Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 2.85 Mb.
|
Солнечный дом - солнечный город "Солнце разлито поровну. Вернее, по справедливости. Вернее, по стольку разлито, кто сколько способен взять", - писал поэт Владимир Солоухин. На самом деле даровой и нескончаемой солнечной энергии "разлито" по Земле столько, что, если "взять" от нее всего-навсего 2%, этого хватит, чтобы обеспечить человечество светом и теплом на многие тысячелетия. Но люди еще не научились в полной мере использовать столь щедрый дар природы, они делают лишь первые шаги в создании солнечной энергетики. Перспективы солнечной энергетики Из возможных "преемников", которые могут подхватить эстафету у традиционной энергетики, наиболее привлекательно среди альтернативных источников выглядит энергия Солнца, экологически чистая уже потому, что миллиарды лет поступает на Землю и все земные процессы с ней свыклись. Поток солнечной энергии люди просто обязаны взять под свой контроль и максимально использовать, сохраняя тем самым неизмененным уникальный земной климат. Несколько ключевых цифр. За год на Землю приходит 1018 кВт.ч солнечной энергии, всего 2% которой эквивалентны энергии, получаемой от сжигания 2.1012 т условного топлива. Эта величина сопоставима с мировыми топливными ресурсами - 6.1012 т условного топлива, так что в перспективе солнечная энергия вполне может стать основным источником света и тепла на Земле. Причина медленного развития солнечной энергетики проста: средний поток радиации, поступающий на поверхность Земли от нашего светила, очень слаб, например, на широте 40° он составляет всего 0,3 кВт/м2 - почти в пять раз меньше того потока, который приходит на границу атмосферы (1,4 кВт/м2). К тому же он зависит от времени суток, сезона года и погоды. Чтобы усилить поток солнечной энергии, надо собирать ее с большой площади с помощью концентраторов и запасать впрок в аккумуляторах. Пока это удается сделать в так называемой малой энергетике, предназначенной для снабжения светом и теплом жилых домов и небольших предприятий. Среди солнечных электростанций (СЭС), способных обеспечить электроэнергией, например, небольшой завод, более других распространены СЭС башенного типа с котлом, поднятым высоко над землей, и с большим числом параболических или плоских зеркал (гелиостатов), расположенных вокруг основания башни. (См. "Наука и жизнь" № 10, 2002 г.) Зеркала, поворачиваясь, отслеживают перемещение Солнца и направляют его лучи на паровой котел. Вырабатываемый котлом пар, так же как на тепловых электростанциях, приводит в действие турбину с электрогенератором. СЭС мощностью 0,1-10 МВт построены во многих странах с "хорошим" солнцем (США, Франция, Япония). Не так давно появились проекты более мощных СЭС (до 100 МВт). Главное препятствие на пути их широкого распространения - высокая себестоимость электроэнергии: она в 6-8 раз выше, чем на ТЭС. Но с применением более простых по конструкции, а значит, и более дешевых гелиостатов себестоимость электроэнергии, вырабатываемой СЭС, должна существенно снизиться. Фототермические и фотоэлектрические преобразователи света Существуют два основных способа преобразования солнечной энергии: фототермический и фотоэлектрический. В первом, простейшем, теплоноситель (чаще всего вода) нагревается в коллекторе (системе светопоглощающих труб) до высокой температуры и используется для отопления помещений. Коллектор устанавливают на крыше здания так, чтобы его освещенность в течение дня была наибольшей. Часть тепловой энергии аккумулируется: краткосрочно (на несколько дней) - тепловыми аккумуляторами, долгосрочно (на зимний период) - химическими. Солнечный коллектор простой конструкции площадью 1 м2 за день может нагреть 50-70 л воды до температуры 80-90°С. Работающие по такому принципу типовые гелиоустановки снабжают горячей водой многие дома в южных районах. И все же будущее солнечной энергетики - за прямым преобразованием солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых фотоэлементов - солнечных батарей. Еще в 30-х годах прошлого века, когда кпд первых фотоэлементов едва доходил до 1%, об этом говорил основатель Физико-технического института (ФТИ) академик А. Ф. Иоффе. Предвидение ученого воплотилось в жизнь в конце 1950-х годов с запуском искусственных спутников Земли, главным энергетическим источником которых стали панели солнечных батарей. В фотоэлектрических преобразователях солнечной энергии используется кремний с добавками других элементов, образующих структуру