Преобразование энергии солнечной

Рис. 43. Схемы преобразования химической, солнечной и ядерной энергии, а также энергии рек и ветра в электрическую энергию.

Стратегия преобразования в энергию биомассы практически не зависит от того, где она добывается-—на суше или в море. Получаемая любым способом биомасса может либо непосредственно сжигаться после высушивания, либо перерабатываться в более калорийное топливо, либо служить сырьем (рис. 8.1) для выработки требуемых видов энергоносителей. Соответственно можно рассматривать растения и так топливо, и как сырье для переработки, и как производитель энергоносителей и других полезных веществ. К потенциальным возможностям биотехнологии относится также в перспективе и прямое преобразование энергии солнечного излучения в электрический ток с помощью живой ткани. [c.187]

В результате расшифровки механизмов процесса можно будет изыскать возможности проведения эндотермических искусственных химических синтезов с использованием энергии солнечной радиации или же найти способы эффективного преобразования энергии солнечной радиации в промышленно ценную энергию, например электрическую или потенциальную химическую. [c.333]

В настоящее время синтетические полимеры практически не используются в процессах и устройствах преобразования энергии. Солнечная энергия почти целиком перерабатывается биологическими системами. [c.145]

Открытие фотосинтеза (1771) связывают с именем английского химика Дж. Пристли. Он наблюдал, что зеленые растения исправляют воздух, испорченный горением горючих тел и дыханием животных. В последующем ученые разных стран выполнили много исследований с целью познания процесса фотосинтеза. Важный вклад в изучение фотосинтеза сделал К. А. Тимирязев. Он показал, что фотосинтез осуществляется в строгом соответствии с законом сохранения энергии энергия солнечного света поглощается хлорофиллом и передается им на обеспечение химических реакций, в итоге которых из двуокиси углерода и воды образуются органические вещества. В результате преобразования энергия солнечного света накапливается в виде потенциальной энергии образующихся веществ. [c.121]

Интенсивность фотосинтеза зависит от интенсивности и спектрального состава света. Тимирязев убедительно доказал, что в основе всех жизненных процессов лежит не таинственная жизненная сила , а разнообразно преобразованная энергия солнечной радиации, улавливаемая растениями при фотосинтезе. Работы Тимирязева имели большое значение для утверждения материалистических представлений в биологии. [c.121]

Возобновляемые источники энергии могут быть прямо преобразованы в электрическую энергию, а солнечная и геотермальная энергия также в тепловую, что уже нашло практическое применение как в СССР, так и в ряде зарубежных стран. Однако к. п. д. преобразования и экономические показатели производства энергии при использовании большинства этих источников (за исключением гидравлической энергии) уступают в настоящее время получению электрической энергии на базе органических топлив. Поэтому, несмотря на высокий оцениваемый годовой технический потенциал рассмотренных источников энергии — свыше 80% современного мирового потребления энергоресурсов (даже без учета энергии солнечного излучения), общий вклад их в развитие мировой энергетики до конца века будет незначительным. Небольшим будет и вклад биомассы в качестве альтернативного сырья для производства заменителей нефтяных моторных топлив в виде спиртов или биогаза, хотя для отдельных стран, в основном расположенных в тропическом поясе, использование биомассы может играть существенную роль. [c.26]

Каждый из упомянутых методов преобразования первичной солнечной энергии во вторичную химическую энергию водорода найдет, вероятно, свое место в общей системе водородной технологии. [c.347]

Солнечная на полупроводниковых солнечных батареях (непосредственное преобразование световой энергии солнечных лучей в электрическую энергию) [c.445]

