Альтернативные источники энергии. (Грани нетрадиционной энергетики.)
Другие рефераты
КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра СУ и ВТ
“Грани нетрадиционной энергетики”
Реферат по дисциплине:
“Экология”
Р а б о т у проверил Р а б о т у выполнил
студент гр. 95-ВТ-1
Разуваев В.А.
Дата:________________ Дата:________________
Подпись:_____________ Подпись:_____________
Калининград 1997
Содержание:
стр.:
1. Введение:
1.1. Грани нетрадиционной энергетики
............................................3
2. Грани солнечной энергетики:
2.1. Фотонный
кнут........................................................................
.......4
2.2. Лучше дешевле и
эффективней.....................................................4
2.3. Когда посредники не
нужны........................................................7
2.4. Промышленный
фотосинтез.........................................................8
2.5. Электростанции на орбите, а еще лучше на луне
!!!..................9
3. Ветроэнергетика:
3.1. Пожиратель
ветра.......................................................................
.12
“Нетрадиционая энергетика” нетрадиционна потому, что невезде ещё у нас есть
традиця – беречь родную пррироду.
Разуваев В.А.
Грани нетрадиционной энергетики.
Ученые предостерегают: разведанных запасов органического топлива при
нынешних темпах роста энергопотребления хватит всего на 70-130 лет.
Конечно, можно перейти и на другие невозобновляемые источники энергии.
Например, ученые уже многие годы пытаются освоить управляемый термоядерный
синтез...
Но даже в том случае, если на Земле будут открыты практически неисчерпаемые
сырьевые ресурсы, не удастся избежать экологической беды. Лет через 100 на
нашей планете будет вырабатываться 1 % энергии, которую она получает от
Солнца - 1.5 х 10 24 Дж в год. Этот рубеж не следует переходить. Иначе
начнётся таяние полярных льдов, катастрофически повысится уровень Мирового
океана. В таком случае прибрежным городам и целым приморским странам
энергия уже не понадобится.
Так называемого теплового загрязнения планеты можно избежать лишь в том
случае, если «взять на вооружение» солнечную энергию, которая независимо от
того, использует или не использует ее человек, - нагревает атмосферу
Земли.
ФОТОННЫЙ КНУТ
Чтобы в полной мере использовать лучистую энергию Солнца, к нужно
превратить в какой-либо иной вид. Сохранить световой луч в банк (вспомним
чудака-ученого, героя «Путешествий Гулливера», которая мечтал о солнечных
консервах) еще никому не удавалось.
Один из наиболее распространенных и перспективных способов преобразования
света - фотоэлектрический. фотоны передают свою энергию электронам в
полупроводниках. Возникает электрический ток.
Как это происходит? Подробно об этом можно прочитать в учебнике физики. Мы
же поясним вкратце. Запрещенные энергетические зоны в некоторых
полупроводниках по ширине как раз соответствуют величине энергии кванта
света. Запрещенная зона - это потенциальный барьер, который необходимо
преодолеть электрону при перескоке с одного на другой атом кристаллической
решетки. Поглотив фотон, электрон обретает подвижность Значит, может
возникнуть электрический ток. Ведь по определению ток - это направленное
движение электрических зарядов.
Да вот беда, фотоиндуцированные электроны могут с равной вероятностью
двигаться как в одну, так и в другую сторону. ЭДС разных знаков
компенсируют друг друга. Тока не будет.
Если же теперь совместить два полупроводника (чаще всего используется
кремний), легированных разными примесями (одна, в силу несовпадающих
валентностей, привносит в исходное вещество нескомпенсированные электроны -
получается полупроводник n-типа, а другая, чья валентность меньше. приводит
к появлению дырок, носителей положительных зарядов - полупроводник р-типа),
на их границе образуется n-р-переход. Света нет - ток отсутствует. Как
только полупроводниковый диод) осветить, потекут избыточные электроны в р-
зону.
ЛУЧШЕ ДЕШЕВЛЕ И ЭФФЕКТИВНЕЙ
Есть такая «вывернутая» присказка: лучше быть здоровым и богатым, чем
бедным и больным. Следуя этому принципу, и развивается фотоэнергетика. Еще
недавно фотоэлектроэнергия обходилась очень дорого. И немудрено. До 1982
года в нашей стране фотоэлементы выпускались только для космических
аппаратов. В наземные преобразователи попадало лишь то, что по каким-то
причинам выбраковывали основные заказчики.