с р-n-переходом. Схема работы полупроводникового кремниевого фотоэлемента достаточно проста: в р-слое полупроводника создается "дырочная" (положительная) проводимость, а в n-слое - электронная (отрицательная). На границе слоев возникает потенциальный барьер, препятствующий перемещению носителей (электронов и "дырок") из одного слоя в другой (в таком стационарном состоянии ток не течет по всему полупроводнику). Когда же на фотоэлемент падает свет (поток фотонов), фотоны, поглощаясь, создают пары электрон-"дырка", которые, подходя к границе слоев, понижают потенциальный барьер, давая возможность носителям беспрепятственно проходить из слоя в слой. В полупроводнике возникает наведенная электродвижущая сила (ЭДС), и он становится источником электрического тока. Величина фото-ЭДС будет тем больше, чем интенсивнее световой поток. Эффективность современных кремниевых (а также на основе арсенида галлия) фотоэлементов достаточно высока (их кпд достигает 10-20%), а чем выше кпд, тем меньше требуемая площадь солнечных батарей, которая даже в малой энергетике составляет десятки квадратных метров. Большим достижением полупроводниковой промышленности стала разработка кремниевых фотоэлементов, обладающих кпд до 40%. Последнее важное направление в развитии солнечной энергетики - создание более дешевых и удобных фотопреобразователей: ленточных поликристаллических кремниевых панелей, тонких пленок аморфного кремния, а также других полупроводниковых материалов. Самым высокоэффективным из них оказался алюминий-галлий -мышьяк, его промышленная разработка только начинается. Большую перспективу открывают гетероструктурные полупроводники, эффективность которых в два раза выше, чем простых кремниевых образцов. За открытие гетероструктур и их внедрение продолжатель работ А. Ф. Иоффе директор ФТИ академик Ж. И. Алферов получил в 2000 году Нобелевскую премию (см. "Наука и жизнь" № 4, 2001 г.). Таким образом, признанные во всем мире отечественные полупроводники - это та база, на основе которой можно успешно развивать солнечную энергетику. Заключение Все активнее идет преобразование солнечной энергии в электроэнергию. Здесь используются два метода - термодинамический и фотоэлектрический, причем последний лидирует с большим отрывом. Так, суммарная мировая мощность автономных установок достигла 500 МВт. Здесь следует упомянуть проект «Тысяча крыш», реализованный в Германии, где 2250 домов были оборудованы фотоэлектрическими установками. При этом роль резервного источника играет электросеть, из которой возмещается нехватка энергии. В случае же избытка энергии она, в свою очередь, передается в сеть. Любопытно, что при реализации этого проекта до 70% стоимости установок оплачивалось из федерального и земельного бюджетов. В США принята еще более масштабная программа «Миллион солнечных крыш», рассчитанная до 2010 г. Расходы федерального бюджета на ее реализацию составят 6,3 млрд долларов. Однако пока основное количество автономных фотоэлектрических установок поступает за счет международной финансовой поддержки в развивающиеся страны, где они наиболее необходимы.В заключение обратимся к известной истине, которая гласит, что все новое - это хорошо забытое старое. Вспомним, что каких-нибудь 200-300 лет назад человечество использовало исключительно возобновляемые источники энергии: растительное топливо, энергию ветра (ветряные мельницы, парус), водных потоков (водяные колеса) да мускульную силу животных. Вспомним также, насколько благополучной была в то время экологическая обстановка. Теперь мы в определенном смысле возвращаемся к истокам, но на новом витке, вооруженные принципиально новой и во много раз более мощной и эффективной техникой. Попробовал бы теперь благородный Дон Кихот сражаться с современной ветроустановкой мощностью 1000 кВт. Список литературы 1. Андреев В. Фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии // Соросовский образовательный журнал. - 1996, № 7. 2. Захарова Т. Проект "СОЛ-1" // Строительный путеводитель. - 2001, № 22. 3. Семенов А. Солнечный дом // Наука и жизнь. - 1985, № 12. 4. Соловьев А. Солнечная архитектура // Красивые дома. -2000, № 1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ ДЛЯ ПОДВЕСКИ КАБИН ТРАКТОРОВ Шеховцов К.В. (ВолгГТУ, гр. ТС-402) Научный руководитель –Победин А.В. Волгоградский государственный технический университет Тел.: (8442) 24-81-62; факс 24-81-82; E-mail: ts@vstu.ru На основе технической и патентной литературы выполнен анализ схемных и конструктивных решений виброизолирующих устройств и разработана их классификация по принципу формирования упругих и демпфирующих свойств (см. рис.). Анализ позволил выявить следующие основные способы управления упругими характеристиками виброизоляторов:
В качестве механических упругих элементов могут использоваться витые цилиндрические пружины, конические, тарельчатые и пластинчатые пружины, пружины кручения, торсионы (сплошные, трубчатые, наборные пластинчатые или пучковые), листовые рессоры и гибкие упругие стержни. Упругая характеристика каждого из этих элементов может быть как линейной, так и нелинейной. У цилиндрических пружин нелинейную характеристику можно получить за счет изменения по длине пружины шага навивки, диаметра проволоки и диаметра витков. Нелинейная упругая характеристика может также формироваться за счет предварительного нагружения упругих элементов, а также последовательного включения их в работу при деформации. Управлять характеристикой возможно также за счет изменения в ходе работы подвески плеч рычагов, связывающих подрессоренную и неподрессоренную части транспортного средства. У упругих элементов, включающих в себя листовые рессоры, упругая характеристика формируется также в результате сухого межлистового трения. Упругие элементы из эластомеров обладают нелинейной упругой характеристикой, получаемой за счет свойств самого материала и объема ограничивающих полостей. Достоинством этих элементов является сравнительная простота и дешевизна, технологичность изготовления. Недостатком является непостоянство упругих свойств при значительных изменениях температуры окружающего воздуха, а также старение и выкрашивание эластомера во время эксплуатации. Упругие элементы, в которых в качестве рабочего тела используется воздух или иной газ обычно обладают очень хорошей упругой характеристикой и способностью хорошей работы в области как низкочастотных, так и высокочастотных колебаний. Их недостатками являются сложность конструкции, необходимость в устройствах, контролирующих и поддерживающих давление. Известны также устройства, включающие в себя магнитные упругие элементы. Их характеристикой можно управлять за счет изменения электрического поля. Отмечены следующие способы управления демпфирующими свойствами:
При регулировании демпфирующих свойств за счет сухого трения возможно использовать последовательное включение в ходе деформации элементов, состоящих из материалов с разными коэффициентами трения. Возможно также формировать демпфирующие свойства за счет перемещения с трением сыпучего материала в ходе деформации. При регулировании демпфирующих свойств за счет жидкостного трения возможно формировать демпфирующую характеристику за счет регулировки сопротивления дросселирующих щелей или каналов, продавливания жидкости через поры, изменения скорости вращения лопастных колес. При использовании пневматических упругих элементов характеристику демпфирования также формируют за счет продавливания воздуха в ходе деформации через калибровочные отверстия, за счет последовательного подключения камер с разными объемами воздуха, а также за счет включения подушек из эластомеров с разной жесткостью. Демпфирующую характеристику возможно также формировать за счет использования устройств с электровязкой жидкостью. Вязкость такой жидкости можно в существенной степени изменять за счет управляющего электрического поля. При этом работа по ее перемещению через дросселирующие каналы из полости в полость может существенно изменяться. Проанализированы достоинства и недостатки каждого из способов управления характеристиками, а также схемные и конструктивные решения виброизоляторов. На этой основе ведется работа над новыми техническими решениями виброизоляторов, преимущественно для подвески кабин тракторов, которые предполагается запатентовать.  ДЛЯ ЗАМЕТОК ГОРОДУ КАМЫШИНУ – ТВОРЧЕСКУЮ МОЛОДЁЖЬ Материалы III региональной научно-практической студенческой конференции г. Камышин 23–24 апреля 2009 г. В 4-х томах. Том 3 Ответственный за выпуск Романов В. Ю. Верстка и дизайн Романов В. Ю. Под редакцией авторов Темплан 2009 г., поз. №. Подписано в печать 2009 г. Формат 60×84 1/16. Бумага листовая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 12,5. Усл. авт. л. 12,25. Тираж 35 экз. Заказ № Волгоградский государственный технический университет 400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28. РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета 400131 Волгоград, ул. Советская, 35.   2 |
