Солнечная энергия как альтернативный источник энергии: виды и особенности гелиосистем

Все ли так гладко?

Казалось бы, такая технология электроснабжения частного дома должна бы уже давно вытеснить с рынка традиционные централизованные методы обеспечения энергией. Почему же этого не происходит? Есть несколько аргументов, которые свидетельствуют не в пользу альтернативной энергетики. Но их значимость определяется в индивидуальном порядке — для части владельцев загородных домов актуальны одни недостатки и совсем не представляют интереса другие.

Для больших загородных коттеджей может стать проблемой не слишком высокий КПД альтернативных энергетических установок. Естественно, локальные гелиосистемы, тепловые насосы или геотермальные установки не могут сравниваться с продуктивностью даже самых старых ГЭС, ТЭЦ и тем более — атомных электростанций.Впрочем, этот недостаток часто минимизируется за счет установки двух или даже трех систем, использованием их больше мощности. Следствием этого может стать другая проблема — для их монтажа потребуется более обширная площадь, выделить которую получается не во всех проектах домов.

Для бесперебойного обеспечения привычного для современного дома числа бытовых приборов и отопительной системы требуется большая мощность. Поэтому в проекте должны предусматриваться такие источники, которые смогут продуцировать такую мощность. А это требует солидных капиталовложений — чем мощнее оборудование, тем оно дороже.

Кроме того, в некоторых случаях (например, при использовании энергии ветра) источник может не гарантировать постоянства выработки энергии. Поэтому необходимо оснастить всю коммуникацию накопительными устройствами. Обычно с этой целью устанавливаются аккумуляторы и коллекторы, что влечет все те же дополнительные расходы и необходимость в выделении большего количества квадратных метров в доме.

Солнечные коллекторы

Принцип их работы заключается в преобразовании солнечного излучения в тепло. Коллекторы можно разделить на группы:

• Вакуумные.Используются в быту, когда вам нужна горячая вода. Состоят из стеклянных трубочек, которые нагреваются от солнечных лучей. В свою очередь, они уже нагревают воду.
• Плоские. Довольно распространены среди пользователей альтернативных источников энергии. Удобны в использовании для бытовых отопительных потребностей, а также для подогрева воды.
• Интегрированные. Считаются наиболее простыми и используются в газовых котлах для подогрева воды. Подогретая вода накапливается в баке для последующего потребления.
• Воздушные. Предназначены для воздушного отопления, рекуперации воздушных масс и для осушительных установок.

Для того, чтобы в последующем использовать солнечную энергию, вначале коллекторы  накапливают ее в модулях, которые ставятся на крыше. Их конструкция следующая: это стеклянные трубки и пластины, окрашенные в черный цвет для лучшего поглощения излучения солнца.

Особенности и предназначение конструкций

Все разновидности подобных систем можно разделить на несколько классов.

По предназначению: 

• Пассивные – представляют собой специальные материалы или конструкции, способствующие максимальному поглощению излучения и предназначены для преобразования энергии солнца в тепло.
• Активные – являются системами, целью которых является не только поглощение, но и преобразование, а часто и накопление солнечной энергии. К ним относятся все типы коллекторов, а также фотоэлектрические батареи с АКБ. 

По типу преобразования:

• в тепловую;
• механическую;
• электрическую энергию.

По сложности:

• простые – представляют собой обычные материалы или емкости, в которых под действием солнечного излучения происходит нагрев какого-либо носителя;
• сложные – высокотехнологичные конструкции, способные вырабатывать электрический ток, сохранять сгенерированную энергию, управляться автоматическими системами позиционирования и т.д.

Освоение нетрадиционных источников

К нетрадиционным источникам энергии относятся:

• энергия солнца;
• энергия ветра;
• геотермальная;
• энергия морских приливов и волн;
• биомассы;
• низкопотенциальная энергия окружающей среды.