Наконец появилось опытное производство дисковых солнечных элементов для
народнохозяйственных нужд. Себестоимость солнечной электроэнергии
уменьшилась в 3- 4 раза. Но все равно 7-10 руб. за 1 Вт установленной
мощности (таковы сегодняшние затраты) - это очень дорого. Идет поиск
способов удешевления солнечных элементов. Один из примеров тому -
интересная разработка советского ученого А. Степанова. Он предложил
высококачественный кремний не выращивать в виде слитков, которые приходится
потом распиливать на круглые пластины, те же, в свою очередь, тщательно
полировать, затрачивая много энергии и расходуя впустую материал, а
вытягивать тонкими лентами из расплава. При таком способе не только
снижается себестоимость фотоэлементов, но и увеличивается эффективность
солнечных батарей. Ведь ленты можно смыкать вплотную, а между дисковыми
элементами всегда остается неиспользованная площадь.
Однако в буквальном смысле камень преткновения солнечной электроэнергетики
- низкий КПД кремниевых элементов. Дело в том, что лишь небольшая часть
солнечной энергии поглощается электронами в полупроводниках. Львиная доля
падающего излучения идет на нагрев фотоэлемента (что, между прочим,
ухудшает его фотоэлектрические характеристики), какая-то часть отражается,
какая-то пронизывает его насквозь. Вспомним, ведь запрещенная полоса в
полупроводнике довольно узка. А значит, и невелико «энергетическое меню»
электронов. Кроме того, значительные потери энергии в полупроводниках
связаны с рекомбинацией электронов и дырок (компенсацией разноименных
зарядов).
В результате КПД стандартных солнечных элементов не превышает 10%. Впрочем,
уже есть опытные образцы, полученные в лабораториях М. Кагана, А. Зайцевой
(НПО «Квант»), КПД которых 15-17%. И это не предел. Экспертами посчитано,
что предельный КПД для солнечных элементов с n-р-переходом составляет 27-
30%.
Особенно перспективными считаются полупроводниковые преобразователи с так
называемыми гетера- переходами. Они изготовлены из двух различных по
химическому составу полупроводников (в отличие от описанного нами одного,
но легированного с двух сторон разными примесями). Соответственно ширина
запрещенных зон в каждом различна. В области n-р-перехода воз никает, за
счет взаимного сглаживания потенциальных барьеров, дополнительная фото-ЭДС.
Коллектив ученых, работающий под руководством академика Ж. Алферова,
получил на фотодиодах с гетеропереходом «арсенид алюминия - арсенид галлия»
КПД около 20%.
Примечательно, что при нагреве такие фотодиоды не ухудшают свои
фотоэлектрические свойства. Они устойчиво работают даже при 1600- кратном
уплотнении потока солнечной энергии.
Оказывается, можно создать фотопреобразующие устройства, которые будут
утилизировать практически весь падающий на них свет. Они обладают так
называемой варизонной структурой, то есть запрещенная зона у них переменной
ширины (рис. 1). Этого добиваются, вводя в разные зоны полупроводника
различные примеси. В таком случае фото-ЭДС генерируется не на одной
поверхности n-р-перехода, а в целой пространственной области, для разных
точек которой - разные запрещенные зоны. В ней для любого кванта найдется
укромное местечко, где его без помех поглотит электрон.
Теория варило иных структур в нашей стране разрабатывается членом-
корреспондентом АН СССР Н. Лидоренко, доктором физико-математических наук
В. Ёвдокимовым, доктором технических наук Д. Стребковым, кандидатом физико-
математических наук А. Миловановым и др. Доказано, что фотопреоб-
разователи с варизонной структурой (коль скоро научатся их изготавливать)
будут иметь КПД 90%.
Идет поиск и новых - дешевых материалов для фотоэлементов. Весьма
перспективны, по мнению некоторых исследователей, полупроводниковые
соединения меди, кадмия, серы. Преобразователи, полученные на их основе,
недороги, да вот беда - КПД у них порядка 5%, и материалы нестабильны,
разрушаются под воздействием окружающей среды. Сложная, дорогостоящая
герметизация сводит на нет полученную экономию.
Можно уменьшить себестоимость гелиоэлектроэнергии др
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
