Energia słoneczna jako alternatywne źródło energii: rodzaje i cechy systemów solarnych

Historia rozwoju energetyki słonecznej

Próbowali „oswoić” słońce w czasach Archimedesa. Do dziś przetrwała legenda o paleniu statków za pomocą ogromnego lustra – mieszkańcy Syrakuz skierowali skupiony promień na flotę wroga.

W historii rozwoju energetyki słonecznej istnieją fakty dotyczące wykorzystania energii słonecznej:

• do ogrzewania kamiennych pałaców;
• odparowanie wody morskiej w celu wytworzenia soli.

Podgrzewacze wody poprawiły się, gdy Lavoisier użył soczewki do skoncentrowania promieni podczerwonych. Tak wytapiano żelazo. Później Francuzi zaczęli używać wody podgrzanej do stanu pary do mechanicznego napędu urządzeń drukarskich. Naukowcy zaczęli mówić o perspektywach energii słonecznej po stworzeniu półprzewodników. Na ich podstawie powstały pierwsze fotokomórki.

Rozwój źródeł nietradycyjnych

Nietradycyjne źródła energii obejmują:

• energia słońca;
• Energia wiatrowa;
• geotermalna;
• energia pływów i fal morskich;
• biomasa;
• niskopotencjalna energia środowiska.

Ich rozwój wydaje się możliwy dzięki wszechobecnemu rozmieszczeniu większości gatunków, można również zauważyć ich przyjazność dla środowiska oraz brak kosztów eksploatacyjnych składnika paliwowego.

Istnieją jednak pewne negatywne cechy, które uniemożliwiają ich zastosowanie na skalę przemysłową. Jest to niska gęstość strumienia, która wymusza stosowanie instalacji „przechwytujących” o dużej powierzchni, a także zmienność w czasie.

Wszystko to prowadzi do tego, że takie urządzenia charakteryzują się dużym zużyciem materiału, co powoduje, że rosną również inwestycje kapitałowe. Otóż ​​proces pozyskiwania energii ze względu na jakiś element losowości związany z warunkami pogodowymi sprawia wiele kłopotów.

Drugim najważniejszym problemem jest „magazynowanie” tego surowca energetycznego, ponieważ istniejące technologie magazynowania energii elektrycznej nie pozwalają na to w dużych ilościach.Jednak w warunkach domowych coraz bardziej popularne stają się alternatywne źródła energii dla domu, dlatego zapoznajmy się z głównymi elektrowniami, które mogą być instalowane we własności prywatnej.

energia geotermalna

W trzewiach globu czają się niezbadane rodzaje alternatywnych źródeł energii. Ludzkość zna siłę i skalę naturalnych przejawów. Siła erupcji jednego wulkanu jest nieporównywalna z żadną ze sztucznych elektrowni.

Niestety, ludzie wciąż nie wiedzą, jak wykorzystać tę gigantyczną energię na dobre, ale naturalne ciepło Ziemi czy energia geotermalna przyciąga uwagę naukowców, ponieważ jest to niewyczerpany zasób.

Wiadomo, że nasza planeta corocznie emituje ogromne ilości wewnętrznego ciepła, które jest kompensowane przez radioaktywny rozpad izotopów w skorupie globu. Istnieją dwa rodzaje źródeł energii geotermalnej.

Baseny podziemne

Są to naturalne baseny z ciepłą wodą lub mieszanką parowo-wodną - źródła hydrotermalne lub parowo-termalne. Surowce z tych źródeł wydobywane są przez odwierty, a następnie energia jest wykorzystywana na potrzeby ludzkości.

Skały

Ciepło z gorących skał można wykorzystać do podgrzewania wody. Aby to zrobić, jest wpompowywany w horyzonty do dalszego wykorzystania na cele energetyczne.

Jedną z wad tego rodzaju energii jest jej słaba koncentracja. Jednak w warunkach, w których przy nurkowaniu na każde 100 metrów temperatura wzrasta o 30-40 stopni, można zapewnić jego ekonomiczne wykorzystanie.

Technologia wykorzystania tej energii w obiecujących „obszarach geotermalnych” ma wyraźne zalety:

• niewyczerpane rezerwy;
• ekologiczna czystość;
• brak dużych kosztów rozwoju źródeł.

Dalszy rozwój cywilizacji jest niemożliwy bez wprowadzenia nowych technologii w dziedzinie energetyki. Na tej ścieżce stoją trudne do wykonania zadania, których ludzkość musi jeszcze rozwiązać.

Niemniej jednak rozwój tego kierunku odgrywa ważną rolę i już dziś istnieją urządzenia, które mogą znacząco oszczędzić zasoby, a tradycyjne i alternatywne źródła energii są dla nich doskonałą alternatywą. Realizacja takich pomysłów wymaga cierpliwości, zręcznych rąk, a także pewnych umiejętności i wiedzy.

Projekt instalacji grzewczej na kolektorach

Przede wszystkim szczegółowo zajmiemy się różnicami w budowie i funkcjonowaniu baterii i kolektorów.

Panel składa się z kilku ogniw słonecznych połączonych ze sobą na ramie wykonanej z nieprzewodzących materiałów energetycznych.

Przetwornice fotowoltaiczne to dość złożone konstrukcje, które są rodzajem przekładki płyt o różnych właściwościach i przeznaczeniu.

Oprócz modułów fotowoltaicznych i specjalnych mocowań system składa się z następujących elementów:

• Baterie do przechowywania energii;
• kontroler, który będzie monitorował stopień naładowania baterii;
• falownik - do konwersji prądu stałego na prąd przemienny.

Kolektory są dwojakiego rodzaju: próżniowe i płaskie.

Kolektory próżniowe składają się z pustych szklanych rurek z rurami o mniejszej średnicy wewnątrz zawierających absorber energii. Mniejsze rurki są podłączone do chłodziwa. W wolnej przestrzeni między nimi znajduje się próżnia, która zatrzymuje ciepło.

Zasada działania kolektora słonecznego

Kolektory płaskie składają się z ramy i wzmocnionego szkła z warstwą fotoabsorbującą.Warstwa absorbująca jest połączona z rurkami za pomocą chłodziwa.

Oba te systemy składają się z obiegu wymiany ciepła i akumulatora ciepła (zbiornika cieczy).

Ze zbiornika woda dostaje się do systemu grzewczego za pomocą pompy. Aby uniknąć strat ciepła, zbiornik musi być dobrze izolowany.

Takie instalacje powinny znajdować się na południowym połaci dachu. Kąt nachylenia powinien wynosić 30-45 stopni. Jeżeli położenie domu lub konstrukcja dachu nie pozwala na montaż paneli słonecznych na dachu, można je zamontować na specjalnych wzmocnionych ramach lub na stojakach mocowanych do ściany.

Ilość energii słonecznej uwalnianej w różnych porach roku jest bardzo zróżnicowana. Wartość współczynnika nasłonecznienia dla Twojego miejsca zamieszkania znajdziesz na mapie aktywności słonecznej. Znając współczynnik nasłonecznienia możesz obliczyć liczbę potrzebnych modułów.

Na przykład zużywasz energię 8 kW/h, nasłonecznienie wynosi średnio 2 kW/h. Moc panelu słonecznego - 250 W (0,25 kW). Dokonajmy obliczeń: 8 / 2 / 0,25 \u003d 16 sztuk - to liczba paneli, których będziesz potrzebować.

Biogazownie

Gaz powstaje w wyniku przetwarzania produktów odpadowych drobiu i zwierząt. Odpady z recyklingu służą do nawożenia gleby na działkach domowych. Proces opiera się na reakcji fermentacji z udziałem bakterii żyjących w oborniku.

Za najlepsze źródło biogazu uważa się nawóz bydlęcy, chociaż odpowiednie są również odpady z ptaków lub innych zwierząt gospodarskich.

Fermentacja odbywa się bez dostępu tlenu, dlatego wskazane jest stosowanie zamkniętych pojemników, zwanych również bioreaktorami.Reakcja jest aktywowana, jeśli masa jest okresowo mieszana, do tej pracy ręcznej lub różnych urządzeń elektromechanicznych.

Niezbędne będzie również utrzymanie temperatury w instalacji od 30 do 50 stopni, aby zapewnić aktywność bakterii mezofilnych i termofilnych oraz ich udział w reakcji.

Produkcja budowlana

Najprostszą biogazownią jest beczka z mieszadłem z pokrywką. Gaz z beczki dostaje się do zbiornika przez wąż, w tym celu wykonany jest otwór w pokrywie. Ta konstrukcja dostarcza gaz do jednego lub dwóch palników gazowych.

Aby uzyskać duże ilości gazu, stosuje się bunkier naziemny lub podziemny, który jest wykonany z betonu zbrojonego. Wskazane jest podzielenie całego pojemnika na kilka komór, aby reakcja zachodziła z przesunięciem w czasie.

Pojemnik nie jest całkowicie wypełniony masą, w około 20 procentach, reszta przestrzeni służy do gromadzenia gazu. Do wieczka pojemnika podłączone są dwie rurki, jedna jest doprowadzona do konsumenta, a druga do uszczelnienia wodnego - pojemnika wypełnionego wodą. Gwarantuje to oczyszczenie i osuszenie gazu, a do odbiorcy dostarczany jest gaz wysokiej jakości.

Czy wszystko jest takie gładkie?

Wydawałoby się, że taka technologia zasilania prywatnego domu powinna już dawno zostać wyparta z rynku tradycyjnymi scentralizowanymi metodami dostarczania energii. Dlaczego tak się nie dzieje? Istnieje kilka argumentów, które przemawiają za alternatywną energią. Ale ich znaczenie określa się indywidualnie - dla niektórych właścicieli domów wiejskich niektóre niedociągnięcia są istotne, a inne wcale nie są interesujące.

W przypadku dużych wiejskich domków problemem może stać się niezbyt wysoka sprawność instalacji alternatywnych źródeł energii. Naturalnie lokalnych systemów solarnych, pomp ciepła czy instalacji geotermalnych nie da się porównać z wydajnością nawet najstarszych elektrowni wodnych, cieplnych, a tym bardziej elektrowni jądrowych, jednak tę wadę często minimalizuje się instalując dwie, a nawet trzy. systemy, zużywające więcej energii. Konsekwencją tego może być kolejny problem – do ich instalacji wymagana będzie większa powierzchnia, której nie da się przeznaczyć we wszystkich projektach domów.

Aby zapewnić nieprzerwane zasilanie wielu urządzeń gospodarstwa domowego i znanego nowoczesnego domu systemu grzewczego, wymagana jest duża moc. Dlatego projekt powinien przewidywać takie źródła, które mogą wytworzyć taką moc. A to wymaga solidnej inwestycji – im mocniejszy sprzęt, tym droższy.

Ponadto w niektórych przypadkach (np. przy wykorzystaniu energii wiatru) źródło może nie gwarantować stałości produkcji energii. Dlatego konieczne jest wyposażenie całej komunikacji w urządzenia magazynujące. Zwykle w tym celu instalowane są baterie i kolektory, co pociąga za sobą te same dodatkowe koszty i konieczność przydzielenia większej liczby metrów kwadratowych w domu.

Zasada działania elektrowni słonecznej w domu

Elektrownia słoneczna to system składający się z paneli, falownika, akumulatora i sterownika. Panel słoneczny zamienia energię promieniowania w energię elektryczną (jak wspomniano powyżej). Prąd stały wchodzi do sterownika, który dystrybuuje prąd do odbiorców (na przykład komputer lub oświetlenie).Falownik zamienia prąd stały na prąd przemienny i zasila większość elektrycznych urządzeń gospodarstwa domowego. Bateria magazynuje energię, którą można wykorzystać w nocy.

Opis wideo

Dobry przykład obliczeń pokazujących, ile paneli jest potrzebnych do zapewnienia autonomicznego zasilania, zobacz ten film:

Jak energia słoneczna jest wykorzystywana do wytwarzania ciepła

Systemy solarne służą do ogrzewania wody i ogrzewania domu. Mogą zapewnić ciepło (na życzenie właściciela) nawet po zakończeniu sezonu grzewczego, a ciepłą wodę do domu za darmo. Najprostszym urządzeniem są metalowe panele montowane na dachu domu. Gromadzą energię i ciepłą wodę, która krąży w ukrytych pod nimi rurach. Na tej zasadzie opiera się działanie wszystkich systemów fotowoltaicznych, mimo że mogą one różnić się od siebie strukturalnie.

Kolektory słoneczne składają się z:

• Zbiornik;
• przepompownia;
• kontroler
• rurociągi;
• armatura.

W zależności od rodzaju konstrukcji rozróżnia się kolektory płaskie i próżniowe. W tych pierwszych dno pokryte jest materiałem termoizolacyjnym, a ciecz krąży w szklanych rurkach. Kolektory próżniowe są bardzo wydajne, ponieważ straty ciepła są ograniczone do minimum. Ten typ kolektora zapewnia nie tylko słoneczne ogrzewanie prywatnego domu - wygodnie jest go używać do systemów ciepłej wody i podgrzewania basenów.

Zasada działania kolektora słonecznego

Popularni producenci paneli słonecznych

Najczęściej na półkach znajdują się produkty Yingli Green Energy i Suntech Power Co.Popularne są również panele HiminSolar (Chiny). Ich panele słoneczne wytwarzają energię elektryczną nawet podczas deszczowej pogody.

Produkcja baterii słonecznych została również zapoczątkowana przez krajowego producenta. Robią to następujące firmy:

• Hevel LLC w Nowoczeboksarsku;
• „Telecom-STV” w Zelenogradzie;
• Sun Shines (Autonomous Lighting Systems LLC) w Moskwie;
• JSC „Ryazan Zakład Urządzeń Metalowo-ceramicznych”;
• CJSC „Termotron-zavod” i inne.

Zawsze możesz znaleźć odpowiednią opcję w cenie. Na przykład w Moskwie w przypadku paneli słonecznych do domu koszt będzie wahał się od 21 000 do 2 000 000 rubli. Koszt zależy od konfiguracji i mocy urządzeń.

Panele słoneczne nie zawsze są płaskie – istnieje wiele modeli skupiających światło w jednym punkcie

Kroki instalacji baterii

1. Do montażu paneli wybiera się najbardziej oświetlone miejsce - najczęściej są to dachy i ściany budynków. Aby urządzenie działało jak najefektywniej, panele montowane są pod pewnym kątem do horyzontu. Uwzględniany jest również poziom ciemności terytorium: otaczające obiekty, które mogą tworzyć cień (budynki, drzewa itp.)
2. Panele montuje się za pomocą specjalnych systemów mocowania.
3. Następnie moduły są podłączane do akumulatora, kontrolera i falownika, a cały system jest regulowany.

W celu instalacji systemu zawsze opracowywany jest osobisty projekt, który uwzględnia wszystkie cechy sytuacji: sposób przeprowadzenia instalacji panele słoneczne włączone dach domu, cena i warunki. W zależności od rodzaju i zakresu prac wszystkie projekty kalkulowane są indywidualnie. Klient akceptuje pracę i otrzymuje na nią gwarancję.

Montaż paneli słonecznych musi być wykonany przez profesjonalistów i zgodnie ze środkami bezpieczeństwa.

W efekcie – perspektywy rozwoju technologii solarnych

Jeśli na Ziemi najbardziej efektywne działanie paneli słonecznych utrudnia powietrze, które w pewnym stopniu rozprasza promieniowanie słoneczne, to w kosmosie nie ma takiego problemu. Naukowcy opracowują projekty gigantycznych satelitów na orbicie z panelami słonecznymi, które będą działać 24 godziny na dobę. Z nich energia będzie przesyłana do naziemnych urządzeń odbiorczych. Jest to jednak kwestia przyszłości, a w przypadku istniejących akumulatorów wysiłki skierowane są na poprawę efektywności energetycznej i zmniejszenie rozmiarów urządzeń.

energia geotermalna

W trzewiach globu czają się niezbadane rodzaje alternatywnych źródeł energii. Ludzkość zna siłę i skalę naturalnych przejawów. Siła erupcji jednego wulkanu jest nieporównywalna z żadną ze sztucznych elektrowni.

Niestety, ludzie wciąż nie wiedzą, jak wykorzystać tę gigantyczną energię na dobre, ale naturalne ciepło Ziemi czy energia geotermalna przyciąga uwagę naukowców, ponieważ jest to niewyczerpany zasób.

Wiadomo, że nasza planeta corocznie emituje ogromne ilości wewnętrznego ciepła, które jest kompensowane przez radioaktywny rozpad izotopów w skorupie globu. Istnieją dwa rodzaje źródeł energii geotermalnej.

Baseny podziemne

Są to naturalne baseny z ciepłą wodą lub mieszanką parowo-wodną - źródła hydrotermalne lub parowo-termalne. Surowce z tych źródeł wydobywane są przez odwierty, a następnie energia jest wykorzystywana na potrzeby ludzkości.

Skały

Ciepło z gorących skał można wykorzystać do podgrzewania wody. Aby to zrobić, jest wpompowywany w horyzonty do dalszego wykorzystania na cele energetyczne.

Jedną z wad tego rodzaju energii jest jej słaba koncentracja. Jednak w warunkach, w których przy nurkowaniu na każde 100 metrów temperatura wzrasta o 30-40 stopni, można zapewnić jego ekonomiczne wykorzystanie.

Technologia wykorzystania tej energii w obiecujących „obszarach geotermalnych” ma wyraźne zalety:

• niewyczerpane rezerwy;
• ekologiczna czystość;
• brak dużych kosztów rozwoju źródeł.

Dalszy rozwój cywilizacji jest niemożliwy bez wprowadzenia nowych technologii w dziedzinie energetyki. Na tej ścieżce stoją trudne do wykonania zadania, których ludzkość musi jeszcze rozwiązać.

Niemniej jednak rozwój tego kierunku odgrywa ważną rolę i już dziś istnieją urządzenia, które mogą znacząco oszczędzić zasoby, a tradycyjne i alternatywne źródła energii są dla nich doskonałą alternatywą. Realizacja takich pomysłów wymaga cierpliwości, zręcznych rąk, a także pewnych umiejętności i wiedzy.

Rodzaje energii alternatywnej

W zależności od źródła energii, które w wyniku przekształcenia pozwala na otrzymanie energii elektrycznej i cieplnej wykorzystywanej w życiu codziennym, energię alternatywną dzieli się na kilka rodzajów, które określają sposoby jej wytwarzania oraz rodzaje instalacji służących do ten.

Energia słońca

Energia słoneczna opiera się na konwersji energii słonecznej, w wyniku której powstaje energia elektryczna i cieplna.

Produkcja energii elektrycznej opiera się na procesach fizycznych zachodzących w półprzewodnikach pod wpływem światła słonecznego, produkcja energii cieplnej opiera się na właściwościach cieczy i gazów.

