Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Идеализированные пассивные элементы. Резистивный элемент

Идеализированные пассивные элементы. Резистивный элемент.

Резистивный элемент-идеализированный элемент ЭЦ, характеризующий потери энергии на нагрев, механическую работу или электромагнитное излучение в реальном электротехническом устройстве. Буквенное обозначение R используется как для обозначения самого резистивного элемента (рис.1.3,а),

так и для количественной оценки отношения напряжения на его зажимах к току, через него протекающему.

Эта формула выражает закон Ома, экспериментально установленный в 1826 году. Величина g=1/R называется проводимостью и измеряется в Сименсах..

Если вольт-амперная характеристика (ВАХ) резистивного элемента линейна (рис.1.3,б),

то резистивный элемент называется линейным. Если задана ВАХ линейного резистивного элемента, то величина сопротивления его пропорционально тангенсу угла  наклона ВАХ к оси токов, т.е.

В силу пропорциональной зависимости (1.1) ток в линейном резистивном элементе всегда совпадает по форме с напряжением на его зажимах.

Для любого двухполюсника с мгновенным значением напряжения на его зажимах u и мгновенным значением тока, протекающего через его зажимы  , мгновенная мощность p, характеризующая мгновенную скорость изменения энергии в элементе, определяется произведением

Мгновенная мощность может быть положительной либо отрицательной в зависимости от соотношения знаков напряжения и тока. Если p 0, то энергия поступает в элемент из внешней цепи. Если p 0, то энергия запасенная в элементе возвращается во внешнюю цепь. Сама энергия W всегда положительна и определяется интегралом от мгновенной мощности.

Для резистивного элемента мгновенная мощность всегда положительна и определяется как

Электрическая энергия, поступившая в резистивный элемент и превращенная в тепло, начиная с некоторого момента времени t=0 и до рассматриваемого момента t определяется интегралом

Превращение электрической энергии в тепловую впервые было доказано Джоулем и Ленцем опытным путем. Они установили тепловой эквивалент электрической энергии 0.24 кал/дж. Следовательно, количество тепла, эквивалентное рассеянной в резистивном элементе энергии , равно

Графики зависимостей  (t), p(t) и WR(t) при произвольной форме напряжения на зажимах резистивного элемента представлены на рис. 1.3,в.

9. Идеализированные пассивные элементы. Катушка индуктивности.

Индуктивный элемент— идеализированный элемент ЭЦ, сходный по своим свойствам с катушкой индуктивности, способной запасать энергию магнитного поля. Он вводится в схему ЭЦ, если в реальном электро-техническом устройстве имеет место явление самоиндукции.

Условное обозначение индуктивного элемента приведено на рис. 1.4,а.

Буквенное обозначение L применяется как для обозначения на схеме самого индуктивного элемента, так и для количественной оценки отношения потокосцепления самоиндукции  к току  , его обус-лавливающему. Это отношение называется индуктивностью элемента и измеряется в Генри. Таким образом

Физически картина состоит в следующем. Переменный во времени ток , протекая по виткам w катушки создает переменный магнитный поток Ф. Этот поток, пронизывая витки катушки, образует потокосцепление самоиндукции

=Фw.

Всякое изменение потокосцепления самоиндукции во времени на основании закона электромагнитной индукции Фарадея -Максвелла обуславливает ЭДС самоиндукции

По закону Ленца, выражающему принцип электромагнитной инерции, эта ЭДС препятствует изменению потокосцепления. Это обстоятельство учитывается знаком (-) в приведенной формуле. Величина по знаку противоположная ЭДС носит название напряжения на индуктивности uL. Таким образом

Если магнитный поток катушки формируется в ферромагнитной среде, то зависимость потокосцепления самоиндукции от тока ( ) в общем случае нелинейна (кривая 1 на рис. 1.4,б) и, следовательно, индуктивность катушки зависит от тока, через нее протекающего.

Это обстоятельство связано с непостоянством магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника. Если сердечник неферромагнитный, то магнитная проницаемость его постоянна. В этом случае зависимость () линейна и индуктивность L является постоянной величиной.

Для линейного индуктивного элемента напряжение на зажимах uL связано с током следующей зависимостью

т.е. напряжение на индуктивном элементе пропорционально скорости изменения тока, через него протекающего.

