Альтернативные источники энергии: солнечное электричество

Содержание

Солнце и ветер как альтернативные источники энергии для дома и дачи

Альтернативные источники энергии: солнечное электричество

Традиционными источниками энергии является органическое топливо, но запасы угля, газа и нефти ограничены. Поэтому приходится искать альтернативные источники энергии – возобновляемые, а потому неиссякаемые. Потратившись на установку лишь единожды, использование альтернативных источников энергии возможно пожизненно – конечно, при условии периодического ухода за установками.

Какие бывают альтернативные источники энергии, и как они используются, вы узнаете на этой странице.

Солнце и ветер как альтернативные источники энергии известны давно, хотя в России они распространены не так широко, как в европейских странах. Однако обойти вниманием этот бесплатный природный ресурс для получения электрической энергии невозможно. Тем более что применение альтернативных источников энергии не только экономически довольно выгодно, но и экологически безопасно.

Одним из условий, которые позволят использовать энергию ветра в качестве альтернативного источника энергии, является необходимость иметь ветряк — ветроэнергетическую установку.

Кроме того, важно иметь дом на территории, где сильные ветры не редкость, хотя и небольших порывов будет достаточно для работы ветряка мощностью 1,5—4 кВт.

Такой альтернативный источник энергии для дома вполне обеспечит скромные потребности: свет, просмотр телевизора, подзарядку ноутбука. Для этого достаточно установки мощностью 500—600 Вт.

Данный вид альтернативного источника энергии представляет собой конструкцию, состоящую из следующих элементов:

мачты,

ветроголовки с тремя лопастями,

генератора,

опорно-поворотного узла,

контроллера,

зарядного устройства,

аккумулятора,

инвертора.

Ветроэнергетическая установка работает так: лопасти, зафиксированные на колесе, приходят во вращение под воздействием ветра; колесо сообщает крутящий момент на вал генератора, который вырабатывает энергию.

Между ее количеством и размером колеса есть прямая зависимость: чем больше колесо, тем легче оно захватывает ветер, тем больше энергии вырабатывается. Энергия поступает в зарядное устройство, которое трансформирует ее в постоянный электрический ток, необходимый для зарядки аккумуляторов.

Всеми процессами управляет контроллер. Для получения переменного тока, на котором работает вся бытовая техника, имеется инвертор.

Чтобы смонтировать этот альтернативный источник электрической энергии, необходимо подготовить бетонный фундамент, включающий закладной элемент (железобетонное кольцо), залитый раствором. Стальную мачту в вертикальном положении удерживают растяжки.

В настоящее время приобрести ветроэнергетическую установку, причем не только импортного, но и отечественного производства, не проблема. Понятно, что стоимость ее напрямую зависит от мощности, например ветроэнергетическая установка в 1 кВт (она даст 120 кВт в месяц) обойдется примерно в 35 000 руб.

Фото этого альтернативного источника энергии можно посмотреть здесь:

К альтернативным источникам энергии относят солнечные батареи

Наличием сильных ветров на территории России могут похвастаться не все регионы. Это же относится и к солнечным дням, количество которых в разной местности различно, хотя даже сильная облачность не мешает получать 100 Вт с 1 м2. Чтобы выработать 10 кВт энергии, необходимо, чтобы площадь солнечных батарей составляла 100 м2.

Чтобы использовать солнце как альтернативный источник энергии, солнечную энергию нужно преобразовать в электрическую. Для этого потребуются специальные элементы, сам же процесс трансформации называется фотоэлектрическим эффектом, а модуль, использующийся для этого,— фотоэлектрическим элементом.

По обе стороны фотоэлемента смонтированы токоотводы. Когда солнечные лучи попадают на фотоэлемент, часть света (фотон) поглощается. При этом освобождается один электрон. В этот момент образуется ток. Электричество, образованное в солнечном элементе, может сразу использоваться или накапливаться в аккумуляторной батарее.

Отдельные фотоэлементы не в состоянии обеспечить дом необходимым количеством энергии, поэтому их собирают в панели, различные по размеру и типу.

Как правило, для использования солнечной энергии как альтернативного источника энергии панели собирают в кремниевые фотоэлектрические модули, размер которых варьируется от 0,4 до 1,6 м2, мощностью 40—160 Вт.

Применение солнечной энергии как альтернативного источника электрической энергии

Будучи объединенными, панели образуют солнечные батареи — альтернативный источник энергии, коэффициент полезного действия которого пока невелик и составляет 5-15% (только 15% света преобразуется в электрическую энергию).

Комплекс солнечных батарей с контроллером, инвертором, аккумуляторами, кабелем, электронагрузкой и поддерживающей структурой называется солнечной станцией, которая может рассматриваться и применяться в качестве системы аварийного источника электроснабжения.

Стоимость станции из четырех модулей мощностью 115 Вт, двух аккумуляторов, инвертора мощностью 1 кВт и контроллера составит примерно 125000руб. Достаточно ли такого альтернативного источника энергии для дачи, зависит от энергозатрат, которые перед покупкой комплекса необходимо подсчитать.