Их освоение представляется возможным благодаря повсеместной распространенности большинства видов, можно отметить также их экологическую чистоту и отсутствие эксплуатационных затрат на топливную составляющую.

Однако существуют и некоторые отрицательные качества, которые препятствуют применению их в производственных масштабах. Это – небольшая плотность потока, которая заставляет применять «перехватывающие» установки большой площади, также изменчивость во времени.

Все это приводит к тому, что подобные устройства обладают большой материалоемкостью, а значит, увеличиваются и капиталовложения. Ну, а процесс получения энергии из-за некоторого элемента случайности, связанного с погодными условиями, доставляет немало неприятностей.

Другой наиважнейшей проблемой остается «сохранение» этого энергетического сырья, так как существующие технологии аккумулирования электроэнергии не позволяют сделать это в больших количествах. Тем не менее, в бытовых условиях альтернативные источники энергии для дома пользуются все большей популярностью, поэтому ознакомимся с основными энергоустановками, которые можно установить в частном владении.

Условия для работы и повышения эффективности

Расчет и монтаж гелиосистемы лучше доверить профессионалам. Соблюдение техники установки обеспечит работоспособность и получение заявленной производительности. Для улучшения эффективности и периода службы надо учесть некоторые нюансы.

Термостатический клапан. В традиционных системах теплоснабжения термостатический элемент редко устанавливается, так как за регулировку температуры отвечает теплогенератор. Однако при обустройстве гелиосистемы о защитном клапане забывать нельзя.

Нагрев бака до максимальной допустимой температуры повышает производительность коллектора и позволяет задействовать солнечное тепло даже при пасмурной погоде

Оптимальное размещение клапана – 60 см от нагревателя. При близком расположении «термостат» нагревается и блокирует подачу горячей воды.

Размещение бака-аккумулятора. Буферная емкость ГВС должна устанавливаться в доступном месте

При размещении в компактном помещении особое внимание уделяется высоте потолков

Минимальное свободное пространство над баком – 60 см. Этот зазор необходим для обслуживания аккумулятора и замены магниевого анода

Установка расширительного бака. Элемент компенсирует температурное расширение в период стагнации. Установка бака выше насосного оборудования спровоцирует перегрев мембраны и ее преждевременный износ.

Оптимальное место для расширительного бачка – под насосной группой. Температурное воздействие при таком монтаже значительно сокращается, и мембрана дольше сохраняет эластичность

Подсоединение гелиоконтура. При подключении труб рекомендуется организовать петлю. «Термопетля» сокращает теплопотери, препятствуя выходу разогретой жидкости.

Технически правильный вариант реализации «петли» гелиоконтура. Пренебрежение требованием становится причиной понижения температуры в баке-аккумуляторе на 1-2°С за ночь

Обратный клапан. Предупреждает «опрокидывание» циркуляции теплоносителя. При недостатке солнечной активности обратный клапан не дает рассеиваться теплу, накопленному днем.

Виды солнечных батарей

В настоящее время солнечные батареи представлены несколькими вариантами в зависимости от типа их устройства, и от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой.

I. Классификация по типу их устройства:

1. 1. Гибкие;
2. 2. Жёсткие.

II. В зависимости от материала, из которого изготовлен фотоэлектрический слой выделяют:

1. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из кремния. Они в свою очередь бывают монокристаллическими, поликристаллическими и аморфными. Монокристаллические панели достаточно дорогой вариант, но они отличаются высокой мощностью. Поликристаллические дешевле, чем монокристаллические панели. Такие панели медленней теряют свою эффективность с увеличением сроков службы, а так же при нагревании. Аморфные представлены в основном тонкопленочными панелями. Такое устройство солнечной батареи позволяет генерировать солнечный свет, даже в плохих погодных условиях;
2. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из теллурида кадмия;
3. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из селена;
4. Солнечные батареи, фотоэлемент которых выполнен из полимерных материалов;
5. Из органических соединений;
6. Из арсенида галлия
7. Из нескольких материалов одновременно.