Если  =I=Const, то uL=0, и следовательно индуктивный элемент в цепи с источниками постоянного напряжения и тока в установившемся режиме можно заменить проводником с нулевым сопротивлением.

Если ток изменяется линейно ( =At), то напряжение на индуктивном элементе постоянно (uL=LA).

Если известно напряжение на индуктивном элементе, то ток через него определяется интегралом

где нижний предел принят равным - в предположении, что до рассматриваемого момента времени процесс мог длиться сколь угодно долго. При t=0 имеем

для индуктивного элемента может быть и положительной и отрицательной , что зависит от знаков тока и производной тока. Если p>0, то энергия поступает из внешней цепи и запасается в индуктивном элементе. Если p<0, то энергия, запасенная в индуктивном элементе возвращается во внешнюю цепь. Сама энергия всегда положительна и определяется выражением

Как видно, в любой момент времени энергия пропорциональна индуктивности и квадрату тока, протекающего через индуктивный элемент. Графики зависимостей uL(t), p(t) и WL(t) при произвольной форме тока L(t) через индуктивный элемент представлены на рис. 1.4,в.

Идеализированный пассивный элемент преобразующий энергию электрического тока в тепло

  • Главная
  • ЭЛЕМЕНТ ПЕЛЬТЬЕ КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЭЛЕМЕНТ ПЕЛЬТЬЕ КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день потребности населения планеты растут с каждым днем все больше. Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Если не будут найдены новые виды источников энергии, то реальность, которая предстанет перед нашими внуками, будет ужасающей. Поэтому, многие ученые пытаются найти новые неисчерпаемые источники энергии.

Читайте так же:
Устройство теплового реле тока

Объект исследования: Элемент Пельтье

Предмет исследования: модель термоэлектрического преобразователя

Цель исследования: обоснование использования элемента Пельтье как альтернативного источника энергии

Задачи:

1. изучить теоретические аспекты данной проблемы;

2. найти способы изучения эффекта Элемента Пельтье ;

3. создать в домашних условиях модель;

Гипотеза: если Элемент Пельтье в предложенной модели будет вырабатывать электричество, то он может применяться как альтернативный источник энергии.

Практическая значимость: возможность в дальнейшем применять данные в повседневной жизни.

Методы: моделирование, эксперимент, анализ.

ГЛАВА 1.Теоретические аспекты проблемы

1.1. Элемент Пельтье

Элемент Пельтье это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока.

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух токопроводящих материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту. У элементов Пельтье есть такая особенность, что если нагреть одну и охдадить другую стороны, то элемент начинает генерировать электричество.[5]

1.2.Эффект Пельтье́.

Эффект Пельтье́ — термоэлектрическое явление, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока в месте контакта (спая) двух разнородных проводников.

Величина выделяемого тепла и его знак зависят от вида контактирующих веществ, направления и силы протекающего электрического тока.

Эффект открыт Ж. Пельтье в 1834 году, суть явления исследовал несколькими годами позже — в 1838 году Ленц, который провёл эксперимент, в котором он поместил каплю воды в углубление на стыке двух стержней из висмута и сурьмы. При пропускании электрического тока в одном направлении капля превращалась в лёд, при смене направления тока — лёд таял, что позволило установить, что в зависимости от направления протекающего в эксперименте тока, помимо джоулева тепла выделяется или поглощается дополнительное тепло, которое получило название тепла Пельтье. Эффект Пельтье «обратен» эффекту Зеебека.

Эффект Пельтье более заметен у полупроводников, это свойство используется в элементах Пельтье.[7]

1.3. Эффект Зеебека.

Эффект Зеебека — явление возникновения ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах.

Эффект Зеебека также иногда называют просто термоэлектрическим эффектом.

Данный эффект был открыт в 1821 году Т. И. Зеебеком. В 1822 году он опубликовал результаты своих опытов в статье «К вопросу о магнитной поляризации некоторых металлов и руд, возникающей в условиях разности температур», опубликованной в докладах Прусской академии наук.

Эффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термо-ЭДС, если места контактов поддерживают при разных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников, называется термоэлементом или термопарой.

Возникновение эффекта Зеебека вызвано несколькими составляющими:

— различная зависимость средней энергии электронов от температуры в различных веществах;

— различная зависимость от температуры контактной разности потенциалов [6]

1.4. Альтернативный источник энергии.

Основным направлением альтернативной энергетики является поиск и использование альтернативных (нетрадиционных) источников энергии. Источники энергии — «встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию».