До настоящего времени полимерные вещества использовались в устройствах преобразования энергии лишь в качестве вспомогательных материалов, в основном в датчиках и воспринимающих устройствах. Большинство указанных в таблицах процессов представляет собой перевод энергии из сравнительно простых и распространенных форм (типа тепловой) в более сложные. В некоторых случаях переход из одного вида энергии в другой обусловлен легкостью получения энергии из какого-либо источника, но сложностью аккумулирования и транспортировки (так обстоит, например, дело с солнечной энергией). Во всех этих процессах полимеры обычного типа используются пока мало, однако в дальнейшем по мере появления новых материалов ситуация может значительно измениться. Например, при преобразованиях, связанных с электрической энергией, полимеры применяют сейчас лишь в качестве изоляционных материалов, но, если будут синтезированы сверхпроводящие полимеры, возникнут электротехнические устройства совершенно нового типа. [c.113]

Кроме того, фотоэлектрохимический способ представляет известное удобство в том отношении, что одна из его разновидностей-фотоэлектролиз-позволяет превратить энергию света непосредственно в химическую энергию продуктов фотоэлектрохимической реакции и таким образом наряду с собственно преобразованием энергии решить и вопрос ее запасания. Необходимость аккумулирования энергии с очевидностью вытекает из того факта, что мощность солнечного облучения на поверхности Земли сильно зависит от времени суток, погоды и пр., причем максимум потребления энергии не приходится на самое светлое время. [c.15]

Источники энергии на основе фотонных процессов, к которым относятся источники, использующие фотосинтез и фотоэлектрические явления. Добиться высокой эффективности преобразования энергии во всем спектре солнечного излучения очень трудно, и на практике КПД фотопреобразователей пока не превышает 25 %. [c.296]

Обсудим прежде всего процессы запасания, высвобождения и использования энергии. Химическая энергия органических соединений — преобразованная форма солнечной энергии — заключена в структуре химических связей этих соединений. При разрыве связей, обычно в процессе окисления, энергия высвобождается. Когда какой-нибудь органический материал, например древесина, сгорает (окисляется), вся содержащаяся в нем энергия высвобождается целиком, главным образом в виде тепла. В растении такое одновременное высвобождение большого количества энергии было бы, очевидно, бесполезным, поскольку ее нельзя было бы использовать в упорядоченных, многоступенчатых конструктивных процессах. Живым организмам удается использовать энергию химических связей благодаря тому, что окисление состоит у них из ряда этапов, так что энергия высвобождается небольшими порциями, которые и могут тут же расходоваться в каких-нибудь других процессах. Высвободившаяся энергия идет на образование новых богатых энергией химических связей, часто в форме АТР ( энергетической валюты> клетки рис. 5.1), о чем мы уже говорили ранее. [c.142]

Наука, все глубже проникая в микроструктуру материи и необъятные просторы вселенной, обнаруживает новые неизведанные свойства материи. Несомненно, в недалеком будущем наука полностью раскроет тайны фотосинтеза и способы управления им для большего превращения энергии солнечных лучей в потенциальную энергию органического вещества растений с целью увеличения возобновляемых жизненных ресурсов, найдет методы преобразования солнечной энергии с высоким коэффициентом полезного действия, овладеет термоядерной реакцией и обеспечит человека практически неограниченными ресурсами энергии, осуществит синтез белка [c.54]

Развитие фотоэлектрохимии в течение последнего десятилетия в значительной мере стимулировалось именно потребностью в разработке фотоэлектрохимического способа преобразования солнечной энергии как нового источника энергии, экологически чистого и практически неисчерпаемого. В наиболее перспективном варианте метода для преобразования энергии света в электрическую и химическую энергию используют фотоэлектрохимические элементы с полупроводниковыми электродами. Для того чтобы яснее представить себе место полупроводников среди объектов фотоэлектрохимии, рассмотрим вкратце различные типы фотоэлектрохимических реакций. [c.11]

В солнечных батареях для преобразования энергии света в электрическую энергию (как в твердофазных, так и в фотоэлектрохимических) мерой полезной работы, которую можно произвести за счет энергии возбужденных носителей тока, служит фотопотенциал при разомкнутой цепи фрь. Тогда [c.56]