Если электричество в доме есть, то помогут показания счетчика за месяц; если оно не заведено, то следует установить все предметы, которые являются потребителями энергии, сложить их мощность и умножить на количество часов работы в месяц — это и будет количество энергозатрат.

Разумеется, необходимо оптимизировать количество потребляемой энергии, например, за счет установки энергосберегающих лампочек, уличных фонариков, работающих от солнечной батареи, и т. д.

Соединения и ответвления проводов и кабелей необходимо выполнять в специально предназначенных для этого разветвительных и соединительных коробках (их можно различить по количеству отверстий: в первых их четыре, во вторых — два).

Надо признать, что альтернативные источники энергии еще не превратились в обыденность, поскольку первоначальные затраты на приобретение оборудования достаточно высоки, и окупятся они не ранее чем через 10 лет. Однако перспективы, которые открываются, как утверждают ученые, огромные.

Какие есть ещё альтернативные источники энергии

Ниже вы узнаете, какие есть ещё альтернативные источники энергии, способные заменить традиционные.

К альтернативным источникам энергии относят передвижные электростанции. Они мобильны, компактны, мощны, обладают значительным ресурсом, долговечны, работают с достаточно низким уровнем шума и при большом перепаде температур — от +45 до -50 °С.

Основными комплектующими передвижной электростанции являются генератор и двигатель внутреннего сгорания. Альтернативным источником энергии являются станции синхронные (для применения при аварийной ситуации) и асинхронные (для поддержания напряжения в сети и подключения электроприборов, реагирующих на скачки напряжения).

Передвижные станции могут работать на бензине или дизельном топливе. Первые используют в качестве источника электроснабжения при перебоях с подачей электричества.

Их мощность колеблется в пределах от 0,5 до 12 кВт, чего вполне хватает для выполнения незначительных объемов работ. Генератор оснащен автозапуском, т. е. он начинает действовать при отключении электричества.

Уровень шума бензиновых электростанций примерно на 20—30% ниже, чем дизельных.

Дизельная электростанция рассчитана на постоянную работу. Ее мощность варьируется в значительном пределе — от 12 до 2500 кВт. Станции могут давать разное количество оборотов в минуту — до 3000 об/мин. Для постоянного энергоснабжения дома и участка достаточно, если этот параметр будет составлять 1500 об/мин. Дизельные станции последнего поколения могут бесперебойно работать круглый год.

При покупке передвижной электростанции надо выбрать агрегат необходимой мощности. Для этого надо установить, какие именно приборы будут работать от нее. Среди постоянных потребителей энергии нужно назвать холодильник, лампы, среди периодически включаемых — утюг, электроинструмент и т. п.

Чтобы рассчитать мощность станции, надо суммировать мощности тех приборов, которые активно эксплуатируются, и прибавить дополнительно 20 %.

Если потребности небольшого садового домика обеспечит станция мощностью 2 кВт, то для индивидуального благоустроенного дома потребуется станция мощностью 10— 20 кВт.

Источник: http://www.stroy-dom.net/?p=4350

Солнце как самый альтернативный экологически чистый вид энергии

Альтернативные источники энергии: солнечное электричество

Сегодня достаточно остро стоит вопрос обеспечения человечества энергоресурсами. Все знают, что ученые давно бьются над поиском альтернативных источников энергии.  Печально, что за последние годы, на бытовом уровне, явного прорыва в этой отрасли не произошло.

Нашим людям по-прежнему недоступны солнечные технологии. Человечество нашло много нетрадиционных способов получения энергии, геотермальные станции использующие энергию земли.

Волновые и приливные электростанции использующие энергию морей и океанов.

Гидроэлектростанции, ветряки, водородная и космическая энергетика, биотопливо и даже грозовая энергетика, вот неполный список находок человечества.

Второе место альтернативной энергетики

Второе место после ветряков, по совокупности достоинств и недостатков заняла – энергия солнца. Бесконечный источник энергии, который всегда оставался у нас перед глазами, правда эффективно использовать его мы пока не научились. На практике, кремниевые солнечные батареи способны продемонстрировать не более 22% коэффициента полезного действия.

Вакуумные коллекторы покажут КПД на уровне 75-80%, но они применяются в основном, только как отопительные элементы. Плоские вакуумные коллекторы более требовательны к условиям использования, вакуум тяжелей удержать в такой большой системе, чувствительной к деформациям корпуса.

Даже дети давно знакомы с солнечными панелями калькуляторов, игрушек, зарядок для мобильных телефонов.

Хотя нас больше всего интересует использование этого источника в отоплении. Я думаю многие не против обогреть свой дом, за счёт энергии солнца, а не за счёт кошелька. Тут нас и ожидает самое неприятное. Стоимость коллекторов и панелей столь высока, что альтернатива перестает быть заманчивой.

Поэтому, предлагаю взглянуть на эту проблему, с привычной для нашего человека стороны. А именно посмотреть, как можно погреть руки на энергии солнца, не выкладывая заоблачные суммы.