Основные типы, которые получили распространение, это многопереходные кремниевые фотоэлементы.

Другие материалы не получили широкого распространения в связи с большой стоимостью.

Солнечные системы: конструкция и эксплуатационные характеристики

Разнообразие солнечных систем можно классифицировать по следующим параметрам: способ использования солнечного излучения, способ циркуляции теплоносителя, количество контуров и сезонность эксплуатации.

Активно-пассивный комплекс

В любой системе преобразования солнечной энергии предусмотрен солнечный коллектор. По способу использования полученного тепла различают два типа гелиокомплексов: пассивные и активные.

Первый тип – это солнечные тепловые системы, в которых элементы конструкции здания выступают в роли теплопоглощающего элемента солнечного излучения. Крыша, стена коллектора или окна используются в качестве поверхности для приема солнечной энергии.

Схема низкотемпературной пассивной солнечной системы со стенкой коллектора: 1 – солнечные лучи, 2 – полупрозрачный экран, 3 – воздушный барьер, 4 – нагретый воздух, 5 – потоки вытяжного воздуха, 6 – тепловое излучение от стены, 7 – теплопоглощающая поверхность стенки коллектора, 8 – декоративные жалюзи

В европейских странах пассивные технологии используются при строительстве энергоэффективных зданий. Солнечные приемные поверхности украшены фальшивыми окнами. За стеклянной крышкой – почерневшая кирпичная стена с светлыми проемами.

Элементы конструкции – стены и потолок, утепленные снаружи пенополистиролом, – действуют как аккумуляторы тепла.

Активные системы предполагают использование независимых устройств, не относящихся к конструкции.

К этой категории относятся рассмотренные выше комплексы с плоскими трубчатыми коллекторами – солнечные тепловые системы, как правило, располагаются на крыше здания

Радиаторные и циркуляционные системы

Гелиотепловое оборудование с естественным движением теплоносителя по контуру коллектор-аккумулятор-коллектор осуществляется конвекцией: горячая жидкость малой плотности поднимается вверх, охлажденная течет вниз.

В радиаторных системах бак-накопитель располагается над коллектором, обеспечивая самопроизвольную циркуляцию теплоносителя.

Схема работы присуща одноконтурным сезонным системам. Радиатор в сборе не рекомендуется использовать для коллекторов площадью более 12 кв

Солнечная система, управляемая гравитацией, имеет ряд недостатков:

• риск перегрева бака из-за неконтролируемого процесса нагрева;
• в пасмурные дни производительность комплекса снижается – для движения теплоносителя требуется большой перепад температур;
• потеря тепла из-за медленного движения жидкости;
• нестабильность коллектора;
• сложность размещения накопительного бака: при его установке на крыше возрастают теплопотери, ускоряются коррозионные процессы, есть опасность промерзания труб.

Капитальные затраты на устройство солнечной системы с (принудительной) циркуляцией намного выше, чем на установку безнапорного комплекса. Насос «перерезает» контур, обеспечивая движение теплоносителя. Работа насосной станции контролируется контроллером.

Вырабатываемая в принудительном комплексе дополнительная тепловая мощность превышает мощность, потребляемую насосным оборудованием. Эффективность системы увеличится на треть

Этот тип циркуляции используется в двухконтурных гелиотермических системах круглый год.

Преимущества полнофункционального комплекса:

• возможность работать вне сезона;
• неограниченный выбор месторасположения накопительной емкости;
• подбор оптимального режима отопления;
• безопасность – блокировка работы при перегреве.

Недостаток системы – зависимость от электричества.

Техническое решение схем: одно- и двухцепное

В одноконтурных системах циркулирует жидкость, которая впоследствии подается к точкам водозабора. Зимой воду из системы необходимо слить, чтобы предотвратить замерзание и разрыв труб.