Проведенные расчеты свидетельствуют, что посредством фотосинтеза растения фиксируют не более 3 % энергии солнечного света все остальное используется на формирование климата. Преобразованная в энергию химических связей, она используется на метаболизм и дыхание, а некоторая ее часть накапливается как фитомасса. Питающиеся на растениях консументы — фитофаги, в свою очередь, используют потребленное органическое вещество для собственного метаболизма и роста. Их биомасса, существенно меньшая, чем у растений, привлекает хищников и паразитов — консументов И порядка, которые, в свою очередь, могут стать жертвами и хозяевами консументов П1 порядка и т.д. Естественно, что при переходе на следующий трофический уровень — от [c.109]

Рис. 7-1. Хемиосмотическое сопряжение используется всеми клетками для преобразования энергии. За счет энергии солнечного света или окисления питательных веществ сначала создается трансмембрапный электрохимический протонный градиент. Этот градиент и служит источником

Фотозлектр(жнмнй. Это направление связано с изучением воздействия электромагнитного излучения (например, светового, лазерного в т. д.), на электрохимические параметры и процессы, в частности, на бестоковый потенциал электродов и на природу и скорость электродных реакций, Фотоэлектрохиянче-ские явления могут быть вызваны фотовозбуждение.м частиц 3 электролите или самих электродов (особенно в случае полупроводниковых электродов), В последнее десятилетие отмечается резкое расширение работ в области фотоэлектрохимии полупроводников, что связано с попыткой создания электрохимических устройств для прямого преобразования энергии солнечного излучения з электрическую. [c.313]

В таблице 2 приведены рассчитанные согласно (4) и (5) на основании наших экспериментальных данных значения п и г для группы тройных соединений. Как видно из таблицы, значения коэффициента отражения этой группы веществ сравнительно близки по величине (от 0,27 для А ОаЗег до 0,45 для Сс15пА82) и достаточно малы, что дает основания признать эти вещества перспективными для термоэлектрического преобразования энергии солнечного излучения. Отраженную энергию можно оценить ио коэффициенту отражения и углу падения солнечного света на элемент согласно формуле Френеля, но этот вопрос относится к конструкции термоэлемента и выходит за рамки рассматриваемой проблемы. [c.321]

Проведенные в 1984 и 1985 гг. натурные испытания солнечных каталитических реакторов, разработанных в Институте катализа Сибирского отделения АН СССР, с использованием гелиосистем Академии паук УССР экспериментально подтвердили перспективность каталитических процессов конверсии метана и других углеводородов. Например, при использовании паровой конверсии метана в реакторе с полезной мощностью (по запасаемой энергии) около 2 кВт был достигнут более чем 40%-ный КПД преобразования сконцентрированной солнечной энергии в химическую энергию (эн- [c.263]

Прямой фотолиз воды требует использования света с энергией квантов 6 эВ, которых практически нет в солнечном спектре. Одним из методов многоступенчатого процесса использования света с меньшей энергией квантов является процесс фотоэлектрохимического разложения воды. Фотоэлек-трохнмические устройства [513] для преобразования солнечной энергии делятся на две группы в зависимости от того, где именно происходит поглощение света и, следовательно, первичный фотопроцесс в растворе (это так называемые фотогальванические элементы) или на электроде. Фотогальвани-ческие элементы имеют КПД в несколько процентов, поэтому их практическое использование пока имеет малую перспективу. Основным объектом исследования стали фотоэлектрохимическне элементы с полупроводниковыми электродами. Как показали исследования, требования к совершенству кристаллической структуры полупроводника в случае фотоэлектрохимических элементов менее жестки, чем в случае с твердотельными полупроводниковыми преобразователями энергии (солнечными батареями), что и послужило основной причиной широкого развития работ по фотоэлектрохимическим элементам с электродами из полупроводников [513]. [c.338]

