Как полнее использовать энергию Солнца?

Автор Cirill, сентября 05, 2021, 09:44:41

« назад - далее »

Cirill

Каким должен быть рельеф Земли, чтобы максимальное число фотонов оставалось у нас, а не отражалось в космос? Осуществима ли идея помещения огромных панелей солнечных батарей в космосе с передачей энергии на Землю или на густо населенные космические станции будущего?

Alexeyy

От рельефа, практически, не зависит. Идея. в принципе, осуществима (https://rg.ru/2015/04/01/energia.html). Кажется, японцы над её практической реализацией работают.

василий андреевич

Цитата: Cirill от сентября 05, 2021, 09:44:41чтобы максимальное число фотонов оставалось у нас, а не отражалось в космос?
Вы чито?, сгореть хотите, как Венера.
  Грубо - световой фотон, уничтожаясь на приемнике, совершает работу с выделением теплового фотона. Чем меньше энергии перейдет в работу, тем быстрее мы сгорим. Проблема выведения тепловых фотонов, как отходов производства, в космос - встает перед человечеством, как краеугольная. Если в фанерозойские времена с поглощением и выделением тепла худо-бедно справлялись недра, то ныне мы из недр вырабатываем уйму тепловых отходов.

Злата

Зачем ума искать и ездить так далёко ?
Сахара и Негев - такие большие и удобные.
Если застроить солнечными батареями неиспользуемую землю- можно получить достаточно электричества, чтобы отключить много мазутных и газовых электростанций.
Правда - остается вопрос ЛЭП.

Солнечная электростанция дает высокий КПД, потому что солнечная энергия - низко-энтропийная.
Это значит, что в принципе может быть превращена в электричество полностью.

Ээээ.
А какое отношение имеет эта тема к "вопросам эволюции" ?

Шли по лесу и встретили программистку

Alexeyy

Цитата: Злата от сентября 24, 2021, 20:35:30Зачем ума искать и ездить так далёко ?
Для стабильности и дешевизны транспортировки. Солнечные электростанции на Земле дают большие вариации мощности в зависимости от погоды. К тому же тянуть провода, скажем, от Сахары до Японии - очень накладно и, практически, не рентабельно.
 
Цитата: Злата от сентября 24, 2021, 20:35:30Солнечная электростанция дает высокий КПД, потому что солнечная энергия - низко-энтропийная.
Нет: КПД солнечных эоектростанций - много ниже, чем топливных (ок. 20% без привлечения концентраторов и паровых двигателей; с последними - около 40%; тогда как кпд тепловой электростанции - под 90%). Поэтому, так же имеет смысл вынести солнечную электростанцию на орбиту, чтобы получить побольше энергии на квадратный метр солнечной батареи.
  В общем, расчёты показывают, что оправдано.

Метвед

Цитата: Cirill от сентября 05, 2021, 09:44:41
Каким должен быть рельеф Земли, чтобы максимальное число фотонов оставалось у нас, а не отражалось в космос? Осуществима ли идея помещения огромных панелей солнечных батарей в космосе с передачей энергии на Землю или на густо населенные космические станции будущего?
Да. Проектам уже лет 40 не меньше.  Вопрос, зачем?  У солнечной энергии низкий EROEI, то есть, хоть на Земле хоть в космосе, на ней не особо разбежишься.   

Alexeyy

Отсутствие атмосферы повышает EROEI. Т.к. там света на единице площади больше (с другой стороны, понижает из-за дороговизны космостроительства).
Плюс стабильность. В Европе непогода случилась (ветра мало), что сильно усилило энергетический кризис. Солнечная энергетика на Земле, в этом плане - тоже не стабильна.

"Ученые Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии (США) разработали солнечные батареи с максимальным на сегодняшний момент КПД. Он составляет 39,2 процента при естественной освещенности солнцем, и при концентрированном солнечном свете - более 47 процентов.
...