Do wytwarzania energii elektrycznej kompletowane są elektrownie słoneczne, których podstawą są baterie słoneczne (panele) wykonane na bazie kryształów krzemu.

Podstawą instalacji termicznych są kolektory słoneczne, w których energia słoneczna zamieniana jest na energię cieplną chłodziwa.

Moc takich instalacji uzależniona jest od ilości i mocy poszczególnych urządzeń wchodzących w skład stacji ciepłowniczych i solarnych.

Energia wiatrowa

Energia wiatru opiera się na zamianie energii kinetycznej mas powietrza na energię elektryczną zużywaną przez konsumentów.

Podstawą elektrowni wiatrowych jest generator wiatrowy.Generatory wiatrowe różnią się parametrami technicznymi, gabarytami i konstrukcją: z poziomą i pionową osią obrotu, różnymi typami i liczbą łopat, a także ich lokalizacją (ląd, morze itp.). ).

moc wody

Energia wodna opiera się na zamianie energii kinetycznej mas wody na energię elektryczną, która jest również wykorzystywana przez człowieka do własnych celów.

Obiektami tego typu są elektrownie wodne o różnej mocy, instalowane na rzekach i innych zbiornikach wodnych. W takich instalacjach, pod wpływem naturalnego przepływu wody lub tworząc tamę, woda oddziałuje na łopatki turbiny wytwarzającej prąd. Hydroturbina jest podstawą elektrowni wodnych.

Innym sposobem na pozyskiwanie energii elektrycznej poprzez zamianę energii wody jest wykorzystanie energii pływów, poprzez budowę stacji pływów. Działanie takich instalacji opiera się na wykorzystaniu energii kinetycznej wody morskiej podczas pływów występujących w morzach i oceanach pod wpływem obiektów Układu Słonecznego.

Ciepło ziemi

Energia geotermalna opiera się na konwersji ciepła emitowanego przez powierzchnię Ziemi, zarówno w miejscach uwalniania wód geotermalnych (obszary niebezpieczne sejsmicznie), jak iw innych rejonach naszej planety.

Do wykorzystania wód geotermalnych wykorzystywane są specjalne instalacje, dzięki którym ciepło wewnętrzne ziemi zamieniane jest na energię cieplną i elektryczną.

Zastosowanie pompy ciepła pozwala na pozyskiwanie ciepła z powierzchni ziemi, niezależnie od jej lokalizacji. Jego praca opiera się na właściwościach cieczy i gazów oraz prawach termodynamiki.

biopaliwo

Rodzaje biopaliw różnią się sposobem ich pozyskiwania, stanem skupienia (ciekłe, stałe, gazowe) oraz sposobem wykorzystania. Wskaźnikiem spajającym wszystkie rodzaje biopaliw jest to, że podstawą ich produkcji są produkty organiczne, w wyniku przetwarzania których uzyskuje się energię elektryczną i cieplną.

Biopaliwa stałe to drewno opałowe, brykiety lub pelety paliwowe, gazowe to biogaz i biowodór, a płynne to bioetanol, biometanol, biobutanol, eter dimetylowy i biodiesel.

Plusy i minusy elektrowni słonecznych

Zalety:

• Energia słoneczna jest odnawialnym źródłem energii. Jednocześnie jest ogólnodostępna i bezpłatna.
• Instalacje solarne są dość bezpieczne w użyciu.
• Takie elektrownie są całkowicie autonomiczne.
• Są ekonomiczne i mają szybki okres zwrotu. Główne koszty dotyczą tylko niezbędnego sprzętu i wymagają minimalnych inwestycji w przyszłości.
• Kolejną cechą wyróżniającą jest stabilność w pracy. Na takich stacjach praktycznie nie ma przepięć.
• Nie są kapryśne w utrzymaniu i są dość łatwe w użyciu.
• Również w przypadku sprzętu SPP charakterystyczny jest długi okres eksploatacji.

Wady:

• Jako źródło energii układ słoneczny jest bardzo wrażliwy na klimat, warunki pogodowe i porę dnia. Taka elektrownia nie będzie działać wydajnie i wydajnie w nocy lub w pochmurny dzień.
• Niższa produktywność na szerokościach geograficznych o silnych porach roku. Najskuteczniej sprawdzają się tam, gdzie liczba dni słonecznych w roku jest zbliżona do 100%.
• Bardzo wysoki i niedostępny koszt wyposażenia do instalacji fotowoltaicznych.
• Konieczność okresowego czyszczenia paneli i powierzchni z zanieczyszczeń. W przeciwnym razie pochłaniane jest mniej promieniowania i spada wydajność.
• Znaczny wzrost temperatury powietrza w elektrowni.
• Konieczność wykorzystania terenu o ogromnej powierzchni.
• Dalsze utrudnienia w procesie utylizacji elementów instalacji, w szczególności fotokomórek, po zakończeniu ich żywotności.