Альтернативный источник энергии является возобновляемым ресурсом, он заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле, которые при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению. Причина поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

Под альтернативной энергетикой обычно подразумевают возобновляемые источники энергии, иногда, исключаяиз этого списка малые гидроэлектростанции. В этот список входят электростанции, работающие от энергии солнца, ветра, геотермальные, приливные, работающие на биотопливе и некоторые другие более редкие типы. [1;2]

1.5. Потенциальные альтернативные источники энергии.

Соленая вода

В Норвегии существует экспериментальная электростанция компании Statkraft. Объект работает на использовании эффекта осмоса: смешивание соленной и пресной воды освобождает энергию за счет увеличивающейся энтропии жидкостей. Эта же энергия вращает гидротурбины генератора.

Пьезоэлектрические генераторы

Создано немалое число экспериментальных установок по выработке кинетической энергии с помощью пьезоэлектрических генераторов. Практичность этого типа энергетических установок доказывают турникеты, танцполы и пешеходные дорожки, где применяется данная технология.

Человек

Удивительно, но человек тоже может быть источником энергии. Специальные наногенераторы способны улавливать микроколебания в человеческом теле и преобразовывать их в электрическую энергию, которой как раз достаточно на то, чтобы подзарядить мобильник.

Топливные элементы

Топливные элементы с твердооксидным электролитом нередко демонстрируются на отраслевых выставках. Энергия, которая выделяется при сжигании топлива непосредственно переходит в электрическую.

В итоге, существует масса способов заменить традиционные энергетические ресурсы. Задача теперь — снизить их убыточность. [4]

ГЛАВА 2. Построение модели альтернативного источника питания.

Конструирование модели.

Для проведения опыта нам нужно построить стенд.

Сборка стенда:

Делаем каркас из алюминиевых уголков. (фото 2, приложения II )

Читайте так же:
При протекании электрического тока через проводник выделяется количество теплоты

Из фанеры вырезаем стенки короба.(фото 2, приложения II )

Из люминиевой трубки делаем проставки между коробом и текстолитом.

(фото 3, приложения III)

Берём кусок текстолита и вырезам в нём отверстия под элемент Пельтье и датчик терморегулятора. (фото 1, приложения II)

Вырезаем в боковой части короба отверстия для установки терморегулятора и автоматического выключателя. (фото 4, приложения Ш)

Организация:

Устанавливаем две розетки, одну внутри короба, другую снаружи.(фото5, приложения Ш)

К той, что внутри через автоматический выключатель подключаем провод с вилкой, по которому будет проходить питание стенда.

(рисунок 2, приложения I)

Подключаем терморегулятор к блоку питания. (рисунок 2, приложения I)

Наружную розетку подключаем через терморегулятор.

(рисунок 2, приложения I)

К элементу Пельтье подключаем диод, светодиод, конденсатор, амперметр и вольтметр. (рисунок 2, приложения I); (фото7, приложения IV)

Демонстрация модели.

Включаем стенд в розетку.

Включаем автоматический выключатель.(фото 6, приложения IV)

Снимаем показания приборов.(фото 8,9, приложения IV)

Данные эксперимента приведены в таблице 1.«Результаты эксперимента». (приложения I)

Из таблицы видно, что при увеличении разницы температур нагревателя и радиатора увеличивается сила тока, а также напряжение.

Вывод: при увеличении количества элементов Пельтье, а также разницы температур можно получить на выходе определенные силу тока и напряжение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время всё чаще и чаще говорят об эффекте Пельтье, элемент Пельтье легко можно купить в магазине.

Термоэлектрические модули Пельтье применяются:

в небольших бытовых и автомобильных холодильниках;

в охладителях воды;

в системах охлаждения электронных приборов и др.

К достоинству элементов Пельтье можно отнести:

— отсутствие механически движущихся частей, газов, жидкостей;

— возможность обеспечивать как охлаждение, так и нагревание;

— возможность плавного регулирования мощности охлаждения.

К недостаткамэлементов Пельтье можно отнести:

-.высокая стоимость мощных модулей.

В результате создания нашей модели термоэлектрического преобразователя, на основе полученных данных, мы считаем, что обосновали использование элемента Пельтье как альтернативного источника энергии.

Данная модель является экспериментальной и поэтому, мы не видим смысла обосновывать её затратность.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Альтернативная энергетика//интернет ресурс:https://ru.wikipedia.org/wiki/

2.Альтернативная энергетика не для России?//интернет ресурс: http://www.tpp-inform.ru/vedomosti/mir/35815/

3. Практика применения элементов Пельтье// интернет ресурс: http://radiokot.ru/lab/hardwork/91/

4. Ученые расширили список источников альтернативной энергии// интернет ресурс: http://www.topclimat.ru/news/field/uchenye_rasshirili_spisok_istochnikov_alternativnoi_energii.html

5. Элемент Пельтье// интернет ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki/

6. Эффект Зеебека // интернет ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki/

7. Эффект Пельтье// интернет ресурс:https://ru.wikipedia.org/wiki/

ПРИЛОЖЕНИЯ

Таблица 1. «Результаты эксперимента»

записи

t 1 °C

t 2 °C

U В

I мА

1

28

27

0,01

2

1

2

37

31

0,35

5

6

3

48

33

0,8

7

15

4

54

36

1.04

8

18

5

79

44

2

9

35

6

83

45

2,08

14,3

38

7

96

49

2,37

35

47

Рисунок 1. Строение элемента Пельтье.

Рисунок 2. Схема электрическая принципиальная модели термоэлектрического преобразователя

Конструирование модели.

Фото 1. Выпиливаем отверстия в текстолите для элемента Пельтье и датчика терморегулятора.

Фото 2. Собираем стенд.

Фото 3. Устанавливаем площадку для нагревателя.

Фото 4. Автоматически настраиваем панель терморегулятора и автоматический выключатель.

Фото 5. Устанавливаем розетки.

Фото 6. Проверяем работу терморегулятора

Фото 7. Диод, светодиод, конденсатор и амперметр

Фото 8, 9 Проведение эксперимента.

Технические характеристики элемента Пельтье: Модель TEC1-12706 Наличие герметизации Да Рабочее напряжение, Вольт (V) от 3.7 до 12 Максимальное напряжение, Вольт (V) 15,4 (есть шанс вывести из строя) Рабочий ток, Ампер (A) 6 Мощность, Ватт (W) 53.3 Максимальная мощность охлаждения, Ватт (W) 53 Рабочая температура, градусов Цельсия

Старт в науке

Учредителями Конкурса являются Международная ассоциация учёных, преподавателей и специалистов – Российская Академия Естествознания, редакция научного журнала «Международный школьный научный вестник», редакция журнала «Старт в науке».

Виды преобразователей солнечной энергии Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Белова Яна Сергеевна

В статье приведена статистическая информация по солнечному излучению, достигающему поверхности планеты; рассматриваются различные виды преобразователей солнечного излучения в тепловую или электрическую энергию; приведена классификация преобразователей в зависимости от типа получаемой энергии (фотоэлектрические преобразователи, солнечные коллекторы и тепловые станции), их краткое описание и принцип функционирования; указаны преимущества, недостатки, примерный период эксплуатации отдельных установок и черты, отличающие их друг от друга.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Белова Яна Сергеевна

TYPES OF SOLAR ENERGY EQUIPMENT

The article is devoted to different types of installations, which transform solar radiation into thermal or electrical energy; the classification of different installation types, depending on obtained energy forms, are observed: photovoltaic technologies, solar thermal collectors and solar power stations (as well as their brief description, operating principles). The advantages, disadvantages, approximate period of operation of individual plants and features that distinguish them from each other are indicated.

Текст научной работы на тему «Виды преобразователей солнечной энергии»

ВИДЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ Белова Я.С. Email: Belova1158@scientifictext.ru

Белова Яна Сергеевна — студент, факультет прикладной экономики и коммерции, Московский государственный институт международных отношений, г. Москва

Аннотация: в статье приведена статистическая информация по солнечному излучению, достигающему поверхности планеты; рассматриваются различные виды преобразователей солнечного излучения в тепловую или электрическую энергию; приведена классификация преобразователей в зависимости от типа получаемой энергии (фотоэлектрические преобразователи, солнечные коллекторы и тепловые станции), их краткое описание и принцип функционирования; указаны преимущества, недостатки, примерный период эксплуатации отдельных установок и черты, отличающие их друг от друга. Ключевые слова: преобразование солнечной энергетики, солнечная панель, солнечный коллектор, солнечная тепловая электростанция, возобновляемая энергетика.