Сложно теперь понять, кто именно первый придумал использовать пиво именно так, но воздушные коллекторы из пивных банок сейчас конструируют в Америке, Европе да и вообще по всему миру. Их могут оснащать термостатом, микроконтроллером и дополнительным наддувом.

В вашем исполнении подобный коллектор будет нужного размера и гораздо меньшей стоимости. Хотя, если пить пиво специально, то в последнем я не уверен.

Солнечные батареи из алюминиевых банок

Для создания первой батареи не нужно быть опытным мастером. Энергию солнца вы все равно сможете поймать.  Для этого понадобится некоторое количество пивных банок, несколько квадратных метров ДСП, приблизительно столько же утеплителя и силиконовый клей.

Торцы банок аккуратно вскрывают по рантику. При желании зачищают наружную поверхность для лучшей адгезии и склеивают трубы необходимой длины.

После они вклеиваются рядами в короб, размеры которого мастеру подскажет фантазия и красятся в чёрный цвет. Желательно термостойкой краской.

Все внутренние поверхности утепляются, неплохо, использовать экструдированный пенополистирол, впоследствии окрашенный черной краской. А с утеплителем можно экспериментировать. Сами трубы, в итоге должны расположиться вертикально, а верхние и нижние торцы, между собой соединиться, как регистры батареи.

Солнечный коллектор из алюминиевых банок своими руками

Вверху и внизу делают патрубки подачи, приема воздуха, которые нужно будет завести в ваше жилище. На вход можно поставить маленький кулер, а на горячий выход, слегка модернизированный автомобильный термостат или применить другой способ терморегуляции. Практика доказывает, подобный коллектор, может стать неплохим подспорьем, для вашей отопительной системы.

Главное – это качественная, герметичная сборка и расположение батареи на солнечной стороне. С лицевой стороны, закрыть короб можно стеклом, а лучше поликарбонатом. По расчетам специалистов, необходимо 15 квадратных метров коллекторов, для обогрева дома размером в 100 квадратов.

Подобная чудо-альтернатива значительно уступит промышленным образцам, но всё же…

Устройство солнечных батарей

Параболо-концентрический зеркальный концентратор энергии солнца

В Европе используют подобные коллекторы, ограничиваясь всего лишь перфорированной поверхностью алюминиевых сплавов.

Стоимость таких обогревателей велика из-за больших размеров и дорогих материалов. Поэтому рассматривать самодельные плоские теплообменники не стоит. Следующий вариант заинтересует загородных жителей. Отличие его радикально практически во всём.

По сути, это параболо-концентрический зеркальный концентратор энергии солнца. Но главная выгода, заключается в материалах которые можно применить. Название концентратор говорит само за себя, это выгнутое в одной плоскости зеркало, концентрирующее лучи солнца в определённой точке.

Здесь применяются три хитрости.

Материал зеркала, размер отражающей поверхности и тепловой аккумулятор. Пугающее изогнутое зеркало, оказывается изготовлено из зеркальной пленки. Зеркальная пленка наклеивается на вогнутую в виде желоба поверхность. Основанием для зеркала, стоит выбрать тот же пресловутый пенополистирол.

А в качестве несущих конструкций, могут выступить различные материалы от древесины до металла. Изготовляется необходимое количество зеркальных сегментов, которые крепятся на несущие каркасы.

В каком-то смысле, вся конструкция напоминает детские качели, где вместо сиденья выступают зеркала, а на оси располагается трубопровод – теплообменник. Поскольку это загородное решение, размеры здесь могут быть внушительные.

Водные солнцеуловители

Ряд подобных солнцеуловителей располагается вдоль движения солнца. Зеркала фокусируется в одну линию, откуда теплоноситель и заберёт энергию.

Теплоносителем будет обыкновенная вода, которая бежит по тонкостенным трубам, идущим в несколько рядов. Это могут быть нержавеющие или обычные тонкостенные стальные трубы нужного диаметра.

  При таком серьезном подходе, в этой системе не обойтись, без габаритного аккумулятора тепла.

Здесь существуют готовые решения, но и полет фантазии приветствуется. К примеру это может быть “бассейн” на несколько кубов, изготовленный из пенопласта и деревянных опор. Внутренняя поверхность выстилается плотной тепличной пленкой. А прочность бортов рассчитывают на удержание нескольких кубов воды. Из подобных материалов устраивают и крышу закрывающую этот мини бассейн, в форме пирамиды.

Водяной коллектор

Подобная простота конструкции в купе с незамысловатыми материалами, обеспечивают высокую ремонтопригодность. И замену отслуживших свой срок деталей.  Стоимость тоже будет значительно отличаться. Разместить такое хранилище тепла лучше на открытом пространстве, это обеспечит легкий доступ в случае необходимости.

Использование солнечных батарей на воде

Зеркало на несущий конструкции, должно иметь возможность поворота по вертикали. В этом случае концентратор сможет следить за светилом круглый год. Трубопровод включается в общую систему отопления, чтобы наконец, солнечная энергия сэкономила вам средства.