Jak w każdej dziedzinie przemysłu, przetwarzanie i konwersja energii słonecznej ma swoje mocne i słabe strony.

Bardzo ważne jest, aby zalety zakrywały wady, w takim przypadku praca będzie uzasadniona.

Obecnie większość zmian w tej branży ma na celu optymalizację i poprawę funkcjonowania i wykorzystania istniejących metod oraz opracowywanie nowych, bezpieczniejszych i bardziej produktywnych.

Celowość korzystania z układu słonecznego

Układ słoneczny - kompleks do przekształcania energii promieniowania słonecznego w energię cieplną, która jest następnie przekazywana do wymiennika ciepła w celu podgrzania chłodziwa instalacji grzewczej lub wodociągowej.

Wydajność słonecznej instalacji termicznej zależy od nasłonecznienia - ilości energii otrzymanej w ciągu jednego dnia świecenia na 1 m2 powierzchni położonej pod kątem 90° w stosunku do kierunku padania promieni słonecznych. Wartość pomiarowa wskaźnika to kWh/m2, wartość parametru zmienia się w zależności od pory roku.

Średni poziom nasłonecznienia dla regionu o umiarkowanym klimacie kontynentalnym wynosi 1000-1200 kWh/m2 (rocznie). Ilość słońca jest parametrem decydującym o obliczaniu wydajności systemu słonecznego.

Zastosowanie alternatywnego źródła energii pozwala ogrzać dom, uzyskać ciepłą wodę bez tradycyjnych kosztów energii - wyłącznie poprzez promieniowanie słoneczne

Instalacja słonecznego systemu grzewczego to kosztowne przedsięwzięcie. Aby nakłady inwestycyjne miały uzasadnienie, konieczne jest dokładne obliczenie systemu i przestrzeganie technologii instalacji.

Przykład. Średnia wartość nasłonecznienia dla Tuły w środku lata wynosi 4,67 kV/m2*doba, pod warunkiem zamontowania panelu systemowego pod kątem 50°. Wydajność kolektora słonecznego o powierzchni 5 m2 obliczana jest w następujący sposób: 4,67*4 = 18,68 kW ciepła na dobę. Taka objętość wystarczy do podgrzania 500 litrów wody z temperatury 17°C do 45°C.

Jak pokazuje praktyka, podczas korzystania z instalacji słonecznej właściciele domków w lecie mogą całkowicie przejść z elektrycznego lub gazowego ogrzewania wody na metodę słoneczną

Mówiąc o celowości wprowadzenia nowych technologii, ważne jest uwzględnienie cech technicznych konkretnego kolektora słonecznego. Niektóre zaczynają się od 80W/m2 energii słonecznej, inne od 20W/m2

Nawet w południowym klimacie korzystanie z systemu kolektorów wyłącznie do ogrzewania nie będzie się opłacać. Jeśli instalacja będzie użytkowana wyłącznie zimą przy braku słońca, to koszt sprzętu nie zostanie pokryty nawet przez 15-20 lat.

Aby jak najefektywniej wykorzystać kompleks słoneczny, należy go włączyć do systemu zaopatrzenia w ciepłą wodę. Nawet zimą kolektor słoneczny pozwoli Ci „obniżyć” rachunki za energię do podgrzewania wody nawet o 40-50%.

Według ekspertów, do użytku domowego system słoneczny zwraca się za około 5 lat. Wraz ze wzrostem cen energii elektrycznej i gazu okres zwrotu kompleksu ulegnie skróceniu

Oprócz korzyści ekonomicznych „ogrzewanie słoneczne” ma dodatkowe zalety:

1. Przyjazność dla środowiska. Zmniejszona emisja dwutlenku węgla. Przez rok 1 m2 kolektora słonecznego zapobiega przedostawaniu się do atmosfery 350-730 kg wydobycia.
2. Estetyka. Przestrzeń kompaktowej wanny lub kuchni można zaoszczędzić dzięki nieporęcznym kotłom lub gazowym podgrzewaczom wody.
3. Trwałość. Producenci twierdzą, że przy przestrzeganiu technologii instalacji kompleks przetrwa około 25-30 lat. Wiele firm udziela gwarancji do 3 lat.

Argumenty przeciwko wykorzystywaniu energii słonecznej: wyraźna sezonowość, uzależnienie od pogody i wysokie inwestycje początkowe.

Charakterystyki numeryczne promieniowania słonecznego

Jest taki wskaźnik, jak stała słoneczna. Jego wartość to 1367 watów. Tyle energii przypada na 1 mkw. planeta Ziemia. To tylko o 20-25% mniej energii dociera do powierzchni ziemi z powodu atmosfery. Dlatego wartość energii słonecznej na metr kwadratowy na przykład na równiku wynosi 1020 watów. A ja biorę pod uwagę zmianę dnia i nocy, zmianę kąta słońca nad horyzontem, ten wskaźnik maleje około 3 razy.

