvu ya joto na nyuklia. Orodha. Kitabu 3. M., 1985, p. 69-93

5. Kamusi Encyclopedic of a Young Astronomer, M.: Pedagogy, 1980, p. 11-23

6. Vidyapin V.I., Zhuravleva G.P. Fizikia. Nadharia ya jumla.//M: 2005, p. 166-174

7. Dagaev M. M. Astrophysics.//M: 1987, p. 55-61

8. Timoshkin S. E. Nishati ya jua na betri za jua. M., 1966, p. 163-194

9. Illarionov A.G. Hali ya nishati.//M: 1975., p. 98-105

Tovuti

1. http://www.stroyca.ru

2. http://www.astro.alfaspace.net

3. http://www. solbat.narod.ru/1.htm

4. http://www. sunergy.4hs.ru

5. http://solar-battery.narod.ru

Nishati ya jua ni uzalishaji wa nishati ya jua kwa kuikusanya kwa kutumia mitambo maalum. Leo, nishati ya jua inaendelea kikamilifu nchini Urusi. Wanasayansi wa nchi hiyo wamekuwa wakisoma uwezekano wa kupata rasilimali za nishati kwa miaka mingi. Lakini kazi tangu 2000 imetolewa kwa uangalifu sana kwa suala hili.

Kwa sasa, mifumo na mitambo mbalimbali imevumbuliwa na inatumiwa kwa mafanikio kukusanya nishati ya jua na kuibadilisha kuwa wabebaji wa nishati. Mifumo ya Photovoltaic hufanya kazi kutoka kwa mwanga wa jua ulioenea. Kwa kuongeza, nguvu ya usakinishaji inaweza kubadilishwa kulingana na mahitaji ya mtumiaji. Kuongeza tu sehemu ya kubadilisha picha kunaweza kuongeza ufanisi wa ufanisi, na hivyo kuhakikisha kiasi kinachohitajika cha nishati kinapatikana.

Matarajio ya leo ya nishati ya jua

Watu wa kisasa hulipa kipaumbele sana katika kuboresha utaratibu wa kutumia nishati ya asili. Ndiyo sababu matarajio ya nishati ya jua katika siku zijazo ni ya juu sana. Katika miaka ijayo, kulingana na wataalam, ulimwengu utatumia rasilimali asili kwa ukamilifu, kuhakikisha usambazaji usio na mwisho wa rasilimali za nishati.

Kwa jumuiya ya dunia, maendeleo ya sekta hii ya viwanda ni kipaumbele. Kuna sababu kadhaa za hii. Yaani:

• uwezekano wa kutumia asili kuzalisha nishati;
• usafi wa mazingira wa bidhaa inayotokana;
• nafuu ya jamaa;
• usalama kamili kwa mazingira;
• gharama ya chini kwa vifaa (kwa kulinganisha na matokeo yaliyopatikana).

Kwa maneno mengine, nishati inayopatikana kutoka kwa miale ya jua ina mambo mazuri tu kwa wanadamu kwa ujumla. Maendeleo ya kisasa ya uwezo wa kiufundi hutoa matarajio bora - vifaa vinavyotengenezwa vina uwezo wa kubadilisha nishati ya jua na gharama ndogo za uendeshaji.

Pia ni muhimu kwamba mitambo ya jua ni rahisi sana kufanya kazi. Wao ni rahisi kufunga, rahisi kutengeneza na kurekebisha, kurekebisha kwa mahitaji yako mwenyewe. Photoconverters huchukua nafasi kidogo na zimewekwa kwenye paa za majengo. Kwa kuongeza, wana uwezo wa kukusanya nishati hata katika hali mbaya ya hewa.

Wanasayansi wamefikia hitimisho kwamba kiasi cha mwanga wa jua kinachoanguka juu ya uso wa dunia katika wiki moja tu ni mamia ya mara zaidi ya nishati ambayo inaweza kupatikana kutoka kwa wabebaji wote wa nishati duniani (gesi, makaa ya mawe, kuni). Hii ina maana kwamba katika siku 7 tu mtu anaweza kupokea nishati nyingi kama, kwa mfano, tani kadhaa za makaa ya mawe zinaweza kutoa.

Wakati ujao ni wa nishati ya jua

Kauli hii imetolewa na wataalamu wa kimataifa. Kwa kuzingatia fursa zinazotolewa na mwanga wa jua ulioenea, hakuna shaka juu ya usahihi wa maoni haya. Ni rahisi kuthibitisha hili kwa mfano rahisi.

Ili kupata tani moja ya makaa ya mawe inahitaji gharama kubwa sana, inayojumuisha muda, kazi ya binadamu na matumizi ya vifaa maalum. Ni rahisi kuhesabu ni kiasi gani kila tani ya mafuta imara inagharimu nchi.

Ni nini hufanyika katika kesi ya nishati ya jua? Ni muhimu tu kufunga kifaa cha kuhifadhi (betri, tata, mfumo) mara moja, na nishati inapokelewa daima, bila ushiriki wa moja kwa moja wa binadamu. Hiyo ni, ili joto nafasi ya kuishi au kupata ugavi wa umeme usioingiliwa, mtumiaji hawana daima kupoteza muda, jitihada na rasilimali za kifedha.

Kote ulimwenguni, mustakabali wa nishati ya jua unaonekana kuwa mzuri sana. Na kuna sababu za hii. Katika miaka ya hivi karibuni, wataalamu wameweza kuboresha kwa kiasi kikubwa ubora wa "wapokeaji" wa nishati ya jua na kuongeza uongofu wao. Kwa hiyo, watu wanapata betri za jua zenye nguvu nyingi za kuaminika na ndogo kwa ukubwa.

Chanzo mbadala cha nishati kitaruhusu ubinadamu kutatua shida na kuhifadhi mazingira. Hatupaswi kusahau kuhusu amana za kupungua kwa vifaa vingine: makaa ya mawe, gesi, kuni. Miale ya jua ni rafiki wa kweli wa mwanadamu.