Читайте так же:
Тепловое движение электрического тока используется в

TYPES OF SOLAR ENERGY EQUIPMENT Belova Y^S.

Belova Yana Sergeevna — Student, SCHOOL OF APPLIED ECONOMICS AND COMMERCE, MOSCOW STATE INSTITUTE OF INTERNATIONAL RELATIONS, MOSCOW

Abstract: the article is devoted to different types of installations, which transform solar radiation into thermal or electrical energy; the classification of different installation types, depending on obtained energy forms, are observed: photovoltaic technologies, solar thermal collectors and solar power stations (as well as their brief description, operating principles). The advantages, disadvantages, approximate period of operation of individual plants and features that distinguish them from each other are indicated.

Keywords: transformation of solar energy, solar panel, solar thermal collector, solar thermal collector, renewable energy.

Общее количество энергии, поступающей от Солнца к нашей планете, составляет 123 трлн т условного топлива в год. Данное значение в 3000 раз больше, чем энергия остальных видов топлива. Технический потенциал солнечной энергии приблизительно равен 0,1% от валового (указан выше) [1], что представляет собой 123 млн т у. т. Говоря об энергетическом потенциале, стоит отметить также такой показатель, как солнечная постоянная. Это количество энергии, которое приходится на какую-либо площадь конкретной планеты. Так, для Земли этот показатель в среднем приблизительно равняется 1370 Вт/м2. Таким образом, мы можем видеть, что возможности использования солнечной энергии велики.

Преобразование солнечной энергетики можно разделить на два типа: преобразование в тепловую или электрическую энергию. В зависимости от этого отличаются друг от друга и установки, осуществляющие данное преобразование: для первого способа существуют солнечные коллекторы, для второго — солнечные батареи. Ко всему прочему можно выделить еще и солнечные тепловые электростанции, которые могут рассматриваться как промежуточное звено между двумя типами преобразований (Рис. 1).

преобразование солнечной энергии

Рис. 1. Преобразование солнечной энергии (составлено автором)

1.1. Солнечные коллекторы представляют собой устройства, трансформирующие энергию Солнца в тепло. Система солнечного коллектора состоит из следующих элементов: коллектор, контур для теплообмена и тепловой аккумулятор (бак с жидкостью). Принцип работы прост: циркулирующая жидкость (вода или антифриз) нагревается в солнечном коллекторе, передает энергию аккумуляционному баку, где депонирующаяся вода нагревается и хранится до востребования.

Всего существуют три вида конструкций солнечных коллекторов [2]:

1. Плоский коллектор: плоская емкость, содержащая слой, способный абсорбировать тепло; в роли теплоносителя (поступающего по трубкам, соединенным с абсорбирующим слоем) циркулирует пропилен-гликоль; сама конструкция покрыта стеклом. Данная установка является простой, принцип действия полностью повторяет базовый, указанный выше.

2. Вакуумный коллектор: состоит из нескольких стеклянных полых трубок, внутри которых содержатся меньшие по размеру трубки с поглотителем тепловой энергии; в роли теплоизоляции выступает вакуум между трубками. Принцип работы: поглотитель энергии (например, эфир) нагревается, испаряется и передает тепло теплообменнику, осуществляющему нагрев теплоносителя, который и поступает в бак, где депонируется вода [3].

3. Воздушный коллектор: устройство, в котором воздух контактирует с нагревательным элементом и подается на обогрев помещения; редко применяется, т.к. в отличие от жидкости воздух менее эффективно проводит тепло.

Сравнивая данные виды солнечных коллекторов, стоит отметить, что плоские коллекторы пользуются большей популярностью, т.к. они прочнее и в некоторых случаях эффективнее. В свою очередь, вакуумные коллекторы обладают более хрупкой конструкцией, у них самый низкий срок жизни (обычно 15-30 лет, у вакуумных — в районе 10-15), но перед плоскими у них есть преимущество: при повреждении плоский коллектор требует полной замены, в то время как вакуумный — лишь поврежденной трубки. К тому же, он дольше сохраняет тепло в очень холодную погоду. Воздушный коллектор хотя и является менее эффективным по сравнению с двумя вышеуказанными, но при низких температурах нет проблемы замерзания жидкости [4].

Солнечные коллекторы могут применяться в целях горячего водоснабжения, отопления, подогрева бассейнов.

