Электрохимические генераторы

Электрохимический элемент

В электрохимическом элементе на одном из электродов 1 (аноде) вещество, служащее топливом, отдает электроны, а на втором электроде 2 (катоде) происходит восстановление (поглощение) электронов веществом-окислителем. Между электродами находится электролит 4. обеспечивающий перемещение ионов от одного электрода к другому; перенос электронов между электродами осуществляется по внешней цепи.

Делятся на 2 типа : Восстанавливаемые и невосстанавливаемые

Достоинства Электрохимический элемент:

• Компактный

• Автономный

• Простота эксплуатации

• Высокая надежность

Недостатки Высокая удельная стоимость получаемой электроэнергии

Топливный элемент

Топливный элемент отличается от выше рассмотренных электрохимических элементов тем, что активные вещества к нему подаются извне, а электроды в электрохимических превращениях не участвуют. Электроды в топливном элементе выполнены пористыми. На аноде происходит переход положительных ионов водорода в электролит. Оставшиеся электроны создают отрицательный потенциал и по внешней цепи перемещаются к катоду. Атомы кислорода, находящиеся на катоде, присоединяют к себе электроны, образуя отрицательные ионы, которые, присоединяя из воды атомы водорода, переходят в раствор в виде ионов гидроксила ОН'. Ионы гидроксила, соединяясь с ионами водорода, образуют воду. Таким образом, при непрерывном подводе водорода и кислорода происходит непрерывная реакция окисления топлива ионами с одновременным образованием тока во внешней цепи.

Достоинства Топливный элемент:

• Высокий КПД (до 80 %)

• Бесшумность

• Отсутствие вредных отходов

Недостатки Высокая стоимость эксплуатации и повышенные требования к безопасности в связи с использованием водорода в качестве топлива.

Преобразование солнечной энергии в электрическую

2 способа:

• Непосредственное

• В паросиловом цикле

Непосредственное преобразование основано на фотоэлектрическом методе. Для этого используют светочувствительные полупроводниковые элементы. У которых при попадании на их поверхность солнечной энергии возникает эмиссия электронов с поверхностью .При соединении 2-х П\П разной проводимости, электроны под действием солнечной энергии переходят с одного ПП на другой. В замкнутой цепи при этом возникает электрический ток.

Недостатки фотоэлемент:

• Высокая стоимость

• Низкий КПД преобразования (10-15%)

Схема солнечной ЭС с паросиловым циклом

1. Солнечное излучение, сконцентрированное с помощью гелиостатов(следящих зеркал)

2. Приемник солнечного излучения

3. Аккумуляционные емкости

4. Парогенератор

5. Паровая турбина

6. Генератор

7. Конденсатор

8. Насос

9. Источник холодной воды

Преобразование солнечной энергии в тепловую

Системы солнечного теплоснабжения (или гелиоустановки) можно разделить на

• пассивные

• активные

Самыми простыми и дешевыми являются пассивные системы, или "солнечные дома", которые для сбора и распределения солнечной энергии используют архитектурные и строительные элементы здания и не требуют дополнительного оборудования. На рис. приведены примеры пассивных систем использования солнечной энергии.

Пассивная система использования солнечной энергии

Несмотря на некоторые преимущества пассивных систем, используются в основном активные системы со специально установленным оборудованием для сбора, хранения и распространения солнечной радиации, так как эти системы позволяют улучшить архитектуру здания, повысить эффективность использования солнечной энергии, а также обеспечивают большие возможности регулирования тепловой нагрузки и расширяют область применения.

Недостатки пассивных систем

• Ухудшение архитектуры здания

• Недостаточная эффективность использования тепловой энергии

• Ограниченные возможности в регулировании тепловой энергии

Гелиоустановки(активные) имеют следующую классификацию:

по назначению:

• системы горячего водоснабжения,

• системы отопления.

• комбинированные установки

по виду используемого теплоносителя:

• жидкостные,

• воздушные;

по продолжительности работы:

• круглогодичные,

• сезонные;

по техническому исполнению схемы:

• одноконтурные,

• двухконтурные.

• многоконтурные.

Схема активных гелиосистем

1. Солнечное излучение

2. Солнечный коллектор

3. Насос

4. Емкостной теплообменник

В одноконтурной установке теплоноситель с помощью 3 подается в 2, где он нагревается за счет 1, а далее поступает в систему теплоснабжения здания.

В двух контурной схеме тепло от теплоносителя первичного контура используется в теплообменнике для нагрева второго теплоносителя, который уже функционирует в системе теплоснабжения здания

Основным элементом гелиоустановок являются солнечные коллекторы. которые могут быть двух типов:

• Фокусирующие

• Плоские.

Фокусирующие коллекторы позволяют обеспечить нагрев теплоносителя до сравнительно высоких температур (400-600 К). Основной их недостаток заключается в том. что в них воспринимается только прямая составляющая солнечной радиации, хотя диффузная составляющая может доходить до 40% суммарной радиации, особенно в северных широтах. Фокусирующие коллекторы применяются в башенных электростанциях. В системах теплоснабжения наибольшее распространение получили плоские коллекторы

Устройство плоского солнечного коллектора

Принцип действия плоского коллектора следующий. Большая часть солнечной радиации, падающей на коллектор, поглощается поверхностью. Часть поглощенной энергии передается теплоносителю, циркулирующему через коллектор, а часть теряется в результате теплообмена с окружающей средой через прозрачное покрытие и стенки корпуса. Обычно используют одно- или двухслойное прозрачное покрытие. В качестве поглощающей поверхности может быть использован лист из металла (сталь, алюминий, медь) или другого материала с каналами для прохода теплоносителя. Поглощающую поверхность зачерняют для повышения поглощающей способности.