Kanuni ya ubadilishaji wa nishati ya jua, matumizi yake na matarajio

Kuna vyanzo vichache na vichache vya nishati asilia duniani. Akiba ya mafuta, gesi, na makaa ya mawe yanapungua na kila kitu kinaelekea ukweli kwamba hivi karibuni au baadaye zitaisha. Ikiwa vyanzo vya nishati mbadala hazipatikani kwa wakati huu, basi ubinadamu utakabiliwa na janga. Kwa hiyo, utafiti unafanywa katika nchi zote zilizoendelea ili kugundua na kuendeleza vyanzo vipya vya nishati. Kwanza kabisa, ni nishati ya jua. Tangu nyakati za zamani, nishati hii imekuwa ikitumiwa na watu kuangazia nyumba zao, chakula kavu, nguo, nk. Nishati ya jua leo ni moja ya vyanzo vya kuahidi vya nishati mbadala. Hivi sasa, tayari kuna miundo mingi inayoruhusu kubadilisha nishati ya jua kuwa nishati ya umeme au ya joto. Sekta hiyo inakua polepole na kukuza, lakini, kama kila mahali pengine, ina shida zake. Yote hii itajadiliwa katika nyenzo hii.

Nishati ya jua ni mojawapo ya vyanzo vinavyoweza kufikiwa zaidi duniani. Matumizi ya nishati ya jua katika uchumi wa taifa yana athari nzuri kwa mazingira, kwa kuwa hauhitaji kuchimba visima au kuendeleza migodi ili kuipata. Kwa kuongeza, aina hii ya nishati ni bure na haina gharama yoyote. Kwa kawaida, kuna gharama zinazohusiana na ununuzi na ufungaji wa vifaa.

Tatizo ni kwamba jua ni chanzo cha nishati mara kwa mara. Kwa hivyo, inahitaji mkusanyiko wa nishati na matumizi yake kwa kushirikiana na vyanzo vingine vya nishati. Tatizo kuu leo ​​ni kwamba vifaa vya kisasa vina ufanisi mdogo katika kubadilisha nishati ya jua katika nishati ya umeme na ya joto. Kwa hiyo, maendeleo yote yanalenga kuongeza ufanisi wa mifumo hiyo na kupunguza gharama zao.

Kwa njia, rasilimali nyingi kwenye sayari zinatokana na nishati ya jua. Kwa mfano, upepo, ambao ni chanzo kingine kinachoweza kufanywa upya, haungevuma bila jua. Uvukizi wa maji na mkusanyiko wake katika mito pia hutokea chini ya ushawishi wa jua. Na maji, kama unavyojua, hutumiwa na umeme wa maji. Nishatimimea pia isingekuwepo bila jua. Kwa hiyo, pamoja na chanzo cha moja kwa moja cha nishati, jua huathiri maeneo mengine ya nishati.

Jua hutuma mionzi kwenye uso wa sayari yetu. Kutoka kwa wigo mpana wa mionzi, aina 3 za mawimbi hufika kwenye uso wa Dunia:

• Mwanga. Kuna takriban asilimia 49 yao katika wigo wa utoaji;
• Infrared. Sehemu yao pia ni asilimia 49. Shukrani kwa mawimbi haya, sayari yetu ina joto;
• Urujuani. Kuna takriban asilimia 2 yao katika wigo wa mionzi ya jua. Hazionekani kwa macho yetu.

Safari katika historia

Nishati ya jua imekuaje hadi leo? Mwanadamu amekuwa akifikiria kutumia jua katika shughuli zake tangu nyakati za zamani. Kila mtu anajua hadithi kulingana na ambayo Archimedes alichoma meli ya adui karibu na jiji lake la Syracuse. Alitumia vioo vinavyowaka kwa hili. Miaka elfu kadhaa iliyopita, katika Mashariki ya Kati, majumba ya watawala yalitiwa joto na maji, ambayo yalichomwa na jua. Katika nchi fulani, tulivukiza maji ya bahari kwenye jua ili kupata chumvi. Wanasayansi mara nyingi walifanya majaribio na vifaa vya kupokanzwa vinavyoendeshwa na nishati ya jua.

Mifano ya kwanza ya hita hizo zilitolewa katika karne ya 17-17. Hasa, mtafiti N. Saussure aliwasilisha toleo lake la hita ya maji. Ni sanduku la mbao lililofunikwa na kifuniko cha kioo. Maji katika kifaa hiki yalitiwa joto hadi nyuzi 88 Celsius. Mnamo 1774, A. Lavoisier alitumia lenzi ili kuzingatia joto kutoka kwa jua. Na lenzi pia zilionekana ambazo zilifanya iwezekane kuyeyusha chuma cha kutupwa ndani ya sekunde chache.

Betri zinazobadilisha nishati ya jua kuwa nishati ya mitambo ziliundwa na wanasayansi wa Ufaransa. Mwishoni mwa karne ya 19, mtafiti O. Musho alibuni kifaa cha kuhami mionzi kilicholenga miale kwa kutumia lenzi kwenye boiler ya mvuke. Boiler hii ilitumiwa kuendesha mashine ya uchapishaji. Huko USA wakati huo iliwezekana kuunda kitengo cha nishati ya jua na uwezo wa "farasi" 15.

Kwa muda mrefu, insolators zilitolewa kulingana na mpango ambao ulitumia nishati ya jua kubadili maji kuwa mvuke. Na nishati iliyobadilishwa ilitumiwa kufanya kazi fulani. Kifaa cha kwanza kinachobadilisha nishati ya jua kuwa nishati ya umeme kiliundwa mnamo 1953 huko USA. Ikawa mfano wa paneli za kisasa za jua. Athari ya picha ya umeme ambayo kazi yao inategemea iligunduliwa nyuma katika miaka ya 70 ya karne ya 19.

Katika miaka ya thelathini ya karne iliyopita, msomi wa USSR A.F. Ioffe alipendekeza kutumia seli za semiconductor kubadilisha nishati ya jua. Ufanisi wa betri wakati huo ulikuwa chini ya 1%. Miaka mingi ilipita kabla ya seli za jua kutengenezwa ambazo zilikuwa na ufanisi wa asilimia 10-15. Kisha Wamarekani walijenga paneli za kisasa za jua.

Ili kupata nguvu zaidi kutoka kwa mifumo ya jua, ufanisi mdogo hulipwa na eneo lililoongezeka la seli za picha. Lakini hii sio suluhisho, kwani semiconductors za silicon kwenye seli za jua ni ghali kabisa. Kadiri ufanisi unavyoongezeka, gharama ya nyenzo huongezeka. Hiki ndicho kikwazo kikuu kwa matumizi makubwa ya paneli za jua. Lakini kadiri rasilimali zinavyopungua, matumizi yao yatazidi kuleta faida. Kwa kuongeza, utafiti wa kuongeza ufanisi wa seli za picha hauacha.

Inafaa kusema kuwa betri za semiconductor ni za kudumu kabisa na haziitaji sifa za kuzitunza. Kwa hiyo, mara nyingi hutumiwa katika maisha ya kila siku. Pia kuna mitambo mizima ya nishati ya jua. Kama sheria, huundwa katika nchi zilizo na idadi kubwa ya siku za jua kwa mwaka. Hizi ni Israeli, Saudi Arabia, kusini mwa USA, India, Uhispania. Sasa kuna miradi ya ajabu kabisa. Kwa mfano, mimea ya nishati ya jua nje ya anga. Huko, mwanga wa jua bado haujapoteza nishati. Hiyo ni, inapendekezwa kukamata mionzi katika obiti na kisha kuibadilisha kuwa microwaves. Kisha, kwa fomu hii, nishati itatumwa duniani.

Ubadilishaji wa Nishati ya jua

Kwanza kabisa, inafaa kuzungumza juu ya jinsi nishati ya jua inaweza kuonyeshwa na kutathminiwa.

Unawezaje kukadiria kiasi cha nishati ya jua?

Wataalamu hutumia thamani kama vile kipimo cha jua ili kukadiria. Ni sawa na wati 1367. Hii ni kiasi gani cha nishati kutoka kwa jua huanguka kwenye mita ya mraba ya sayari. Karibu robo hupotea kwenye angahewa. Thamani ya juu katika ikweta ni wati 1020 kwa kila mita ya mraba. Kuzingatia mchana na usiku, mabadiliko katika angle ya matukio ya mionzi, thamani hii inapaswa kupunguzwa na mwingine mara tatu.

Matoleo mbalimbali yameelezwa kuhusu vyanzo vya nishati ya jua. Kwa sasa, wataalam wanadai kuwa nishati hutolewa kama matokeo ya mabadiliko ya atomi nne za H2 kuwa kiini cha He. Mchakato unaendelea na kutolewa kwa kiasi kikubwa cha nishati. Kwa kulinganisha, fikiria kwamba nishati ya uongofu ya gramu 1 ya H2 inalinganishwa na ile iliyotolewa kwa kuchoma tani 15 za hidrokaboni.

Mbinu za uongofu

Kwa kuwa sayansi leo haina vifaa vinavyofanya kazi kwenye nishati ya jua katika hali yake safi, inahitaji kubadilishwa kwa aina nyingine. Kwa kusudi hili, vifaa kama vile paneli za jua na mtoza viliundwa. Betri hubadilisha nishati ya jua kuwa nishati ya umeme. Na mtoza hutoa nishati ya joto. Pia kuna mifano inayochanganya aina hizi mbili. Wanaitwa mseto.

Njia kuu za kubadilisha nishati ya jua zimewasilishwa hapa chini:

• umeme wa picha;
• joto la jua;
• hewa ya moto;
• mitambo ya umeme ya puto ya jua.

Njia ya kwanza ni ya kawaida zaidi. Paneli za photovoltaic hutumiwa hapa, ambazo huzalisha nishati ya umeme wakati wa jua. Mara nyingi hufanywa kutoka kwa silicon. Unene wa paneli kama hizo ni sehemu ya kumi ya millimeter. Paneli hizo zimeunganishwa kwenye moduli za photovoltaic (betri) na zimewekwa kwenye jua. Mara nyingi huwekwa kwenye paa za nyumba. Kimsingi, hakuna kinachokuzuia kuziweka chini. Ni muhimu tu kwamba hakuna vitu vikubwa, majengo mengine au miti karibu nao ambayo inaweza kutoa kivuli.

Mbali na seli za picha, filamu-nyembamba au seli hutumiwa kuzalisha nishati ya umeme. Faida yao ni unene wao mdogo, lakini hasara yao ni kupunguzwa kwa ufanisi. Vile mifano hutumiwa mara nyingi katika chaja za portable kwa gadgets mbalimbali.

Njia ya ubadilishaji wa hewa ya joto inahusisha kupata nishati kutoka kwa mtiririko wa hewa. Mtiririko huu unatumwa kwa turbogenerator. Katika mimea ya nguvu ya aerostat, chini ya ushawishi wa nishati ya jua, mvuke wa maji huzalishwa katika silinda ya aerostat. Uso wa puto umefunikwa na mipako maalum ambayo inachukua jua. Mimea hiyo ya nguvu inaweza kufanya kazi katika hali ya hewa ya mawingu na usiku shukrani kwa hifadhi ya mvuke kwenye puto.

Nishati ya jua inategemea inapokanzwa uso wa carrier wa nishati katika mtoza maalum. Kwa mfano, hii inaweza kuwa inapokanzwa maji kwa mfumo wa kupokanzwa nyumba. Sio maji tu, bali pia hewa inaweza kutumika kama baridi. Inaweza kuwa joto katika mtoza na hutolewa kwa mfumo wa uingizaji hewa wa nyumbani.

Mifumo hii yote ni ghali kabisa, lakini maendeleo na uboreshaji wao hatua kwa hatua unaendelea.