Фото: pixabay.com Фото: pixabay.com Фото: pixabay.com
Ученые Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии (США) разработали солнечные батареи с максимальным на сегодняшний момент КПД. Он составляет 39,2 процента при естественной освещенности солнцем, и при концентрированном солнечном свете - более 47 процентов. Оба показателя побили мировой рекорд для солнечных батарей. Сообщение об этом появилось в издании Nature Energy.

Такого эффекта разработчикам удалось достигнуть за счет инновационной конструкции пластин. Фотоэлемент представляет собой слоеный пирог из шести слоев, каждый их которых изготовлен из отдельного материала. Это фосфид алюминия-галлия-индия, арсенид алюминия-галлия, арсенид галлия и три разновидности арсенидов галлия-индия. Подобное разнообразие материалов позволяет использовать для выработки электричества фотоны с самой разной энергией.

Фото: Аркадий Колыбалов/ РГ
В доме в Москве солнечные батареи снизили расход электричества в 150 раз
Помимо этого, между слоями размещены прослойки вспомогательных веществ. В итоге всего в "слоеном пироге" 140 уровней. Любопытно, что сама батарея при этом втрое тоньше человеческого волоса.

Подобные фотоэлементы имеют высокую стоимость из-за сложности их производства. Однако авторы разработки имеют ответ и на этот вопрос. Стоимость, считают они, можно существенно снизить, если уменьшить площадь фотоэлемента. Сделать это можно, фокусируя свет с помощью вогнутых зеркал.

Подобная разработка имеет перспективное значение как для энергетики в целом, так и для космической промышленности. Сейчас в космических аппаратах используются кремниевые фотоэлементы, КПД которых составляет всего около 20 процентов. Поэтому на спутниках для выработки энергии применяются фотопанели большой площади. Новые компактные и эффективные батареи - будущее космической отрасли." (https://rg.ru/2020/04/18/solnechnye-batarei-kpd.html, https://www.nature.com/articles/s41560-020-0598-5)

Метвед

У солнечных космических электростанций EROEI ещё меньше чем у наземных (у которых он тоже не блещет). Фотопреобразователи со временем деградируют в космосе (микрометеориты, проникающая радиация...). Их туда надо ещё доставить, а КПД существующих и перспективных ракет-носителей крайне невелик. 

Alexeyy

  Зато в космосе средний приток энергии на единицу площади - в разы больше среднеземного. Что работает на снижение себестоимости солнечной энгергии в разы, если не учитывать удорожание из-за доставки в космос. Доставить - не так уж и дорого: сам слой, который вырабатывает электричество - тоньше человеческого волоса. Достаточно нанести на тончающую подложку и как-то развернуть в космосе (в космосе ведь нет необходимости в прочной итяжёлой опоре, как на Земле).
Вот поэтому, проекты космических электростанций и рассматривают всерьёз. Где-то читал, что баланс плюсов и минусов даёт больше плюсов.  Есть, конечно, свои тонкости/сложности из-за которых, очевидно, проект и не реализован...
  А сейчас уже появились солнечные батареи с эффективностью 24,1%, которые не боятся радиации (об этом говорится в статье по предыдущей ссылке).
  Плюс в космосе можно разместить очень лёгкие отражатели с огроменными площадями (из тончайшей алюминиевой фольги, нанесённой на тонюсенькую, более прочную, гибкую подложку), которые будут концентрировать свет на фотоэлементы. Что сильно удешевит (гораздо меньше надо будет дорогих фотоэлементов).

Cow

Цитата: Метвед от декабря 08, 2021, 14:08:02
У солнечных космических электростанций EROEI ещё меньше чем у наземных (у которых он тоже не блещет). Фотопреобразователи со временем деградируют в космосе (микрометеориты, проникающая радиация...). Их туда надо ещё доставить, а КПД существующих и перспективных ракет-носителей крайне невелик.
УГУ. :)
Войны, вранье и воровство на бытовом уровне столько ресурсов переводят в отходы, что попытки повысить КПД фотопреобразователей да и многое другое из подобной тематики напоминает кулинарные изыски,  в приготовлении пищи из соседей.
Сама подмена понятия КПД аббревиатурой EROEI четко сие иллюстрирует. :-[  Да уже и нынче человечество оперирует таким количеством энергии и технологий, что подобными оптимизациями можно заниматься вполне спокойно.
Однако же,  родственникам  бабуинов врать, воровать и драться нравится больше, чем думать и делать   :).

Метвед

Монокристаллические фотопреобразователи не получится сделать тоньше чем можно нарезать на пластины монокристаллическую подложку. Плюс основа (сами по себе они очень хрупкие, нужно на что-то клеить). Далее, нужны металлические проводники для сбора электрической мощности и подведения её к СВЧ-преобразователям (которые тоже и весят и стоят и имеют термокатод с отнюдь не бесконечным сроком службы а порядка несколько тысяч часов, потом потеря эмиссии). То есть, СКЭС надо обслуживать в космосе, чтобы она работала долго. Далее, на Земле нужна приёмная антенная решётка площадью примерно 100 кв. км...в общем, если всё корректно подсчитать, то овчинка скорее всего не стоит выделки,  вся выработанная этой самой СКЭС энергия уйдёт на неё же. Ведь выводить грузы на орбиту за счёт электроэнергии полученной от СКЭС совсем не просто, хотя в принципе это возможно, но КПД процесса получается смехотворно малым.

Метвед

Цитата: Cow от декабря 08, 2021, 16:21:54

Сама подмена понятия КПД аббревиатурой EROEI четко сие иллюстрирует. :-[  Да уже и нынче человечество оперирует таким количеством энергии и технологий, что подобными оптимизациями можно заниматься вполне спокойно.
Однако же,  родственникам  бабуинов врать, воровать и драться нравится больше, чем думать и делать   :).
КПД не столь важен в сравнении с EROEI.   При низком EROEI  "гора рождает мышь", то есть, энергоустановка едва может обслуживать выработанной энергией саму себя (даже если КПД высокий) а на разнообразные энергозатратные хотелки потребителей просто ничего не остаётся.

Alexeyy

"сама батарея при этом втрое тоньше человеческого волоса." (по ссылке https://rg.ru/2020/04/18/solnechnye-batarei-kpd.html, которая уже приводилась).
  Ещё раз говорю, что читал результат специального исследолвания, где был сделан вывод о том, что, в принципе, овчинка выделки стоит (если хорошенько отработать технологию). Это, примерно, так же как с термоядом: он того стоит, но технология ещё не достаточно отработана для промышленного использования.

Метвед

УТС месят чисто по инерции, ради распила бабла и чтобы изобразить хорошую мину при плохой игре. Острецов ещё когда говорил что УТС физически не реализуемая хрень, и он таки прав.  СКЭС построить можно но смысла нет,  да и "птичек жалко",  как им объяснить что летать в зоне высокой плотности потока СВЧ-мощности чрезвычайно вредно для здоровья. А там ещё и боковые лепестки, в общем, самое выгодное это жечь дрова (они сами растут и экологически чистые) надо лишь сократить людское поголовье раз в сто и дров хватит на всех и ещё останутся.  Золой от сжигания дров удобрять землю, и выращивать тополя - они быстрорастущие. 

Alexeyy

  (П.С.1: личку посмотрите).
Цитата: Метвед от декабря 08, 2021, 19:11:50СКЭС построить можно но смысла нет
Вы что-ли про исследование читали какое-то новое, которое доказало, что смысла нет?


Да: птичек - жалко. Хотя, к тому времени, как сделают - может что-нибудь придумают ... например, небольшой беспилотник (курсирующий в той зоне), который, если завидит приближающихся птиц, будет стрелять им в глаза лазером и отпугивать.

П.С.: УТС уже реализован с положительным выходом (в Китае, кажется, лет 10 назад). Сейчас ведётся доводка под промышленный реактор. В России уже запланирована (если мне не изменяет память - уже есть сроки) промышленная установки (кажется, в ближайшие лет 15 начало стоительства или около того).
  (П.С.1: личку посмотрите)