Характеристики одноконтурных гелиотермических комплексов:

• коррозия из-за избытка воздуха в воде;
• желательно «заполнить» систему не жесткой очищенной водой: осаждение солей на стенках труб приводит к засорению каналов и разрыву коллектора;
• ограниченный срок службы – от четырех до пяти лет;
• высокий КПД летом.

В двухконтурных гелиокомплексах циркулирует специальный теплоноситель (незамерзающая жидкость с антипенными и антикоррозийными присадками), передающая тепло воде через теплообменник.

Схемы одноконтурной (1) и двухконтурной (2) солнечной системы. Второй вариант отличается повышенной надежностью, возможностью работы зимой и продолжительностью эксплуатации (20-50 лет)

Нюансы эксплуатации двухконтурного модуля: небольшое снижение КПД (на 3-5% меньше, чем в одноконтурной системе), необходимость полной замены теплоносителя каждые 7 лет.

Как можно оценить величину солнечной энергии

Специалисты используют для оценки такую величину, как солнечная постоянная. Она равна 1367 ватт. Именно столько энергии солнца приходится на квадратный метр планеты. В атмосфере теряется примерно четверть. Максимальное значение на экваторе – 1020 ватт на квадратный метр. С учётом дня и ночи, изменения угла падения лучей, эту величину следует уменьшить ещё в три раза.

Распределение солнечного излучения на карте планеты

Версии об источниках солнечной энергии высказывались самые разные. На данный момент специалисты утверждают, что энергии высвобождается в результате превращения четырёх атомов H2 в ядро He. Процесс протекает с выделением существенного количества энергии. Для сравнения представьте, что энергия превращения 1 грамма H2 сопоставима с той, что выделяется при сжигании 15 тонн углеводородов.

Гелиосистема своими руками

При наличии навыков работы с различным ручным инструментом, начальными знаниями физических свойств различных веществ, а также наличии свободного времени, можно сделать гелиосистему своими руками.

Здесь может быть несколько вариантов создания и построения подобной установки, это и сборка конвектора из заводских комплектующих или его изготовление полностью из подручных средств или создание простых установок, работающих на свойствах жидкостей и атмосферного воздуха.

К таким относятся ниже рассмотренные варианты конструкции.

Термосифонная гелиосистема

Термосифонная гелиоустановка, это простейшая система, работающая на свойствах жидкости (воздуха) циркулировать в системе без установки специального оборудования (насоса), что обусловлено их естественной конвекцией. Данную систему можно использовать в системах горячего водоснабжения и системах подогрева воды в бассейне.

Плотность тепловой и холодной воды различается, что определяет ее перемещение в замкнутом пространстве – горячая вода поднимается вверх, холодная опускается вниз. Схема работы термосифонной системы приведена на ниже следующей схеме:

Для самостоятельного изготовления подобной системы, понадобятся:

• Две емкости (бочки), одна из которых служит накопителем холодной воды и располагается несколько выше конвектора и второй емкости, служащей распределителем нагретой воды.
• Система труб, обеспечивающих соединение всех элементов конструкции в единое целое.
• Конвектор, который собирается из подручных средств.

Для изготовления конвектора можно использовать пластиковые бутылки, из которых собирается батарея. Подобных батарей может быть несколько, и они между собой соединяются последовательно (как на схеме, приведенной выше).

Собранные батареи из бутылок можно поместить в отдельный корпус, в который для большего поглощения солнечного тепла, помещается утеплитель, хотя можно сделать и без него.

Соединение бутылок должно быть герметичным, чтобы исключить протекание воды в местах их соединения.

Кроме пластиковых бутылок можно использовать водопроводный шланг, укладываемый змейкой в смонтированном корпусе или иные подручные материалы, которые способны нагреваться под воздействием солнечных лучей, и которые можно герметично соединить между собой.