Ale skąd pochodzi ta energia? Naukowcy po raz pierwszy zaczęli zajmować się tym problemem już w XIX wieku, a wersje były zupełnie inne. Dziś, w wyniku ogromnej liczby badań, niezawodnie wiadomo, że źródłem energii słonecznej jest reakcja przekształcenia 4 atomów wodoru w jądro helu. W wyniku tego procesu uwalniana jest znaczna ilość energii. Na przykład energia uwalniana podczas transformacji 1 gr. wodór jest porównywalny z energią, która uwalnia się podczas spalania 15 ton benzyny.

Pompy ciepła do ogrzewania domu

Pompy ciepła wykorzystują wszystkie dostępne alternatywne źródła energii. Pobierają ciepło z wody, powietrza, gleby. W niewielkich ilościach to ciepło jest tam nawet zimą, więc pompa ciepła je odbiera i przekierowuje do ogrzewania domu.

Pompy ciepła wykorzystują również alternatywne źródła energii – ciepło ziemi, wody i powietrza

Zasada działania

Dlaczego pompy ciepła są tak atrakcyjne? Fakt, że wydawszy 1 kW energii na jej pompowanie, w najgorszym przypadku otrzymasz 1,5 kW ciepła, a najbardziej udane wdrożenia mogą dać nawet 4-6 kW.A to w żaden sposób nie jest sprzeczne z prawem zachowania energii, ponieważ energia jest zużywana nie na pozyskiwanie ciepła, ale nie na jego pompowanie. Więc żadnych niespójności.

Schemat pompy ciepła do wykorzystania alternatywnych źródeł energii

Pompy ciepła posiadają trzy obiegi pracy: dwa zewnętrzne i wewnętrzne oraz parownik, sprężarkę i skraplacz. Schemat działa tak:

• W obiegu pierwotnym krąży chłodziwo, które odbiera ciepło ze źródeł o niskim potencjale. Może być zanurzony w wodzie, zakopany w ziemi lub może pobierać ciepło z powietrza. Najwyższa temperatura osiągnięta w tym obwodzie to około 6°C.
• W obiegu wewnętrznym krąży czynnik grzewczy o bardzo niskiej temperaturze wrzenia (zazwyczaj 0°C). Po podgrzaniu czynnik chłodniczy odparowuje, para wchodzi do sprężarki, gdzie jest sprężana do wysokiego ciśnienia. Podczas sprężania uwalniane jest ciepło, para czynnika chłodniczego jest podgrzewana do średniej temperatury od +35°C do +65°C.
• W skraplaczu ciepło jest przekazywane do chłodziwa z trzeciego obwodu grzewczego. Opary chłodzące ulegają kondensacji, a następnie trafiają do parownika. A potem cykl się powtarza.

Obwód grzewczy najlepiej wykonać w postaci ciepłej podłogi. Najlepsze do tego są temperatury. System grzejnikowy będzie wymagał zbyt wielu sekcji, co jest brzydkie i nieopłacalne.

Alternatywne źródła energii cieplnej: skąd i jak pozyskać ciepło

Ale największą trudność stanowi urządzenie pierwszego obwodu zewnętrznego, który gromadzi ciepło. Ponieważ źródła mają niski potencjał (na dole jest mało ciepła), potrzebne są duże obszary, aby zebrać je w wystarczających ilościach. Istnieją cztery rodzaje konturów:

• Pierścienie układane w rurach wodnych z chłodziwem.Zbiornik wodny może być wszystkim – rzeką, stawem, jeziorem. Głównym warunkiem jest to, aby nie przemarzła nawet podczas najcięższych mrozów. Pompy, które wypompowują ciepło z rzeki, pracują wydajniej, znacznie mniej ciepła jest przenoszone w stojącej wodzie. Takie źródło ciepła jest najłatwiejsze do wdrożenia - rzucaj rurami, zawiąż ładunek. Istnieje tylko duża szansa na przypadkowe uszkodzenie.

• Pola cieplne z rurami zakopanymi poniżej głębokości zamarzania. W tym przypadku jest tylko jedna wada - duże ilości robót ziemnych. Ziemię musimy usuwać na dużym obszarze, a nawet na solidną głębokość.

• Wykorzystanie temperatur geotermalnych. Wierci się szereg studni głębinowych, do których spuszczane są obiegi chłodziwa. Zaletą tej opcji jest to, że zajmuje niewiele miejsca, ale nie wszędzie można wiercić na duże głębokości, a usługi wiertnicze kosztują dużo. Możesz jednak samodzielnie wykonać wiertnicę, ale praca nadal nie jest łatwa.