В работах [33-36] были предложены различные варианты радиоизотопного генератора с двухэтапной системой преобразования ядерной энергии в электрическую, которые принадлежат семейству фотоэлектрических атомных батарей. В таком генераторе энергия фрагментов ядерного деления первоначально преобразуется в излучение посредством какого-либо процесса ядерно-стимулированной флуоресценции (например, в аэрозольном газонаполненном конверторе), а затем уже энергия фотонов преобразуется в электрическую с помощью фотовольтаического преобразователя. Такой способ преобразования энергии имеет целый ряд преимуществ по сравнению с уже имеющимися. Например, в отличие от многих наиболее широко используемых традиционных методов, он не содержит низкоэффективного теплового цикла. Коэффициент полезного действия фотовольтаического преобразователя при правильном подборе длины волны фотонов может достигать 70%, а КПД конверсии ядерной энергии в световое излучение, в свою очередь, может быть доведен до 50%. Таким образом, полный КПД системы может составить величину порядка 35%, что в 3 5 раз выше КПД систем с использованием теплового цикла и солнечных батарей. [c.271]

Появлеине фотосинтеза стало возможным лишь после ряда важных изменений в биохимических механизмах живых систем и накопления достаточных количеств СО2 в окружающей среде. Способность улавливать энергию солнечных лучей и преобразовывать ее в биологически полезную форму не могла развиться раньше, чем появились пигментные соединения типа хлорофиллов и цитохромов. Хлорофиллы поглощают солнечное излучение, и в результате электроны переходят на более высокий энергетический уровень. Затем эти электроны перетекают по цито-хромам в электронпереносящей цепи, и в этом процессе энергия каждого электрона последовательно уменьшается небольшими скачками, причем значительная часть высвобождающейся энергии улавливается в биологически полезной форме (АТФ и НАДФ-Н). Эта последовательность событий — поглощение энергии солнечного света пигментными веществами, а затем преобразование ее в форму, доступную для использования в процессах метаболизма, — представляет собой первый фотосинтетиче-ский механизм, возникший в ходе эволюции, и называется фотофосфорилированием. [c.39]

Солнечная энергия, аккумулированная водой морей и океанов. Поток солнечного излучения между поверхностными и глубинными слоями морской воды обусловливает температурный градиент, достигающий 25—30 С в зависимости от географической щироты морской зоны. Эту разность температур можно использовать для выработки электроэнергии, употребляя жидкости с низкой температурой кипения (аммиак, бутан, фреоны). Схема преобразования тепла морских и океанических вод в электрическую энергию показана на рис. 13.3. Холодная вода с температурой 5—10 "С поступает из глубинных слоев и используется для ожижения аммиака при температуре около 10 °С. Жидкий аммиак затем испаряется под высоким давлением в котле-испарителе при температуре 20—25 °С с помощью теплой воды, поступающей с поверхности океана. При этом температура отработанной воды понижается на 1—3 °С. Аммиачный пар высокого давления подается в турбину, соединенную с электрогенератором. Отработанный пар аммиака сбрасывается в конденсатор, откуда в жидком виде насосом под давлением возвращается в котел-испаритель. В 1956 г. в прибрежных водах Западной Африки французские инженеры построили и испытали два энергомодуля мощностью по 3,5 МВт, работавших по описанному выше принципу. Главным недостатком подобных схем преобразования энергии является низкий КПД, не превышающий 10% при температурном перепаде порядка 30 °С, при котором общий тепловой КПД составляет не более 5 %. Однако исследования в области использования теплоты [c.313]

На практике в среднем за год эффективность фотосинтети-ческого преобразования энергии в зонах с умеренным климатом составляет обычно 0,5—1,3%, а для субтропических культур — 0,5—2,5%. Выход продукта, который можно ожидать при определенном уровне интенсивности солнечного света и разной эффективности фотосинтеза, легко оценить из графиков, приведенных на рис. 2.4. [c.48]

