Проблемы и перспективы солнечной космической электростанции (СКЭС)

1. Проблемы и перспективы солнечной космической электростанции (СКЭС) Гурин Александр ученик 10 класса МКОУ СОШ №104 Руководитель: Колегова И.В. учитель физики г. Железногорск 2013 п. Подгорный

2. 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

3. Методы исследования: • Метод сбора информации • Метод расчётов и проектирования • Метод сравнения • Метод классификации . Объект исследования: • Солнечная космическая электростанция. Предмет исследования: • Способ передачи электроэнергии

4. 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

5. 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. Геостационарная орбита

6. 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 пирамида 1 - линза Френеля (большее основание); 2 - солнечное излучение (прямой поток); 3 - фокус (фотоэлектрическая панель – меньшее основание).

7. Устройство солнечных батарей • Центральный силовой элемент, • Две секции, • Однотипные усеченные пирамиды: • большее основание - линза Френеля; меньшее основание - единичный солнечный элемент • 4. Система развертывания и блока управления солнечными батареями. Многослойный фотоэлемент; Макс. КПД=87%; Основа - сплав InAlAsSb.

8. Система ориентации 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;

9. 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/180 S=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 мощности J=PG/4πR2 J=6,1 Вт/м2(соответствует ГОСТу) Исследование СВЧ канала передачи мощности

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. 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%.

11. 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

12. Экономическая целесообразность проекта • Экономичность преобразования солнечной энергии, определяемой технологией производства и сборки их элементов, • Цена используемых материалов, • Стоимость доставки всей системы на геостационарную орбиту, Распределение цены 1 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.

13. 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.