• Wydobywanie ciepła z powietrza. Tak działają klimatyzatory z możliwością grzania – pobierają ciepło z powietrza „zaburtowego”. Nawet w temperaturach ujemnych takie jednostki działają, choć przy niezbyt „głębokim” minusie - do -15 ° C. Aby praca była bardziej intensywna, możesz wykorzystać ciepło z szybów wentylacyjnych. Wrzuć tam kilka zawiesi z chłodziwem i stamtąd pompuj ciepło.

Główną wadą pomp ciepła jest wysoka cena samej pompy, a montaż pól odbioru ciepła nie należy do tanich. W takim przypadku możesz zaoszczędzić pieniądze, wykonując samodzielnie pompę, a także układając kontury własnymi rękami, ale kwota nadal pozostanie znaczna. Zaletą jest to, że ogrzewanie będzie niedrogie, a system będzie działał przez długi czas.

Rodzaje

Obecnie coraz większą popularność zyskują różnego rodzaju panele słoneczne. Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że wszystkie moduły słoneczne są takie same: duża liczba pojedynczych małych ogniw słonecznych jest ze sobą połączonych i pokryta przezroczystą folią. Ale w rzeczywistości wszystkie moduły różnią się mocą, konstrukcją i rozmiarem. A w tej chwili producenci podzielili systemy fotowoltaiczne na dwa główne typy: krzemowy i filmowy.

Do celów domowych instalowane są panele słoneczne z fotokomórkami silikonowymi. Są najbardziej popularne na rynku. Z których można również wyróżnić trzy typy - są to polikrystaliczne, monokrystaliczne, zostały one już bardziej szczegółowo opisane w artykule oraz amorficzne, o których bardziej szczegółowo będziemy się zajmować.

Amorficzne - również wykonane są na bazie krzemu, ale dodatkowo posiadają również elastyczną elastyczną strukturę. Ale nie są wykonane z kryształów krzemu, ale z silanu - innej nazwy wodoru krzemowego. Wśród cech modułów amorficznych można zauważyć doskonałą wydajność nawet przy pochmurnej pogodzie oraz możliwość powtarzania dowolnej powierzchni. Ale wydajność jest znacznie niższa - tylko 5%.

Drugi rodzaj paneli słonecznych - folia, produkowany jest na bazie kilku substancji.

• Kadm - takie panele zostały opracowane w latach 70. ubiegłego wieku i wykorzystywane w kosmosie. Ale dziś kadm jest również wykorzystywany do produkcji przemysłowych i domowych elektrowni słonecznych.
• Moduły oparte na półprzewodnikowych CIGS - opracowanych z selenku miedzi, indu i są panelami foliowymi. Ind jest również szeroko stosowany w produkcji monitorów ciekłokrystalicznych.
• Polimer - stosowany również w produkcji modułów folii fotowoltaicznej. Grubość jednego panelu to około 100 nm, ale sprawność utrzymuje się na poziomie 5%. Ale z plusów można zauważyć, że takie systemy mają przystępną cenę i nie emitują szkodliwych substancji do atmosfery.

Ale także dzisiaj na rynku dostępne są mniej nieporęczne modele przenośne. Są specjalnie zaprojektowane do użytku podczas aktywności na świeżym powietrzu. Często takie panele słoneczne służą do ładowania urządzeń przenośnych: drobnych gadżetów, telefonów komórkowych, aparatów fotograficznych i kamer.

Moduły przenośne dzielą się na cztery typy.

• Niska moc - podają minimalne ładowanie, które wystarczy do naładowania telefonu komórkowego.
• Elastyczny - można go zwinąć i mieć niewielką wagę, dzięki temu, a także ze względu na dużą popularność wśród turystów i podróżników.
• Mocowane na podłożu - mają znacznie większą wagę, około 7-10 kg i odpowiednio dają więcej energii. Takie moduły są specjalnie zaprojektowane do użytku podczas dalekobieżnych podróży samochodowych, a także mogą służyć do częściowego autonomicznego dostarczania energii do wiejskiego domu.
• Uniwersalne - niezastąpione podczas wędrówek, urządzenie posiada kilka przejściówek do jednoczesnego ładowania różnych urządzeń, waga może dochodzić do 1,5 kg.

Czy nadaje się do zwykłego domu?

• Do użytku domowego energia słoneczna jest obiecującym rodzajem energii.
• Jako źródło energii elektrycznej dla budynków mieszkalnych wykorzystywane są elektrownie słoneczne, które są produkowane przez przedsiębiorstwa przemysłowe w Rosji i za granicą. Instalacje wydawane są różne moce oraz kompletny zestaw.
• Zastosowanie pompy ciepła - zapewni ciepłą wodę w budynku mieszkalnym, podgrzeje wodę w basenie, podgrzeje czynnik chłodzący w systemie grzewczym lub powietrze wewnątrz lokalu.
• Kolektory słoneczne - mogą być stosowane w domowych instalacjach grzewczych i ciepłej wody. Wydajniejsze, w tym przypadku, kolektory próżniowe.