1.2. Солнечные батареи — система, преобразующая солнечную энергию в электричество и представляющая собой совокупность фотоэлементов, объединенных в общий корпус,

покрытых прозрачной панелью с лицевой стороны. Систему солнечных батарей называют фотоэлектрической установкой.

Принцип работы: лучи падают на отрицательно заряженную панель, полупроводник нагревается, частично поглощая их энергию. Приток энергии высвобождает отрицательно заряженные частицы — электроны — внутри полупроводника. В результате на их месте остаются пустоты, а освободившиеся электроны начинают блуждать по кристаллической решетке. Под воздействием электрического поля происходит разделение положительно и отрицательно заряженных частиц. Таким образом, появляется разность потенциалов, или постоянное напряжение. Свободные электроны начинают двигаться в определенном направлении, и этот поток и образует электрический ток. Если приложить металлические контакты к верхней и нижней части фотоэлемента, то полученный ток направляется по проводам и его можно использовать для работы различных устройств.

Солнечные батареи бывают кремниевые и пленочные. В свою очередь, среди кремниевых батарей выделяют [5]:

1. Монокристаллические. В основе установки — монокристаллический кремний. На данный момент такие установки являются наиболее распространенными. Кремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, которые разрезают на тонкие слои (200 микрон), через которые проходит сетка из металлических электродов. При прямом солнечном свете и температуре +25 °С эффективность элемента может достигать 19%.

Читайте так же:
Розетка обычная для теплого пола

2. Поликристаллические. Технология сходна с вышеуказанной, но при изготовлении используется менее чистый кремний. Эффективность: 14-16%.

3. Ленточный кремний. Отличие от предыдущих типов в том, что кремний наращивается тонким слоем в виде лент, а не отрезается от кристалла. Данные установки редки и мало применяются.

4. Аморфный кремний. При изготовлении данных пластин кремний напыляется в вакууме на стекло, металл или пластик. Данный тип — более дешевый, но недолговечный: кремний очень быстро выгорает на свету, что приводит к снижению производительности уже через 2-3 месяца, а у некачественных производителей через пару лет эффективность может упасть до нуля (при начале эксплуатации — 6-9%). Срок службы: около 10 лет.

В целом, панели последнего типа удобнее использовать в пустынях, где в наличии имеются огромные территории и избыточное освещение. Для частных домов, построек или небольших предприятий монокристаллические и поликристаллические панели — наилучшее решение, т.к. у них энергоэффективность высока и срок службы значительно дольше.

В свою очередь, в основе тонкопленочных батарей могут лежать медно-галлиевые, теллур-кадмиевые и др. вещества. Такие панели обладают рядом достоинств. К примеру, они используются при создании гибких мобильных модулей. Также тонкие слои можно наносить на стекло, оставляя его прозрачным (но энергоэффективность такой панели мала, что делает данную технологию непопулярной). Срок службы такой установки: 10-15 лет в лучшем случае. При этом стоит заметить, что по мере эксплуатации энергоэффективность постепенно будет снижаться уже после первых лет функционирования.

1.3. Солнечная тепловая электростанция. Данная установка представляет собой совокупность зеркал, фокусирующих солнечный свет, и специальную башню, улавливающую его. Принцип работы: солнечная энергия улавливается зеркалами и направляется в башню, где происходит нагревание теплоносителя, преобразующегося в пар. В дальнейшем пар поступает в парогенератор, где процесс получения энергии схож с ТЭЦ. Данный способ преобразования солнечной энергии имеет свои достоинства. Так, КПД около 40%, при этом есть возможность аккумулировать тепло, что позволяет станции работать круглосуточно. К недостаткам можно отнести высокую себестоимость и сложность эксплуатации.

Примером данной установки является солнечная тепловая станция в Испании (Севилья). Данная станция содержит 1225 зеркал и обеспечивает энергией 60 000 домов, при этом к концу проекта их число должно возрасти до 180 000. Также предполагается, что только за

счет этой станции выбросы углекислого газа в атмосферу сократятся на 600 тыс. тонн (ежегодно). При этом данный проект является коммерческим [6].

Солнечная энергетика не только способствует сохранению запасов традиционных энергоносителей, но и приводит к снижению выбросов парниковых газов, являющихся причиной глобального потепления, в атмосферу. Используя потенциал, заключенный в Солнце, при помощи различных преобразователей, человечество может постепенно перейти на рельсы возобновляемой, «зеленой» энергетики.

Список литературы /References

1. Альтернативные энергоносители / М.В. Голицын, А.М. Голицын, Н.М. Пронина. Отв. ред. Г.С. Голицын. М.: Наука, 2004. 159 с.

Элементы цепи.

Элементы цепи — это такие идеализированные устройства в электрической цепи, которые отображают какое-либо из свойств реальной электрической цепи. Если в электрических цепях от направлений и величин напряжений, а также токов не зависят параметры всех элементов, то есть прямыми линиями являются графики вольт-амперных характеристик (ВАХ), то такие электрические цепи называются линейными.

Когда же существует зависимость параметров элементов электрической цепи от напряжения или тока, графики ВАХ этих элементов будут иметь криволинейный характер, то такие элементы цепи называются нелинейными.

Нелинейной электрической цепью является содержащая хотя бы один из нелинейных элементов электрическая цепь. Различаются в теории электрических цепей пассивные и активные элементы цепи. Пассивные элементы потребляют энергию в электрической цепи, которую в нее вносят активные элементы.

Пассивные элементы цепи.

Обладающий свойством необратимого рассеивания энергии идеализированный элемент электрической цепи называется резистивным сопротивлением.

Вольт-амперная характеристика и его графическое изображение данного элемента показаны на рисунке.

Элементы цепи

Связаны между собой ток и напряжение на резистивном сопротивлении следующими зависимостями: u = iR, i = Gu. В данных формулах коэффициенты пропорциональности R (сопротивление) и G (проводимость) измеряются в омах [Ом] и сименсах [См]:

Идеализированный элемент электрической цепи, который имеет свойство накапливать энергию магнитного поля называется индуктивным элементом.

Элементы цепи

Линейной зависимостью между током i и потокосцеплением ψ характеризуется линейная индуктивность, получившая название вебер-амперная характеристика ψ = Li.

Соотношением u = dψ/dt = L(di/dt), связываются между собой ток и напряжение.

В данной формуле коэффициент пропорциональности L и называется индуктивностью, единицей его измерения является генри (Гн).

Идеализированный элемент электрической цепи называется емкостным элементом (емкостью), если он обладает свойством накапливать энергию электрического поля.

Элементы цепи

Кулон-вольтной характеристикой q = Cu называется линейная зависимость между зарядом и напряжением, характеризующаяся линейной емкостью. Связаны ток и напряжение емкости соотношениями:

Активные элементы цепи.

Элементы цепи, отдающие энергию в цепь, считающиеся источниками энергии называются активными элементами. Различаются зависимые и независимые источники энергии. К независимым относятся источник тока и источник напряжения.

Под источником напряжения подразумевается идеализированный элемент электрической цепи, напряжение на зажимах которого не имеет зависимости от протекающего через него тока.

Элементы цепи

У идеального источника напряжения равно нулю внутреннее сопротивление.

Идеализированный элемент электрической цепи, от напряжения на его зажимах ток которого не зависит, называется источником тока.

Читайте так же:
Тепловое действие тока опыт рисунок

Элементы цепи

В идеальном источнике тока внутренне сопротивление равно бесконечности.

Если величина тока (напряжения) зависит от тока или напряжения другого участка цепи, то такие источники тока (напряжения) называются зависимыми (управляемыми). Транзисторы, электронные лампы, работающие в линейном режиме усилители моделируются зависимыми источниками.

Существует четыре типа зависимых источников:

1. Источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН) — а) нелинейный, б) линейный, μ – коэффициент усиления напряжения

Элементы цепи

2. ИНУН — а) нелинейный, б) линейный, γн – передаточное сопротивление

Элементы цепи

3. ИНУН — а) нелинейный, б) линейный, β — коэффициент усиления тока

Элементы цепи

4. ИНУН — а) нелинейный, б) линейный, S — крутизна (передаточная проводимость).

Процесс преобразования солнечной энергии в электрическую

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна

Часто ли мы задумываемся о том, какой путь проходит свет перед тем, как достичь Земли? А между тем Солнце, находящееся примерно в 150 миллионах километров от нас, не только может светить и греть нас своим теплом, оно доставляет световую энергию, которую пытливые умы человечества научились использовать для получения энергии электрической. Как это происходит и при каких условиях? Насколько эффективны современные солнечные панели? Можно ли отказаться от тепловых и атомных электростанций, оказывающих негативное влияние на окружающую среду? Обо всем по порядку.