Faida na hasara za nishati ya jua

Faida

• Kwa bure. Moja ya faida kuu za nishati ya jua ni kwamba hakuna gharama kwa ajili yake. Paneli za jua zinafanywa kwa kutumia silicon, ambayo ni nyingi katika ugavi;
• Hakuna madhara. Mchakato wa ubadilishaji wa nishati hutokea bila kelele, utoaji wa madhara na taka, na hakuna athari kwa mazingira. Hii haiwezi kusema juu ya nishati ya joto, maji na nyuklia. Vyanzo vyote vya jadi vinadhuru OS kwa kiwango kimoja au kingine;
• Usalama na kuegemea. Vifaa ni vya kudumu (hudumu hadi miaka 30). Baada ya miaka 20-25 ya matumizi, photocells huzalisha hadi asilimia 80 ya thamani yao ya majina;
• Recycle. Paneli za jua zinaweza kutumika tena na zinaweza kutumika tena katika uzalishaji;
• Rahisi kutunza. Vifaa ni rahisi sana kupeleka na hufanya kazi kwa uhuru;
• Imebadilishwa vizuri kwa matumizi katika nyumba za kibinafsi;
• Aesthetics. Inaweza kuwekwa kwenye paa au facade ya jengo bila kuathiri kuonekana kwake;
• Imeunganishwa vizuri kama mifumo ya usambazaji wa umeme.

Bila nishati, maisha kwenye sayari haiwezekani. Sheria ya kimwili ya uhifadhi wa nishati inasema kwamba nishati haiwezi kutokea kutoka kwa chochote na haina kutoweka bila ya kufuatilia. Inaweza kupatikana kutoka kwa maliasili kama vile makaa ya mawe, gesi asilia au urani na kubadilishwa kuwa fomu tunazoweza kutumia, kama vile joto au mwanga. Katika ulimwengu unaotuzunguka tunaweza kupata aina mbalimbali za mkusanyiko wa nishati, lakini muhimu zaidi kwa wanadamu ni nishati inayotolewa na mionzi ya jua - nishati ya jua.

Nguvu ya jua inahusu vyanzo vya nishati mbadala, yaani, ni kurejeshwa bila uingiliaji wa binadamu, kwa kawaida. Hii ni moja ya vyanzo vya nishati rafiki kwa mazingira ambayo haichafui mazingira. Programu zinazowezekana nguvu ya jua hayana kikomo na wanasayansi kote ulimwenguni wanafanya kazi kuunda mifumo inayopanua uwezekano wa matumizi nguvu ya jua.

Meta moja ya mraba ya Jua hutoa 62,900 kW ya nishati. Hii inalingana na nguvu ya taa milioni 1 za umeme. Takwimu hii ni ya kuvutia - Jua huipa Dunia kW bilioni 80 kila sekunde, ambayo ni, mara kadhaa zaidi ya mimea yote ya nguvu duniani. Sayansi ya kisasa inakabiliwa na kazi ya kujifunza jinsi ya kutumia kikamilifu na kwa ufanisi nishati ya Jua, kama salama zaidi. Wanasayansi wanaamini kwamba matumizi makubwa nguvu ya jua- hii ni mustakabali wa ubinadamu.

Akiba ya dunia ya amana za wazi za makaa ya mawe na gesi, kwa viwango vya matumizi yake kama leo, inapaswa kupunguzwa katika miaka 100 ijayo. Inakadiriwa kuwa katika hifadhi ambazo bado hazijagunduliwa, hifadhi ya mafuta ya visukuku inaweza kutosha kwa karne 2-3. Lakini wakati huo huo, wazao wetu wangenyimwa rasilimali hizi za nishati, na bidhaa za mwako wao zingesababisha uharibifu mkubwa kwa mazingira.

Nishati ya nyuklia ina uwezo mkubwa sana. Hata hivyo, aksidenti ya Chernobyl mnamo Aprili 1986 ilionyesha madhara makubwa ambayo matumizi ya nishati ya nyuklia yanaweza kuhusisha. Umma kote ulimwenguni umetambua kwamba matumizi ya nishati ya atomiki kwa madhumuni ya amani yanahalalishwa kiuchumi, lakini tahadhari kali zaidi za usalama lazima zizingatiwe wakati wa kuitumia.

Kwa hivyo, chanzo safi na salama zaidi cha nishati ni Jua!

Nguvu ya jua inaweza kubadilishwa kuwa nishati muhimu kupitia matumizi ya mifumo ya nishati ya jua hai na tulivu.

Mifumo ya nishati ya jua isiyo na nguvu.

Njia ya primitive zaidi ya matumizi ya passiv nguvu ya jua- Hiki ni chombo cha maji cha rangi nyeusi. Rangi ya giza, kukusanya nguvu ya jua, hugeuka kuwa joto - maji huwaka.

Hata hivyo, kuna mbinu za juu zaidi za matumizi ya passiv nguvu ya jua. Teknolojia za ujenzi zimetengenezwa ambazo hufanya matumizi ya juu zaidi nguvu ya jua kwa ajili ya kupokanzwa au baridi, majengo ya taa. Kwa kubuni hii, muundo wa jengo yenyewe ni mtoza, kukusanya nguvu ya jua.

Kwa hiyo, mwaka 100 BK, Pliny Mdogo alijenga nyumba ndogo kaskazini mwa Italia. Katika moja ya vyumba madirisha yanafanywa kwa mica. Ilibadilika kuwa chumba hiki kilikuwa cha joto zaidi kuliko wengine na kuni kidogo ilihitajika ili kuipasha moto. Katika kesi hii, mica ilifanya kazi kama kizio ambacho huhifadhi joto.

Miundo ya kisasa ya ujenzi inazingatia eneo la kijiografia la majengo. Kwa hivyo, idadi kubwa ya madirisha yanayoelekea kusini hutolewa katika mikoa ya kaskazini ili kuruhusu jua zaidi na joto kuingia, na idadi ya madirisha upande wa mashariki na magharibi ni mdogo ili kupunguza kiasi cha jua katika majira ya joto. Katika majengo hayo, mwelekeo wa dirisha na eneo, mzigo wa joto na insulation ya mafuta ni mfumo mmoja wa kubuni wa kubuni.

Majengo hayo ni rafiki wa mazingira, nishati huru na starehe. Kuna mwanga mwingi wa asili katika vyumba, uunganisho na asili huhisiwa kikamilifu, na umeme pia umehifadhiwa kwa kiasi kikubwa. Joto katika majengo hayo huhifadhiwa shukrani kwa nyenzo zilizochaguliwa za insulation za mafuta za kuta, dari, na sakafu. Majengo haya ya kwanza ya "jua" yalipata umaarufu mkubwa huko Amerika baada ya Vita vya Kidunia vya pili. Baadaye, kwa sababu ya bei ya chini ya mafuta, riba katika muundo wa majengo kama haya ilififia kwa kiasi fulani. Hata hivyo, sasa, kutokana na mgogoro wa mazingira duniani, kuna ongezeko la tahadhari kwa miradi ya mazingira na mifumo ya nishati mbadala.

Mifumo hai ya nishati ya jua

Kulingana na mifumo ya utumiaji inayotumika nguvu ya jua watoza jua hutumiwa. Mtoza, kunyonya nguvu ya jua, huibadilisha kuwa joto, ambayo, kwa njia ya baridi, inapokanzwa majengo, inapokanzwa maji, inaweza kuibadilisha kuwa nishati ya umeme, nk. Watozaji wa jua wanaweza kutumika katika michakato yote katika tasnia, kilimo, na mahitaji ya nyumbani ambapo joto hutumiwa.

Aina za watoza

mtoza nishati ya jua

Hii ndiyo aina rahisi zaidi ya watoza wa jua. Muundo wake ni rahisi sana na unafanana na athari ya chafu ya kawaida, ambayo hupatikana kwenye jumba lolote la majira ya joto. Jaribu jaribio kidogo. Siku ya baridi ya jua, weka kitu chochote kwenye dirisha la madirisha ili mionzi ya jua ianguke juu yake na baada ya muda kuweka kitende chako juu yake. Utahisi kuwa kitu kimekuwa joto. Na nje ya dirisha inaweza kuwa 20! Uendeshaji wa mtoza hewa wa jua unategemea kanuni hii.

Kipengele kikuu cha mtoza ni sahani ya maboksi ya joto iliyofanywa kwa nyenzo yoyote ambayo hufanya joto vizuri. Sahani ni rangi ya giza. Mionzi ya jua hupita kwenye uso wa uwazi, joto sahani, na kisha kuhamisha joto ndani ya chumba na mtiririko wa hewa. Hewa inapita kupitia convection ya asili au kwa msaada wa shabiki, ambayo inaboresha uhamisho wa joto.

Hata hivyo, hasara ya mfumo huu ni kwamba inahitaji gharama za ziada kuendesha shabiki. Watoza hawa hufanya kazi wakati wa mchana, kwa hivyo hawawezi kuchukua nafasi ya chanzo kikuu cha kupokanzwa. Walakini, ikiwa utaweka mtoza kwenye chanzo kikuu cha kupokanzwa au uingizaji hewa, ufanisi wake huongezeka kwa usawa. Vitoza hewa vya jua vinaweza pia kutumiwa kusafisha maji ya bahari, ambayo hupunguza gharama yake hadi senti 40 kwa kila mita ya ujazo.

Watoza wa jua wanaweza kuwa gorofa na utupu.

mtoza wa jua gorofa

Mtoza hujumuisha kipengele ambacho kinachukua nishati ya jua, mipako (kioo kilicho na chuma kilichopunguzwa), bomba na safu ya kuhami joto. Mipako ya uwazi inalinda nyumba kutokana na hali mbaya ya hali ya hewa. Ndani ya nyumba, paneli ya kunyonya nishati ya jua (absorber) imeunganishwa na baridi, ambayo huzunguka kupitia mabomba. Bomba inaweza kuwa ama kwa namna ya kimiani au kwa namna ya nyoka. Kimiminiko cha kupozea husogea kutoka kwa kiingilio hadi kwenye mabomba ya kutolea nje, hatua kwa hatua inapokanzwa. Jopo la kunyonya hutengenezwa kwa chuma ambacho hufanya joto vizuri (alumini, shaba).

Mtoza huchukua joto, akiibadilisha kuwa nishati ya joto. Watoza vile wanaweza kujengwa kwenye paa au kuwekwa kwenye paa la jengo, au wanaweza kuwekwa tofauti. Hii itatoa muundo wa tovuti sura ya kisasa.

Mtoza umeme wa jua

Watoza wa utupu wanaweza kutumika mwaka mzima. Kipengele kikuu cha watoza ni zilizopo za utupu. Kila mmoja wao ana mabomba mawili ya kioo. Mabomba yanafanywa kwa kioo cha borosilicate, na ndani huwekwa na mipako maalum ambayo inahakikisha kunyonya joto na kutafakari kidogo. Hewa imetolewa kutoka kwa nafasi kati ya mirija. Kinyonyaji cha bariamu hutumiwa kudumisha utupu. Wakati iko katika hali nzuri, bomba la utupu lina rangi ya fedha. Ikiwa inaonekana nyeupe, utupu umetoweka na tube inahitaji kubadilishwa.

Mtozaji wa utupu hujumuisha seti ya zilizopo za utupu (10-30) na huhamisha joto kwenye tank ya kuhifadhi kwa njia ya kioevu isiyo ya kufungia (baridi). Ufanisi wa aina nyingi za utupu ni wa juu:

- katika hali ya hewa ya mawingu, kwa sababu mirija ya utupu inaweza kunyonya nishati kutoka kwa miale ya infrared inayopitia mawingu

- inaweza kufanya kazi kwa joto la chini ya sifuri.

Paneli za jua.

Betri ya jua ni seti ya moduli zinazopokea na kubadilisha nishati ya jua, ikiwa ni pamoja na nishati ya joto. Lakini neno hili kwa jadi limepewa waongofu wa phytoelectric. Kwa hivyo, tunaposema "betri ya jua" tunamaanisha kifaa cha phytoelectric ambacho hubadilisha nishati ya jua kuwa nishati ya umeme.

Paneli za jua zina uwezo wa kutoa nishati ya umeme mfululizo au kuihifadhi kwa matumizi zaidi. Kwa mara ya kwanza, betri za photovoltaic zilitumiwa kwenye satelaiti za nafasi.

Faida ya paneli za jua ni unyenyekevu mkubwa wa muundo, usanikishaji rahisi, mahitaji madogo ya matengenezo, na maisha marefu ya huduma. Hazihitaji nafasi ya ziada wakati wa ufungaji. Hali pekee sio kuwaweka kivuli kwa muda mrefu na kuondoa vumbi kutoka kwenye uso wa kazi. Paneli za kisasa za jua zinaweza kubaki kufanya kazi kwa miongo kadhaa! Ni vigumu kupata mfumo ambao ni salama, ufanisi na unadumu kwa muda mrefu! Wanazalisha nishati siku nzima, hata katika hali ya hewa ya mawingu.

Betri za jua zina hasara zao katika matumizi:

- unyeti kwa uchafuzi wa mazingira. (Ukiweka betri kwenye pembe ya digrii 45, itaondolewa na mvua au theluji, kwa hivyo haitaji matengenezo ya ziada)

- unyeti kwa joto la juu. (Ndiyo, inapokanzwa hadi digrii 100 - 125, betri ya jua inaweza hata kuzima na mfumo wa baridi unaweza kuhitajika. Mfumo wa uingizaji hewa utatumia sehemu ndogo ya nishati inayozalishwa na betri. Miundo ya kisasa ya paneli za jua hutoa mfumo kwa mtiririko wa hewa ya moto.)

- bei ya juu. (Kwa kuzingatia maisha marefu ya huduma ya paneli za jua, sio tu kurejesha gharama za ununuzi wake, lakini pia itaokoa pesa kwa matumizi ya umeme, kuokoa tani za mafuta ya jadi na kuwa rafiki wa mazingira)

Matumizi ya mifumo ya nishati ya jua katika ujenzi.

Katika usanifu wa kisasa, inazidi kupangwa kujenga nyumba na vyanzo vya nishati ya jua vinavyoweza kujengwa. Paneli za jua zimewekwa kwenye paa za majengo au kwa msaada maalum. Majengo haya hutumia chanzo tulivu, cha kuaminika na salama cha nishati - Jua. Nishati ya jua hutumiwa kwa taa, kupokanzwa nafasi, kupoeza hewa, uingizaji hewa, na uzalishaji wa umeme.

Tunawasilisha miradi kadhaa ya ubunifu ya usanifu kwa kutumia mifumo ya jua.

Sehemu ya mbele ya jengo hili imejengwa kwa glasi, chuma, alumini na betri za nishati ya jua zilizojengwa. Nishati inayozalishwa inatosha sio tu kuwapa wakazi wa nyumba hiyo maji ya moto ya uhuru na umeme, lakini pia kuangaza barabara ya kilomita 2.5 mwaka mzima.

Nyumba hii iliundwa na kikundi cha wanafunzi wa Amerika. Mradi huo uliwasilishwa kwa shindano "Kubuni, ujenzi wa nyumba na uendeshaji wa paneli za jua." Masharti ya ushindani: wasilisha muundo wa usanifu wa jengo la makazi na ufanisi wake wa kiuchumi, kuokoa nishati na kuvutia. Waandishi wa mradi huo wamethibitisha kuwa mradi wao ni wa bei nafuu, unaovutia kwa watumiaji, na unachanganya muundo bora na ufanisi wa juu. (tafsiri kutoka www.solardecathlon.gov)

Matumizi ya mifumo ya nishati ya jua duniani.

Mifumo ya matumizi nguvu ya jua kamilifu na rafiki wa mazingira. Kuna mahitaji makubwa kwa ajili yao duniani kote. Ulimwenguni kote, watu wanaanza kuacha matumizi ya mafuta ya asili kutokana na kupanda kwa bei ya gesi na mafuta. Kwa hivyo, huko Ujerumani mnamo 2004. Asilimia 47 ya nyumba zilikuwa na vifaa vya kukusanya nishati ya jua kwa ajili ya kupokanzwa maji.

Katika nchi nyingi duniani, programu za serikali zimeandaliwa kwa ajili ya maendeleo ya matumizi ya nguvu ya jua. Huko Ujerumani, hii ni programu ya "paa 100,000 za jua", huko USA kuna mpango sawa wa "Paa Milioni ya Jua". Mwaka 1996 wasanifu majengo kutoka Ujerumani, Austria, Uingereza, Ugiriki na nchi nyingine waliendeleza Mkataba wa Ulaya nguvu ya jua katika ujenzi na usanifu. China ni kiongozi katika bara la Asia, ambapo, kwa kuzingatia teknolojia ya kisasa, mifumo ya kukusanya nishati ya jua inaletwa katika ujenzi wa majengo na matumizi ya nguvu ya jua katika sekta.

Ukweli ambao unazungumza sana: moja ya masharti ya kujiunga na Umoja wa Ulaya ni ongezeko la sehemu ya vyanzo mbadala katika mfumo wa nishati wa nchi. Mwaka 2000 Kulikuwa na kilomita za mraba milioni 60 za ushuru wa jua zinazofanya kazi duniani, kufikia 2010, eneo hilo liliongezeka hadi kilomita za mraba milioni 300.

Wataalam kumbuka kuwa soko la mifumo nguvu ya jua kwenye eneo la Urusi, Ukraine na Belarus inaundwa tu. Mifumo ya jua haijawahi kuzalishwa kwa kiasi kikubwa, kwa sababu malighafi ilikuwa nafuu sana kwamba vifaa vya gharama kubwa vya mfumo wa jua havikuwa na mahitaji ... Uzalishaji wa watoza, kwa Urusi, kwa mfano, karibu umekoma.

Kutokana na kupanda kwa bei za rasilimali za nishati za jadi, kumekuwa na ufufuo wa maslahi katika matumizi ya mifumo ya jua. Katika kanda kadhaa za nchi hizi zinazokumbwa na uhaba wa rasilimali za nishati, programu za ndani za matumizi ya mifumo ya jua zinapitishwa, lakini mifumo ya jua haijulikani kwa soko pana la watumiaji.

Sababu kuu ya maendeleo ya polepole ya soko la uuzaji na utumiaji wa mifumo ya jua ni, kwanza, gharama yao kubwa ya awali, na pili, ukosefu wa habari juu ya uwezo wa mifumo ya jua, teknolojia za hali ya juu za matumizi yao, na juu ya watengenezaji na watengenezaji wa mifumo ya jua. Yote hii haiwezi kufanya iwezekanavyo kutathmini kwa usahihi ufanisi wa kutumia mifumo inayofanya kazi nguvu ya jua.

Inapaswa kukumbushwa katika akili kwamba mtozaji wa jua sio bidhaa ya mwisho. Ili kupata bidhaa ya mwisho - joto, umeme, maji ya moto - unahitaji kupitia mchakato kutoka kwa kubuni, ufungaji hadi kuwaagiza mifumo ya jua. Uzoefu mdogo uliopo katika kutumia watoza wa jua unaonyesha kuwa kazi hii sio ngumu zaidi kuliko kufunga joto la jadi, lakini ufanisi wa kiuchumi ni wa juu zaidi.

Katika Belarus, Urusi, na Ukraine kuna makampuni mengi yanayohusika katika kubuni na ufungaji wa vifaa vya kupokanzwa, lakini leo vyanzo vya nishati vya jadi vina kipaumbele. Maendeleo ya michakato ya kiuchumi, uzoefu wa ulimwengu katika kutumia mifumo nguvu ya jua inaonyesha kuwa siku zijazo ziko katika vyanzo mbadala vya nishati. Kwa siku za usoni, inaweza kuzingatiwa kuwa mifumo ya jua ni nafasi mpya, isiyo na mtu katika soko letu.

Jua ni chanzo kikubwa cha nishati asilia. Mamia ya michakato tofauti hufanyika kila dakika ndani ya mpira huu wa gesi. Bila Jua, maisha Duniani hayawezekani, kwani ndio chanzo cha nishati kwa viumbe vyote vilivyo hai. Michakato yote ya asili ya kidunia hufanyika shukrani kwa nishati ya jua. Mzunguko wa anga, mzunguko wa maji, photosynthesis, udhibiti wa joto kwenye sayari - yote haya yasingewezekana bila Jua. Matumizi ya nishati ya jua duniani ni ya kawaida kama vile kupumua ndani na nje kwa wanadamu. Lakini inaweza kutoa ubinadamu hata zaidi. Inaweza kutumika kwa mafanikio kuzalisha nishati ya viwanda, mafuta au umeme.

Uwezo wa nishati ya jua

Maendeleo ya matumizi ya nishati ya jua yalianza katika karne ya 20. Tangu wakati huo, mamia ya tafiti zimefanywa na wanasayansi kutoka kote ulimwenguni. Wamethibitisha kuwa ufanisi wa kutumia nishati ya jua unaweza kuwa juu sana. Chanzo hiki kinaweza kutoa usambazaji wa nishati kwa sayari nzima bora zaidi kuliko rasilimali zote zilizopo kwa pamoja. Aidha, aina hii ya nishati inapatikana kwa umma na bure.

Kutumia nishati ya jua

Akiba ya maliasili inayoweza kutoa usambazaji wa nishati Duniani inapungua kila siku. Kwa hiyo, maendeleo ya kazi ya njia mbalimbali za kutumia nishati ya jua kwa sasa yanaendelea. Rasilimali hii ni mbadala bora kwa vyanzo vya jadi. Kwa hivyo, utafiti katika eneo hili ni muhimu sana kwa jamii.

Mafanikio yaliyopo kwa sasa yamewezesha kuunda mifumo ya kutumia nishati ya jua, ambayo imeundwa katika aina mbili:

• Inayotumika (mifumo ya photovoltaic, mitambo ya nishati ya jua na watoza).
• Passive (uteuzi wa vifaa vya ujenzi na muundo wa majengo kwa matumizi ya juu ya nishati ya jua).

Ubadilishaji na utumiaji wa nishati ya jua kwa njia hii umefanya iwezekane kutumia rasilimali isiyoisha na tija ya juu na kurudi kwenye uwekezaji.

Kanuni ya uendeshaji wa mifumo ya passiv

Kuna aina kadhaa za matumizi tu ya nishati ya jua. Wengi wao ni rahisi sana kutumia, lakini ni bora kabisa. Pia kuna chaguzi za kisasa zaidi ambazo hukusaidia kupata faida zaidi. Kwa mfano:

• Jambo la kwanza linalokuja kwenye akili ni chombo ambacho maji huhifadhiwa. Ikiwa unapiga rangi ya kivuli giza, basi kwa njia hii rahisi nishati ya jua itabadilishwa kuwa nishati ya joto, na maji yatawaka.
• Chaguo linalofuata ni zaidi ya uwezo wa mtu wa kawaida kufanya peke yake, kwani inahitaji uchambuzi wa kina na mtaalamu. Teknolojia hii inapaswa kuzingatiwa katika hatua ya kubuni na ujenzi wa nyumba. Kulingana na hali ya hali ya hewa, jengo limeundwa kwa namna ambayo yenyewe hufanya kama mtozaji wa jua. Baada ya hayo, nyenzo muhimu huchaguliwa ili kuwezesha mkusanyiko wa juu wa nishati ya jua.

Shukrani kwa njia hizo, inakuwa inawezekana kutumia nishati ya jua kwa ajili ya joto na taa ya majengo. Pia, maendeleo hayo yanachangia kuokoa nishati. Kwa kuwa muundo huo hauwezi tu kubadilisha nishati ya jua, lakini pia kuhifadhi joto ndani ya jengo, ambayo inaweza pia kupunguza gharama kwa kiasi kikubwa.

Njia za kutumia kikamilifu nishati ya jua

Msingi wa kanuni hii ya usambazaji wa nishati ni watoza. Vifaa vile huchukua nishati na kuibadilisha kuwa joto, ambayo inaweza kutumika kwa joto la nyumba au joto la maji, na pia kubadilisha nishati ya jua kwenye nishati ya umeme. Watoza hutumiwa sana viwandani na katika maeneo ya kibinafsi na kilimo.

Mbali na watoza, vifaa vingine vya mfumo wa kazi vinaweza kuitwa paneli na photocells. Kifaa hiki kinakuwezesha kutumia nishati ya jua nyumbani na kwa kiwango cha viwanda. Paneli hizo ni rahisi sana, matengenezo ya chini na ya kudumu.

Mimea ya nishati ya jua pia ni njia ya kutumia kikamilifu nishati ya jua. Wanafaa tu kwa ubadilishaji mkubwa wa mionzi kuwa nishati ya joto au umeme. Katika miaka ya hivi karibuni, wamepata umaarufu mkubwa duniani na maendeleo katika eneo hili hufanya iwezekanavyo kupanua uwezo na idadi ya vituo hivyo.

Akizungumza juu ya ukweli kwamba nishati ya jua husaidia kuokoa juu ya matumizi ya rasilimali za jadi, ni muhimu kuzingatia kwamba faida hiyo itakuwa muhimu sana kwa watu ambao wana viwanja vyao vya kibinafsi. Kumiliki nyumba yako mwenyewe hufanya iwezekane kusakinisha vifaa vya kubadilisha nishati ambavyo vinaweza kutosheleza, hata ikiwa sio kabisa, angalau sehemu ya mahitaji yako ya nishati. Hii itasaidia kupunguza kwa kiasi kikubwa matumizi ya usambazaji wa nishati ya kati na kupunguza gharama.

Nishati ya jua ni chanzo bora kwa michakato ifuatayo:

• Kupokanzwa na kupoeza kwa nyumba tu.

Hatupaswi kusahau kwamba Jua tayari huwasha kila kitu kilichopo duniani, na nyumba yako sio ubaguzi. Kwa hiyo, inawezekana kuongeza athari za manufaa kwa kufanya marekebisho fulani katika hatua ya ujenzi na kutumia mbinu maalum. Kwa hivyo, utapata nyumba iliyo na udhibiti mzuri zaidi wa mafuta bila uwekezaji mwingi.

• Inapokanzwa maji kwa kutumia nishati ya jua.

Kutumia nishati ya jua kupasha maji ni njia rahisi na ya bei nafuu inayopatikana kwa wanadamu. Vifaa vile vinaweza kununuliwa kwa bei nzuri. Wakati huo huo, wataweza kujilipa haraka vya kutosha, kwa kiasi kikubwa kupunguza gharama ya usambazaji wa nishati ya kati.

• Taa za barabarani.

Hii ndiyo njia rahisi na ya bei nafuu ya kutumia nishati ya jua. Vifaa maalum ambavyo huchukua mionzi ya jua wakati wa mchana na kuangaza maeneo usiku ni maarufu sana kati ya wamiliki wa nyumba za kibinafsi hata sasa.

Paneli ya jua, kwa bahati mbaya, haipatikani kwa wote. Gharama yake ni ya juu kabisa, lakini wakati huo huo, ni rasilimali ya nishati inayofaa na yenye faida ambayo inaweza kutumika kwa mafanikio katika latitudo za Kirusi. Lakini ikiwa hali yako ya kifedha hairuhusu ununuzi huo wa gharama kubwa, unaweza kuunda paneli hizo mwenyewe.

Jinsi ya kufanya hivyo?

• Kwanza kabisa, utahitaji photocells za jua. Kwa wastani, jopo moja litahitaji vipande 36 hivi. Ni bora kuchagua vipengele kulingana na fuwele moja, kwa kuwa wana ufanisi wa juu na maisha marefu ya huduma.
• Jopo yenyewe hufanywa kutoka kwa karatasi ya plywood. Chini hukatwa ndani yake, saizi ambayo huamua kulingana na idadi ya seli za picha. Ifuatayo, jopo linawekwa kwenye sura iliyofanywa kwa baa.
• Kisha unahitaji kufanya substrate ambayo photocells itatumika. Hii inaweza kufanywa kutoka kwa fiberboard.
• Ifuatayo, unahitaji kutengeneza mashimo. Hakikisha kuhakikisha kuwa zina ulinganifu.
• Ifuatayo, utaratibu wa kukausha na kukausha unafanywa, ambao hurudiwa mara mbili.
• Baada ya substrate kukauka, vipengele vimewekwa juu yake na soldering hufanyika. Jambo muhimu - kuwaweka kichwa chini.
• Katika hatua ya mwisho, seli za picha zimewekwa kwa safu, na kisha kila kitu kinaunganishwa kuwa ngumu. Yote hii hatimaye imefungwa na silicone.

Kwa njia hii rahisi, unaweza kuunda vifaa kwa mikono yako mwenyewe ambayo inakuwezesha kutumia nishati ya jua nyumbani kwako. Kwa bidii kidogo na uvumilivu, utafanikiwa.

Matumizi ya nishati ya jua nchini Urusi

Ni katika hatua gani ya maendeleo ni nishati mbadala nchini Urusi sasa? Kwa bahati mbaya, kwa wakati huu hii inafanyika kwa kiwango cha chini sana. Nchi bado haijatambua uwezo wake wote uliopo. Hii inaathiriwa sana na kipengele kama vile uwepo wa hifadhi kubwa ya madini ambayo hutumiwa kwa usambazaji wa nishati ya jadi.

Hata hivyo, matumizi ya mafanikio ya nishati ya jua nchini Urusi yanawezekana. Shukrani kwa eneo lake kubwa, ambalo linajumuisha maeneo tofauti ya hali ya hewa na topografia, nchi ina fursa ya kuendeleza kikamilifu uzalishaji wa nishati mbadala. Kwa mbinu yenye uwezo na ya kina, inawezekana kutoa asilimia kubwa ya jumla ya usambazaji wa nishati kwa msaada wa nishati ya jua.