Солнечный вакуумный коллектор

Далее ставки начинают повышаться. Речь к сожалению идёт о цене. Стоимость вакуумных коллекторов довольно высока, хотя и КПД тоже достаточно большой. Подобный коллектор невозможно сделать самому. В их производстве используется высокопрочное боросиликатное стекло с пониженным содержанием металла.

Для контроля за вакуумом используется бариевый газопоглотитель. Если герметичность не нарушена трубка имеет серебристый цвет, если же трубка побелела, значит нарушена целостность.

Вакуумные коллекторы менее остальных  зависят от погодных условий, поскольку тепловой канал отделен от атмосферы вакуумом. А вакуум как известно, отличный теплоизолятор.

В плохую погоду, вакуумные коллекторы могут поглощать инфракрасное излучение проходящее сквозь облака. Ещё один плюс  в пользу такой технологии.

Виды вакуумных коллекторов

Существует несколько видов вакуумных коллекторов, некоторые из них более удачной конструкции, но они дороже.  Самым удачным считается коллектор с перьевой трубкой и прямоточным тепловым каналом.

Принцип устройства во всех случаях приблизительно одинаков. Колба представляет собой вытянутый, тонкий термос, с вакуумом между его стенками.

На внутреннее стекло наносится высокоабсорбирующее покрытие, а внутри помещается тепловая трубка с теплоносителем.

Теплоносители тоже принципиально отличаются. В одном случае, это легко испаряющаяся жидкость, перенос тепла происходит посредством испарения и конденсации. С прямоточным каналом, теплоноситель протекает по каждой из тепловых трубок, перенося и отдавая энергию.

Недостаток таких коллекторов в высокой цене и сложном ремонте. В случае ремонта некоторых вакуумных коллекторов, из гелиосистемы придётся сливать теплоноситель. Разница кпд в зависимости от производителя бывает довольно значительной и может быть даже двукратной.

С вакуумными трубками собрать систему проще, поскольку основной элемент готов. Остаётся обеспечить контакт медного поглотителя с теплоносителем всей системы, а батареи из вакуумных трубок в безопасном кожухе поместить на солнечное место.

Конечно сборку и монтаж большой системы лучше доверить специалистам. Гелиосистема с такими элементами может перегреваться закипать и за ней нужен определённый контроль.

Если ваше основное отопление имеет большой литраж и перегрева не будет, вспомогательный модуль можно попробовать собрать самому.

Добыча солнечной энергии на основе кремния

На закуску, классика поглощения энергии солнца, батареи сделанные на основе кремния.

Разделить их можно на три вида:

  • на основе моно элементов
  • на основе поли элементов
  • аморфные они же относятся и к плёночным. К пленочным также относят панели на основе теллурида кадмия, на основе селенида меди-индия и полимерные.

Здесь есть свои плюсы и минусы.Плюс в том, что на выходе мы получаем электричество, применение которого очень широко. Стоимость таких панелей довольно высока.

Поликристаллические панели, имеют средний коэффициент полезного действия 12-18%, дешевле в изготовлении.

Монопанели напротив, дороже и имеют выше КПД – 18-22%. Аморфные панели имеют самый низкий кпд 5-6 % но демонстрируют ряд преимуществ. Оптическое поглощения в 15- 20 раз выше, чем у поли и монокристаллов. Толщина меньше 1 мкм. Имеет хорошую производительность при пасмурной погоде, высокую гибкость.

Солнечные панели на основе полимеров разрабатывается относительно недавно. Применяют полимерные батареи там, где наибольшее значение имеет эластичность и экологичность.  Дополнительно к панелям потребуются системы заряда, трансформации напряжений, распределители питания. Это могут быть инверторы, аккумуляторы, контроллеры.

Кремниевые элементы, чувствительны к загрязнениям, а при высоких температурах может потребоваться система охлаждения, хотя современные конструкции предусматривают это.

Совсем недавно австралийские учёные умудрились установить рекорд в 35% эффективности, принципиально новой разработкой в этой области. Хотя французы заявляют о разработке модулей с КПД в 46%, компаниями Soitec, CEA-Leti и Институтом Фраунгофера.

  Но простым смертным такого долго не видать. Кроме этого есть у кремниевых батарей ещё недостатки. В Америке применение солнечных панелей началось в шестидесятых годах, но наши умельцы похоже ещё долго будут мастерить подобия из дешёвых аналогов с востока.

Всё-таки слишком ценный способ экономить для простого человека. Хотя, очень привлекательно получить определённую автономность в электропитании.

Можно ещё говорить о новациях в отрасли автомобилестроения, авиации, кораблестроения. Выставочные, единичные или экспериментальные экземпляры существуют, но пока что, это остаётся роскошью.

Порой, из прошлого возникает хорошо забытое старое, например освещение, с помощью световых колодцев. Способ знакомый еще со времен седых пирамид.

Некоторые хотят воплотить в жизнь идею солнечных дорог. Появились прозрачные солнечные элементы и самолет, способный облететь землю на солнечной тяге. Германия поставила рекорд по количеству солнечной энергии за день, а в Индии целый аэродром перешел на питание солнцем. Возможно близок тот день, когда технологии позволят нам брать от солнца энергии ровно столько, сколько нам нужно.

Солнечная электростанция своими руками

Источник: https://ecoteplo.pro/energiya-solntsa/

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии

Альтернативные источники энергии: солнечное электричество

Имея свободную минутку, вы берете свой телефон или же садитесь за компьютер, чтобы посмотреть новое видео, к примеру, на канале «riddle», популярный видеоролик которого стал основой этой публикации.

Это возможно благодаря тому, что несколькими часами ранее вы зарядили свой телефон или же подключили компьютер к сети.

В любом случае ключевым моментом возможности просмотра этого видеоролика является наличие электричества.

Есть ли альтернатива у тепловых электростанций?

Впервые термин электричество был введен еще в далеком 1600 году английским физиком Вильямом Гилбертом, когда до появления первой лампочки оставалось еще более 200 лет.

Сегодня же электроэнергия — это неотъемлемая составляющая жизни человека, для обеспечения работы всех электроприборов на данный момент работают сотни тысяч электростанций.

Но только 17 процентов из них можно считать экологически безопасными, и львиная доля всей электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях, которые наносят самый большой урон окружающей среде в сравнении с другими.

Ежегодно ТЭС выбрасывают в атмосферу огромнейшее количество отходов. При сжигании ископаемого топлива образуются продукты сгорания содержащие оксид азота, серный и сернистый ангидрид, частички несгоревшего пылевидного топлива и летучую золу.

Но самое главное, что все тепловые электростанции выбрасывают колоссальное количество углекислого газа, который в свою очередь стремительно приближает глобальное потепление на планете.

Такая популярность столь вредных электростанций объясняется тем, что их возможно построить за относительно небольшие сроки а также из-за их стабильной работы. Плюс ко всему они требуют меньше затрат на собственное содержание.

Так неужели нам в один не прекрасный момент придется выбирать жить со светом лампочки или с чистым воздухом? Чтобы подобного вопроса не возникало в ближайшем будущем, прямо сейчас идет разработка и частичная реализация проектов по созданию так называемых чистых источников энергии.

В первую очередь взгляд специалистов области энергетики пал на возможность использовать энергию ветра и солнечных лучей.

Казалось бы, это отличная идея, ведь подобная энергия полностью возобновляема и безвредна. Но проблема состоит в том, что эти источники будут нестабильными.

Ведь такие вещи, как облачность и штиль не отменял никто. Поэтому ставить ветряки солнечные батареи повсеместно крайне нерационально.

Но у солнца есть одно существенное преимущество. На земле существуют места, где количество солнечных дней превышает 98 процентов, и это, как вы уже могли догадаться, пустыни. Что, если превратить их в огромные солнечные электростанции? Насколько существенно это сэкономит ресурсы земли?

Солнечные электростанции в пустынях — рационально или бесполезно?

На нашей планете насчитывается примерно 50 пустынь, из них 23 занимают площадь свыше 50 тысяч квадратных километров, то есть больше, чем занимает, скажем, Голландия или Бельгия. Эти огромные песчаные просторы практически непригодны для жизни большинства организмов в связи с экстремальными условиями, которые не предоставляют.

Так, в пустыне Руб-Эль-Хали, которая занимает треть Аравийского полуострова, температура воздуха может подниматься до 55 градусов по шкале Цельсия, а количество ежегодных осадков едва доходит до трех сантиметров. Даже самые отчаянные попытки экстремалов преодолеть эту местность обвенчались неудачей. Но если вы думаете, что это ад, то спешим вас огорчить.

Представляем вашему вниманию Долину смерти, которая по праву получила свое название, ведь она является самым сухим и жарким регионом Северной Америки. Температура здесь часто доходит до отметки 56 градусов, облака на небе замечают здесь крайне редко, не говоря уже об осадках, которых на этой раскаленной сковороде не бывает столетиями. Но и это еще не все.

По праву называться самой адской пустыней может пустыня Деште Лут — воистину горячее местечко, находящееся на территории Ирана. Из-за обилия солнечной активности в 2005 году она смогла набрать температуру в просто-таки невообразимые 70 градусов по Цельсию. Вот он — кусочек Марса на Земле.

На первый взгляд такая местность идеально подходит для установки солнечных панелей, чтобы начать сбор неограниченного количества энергии. Но все же есть одно но. Труднодоступность этих пустынь делает подобную процедуру сверх дорогостоящей.

Также энергию, получаемую на такой закрытой территории, тяжелее передавать в другие города и страны. Именно поэтому для превращения пустыни в экологическую электростанцию выбрали менее горячую, но не менее солнечную и большую пустыню Сахару.

Пустыня Сахара — самое подходящее место для солнечных панелей

Сахара занимает западную и северную часть Африки. В целом ее площадь составляет девять с половиной миллионов квадратных километров, что сопоставимо с размерами США.

Эта территория бесконечных песчаных равнин и дюн, которые иногда вырастают высоту до 180 метров, а за год в пустыне может выпасть не более 20 миллиметров осадков.

Но самое страшное, что с каждым годом этот песчаный монстр становится все больше, и эта местность смогла привлечь людей только в качестве плацдарма для решения вопроса об экологическом источнике энергии.

Проделав простой расчет, исследователи выяснили, что за шесть часов мировые пустыни получают больше солнечной энергии, чем весь человеческий род потребляет за год. А энергетические потребности мира можно удовлетворить, покрыв всего полтора процента сахар и солнечными батареями.

В связи с этим открытием у ученых созрел план, который заключается в том, чтобы разместить солнечные панели в Сахаре, которые будут обеспечивать большую часть мощностей на ближнем востоке и в Северной Африке, а также обеспечат экспорт энергии, которая удовлетворит 15 процентов потребности в электроэнергии Европы.

Между тем европейцы, импортируя энергию пустыни, могли бы сэкономить до 50 процентов на счетах на электроэнергию.

Проблемы, препятствующие получению энергии Солнца в Сахаре

Первой проблемой на пути этого проекта, стала невозможность передавать электроэнергию в страны Европы без потерь.

Ведь для эффективности такого энергетического импорта из Сахары в Европу нужно передавать 30 гигаватт энергии на расстояние свыше 3 тысяч километров.

И это при том, что самая большая электролиния на сегодня rio madeira, находящаяся в Бразилии, может передавать всего лишь 6 гигаватт на 2 тысячи 400 километров.

Казалось бы, уже здесь план заходит в тупик. Но в связи с развитием технологий по прогнозам специалистов данной отрасли, уже к 2030 году линия электропередач подобных мощностей имела бы место быть. А к тому времени как раз есть возможность подготовить солнечные панели и найти идеальное для их расположения место. Но как бы не так!

Второй проблемой стал человеческий фактор, а именно жадность и жажда наживы, несмотря на возможные жертвы. Страны, которые многие годы обогащаются за счет продажи нефти и газа, не видят выгоды в создании солнечных электростанций.

Ведь если план будет успешным, то их экономика, которая поддерживается продажами ископаемых источников энергии, потерпит колоссальный удар.

Возможно, именно под влиянием нефтяных государств от проекта ушло множество инвесторов, вклады которых в случае реализации задуманного отбились бы всего за 1 год.

Перспективы альтернативной солнечной энергетики

Несмотря на все трудности, проект продолжает существовать и даже развиваться. Так благодаря людям что поддерживают его, сейчас идет строительство солнечной электростанции в Марокко, которое по завершении должно обеспечить всю страну исключительно чистой энергией.

Возможно, уже в ближайшем будущем мы будем говорить о солнечном свете, как об источнике энергии также обыденно, как и про атомные или гидроэлектростанции. Ведь они в самом начале своего существования тоже не казались сверх перспективными.

В любом случае солнечная энергия, которую можно было бы добывать в мировых пустынях, в частности, в сахаре, является одним из немногих возможных и эффективных способов задействовать возобновляемые источники энергии для обеспечения потребности людей в больших масштабах.

И даже если будут изобретены способы очищения воздуха и воды от нечистот, которые предоставляют тепловые электростанции, ресурсы, на которых они работают имеют свойство заканчиваться.

С каждым годом мы все больше слышим информации о том, как быстро исчерпываются нефть и газ и как скоро их количество приблизится к 0. Поэтому уже сейчас необходимо учиться эффективно использовать то, что дарит нам солнце. В противном случае мы окажемся ни с чем.

Источник: http://izobreteniya.net/solnechnaya-energiya-kak-alternativnyiy-istochnik-energii/

Солнечная энергия — просто и эффективно

Альтернативные источники энергии: солнечное электричество

Слияние атомов водорода и рождение атомов гелия, происходящее в недрах звезд из-за невероятно огромного давления, вызванного суперсилами гравитации, сопровождается сверхмощным выделением энергии. Идет термоядерная реакция и на ближайшей к нам звезде по имени Солнце.

Солнечная энергия (точнее — крохотная доля от всей, излученной Солнцем в пространство энергии) достигает Земли и обеспечивает существование жизни на нашей планете в том виде, в каком мы ее знаем.

Энергия солнечного света

Интенсивность излучения Солнца «на входе» в атмосферу Земли составляет 1,367 КВт/м2.

Атмосфера планеты поглощает часть потока солнечной энергии. На разных широтах, в разное время года, в разное время суток, на разной высоте над уровнем моря и при различной облачности мощность солнечного изучения, приходящаяся на один квадратный метр поверхности перпендикулярной лучам составляет ~ от 0 КВт/м2 до 1,0 КВт/м2.

В различных условиях лучам Солнца приходится преодолевать до поверхности Земли через атмосферу разные расстояния! Чем длиннее путь лучей Солнца через атмосферу, тем больше поглощение, тем меньше энергии дойдет до поверхности, до точки А. 1,0 КВт/м2 – это максимум интенсивности в ясную погоду на уровне моря в истинный астрономический полдень на экваторе в дни весеннего (~20 марта) и осеннего (~22 сентября) равноденствий!

Это означает, что никакое устройство, созданное человеком для преобразования солнечной энергии в тепловую или электрическую, имеющее рабочую площадь 1,0 м2 никогда не выдаст мощность более 1,0 КВт!

В средних широтах России солнечная энергия имеет интенсивность потока летом в ясный полдень – до 0,8 КВт/м2, зимой – всего лишь до 0,3 КВт/м2.

По справочным таблицам (смотри ссылки в конце статьи) в среднем за год количество солнечной энергии, падающей на горизонтальную площадку площадью 1м2:

  • В Москве ~ 990 КВт*ч
  • В Омске ~ 1260 КВт*ч
  • В Улан-Удэ ~  1270 КВт*ч

На момент написания статьи, к примеру, в Омске цена 1 КВт*ч электроэнергии составляла 3,32 руб. для населения. Образно выражаясь, можно сказать, что Солнце «высыпает» в год в Омске на каждый квадратный метр 4183,20 руб. (11,46 руб. ежедневно) в переводе на стоимость электроэнергии.

Солнечная электроэнергия

Для преобразования энергии Солнца в электроэнергию на сегодняшний день наиболее эффективными являются кремниевые фотоэлектрические батареи. Но их КПД низок и по факту не превышает 14%.

Таким образом, панель площадью 1,0 м2 способна выдать на широте Москвы максимальную мощность порядка 0,11 КВт. И не верьте недобросовестным продавцам, завышающим показатели мощности!

Низкий КПД по большому счету ни о чем не говорит (ездим же мы на автомобилях, двигатели которых имеют КПД=10%). Ставь панель большей площади – и всё.

Однако высокая стоимость полного комплекта солнечной электростанции (с панелями, аккумуляторами, автоматикой, преобразователями  ~ 1100 $/КВт) продолжает являться в России сдерживающим широкое распространение солнечных панелей фактором.

Конечно, в местах, где другим способом получить электроэнергию невозможно или очень сложно и дорого (космос, кемпинг, дом лесника, не электрифицированный поселок), солнечная электростанция является хорошим решением проблемы.

К 2030 году прогнозируемая мощность всех солнечных фотоэлектрических преобразователей в мире превысит 200 ГВт. При этом стоимость произведенной электрической энергии предполагается 0,10…0,15 $/КВт*ч.

Солнечная тепловая энергия

Очень популярной последние десятилетия стала тема получения тепловой энергии для горячего водоснабжения и отопления помещений от Солнца. Сотни компаний по всему миру предлагают свои разработки солнечных коллекторов, тысячи энтузиастов изготавливают разнообразные варианты устройств в домашних мастерских.

Одними из перспективных на сегодняшний день, возможно, видятся вакуумированные трубчатые коллекторы, у которых КПД достигает 90% (по заявлениям производителей и продавцов).

Холодный воздух вентилятором забирается из помещения и по теплоизолированной трубе поступает в коллектор. Нагретый  в результате теплообмена воздух возвращается по такой же трубе обратно в помещение.

Солнечная энергия по очень простой и эффективной схеме преобразуется в тепловую! Установка не боится морозов, потому что замерзать в ней нечему.

Рассмотрим подробнее модель солнечного коллектора китайской компании ZN-ENERGY (www.pcmworld.com, подключисолнце.рф). Результаты практических испытаний любезно предоставил Алексей Пыкин из города Улан-Удэ.

Алексей установил наклонно с ориентацией на юг два коллектора марки ZN-20D58-1800 на крыше сарайчика, присоединил к ним подводящую и отводящую воздух трубы, включил в схему вентилятор, подключил прибор, записывающий температуры входящего в коллектор воздуха и выходящего и замерил скорость воздушного потока на выходе из отводящей трубы в помещение.

Габаритно-массовые параметры одного коллектора:

Высота – 2030 мм

Ширина – 1550 мм

Толщина – 180 мм

Масса – 95 кг.

Оба коллектора собраны из 20 стеклянных вакуумных трубок длиной 1800 мм.

Между наружной трубкой Ø57 мм и первой внутренней трубкой Ø47 мм откачан воздух и создан вакуум для обеспечения высокого уровня теплоизоляции.

Поверхность трубки Ø47 мм имеет черное покрытие с очень большим коэффициентом поглощения (>0,9) солнечной энергии. Именно эта поверхность, разогреваясь под лучами Солнца, отдает всю полученную энергию внутрь трубки Ø47 мм, проходящему через нее воздуху и аккумулятору тепла – РСМ-цилиндру! Передаче тепла наружу в окружающее пространство препятствует вакуум.

РСМ-цилиндр – это еще одна внутренняя трубка с веществом, накапливающим и затем отдающим тепло за счет фазового перехода из одного агрегатного состояния в другое. По-простому — это «высокоэффективные камни в печке в бане».

Теоретическая мощность установки

  • 1. Эффективная площадь поверхности двух коллекторов марки ZN-20D58-1800

A=0,047*1,8*20*2=3,384 м2

Те, кто считают площадь иначе, как поверхность полуцилиндра, или лукавят, или заблуждаются. В подтверждение своей правоты кроме здравого смысла в понимании процесса могу добавить, что известная компания Viessmann (Германия) площадь своих коллекторов на трубках считает по вышеприведенной формуле.

  • 2. Максимальный заявляемый разработчиками коэффициент полезного действия коллекторов

КПД=0,9

  • 3. Максимальная интенсивность потока в июне-июле в ясный полдень на широте г. Улан-Удэ

Ie=0,8 КВт/м2

  • 4. Максимальная мощность, которую могут развить два коллектора, установленные плоскостями перпендикулярно лучам Солнца

NΣтеор= Ie*A*КПД=0,8*3,384*0,9=2,436 КВт

  • 5. Максимальная мощность, которую может развить одна трубка

N1теор= NΣтеор /40=2,436/40=0,061 КВт

Практическая мощность установки

Выполним расчет в Excel мощности установки по исходным данным, присланным Алексеем.

О цветах ячеек листа Excel, применяемых в статьях этого блога, можно посмотреть на странице «О блоге».

Расчет в Excel выполняется по следующим формулам:

  • 7.V=π*D2/4*vср
  • 8.G=V*ρ
  • 9.N=G*c*(t2-t1)
  • 11.Q=N*τ
  • 12.mд=Q/qд

Выводы

Установка Алексея в июньский солнечный полдень забирает из помещения воздух температурой 25 °С и, прогоняя его через два коллектора, выдает обратно в помещение нагретым до 138 °С!

Рассчитанная через количество нагретого воздуха мощность, достигаемая в этот момент времени – 2,307 КВт. Это 95% от рассчитанной теоретической мощности.

В нижней части таблицы можно определить количество тепловой энергии, которое выработает установка за заданное время, работая с вычисленной мощностью.

В самом низу таблицы я привел  для справки расчет массы дров, которую необходимо сжечь для получения такого же количества энергии.

Для расчета суточного производства тепловой энергии следует проинтегрировать функцию мощности по времени.

Q=∫N(τ) dτ

О том, как это делать рассказано в предыдущей статье на блоге.

Итоги

В этой небольшой обзорной статье не ставилась цель подробно расписать все возможные варианты преобразования солнечной энергии в другие виды. Тем более не хотелось углубляться в разнообразие теплофизических аспектов и конструктивных решений конкретных моделей солнечных панелей и коллекторов. Совсем не был затронут вопрос углов установки панелей и коллекторов…

Главное, что хотелось донести:

  • 1. Более 1,0 КВт мощности с панели или коллектора с рабочей площадью 1,0 м2 не «снять»!
  • 2. Более 0,14 КВт современная фотоэлектрическая батарея площадью 1,0 м2 пока не вырабатывает!
  • 3. Более 0,9 КВт солнечный коллектор с рабочей площадью 1,0 м2 выдать сегодня не может и не сможет, наверное, никогда, если на Солнце что-нибудь не случиться! А если случится, то нам уже эта энергия не понадобится…
  • 4. РСМ-цилиндры накапливают тепло, которое не смог забрать продуваемый воздух и отдают его воздуху в моменты закрытия Солнца облаками и перед закатом. Увеличить мощность РСМ-цилиндры не могут!!! Они, как ресиверы в системах сжатого воздуха, сглаживают колебания выходной мощности и не более того.
  • 5. Если (с поправкой на оптимальный угол установки коллекторов) за год в г. Омске поступает от Солнца ~1500 КВт*ч/м2, то установка из двух коллекторов, рассмотренная в примере, сможет выдать тепловой энергии около 4 300 КВт*ч.

В переводе на стоимость электроэнергии мы получим в год тепловой энергии на 14276 руб. Комплект коллекторов стоит около 120000 руб. Срок окупаемости более 8 лет…

В переводе на стоимость дров (1,50 руб./кг или 1000 руб./м3) мы получим в год тепловой энергии на ~3000 руб. (если принять КПД печи равным 50%). Срок окупаемости – 40 лет!

И это еще без учета затрат электроэнергии на вентилятор!

Не знаю, сколько прослужат коллектора, но жизненный опыт подсказывает, что град размером с куриное яйцо бывает у нас каждые 3…5 лет!

Однако, стоит отметить, что солнечная энергия – экологически чистый вид энергии. Расширяя ее применение, мы сохраняем нашу среду обитания. И стоит помнить, что расходуя всего 1 КВт*ч энергии, можно испечь 100 булок хлеба или выткать 10 м2 ткани!

Источник:

Перспективы солнечной энергетики

О солнечной энергетике и перспективах ее развития ведутся споры и дискуссии уже много лет. Большинство считают солнечную энергетику – энергетикой будущего, надеждой всего человечества. Серьезные инвестиции вкладывает в строительство солнечных электростанций большое количество компаний.

Солнечную энергетику стремятся развивать во многих странах мирах, считая ее главной альтернативой традиционным энергоносителям. Германия, являясь далеко не солнечной страной, стала мировым лидеров в этой сфере. Совокупная мощность СЭС Германии растет год от года. Серьезно занимаются разработками в области энергии солнца и в Китае.

Источник: https://akkummaster.com/prochee/alternativnaya-energiya/solnechnaya-energiya.html

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.