Наверняка первые попытки использовать солнечный свет для бытовых нужд были предприняты на заре человечества интуитивно. Люди понимали, например, что мокрые вещи на солнце сохнут быстрее, чем в тени, то есть эмпирически оценивали количество солнечной радиации (излучения), приходящей на землю. Архимед использовал параболические зеркала для поражения вражеских кораблей. Параболические зеркала также применяли пастухи и бедуины для приготовления пищи. Что же было дальше?

фото параболическое зеркало

1838 — французский физик Клод Пулье, используя простейший пирометр, измерил мощность солнечного излучения, приходящего на квадратный метр поверхности Земли. Величина получилась внушительная и близкая к современным оценкам – 1361 Вт/м 2 .

1839 — Беккерель обнаружил, что свет возможно преобразовать в электричество, а электричество, как известно – самый удобный для использования вид энергии.

1887-1890 — Герц и Столетов изучали явление, названное фотоэффектом. Суть его в том, что при облучении светом и вообще любым излучением вещества могут отдавать электроны – носители электрических зарядов. Это приводит к возникновению ЭДС, что позволяет использовать фотоэффект для получения электрического тока.

1905 – Эйнштейн, используя теорию Макса Планка о квантовой (состоящей из отдельных частиц) природе света, объяснил, как работает фотоэффект, за что потом и получил Нобелевскую премию. Вот так выглядит формула для фотоэффекта, выведенная создателем теории относительности:

Представим себе шар для боулинга, приклеенный к столу клеем. Это ядро атома. Стол представляет собой вещество. Вокруг ядра по окружности двусторонним скотчем приклеим теннисные мячи. Это электроны данного атома. Начнем стрелять по атому шариками для пинг-понга – фотонами, т.е. безмассовыми частицами света. Нетрудно представить, что они не сдвинут с места тяжелый шар для боулинга, т.е. ядро, но в зависимости от своей энергии они или просто оторвут теннисные мячи от скотча (это – красная граница фотоэффекта — ), или не только оторвут их, но и заставят двигаться, т.е. наши электроны приобретут кинетическую энергию Wk. Короче говоря, суть фотоэффекта в том, что фотоны отдают свою энергию на отрыв электронов от ядра (обязательно) и на придание им движения (необязательно, зависит от энергии фотонов). Движение электронов и представляет собой электрический ток — фототок.

фото визуальный пример движения электронов

Наконец, в 1954 году компания Bell объявила о создании кремниевых солнечных батарей. С тех пор и на земле, и в космосе свет начали использовать для получения электроэнергии с помощью фотоэлементов. Фотоэлементы представляют собой полупроводниковые приборы, использующие явление фотоэффекта. Как он проявляет себя здесь? Если мы будем светить на металл, то электроны вылетят в окружающее пространство и особой пользы не принесут. Фотоэлементы же устроены таким образом, что при освещении электроны скапливаются на противоположных электрических контактах, генерируя постоянное напряжение.

Нужное количество таких фотоэлементов соединяют в группы последовательно. Это делается для увеличения генерируемого напряжения. Далее последовательные группы соединяются параллельно для увеличения выходного тока. Количество элементов в этих группах зависит от требуемого расчетного тока и напряжения. Для увеличения надежности батареи фотоэлементы шунтируются диодами. Вся эта система покрывается стеклом для защиты цепей от внешних воздействий. При нагревании солнечной панели эффективность генерации снижается. Ввиду непостоянства выдаваемой мощности к клеммам солнечных панелей присоединяют контроллер для заряда аккумуляторов, которые питают инвертор для создания переменного напряжения.

КПД современных батарей, представленных на рынке, обычно составляет 15-20 %. В лабораторных условиях получают КПД, близкий к 45 %. Луноходы и марсоходы успешно колесят и бурят грунт на удаленных небесных телах, а космические аппараты бороздят просторы Солнечной системы, питаясь энергией Солнца. На земле же 1.3 кВт мощности солнца приходится в ясный день перпендикулярно одному квадратному метру, и у нас картина получается не очень радужная. Здесь же вспомним о сравнительно высокой цене солнечных элементов, поэтому на сегодняшний день солнечная энергетика все еще остается перспективной отраслью. Вопрос времени, подобно электромобилям, а в свое время – двигателям внутреннего сгорания? Увидим.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector