Проблемы и перспективы солнечной космической...
description
Transcript of Проблемы и перспективы солнечной космической...
Проблемы и перспективы солнечной космической электростанции (СКЭС)
Гурин Александр ученик 10 класса МКОУ СОШ №104Руководитель: Колегова И.В. учитель физикиг. Железногорск 2013
п. Подгорный
Цель:
Исследовать метод получения электричества из энергии Солнца с помощью космической электростанции.
Задачи: Изучить схему принципа передачи и приема энергии с
космической электростанции на Землю Исследовать и рассчитать характеристики, определяющие
энергию, поступающую с орбиты, площадь луча на Земле и поверхности антенн.
Исследовать характеристики повышающие КПД СКЭС. Выяснить влияние СВЧ излучения на окружающую среду Исследовать перспективы и экономическую
целесообразность СКЭС
Методы исследования: • Метод сбора информации• Метод расчётов и проектирования• Метод сравнения • Метод классификации.Объект исследования: • Солнечная космическая электростанция.
Предмет исследования: • Способ передачи электроэнергии
СКЭС включает:
Силовую раму Систему сбора солнечной
энергии Систему преобразования и
передачи электроэнергии от солнечных батарей к передающей антенне
Систему формирования и передачи СВЧ луча
Систему управлением ориентацией и стабилизацией
Систему связи электростанции с наземными службами
Ректенну
Геостационарная орбита
Радиус 36000 км. Угол СКЭС 23,5° к эклиптики. Освещение 24 часа.Эффективность использования солнечных батарей на геостационарной орбите в 7,5-15 раз выше, чем на поверхности Земли.
Поверхность Земли
Геостационарная орбита
Относительные значения
(Земля/орбита)
Интенсивность солнечной радиации, кВт/м2
1,1 1,4 4/5
Среднее время, в течение которого может быть использована радиация, час
8 24 1/3
Процент безоблачного неба
50 100 1/2
Косинус угла падения 0.5 (1) 1 1/2 (1)
Результирующее значение 1/15(1/7,5)
Устройство солнечных батарей 1) Плотность солнечного излучения на геостационарной орбите:Ec=σTc4(Rc/ Lc)2
Ec=1,4 кВт
2) Предельный теоретический коэффициент
использования солнечной энергии:ηс.п = 1-4Tо/3Tc
ηс.п=0,94
3) Площадь солнечных батарей, воспринимающих солнечное
излучение: Sе=Nизл(300Ecηсп)-1
Sе=2,4км2
Усеченная пирамида1 - линза Френеля (большее основание);2 - солнечное излучение (прямой поток); 3 - фокус (фотоэлектрическая панель – меньшее основание).
Многослойный фотоэлемент; Макс. КПД=87%;Основа - сплав InAlAsSb.
1. Центральный силовой элемент, 2. Две секции, 3. Однотипные усеченные
пирамиды:большее основание - линза Френеля;
меньшее основание - единичный солнечный элемент
4. Система развертывания и блока управления солнечными батареями.
Устройство солнечных батарей
1 - Земля;2 - круговая геоцентрическая орбита КА;3 - корпус космического аппарата;4 - панели солнечной батареи;5 - излучение от Солнца;6 - ориентир на поверхности Земли;7 - теневой участок орбиты;
Система ориентации солнечных батарей
4) Мощность на входе приемной антенны:
P(пр)=PGG(пр)λ2/(4πR)2
P(пр)=73,4 МВт
5) Площадь луча: S=πA2
A=2Rtan(ΔΘ/2)ΔΘ=√(32000/G)π/180S=3,9км2
6) Эффективная поверхность приемной антенны
A(пр)=G(пр)λ2/4π A(пр)=12 км2
7) Эффективная поверхность передающей антенны
A=Gλ2/4π A=0,12 км2
8) Плотность потока мощностиJ=PG/4πR2 J=6,1 Вт/м2 (соответствует ГОСТу)
Исследование СВЧ канала
передачи мощности
Частота передачи сигнала 2,45 ГГц. Длина волны 12,25 см.
Не создаст помехи другим радиологическим системам,
Оптимальна с точки зрения минимума потерь энергии и эффективной площади антенн,
При наиболее неблагоприятных атмосферных условиях потери мощности излучения не превышают 5-10%.
Для получения высокого КПД передающей системы необходимо:-Минимизировать потери энергии в излучающих элементах антенной решетки,-Обеспечить оптимальное распределение плотностиизлучаемой мощности по ее поверхности,-Точное управление фазой множество СВЧ – приборов.
Достоинства СКЭС СКЭС использует неистощимую (возобновляемую) энергию Солнца. Не расходуются ограниченные по размерам и ценные для технологических
процессов будущего природные ресурсы Земли (уголь, нефть, газ и др.). СКЭС обеспечивает минимальные тепловые затраты Отсутствует какие-либо иные выбросы, загрязняющие атмосферу. Высокая степень безопасности для населения Земли. Не зависит от времени суток.
Проблемы и недостатки СКЭС Строительство и транспортировка. Влияние нагрева и других возмущений ионосферы, обусловленных
действием продуктов сгорания двигателей и СВЧ-излучения, на прохождение радиосигнала
Создание антенн с высоким коэффициентом усиления Воздействие метеоритов на солнечные панели
1. Экономичность преобразования солнечной энергии, определяемой технологией производства и сборки их элементов,
2. Цена используемых материалов,3. Стоимость доставки всей системы на геостационарную орбиту, Распределение цены1 ГВт, КПД 80%, Срок службы 30 лет• Стоимость оборудования 11 млрд. дол.• Стоимость запуска 13 млрд. дол.• Другие расходы 4 млрд. дол.• Приблизительная стоимость 1-гигаваттной станции с учетом стоимости
запуска составляет $28 миллиарда. Целевая цена 0, 21 $/кВ• Окупаемость произойдет через 3-4 года.
Экономическая целесообразность проекта
Выводы
СКЭС – одна из наиболее перспективных, экологически чистых энергосистем будущего, которая не только базируется на широкомасштабном использовании самых современных технологий, но и будет эффективно стимулировать их развитие в дальнейшем.
Для передачи СВЧ - энергии нужно использовать геостационарную орбиту.
Усовершенствовать антенны, увеличив коэффициент усиления для повышения КПД.
Плотность мощности энергии соответствует ГОСТу, что свидетельствует о безопасности окружающей среды.
Считаю, что наша страна является одной из лидирующей в освоении космического пространства, и поэтому ей следует заняться решением этого вопроса.