Корпус конвектора изготавливается из имеющихся материалов (дерево, пластик, металлический или иной профиль), после чего собранная конструкция размещается на максимально освещенном участке и все ее элементы, соединяются в единое целое.

В емкость накопитель наливается холодная вода и по истечении определенного времени, из емкости распределителя, можно осуществлять разбор нагретой воды.

Воздушная гелиосистема

Одной из простых конструкций, которую можно также изготовить самостоятельно, является воздушная гелиосистема. Данная установка может быть использована для частичного обогрева в южных регионах страны, где воздух прогревается значительно, а потребность в обогреве жилья – невелика.

Принцип действия воздушного коллектора, аналогичен принципу действия термосифонной системы, рассмотренной ранее. Отличительная особенность лишь в теплоносителе, что отражается на устройстве коллектора.

Для того, чтобы изготовить самостоятельно воздушный коллектор можно использовать подручные материалы, это: водопроводные трубы или жестяные банки, профилированный металлический лист или иной материал имеющий профильное сечение.

Схема работы воздушного коллектора приведена на схеме:

Из имеющихся в наличии материалов, как и в случае с термосифонной системой, изготавливается корпус коллектора. При помощи металлического профиля, жестяных банок или путем использования водопроводных труб, создаются ребра, разделяющие воздушный поток на отдельные составные части.

Внутри корпуса укладывается утеплитель, а с наружной стороны, корпус закрывается стеклом, служащим теплоизолятором внутреннего воздуха от наружной среды.

При использовании металлического профиля или иной конструкции, как на приведенной схеме, ребра, разделяющие потоки воздуха могут быть совмещены с панелью, являющейся приемником солнечного тепла. При использовании жестяных банок и водопроводных труб, эту функции выполняют они сами.

С торцов корпуса предусматриваются места крепления коллекторов друг с другом (если их несколько) и для крепления с воздуховодами, обеспечивающими подачу холодного и отвод теплого воздуха.

Что можно использовать в частном доме

Выработка электричества при помощи АЭС нужна не только для фирм и государства, но для частного дома. Имеются разные конструкции, которые вырабатывают электроэнергию нетрадиционным методом.

АЭС позволит вам сэкономить на счетах электричества, а кроме того, вы никогда не останетесь без света при отключении электричества.

Солнечные панели

Этот тип получения электроэнергии поможет получить электричество для дома. Для приобретения этого устройства вам необходимо знать мощность и найти место для фиксирования. Эта покупка в скором времени окупиться и вы даже уйдете в плюс.

Солнечные коллекторы

Принцип действия этой конструкции следующий: она нагревается на солнце, затем направляет накопленное тепло к воде, и тем самым нагревает ее. В результате вы будете всегда иметь горячую воду, а также отопление в любое время.

Ветрогенераторы

Ветровые генераторы собирают энергию, которая будет впоследствии использоваться бытовыми изделиями. Как правило, устанавливают несколько сооружений, которые включаются по очереди в случае аварийного выключения другого.

Тепловые насосы

Прибор всегда нагревает дом до требуемой температуры

Многие оборудования оснащены кондиционером, что особенно важно в жаркую погоду. В роли источника электроэнергии могут применяться различные виды энергий

Производство биогаза

Изготовление биогаза в домашних условиях позволяет заменить использование традиционного топлива на недорогой аналог. Такую конструкцию можно изготовить своими руками или приобрести в магазине.

Мини гидроэлектростанция

Мини гидроэлектростанция — это маленькая станции, которая вырабатывает электричество для жилья.

Применяют это сооружения с целью главного или запасного источника электроэнергии. Переносные ГЭС хорошо подойдут для местностей, к которым трудно добраться.

Прочие возможности

Имеются и другие возможности для выработки электричества, но они обойдутся вам в значительную сумму. К примеру, водородные котлы, которые пришли на замену традиционному отоплению дома без выбросов вредных веществ. Тепло вырабатывается за счет прохождения хим. реакций между водородом и кислородом.

Россия, как страна альтернативных источников энергии

Поскольку Россия входит в число одних из самых технически развитых стран мира, большое внимание уделяется добыче и использованию альтернативных источников энергии. На просторах больших территорий, к сожалению в настоящее время нет централизованных источников энергии

К том уже мы еще не втянуты в общемировую тенденциею, связанную с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.

Россия

В каждом, отдельно взятом регионе нашей страны, применяются подходящие этому региону виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением. А так же возможностью использования того или иного первоисточника получения энергии.

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.

Данный вид энергетики так же применяется в промышленности в нашей стране.

Наиболее крупными солнечными электростануциями, мощностью в 400,0 МВт являются:

• Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
• Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
• На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.

Еще на стадии разработки можно насчитать более 50 объектов солнечной генерации на различных этапах строительства. Их место расположения от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.

Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

Ветряки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, в нашей стране не достигают таких больших масштабов, как солнечные электростанции.

Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет чуть больше чем 100,0 МВт. Самые мощные из них это:

• Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
• Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.

Также на стадии проектирования и строительства у нас есть 22 ветровые энергетические установки. Их общая мощность более 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Как раз самый распространенный вид альтернативной энергетики на территории России. На настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС в разных регионах страны на реках, превышает 20,0 %. Отчет идет от общей генерации всей энергосистемы РФ.

Геотермальная энергетика

Это энергия тепла недр всей планеты, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. У нас данный вид энергетики расположен на Дальнем Востоке, в меру особенностей этого региона.

Их мощность 80,1 МВт. В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций. Из них три расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская), остальные две — на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).

Использование биотоплива

Использование биотоплива

Наша страна числится в лидерах по экспорту биотоплива на европейский рынок

У нас же это не самый распространенный вид энергоресурсов, как традиционные виды топлива.Однако, в связи с развитием лесной и деревообрабатывающей промышленности, большие территории заняты под сельскохозяйственные культуры, что сподвигло обратить внимание на этот вид энергетики

Последние годы было построено большое количество заводов по переработке отходов древесины. Из них изготавливаются такие материалы, как топливные брикеты и гранулы (пеллеты).

Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.

А из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо. Оно подходит для применения в двигателях и дизельных установках, там их сжигают, в результате чего производится тепловая и электрическая энергия.

Хоть биотопливо пока не имеет широкого распространения в нашей стране, тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

Распространение в России

Солнечная энергетика получает все более широкое распространение в разных странах и на разных континентах. Россия не является исключением из этой тенденции. Причиной более широкого распространения в последние годы стало:

• Развитие новых технологий, позволившее снизить стоимость оборудования;
• Желание людей иметь независимый источник энергии;
• Чистота производства получаемой энергии («зеленая энергетика»);
• Возобновляемый источник энергии.

Потенциалом для развития солнечной энергетики обладают южные районы нашей страны – республики Кавказа, Краснодарский и Ставропольский край, южные районы Сибири и Дальнего Востока.
Районы различаются по инсоляции в течение суток и времени года, так для разных регионов поток солнечной радиации, в летний период, составляет:

По состоянию на начало 2017 года мощность работающих солнечных электростанций на территории России составляет 0,03% от мощности электростанции энергетической системы нашей страны. В цифрах – это составляет 75,2 МВт.

Где купить

Гелиосистемы в целом и их составные элементы, являются специфическим товаром, для приобретения который лучше всего обратиться в организацию, которая специализируется на реализации товаров в этой отрасли энергетики.

Оптимальный вариант, в этом случае, это найти дилера компании, производящей гелиосистемы, и заключить договор поставки.

При невозможности сделать это, и при желании снизить затраты на приобретение оборудования, можно обратиться к сети интернет, где присутствует достаточно большое количество предложений о продаже гелиоустановок, как полной комплектации, так и их отдельных элементов.

Целесообразность использования гелиосистемы

Гелиосистема – это целый комплекс оборудования, преобразующий световую энергию в тепловую, направляемую в последующем в теплообменник, где с ее помощью нагревается вода системы отопления или ГВС.

Мощность гелиотермической установки зависит от количества света, падающего за один день на 1м² приемной панели, расположенной перпендикулярно (под ∠90°) падающим на нее солнечным лучам. Измеряется данный параметр в кВт*ч/м², причем он регулярно меняется после очередной смены сезона года.

Средняя мощность гелиосистемы при использовании в умеренно-континентальных климатических зонах составляет – 1000-1200 кВт*ч/ м² (за 1 год). Объем энергии, получаемой с 1 м² – это определяющий показатель в расчете общей мощности гелиосистемы.

Монтаж гелиотеплоснабжения – это дорогостоящее дело. Чтобы финансовые вложения окупились, нужно точно рассчитать систему и соблюсти все требования, предъявляемые к ее монтажу.

Разберем на примере общую мощность системы. Средняя величина солнечной энергии в городе Тула летом составляет около 4,67 кВ/м² в сути при условии монтажа панелей под ∠50°. Соответственно рассчитывается производительность коллектора площадью 5 м² так: 4,67х5=23,35 кВт в день. Данной энергии достаточно для нагрева 500 л воды до 45°С.

Разбирая целесообразность использования передовых технологий, нужно учитывать технические особенности каждого гелиоколлектора. Некоторые из них работают только при 80 Вт/м² солнечной энергии, а другим хватает – 20 Вт/м².

Причем даже в южных климатических зонах использование данной системы только для обогрева здания не оправдывает финансовые затраты. Если она будет работать исключительно в зимний период, когда солнца мало, то расходы на оборудования не окупятся за 15-20 лет.

Чтобы предельно эффективно работал гелиокомплекс, его нужно обязательно включать в систему ГВС. Это позволит даже в зимний период уменьшить счета за горячую воду на 50-60%.

Также «солнечное отопление» позволяет:

1. Уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа. За календарный год с помощью 1 м² гелиоколлектора удается предотвратить выброс в атмосферу планеты 350-730 кг CO₂.
2. Эффективно использовать пространство помещения. Эта технология позволяет избавить небольшое помещение от громоздкого оборудования.
3. Повысить сроки службы отопительной техники. Производители убеждены, что при соблюдении всех норм монтажа, данное высокотехнологичное оборудование проработает безупречно 25-30 лет. При этом многие из них предоставляют на свою продукцию официальную гарантию сроком до 3-х лет.

Доводы против применения энергии солнца в обогреве зданий сводятся к зависимости от сезонности, погодных явлений и большим капиталовложениям.

Ресурсы возобновляемой энергии

Под понятием «альтернативные источники энергии» подразумевают привычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, вырабатывающиеся естественным образом. Такую энергию ещё называют регенеративной или «зелёной».

К невозобновляемым источникам энергии относят: нефть, природный газ и уголь. Их количество на земном шаре стремительно уменьшается, поэтому требуется замена.Да и экологическое состояние оставляет желать лучшего: выброс углекислого газа, парниковый эффект и глобальное потепление.Поскольку люди получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций, появляется нужда в более экологичных способах добычи энергии, которые приносят меньше вреда. Альтернативная энергетика нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.

Основные ресурсы:

• Солнечный свет
• Водные потоки
• Ветер
• Приливы
• Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
• Геотермальная теплота (недра Земли)

Что это такое

Гелиосистема – это комплекс технических устройств, посредством которого энергия солнца в виде солнечных лучей, преобразуется в тепловую или электрическую энергию, используемые человеком для своих нужд.

В состав гелиосистемы входят следующие составные элементы:

• Приемное устройство (солнечная батарея, солнечный коллектор и т.д.) – является элементом гелиосистемы, в котором энергия солнца преобразуется в другие виды энергии;
• Устройства, обеспечивающие режим работы системы – инвертор, контроллер, аккумуляторная батарея (при получении электрической энергии) и теплообменник, система трубопроводов, технические устройствами, обеспечивающими циркуляцию теплоносителя (насосы) — при получении тепловой энергии.

Плюсы и минусы СЭС

Солнечные генераторы имеют массу достоинств. Главным из них является экологическая чистота для окружающей среды.

Плюсы солнечных электростанций:

• Солнечная энергия постоянно возобновляется;
• СЭС не причиняет вред окружающей среде;
• Независимость от центральной подачи электричества;
• Полная автономность системы;
• Длительный срок эксплуатации;
• Бесплатный энергетический ресурс.

Роль человека в получении электричества в данном случае сводится к нулю. Выработка энергии таким способом имеет и минусы. Покупка оборудования потребует серьезных вложений. Кроме этого необходимо приобрести аккумулятор, так как в ночное время СЭС не производит выработку электричества. Установка оборудования требует дополнительной площади. Она может осуществляться на земле, крыши дома, стене здания. К недостаткам можно отнести необходимость очищать отражающую поверхность от пыли и загрязнений, а также нагрев атмосферы над поверхностью оборудования. Мощность вырабатываемого тока напрямую зависит от погодных условий.

Если рационально подходить к вопросу установки солнечных батарей, необходимо учесть некоторые нюансы:

• Проанализировать много ли солнечных дней в предполагаемом районе;
• Уточнить возможность подключения к центральной сети;
• Выяснить, как часто бывают перебои электричества;
• Решить, приборы какой мощности будут использоваться в быту.

Достаточно много достоинств и недостатков у СЭС, однако природные ресурсы не вечны и станции на солнечной энергии смогут стать достойной заменой привычным ресурсам.

Солнечные батареи с высоким КПД: виды преобразователей

КПД солнечный батарей – это величина, которая равняется отношению мощности электроэнергии к мощности падающих на панель устройства солнечных лучей. Современные солнечные батареи обладают КПД в диапазоне от 10 до 45%. Такая большая разница обуславливается различиями между материалами изготовления и конструкцией пластин батарей.

Так, пластины солнечных батарей могут быть:

• Тонкопленочными;
• Многопереходными.

Солнечные батареи последнего типа, на сегодня, являются наиболее дорогими, но и наиболее продуктивными. Это связано с тем, что каждый переход в пластине поглощает волны с определенной длиной. Таким образом, устройство охватывает весь спектр солнечных лучей. Максимальный КПД батарей с многопереходными панелями, полученный в лабораторных условиях, составляет 43,5%.

Энергетики с уверенностью заявляют, что через несколько лет этот показатель возрастет до 50%. КПД тонкопленочных пластин зависит, в большей степени, от материала их изготовления.

Так, тонкопленочные солнечные батареи делятся на такие виды:

• Кремниевые;
• Кадмиевые.

Наиболее популярными солнечными батареями, которые можно использовать в бытовых целях, считаются установки с кремниевыми пленочными пластинами. Объем таких устройств на рынке составляет 80%. Их КПД достаточно низкий – всего 10%, но они отличаются доступностью и надежностью. На несколько процентов показатель полезного действия выше у кадмиевых пластин. Пленки с частицами селенида, меди, индия и галлия имеют более высокий КПД, который равняется 15%.

Выводы и полезное видео по теме

Принцип действия солнечных коллекторов и их виды:

Оценка работоспособности плоского коллектора при минусовой температуре:

Технология монтажа панельного гелиоколлектора на примере модели Buderus:

Солнечная энергия – восполняемый источник получения тепла. С учетом роста цен на традиционные энергоресурсы внедрение гелиосистем оправдывает капитальные инвестиции и окупается в ближайшие пять лет при соблюдении техники монтажа.

Похожие публикации