Рассмотрев реакции связывания углерода, вернемся теперь к вопросу о том, как в процессе фотосинтетического переноса электронов, протекающем в хлоропласте, образуются АТР и NADH, необходимые для синтеза углевода из СО2 и Н2О (см. рис. 7-41). Необходимая энергия извлекается из солнечного света, поглощаемого молекулами хлорофилла (рис. 7-46). Процесс преобразования энергии начинается с возбуждения молекулы хлорофилла квантом света (фотоном), сопровождающегося переходом электрона на более высокий энергетический уровень. Такая возбужденная молекула нестабильна и стремится вернуться к исходному состоянию одним из трех способов 1) в результате превращения избыточной энергии в тепло ( в молекулярное движение), либо в тепло и свет с большей длиной волны ( флуоресценция) в том случае, когда лучистая энергия поглощается отдельной молекулой хлорофилла в растворе 2) в результате передачи энергии (но не электрона) непосредственно соседней молекуле хлорофилла при помощи процесса, называемого резонансной передачей энергии или 3) путем передачи высокоэнергетического электрона одной из ближайших молекул (акцептору электрона) и возвращения в первоначальное состояние в результате принятия низкоэнергетического электрона от какой-то другой молекулы (донора электрона, рис. 7-47). Последние два механизма играют ключевую роль в фотосинтезе. [c.467]

К этому поразительному заключению пришли в результате тщательных исследований, которые бьши проведены за последние двадцать лет и убедительно показали, что главный путь преобразования энергии в биологически полезные формы одинаков не только в митохондриях и хлоропластах, но также и в клетках бактерий. Энергия преобразуется с помощью процесса, получившего название хемиосмоса в этом процессе используются электроны, богатые энергией, которые были либо возбуждены солнечным светом, либо заключены в питательных веществах. Такие электроны проходят через ряд соединений белковой природы, встроенных в мембрану, непроницаемую для ионов, и образующих так называемую электронтранспортную цепь. Продвигаясь по этой цепи, электроны последовательно переходят на все более низкие энф-гетические уровни. С помощью энергии, отдаваемой электронами, производится перекачивание протонов с внутренней стороны мембраны на внеш- [c.7]

В последние 12-15 лет проблема преобразования солнечной энергии положила начало новому направлению электрохимии. Строго говоря, эта область не чисто электрохимическая, а междисциплинарная к ней относятся также катализ, химия дисперсных систем и др. Но теоретическую основу нового способа преобразования энергии света, который, как мы надеемся, найдет в недалеком будущем и практическое использование, все же составляет электрохимия, точнее-фотоэлектрохимия полупроводников. Эта область в последние годы была достаточно полно и подробно изложена в специальных монографиях (например, в книге Ю.Я. Гуревича и автора Фотоэлектрохимия полупроводников [1]), поэтому в настоящей книге этот материал фундаментального характера изложен в конспективной форме (за исключением отдельных вопросов, получивших в литературе неверное или неполное освещение). В этой небольшой по объему монографии мы отказались от принципа само-замкнутости для более глубокого знакомства с основами электрохимии, тоэлектрохимии и физики полупроводников читателю придется обратиться непосредственно к соответствующим руководствам, а с физикохимией конкретных полупроводниковых электродов-напримф, к [2]. Напротив, собственно фотоэлектрохимическое преобразование солнечной энергии излагается достаточно подробно, с тем чтобы не просто описать основные принципы действия и системы электрохимических солнечных преобразователей, а подчеркнуть трудности, встречающиеся на пути их практического осуществления, и обсудить наиболее вероятные пути их преодоления. При этом литературные ссылки приводятся всюду, где это целесообразно, на работы обзорного, а не приоритетного характера. [c.5]

Фотоэлектрохимический способ преобразования солнечной энергии с помощью ячеек с полупроводниковыми электродами является в последнее десятилетие альтернативным хорошо известному способу преобразования с помощью твердофазных ( фотовольтаических ) полупроводниковых солнечных батарей. Потребность в такой альтернативе продиктована двумя обстоятельствами. Прежде всего, существующие в настоящее время солнечные батареи изготавливают, как правило, из сверхчистых полупроводниковых материалов, используя сложную технологию создания / -и-переходов, а потому эти батареи все еще слишком дороги, чтобы можно было рассчитывать на их широкое применение в энергетике ближайшего будущего. В фотоэлектрохимических элементах роль р-и-перехода выполняет граница раздела, которая формируется простым погружением полупроводника в раствор электролита, так что не требуется формирование / -я-перехода. Кроме того, как оказалось, в ряде случаев поликристаллические электроды из мате-ри 0в, не подвергнутых особой очистке, отличаются очень высокой эффективностью преобразования энергии. Это связано отчасти с тем, что контакт полупроводника с жидкой фазой обладает своего рода идеальной струтстурой отсутствуют механические напряжения, обусловленные рассогласованием кристаллических решеток двух контактирующих твердых фаз. Это существенно снижает скорость ре- [c.14]

Величина Kthr учитывает потери, обусловленные пороговым (квантовым) характером поглощения света в полупроводнике. Как было показано в разд. 1.2, собственное поглощение света, приводящее к образованию пар электрон-дырка, возможно лишь при такой энергии кванта, которая, в зависимости от типа межзонного перехода, равна ширине запрещенной зоны или несколько превышает ее hv Е . При таком характере поглощения преобразование энергии немонохроматического света, каким является солнечный свет, сопряжено с неизбежными потерями. Действительно, кванты меньшей энергии, чем Е , попросту не способны к генерации электронно-дырочных пар. Но и кванты с энергией, превышающей Е , не используются полностью излишек энергии рассеивается, нагревая полупроводник, но не увеличивая сколько-нибудь заметно число носителей тока. Так, по оценке [49] для кремния из-за недостаточной энергии фотонов теряется около 24% энергии солнечного света, в то же время более 32% избыточной энергии квантов превращается в теплоту. Значение К,нг определяется конкретным спектром источника излучения и выбранным значением Е [c.55]

Недостатком многих оксидов является слишком большая ширина запрещенной зоны ТЮ2-около 3 эВ, 8гТЮз-3,2 эВ, ВаТЮз 3,3 эВ, КТаОз - 3,5 эВ, так что эти материалы чувствительны лишь к УФ-свету, которого в солнечном спектре, особенно у поверхности Земли почти нет. Следовательно, для преобразования именно солнечной энергии они непригодны. [c.91]

На рис. 2.5 приведена обобщенная схема, описывающая работу по крайней мере трех устройств, предложенных в 1975— 1976 гг. Е. Беком, К. Зенером и Дж. Фетковичем. В основе способа преобразования энергии — подобие существующего в природе круговорота воды под действием солнечной радиации. Подъем воды на требуемый уровень осуществляется путем либо создания в столбе кавитационных пузырьков, либо вспениванием (эффекты аналогичные подъему жидкости с помощью эрлифта), либо созданием разрежения над ее поверхностью за счет образования тумана. Гидротурбина при этом может быть установлена и как показано на рис. 2.5, и непосредственно в трубопроводе теплой воды, забираемой с поверхности. [c.45]

Солнечные пруды, позволяющие в среднем получать мощность 35 кВт при максимальной мощности 150 кВт сооружены в Саудовской Аравии (2400 м ) и США (2000 м ). Преобразуемая в них энергия используется для кондиционирования воздуха, обогрева плавательных бассейнов и производства электроэнергии. Однако экономические оценки оказались не в пользу технологии преобразования энергии с помощью солнечных прудов по удельным капиталовложениям они при наличии других типов источников энергии оказались неконкурентоспособными по сравнению с любыми вариантами традиционных источников. Лишь в странах с жарким климатом солнечные пруды могут найти применение, особенно если соответствующие преобразователи одновременно с электроэнергией будут вырабатывать пресную воду. Здесь могут быть использованы установки, работающие по принципу ОТЭС открытого цикла. [c.185]

Преобразование энергии света в химическую энергию органических веществ. Поглощая солнечную энергию, фотосинтезирующие организмы участвуют в планетарном круговороте углерода (рис. 8.2). При этом Мировой океан играет роль регулятора содержания углекислого газа в атмосфере, где его находится в 50 раз меньше, чем в океане. На этом же рисунке показано перераспределение энергии, поглощаемой фотосинтезаторами, между различными потребителями морепродуктов . [c.189]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология