Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Содержание
  1. Как экологически чистые источники энергии помогают получать тепло и электричество
  2. Что такое альтернативная энергия?
  3. Альтернативные виды энергии
  4. 1. Энергия солнца
  5. 2. Ветроэнергетика
  6. 3. Гидроэнергия
  7. 4. Волновая энергетика
  8. 5. Энергия приливов и отливов
  9. 6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)
  10. 7. Энергия жидкостной диффузии
  11. 8. Геотермальная энергия
  12. 9. Биологическое топливо
  13. Преимущества, и недостатки альтернативной энергии
  14. Возобновляемая энергия в мире
  15. Альтернативная энергия в РФ
  16. Виды возобновляемой энергии в РФ
  17. Фирмы, занимающиеся возобновляемыми энергетическими источниками
  18. Энергия солнца как экологически чистый источник энергии: особенности и виды гелиосистем
  19. Правильность применения гелиосистемы
  20. Общее устройство и рабочий принцип
  21. Разновидности солнечных коллекторов
  22. Гелиосистемы: характерности конструкции и эксплуатации
  23. Рабочие условия и увеличения эффективности
  24. Востребованные модели «солнечных» модулей
  25. Выводы и полезное видео по теме
  26. Принцип изменения энергии солнца, её использование и перспективы
  27. Солнце как экологически чистый источник энергии
  28. Экскурс в историю
  29. Переустройство энергии солнца
  30. Плюсы и минусы энергии солнца
  31. Области использования энергии солнца
  32. Развитие солнечной энергетики в различных государствах и её перспективы
  33. Виды экологически чистых источников энергии
  34. Необходимость применения новых источников энергии
  35. Освоение оригинальных источников
  36. Фотоэлектрические панели
  37. Ветряные генераторы
  38. Насосы для отопления
  39. Биогазовые установки
  40. Мини гидроэлектростанции
  41. Геотермальная энергия
  42. Видео

Как экологически чистые источники энергии помогают получать тепло и электричество

Ухудшение экологии и истощение ресурсов природы заставляет задумываться про то, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников.
В данной статье рассказываем, как работает альтернативная энергия и почему многие страны выбирают в её пользу.

Что такое альтернативная энергия?

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (классической).
экологически Чистые источники энергии – это обыкновенные натуральные явления, безграничные ресурсы, которые вырабатываются по настоящему. Такая энергия ещё именуется регенеративной или «зелёной».
Невозобновляемые источники – это нефть, сетевой газ и уголь. Им ищут замену, так как они могут завершиться.

Ещё их применение связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.

Человечество получает энергию, по большей части за счёт сжигания ископаемого топлива и работы АЭС. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологическим способом и приносят меньше ущерба.

Она нужна не только для промышленных целей, но также и в обычных домах для отапливания, горячей воды, освещения, работы электроники.

Ресурсы возобновляемой энергии

  • Свет солнца
  • Потоки воды
  • Ветер
  • Приливы
  • Биологическое топливо (горючее из растительного или животного сырья)
  • Геотермальная теплота (земные недра)

Альтернативные виды энергии

1. Энергия солнца

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Один из наиболее мощных видов экологически чистых источников энергии. Очень часто её преобразуют в электричество фотоэлектрическими панелями. Всей планете на весь год хватит энергии, которую солнце отправляет на Землю за один день.

Тем не менее, от всего объёма годовая выработка электрической энергии на электростанциях работающих от солнца не превышает 2%.
Главные минусы – зависимость от погодных условий и времени суток. Для северных стран извлекать энергию солнца невыгодно.

Конструкции дорогие, за ними необходимо «ухаживать» и в срок перерабатывать сами фотоэлементы, в которых имеются токсичные вещества (свинец, галлий, мышьяк). Для высокой выработки нужны очень большие площади.
Солнечное электричество популярно там, где оно доступнее привычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции.

В тёплых государствах с высокими тарифами на электрическую энергию, оно может покрывать необходимы привычного дома. К примеру, в Израиле 80% воды нагревается энергией солнца.
Батареи также ставят на беспилотные машины, самолёты, дирижабли, поезда Hyperloop .

2. Ветроэнергетика

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Запасов энергии ветра в 100 раза больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и энергию механического типа.

Главное оборудование – ветряные генераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).
Такой вид возобновляемой энергии хорошо развит – тем более в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии.

К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала общую установленную мощность атомной энергетики.
Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна).

Ещё ветроустановки как правило вызывают радиопомехи и оказывать влияние на климат, так как забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.

3. Гидроэнергия

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Чтобы изменить движение воды в электричество необходимы гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их устанавливают на реках с сильным потоком, которые не высыхают. Плотины возводят для того, чтобы достигнуть определённого водного напора – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрические генераторы.

Строить ГЭС дороже и труднее относительно обыкновенных электростанций, однако стоимость электричества (на российских ГЭС) вдвое ниже. Турбины как правило будут работать в различных режимах мощности и контролировать производство электричества.

4. Волновая энергетика

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Имеется очень много вариантов генерации электричества из волн, но успешно работают только три. Они отличаются по типу установок на воде. Это камеры, часть находящаяся внизу которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.

Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специализированных станциях превращается в электричество.
Такой вид применяется мало – 1% от всего производства электричества в мире.

Системы тоже дорогие и для них необходим хороший выход к воде, который есть не у любой страны.

5. Энергия приливов и отливов

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Эту энергию берут от естественного подъёма и спада водного уровня. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Для генерации электричества возводят приливные станции, дамбы и турбины.

Приливы и козырьки хорошо изучены, благодаря этому данный источник более предсказуем касательно прочих. Но освоение технологий было небыстрым и их доля в глобальном производстве мала.

Более того, приливные циклы не всегда подходят норме использования электричества.

6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Вода моря имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана. Применяя данную разницу, получают электрическую энергию.
Первая установка, которая даёт электричество за счёт температуры океана была выполнена ещё в первой половине 30-ых годов XX века.

В настоящий момент есть океанические электростанции закрытого, открытого и комбинированного типа в Америке и Японии.

7. Энергия жидкостной диффузии

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Это новый вид экологически чистого источника энергии. Осмотическая электростанция, поставленная в устье реки, контролирует слияние солёной и воды для питья и извлекает энергию из энтропии жидкостей.
Разравнивание концентрации солей даёт лишнее давление, которое запускает вращение гидротурбины.

Пока существует только одна такая энергетическая установка в Норвегии.

8. Геотермальная энергия

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их устанавливают в вулканических районах, где вода у поверхности или доехать до неё можно пробурив скважину (от 3 до десяти километров.).
Извлекаемая вода отапливает строения напрямую или через теплообменный блок.

Ещё её перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрическим генератором.
Минусы: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Более всего геотермальных станций в Америке, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

9. Биологическое топливо

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и 3-го поколений.

  • Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биологическое топливо (газ от переработки отходов). К примеру, дрова, биологический дизель и метан.
  • Второе поколение – горючее, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).
  • Третье поколение – биологическое топливо из водорослей.

Биологическое топливо первого поколения запросто получить. Жители деревни ставят биогазовые установки, где биологическая масса бродит под необходимой температурой.
Самый обычный способ и древнейшее горючее – дрова.

В настоящий момент для их изготовления сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

Преимущества, и недостатки альтернативной энергии

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Главная перспектива других источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.

Плюсы:

  • Доступность – не надо владеть нефтяными или газовыми залежами. Правда, это можно отнести не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.
  • Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов во внешнюю среду.
  • Экономия – полученная энергия имеет небольшую себестоимость.

Минусы и проблемы:

  • Траты на строительном этапе и обслуживание – оборудование и расходники дорогие. Благодаря этому увеличивается конечная стоимость электрической энергии, благодаря этому она не всегда оправдана экономически. В настоящий момент основная задача разработчиков уменьшить отпускная цена установок.
  • Зависимость от внешних факторов: нереально контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки энергии солнца зависит от географии страны.
  • Невысокий КПД и небольшая мощность установок (помимо ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда отвечает уровню использования.
  • Влияние на климат. К примеру, интерес на биологическое топливо привёл к сокращению посевных площадей для продуктовых культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.

Возобновляемая энергия в мире

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Главный покупатель возобновляемых источников энергии – Европейский союз. В определенных государствах альтернативная энергетика формирует практически 40% от всей электрической энергии. Там уже прижились разнообразные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования.

Не отстают страны Востока и США.

Германия

40% электрической энергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику.

Немецкое правительство поставило план: производить 80% энергии за счёт других источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не желает.

Исландия

У Исландии достаточно много горячей воды, так как она разместилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покроет ими 65% потребностей населения в электрической энергии.

Мощность источников так велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Англию.

Швеция

После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать иные источники энергии. Настало все с ГЭС и АЭС.

Из-за атомных станций шведов часто осуждали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.
Начав с 90-х Швеция возводит оффшорные ветропарки в море.

На выбросы фирмами углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для изготовителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.
Ещё Швеция активно применяет энергию от переработки мусора и даже думает его покупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти.

Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.

КНР

В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это самое крупное по массе сооружение.

Её непрерывная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция выполнила рекордные для мира 98,8 млрд кВт?ч.
Самые большие ветровые ресурсы тоже тут (три четверти из них поставлены в море).

К 2020 году страна думает выработать при их помощи 210 ГВт.
Ещё здесь 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для изменения энергии солнца.

КНР занимает третье место в производстве биологического топлива на основе этанола.

Альтернативная энергия в РФ

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Различное расположение регионов и характерность климатических поясов в РФ не дают возможность развивать эту отрасль одинаково. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.

Виды возобновляемой энергии в РФ

Энергия солнца

Применяется и в очень больших масштабов, и у местных жителей как запасной или главный тепловой источник и электричества. Мощность всех солнечных установок – 400 МВт, из них самые большие в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму. Самая мощная СЭС – «Владиславовка» (Крым).

Ещё разрабатываются проекты для Сибири и Дальнего Востока.

Ветровая энергетика

Ветровая возобновляемая энергия в РФ представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя и тут есть промышленные установки. Общая мощность ветровых генераторов у нас в государстве – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы).

Более всего установок – на Крымском побережье, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».

Гидроэнергетика

Это наиболее распространенный вариант экологически чистого источника энергии в РФ. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в государстве.

В заливе Кислая губа в Мурманской области с 1968 года есть приливная электростанция – «Кислогубская ПЭС». Самая большая ГЭС стоит на реке Енисей – «Саяно-Шушенская».

Геотермальная энергетика

За счёт обилия вулканов такой вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% используемой энергии создается на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки ценится в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в течении года.

Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.

Биологическое топливо

Наша родина входит в тройку экспортёров прессованных топливных гранул в Европе. В РФ есть заводы, создающие из остатков древесины прессованные топливные гранулы и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое горючее и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не применяется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб внешней среде.

Фирмы, занимающиеся возобновляемыми энергетическими источниками

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает большому количеству компаний удачно вести бизнес.

First Solar Inc.

Эта компания из Америки была основана в первой половине 90-ых годов двадцатого века и стала популярной благодаря производству фотоэлектрических панелей. На сегодня это самая крупная фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и в ответе за технический сервис.

Vestas Wind Systems A/S

Старейший изготовитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана во второй половине 90-ых годов девятнадцатого века и на данное время ей получилось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 государствах.

Vestas продаёт отдельные резервные электростанции, комплексные станции и эксплуатирует устройства.

Atlantica Yield PLC

Указанная компания с офисом в столице Англии владеет традиционными линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.

ABB ЛТД. Asea Brown Boveri

Шведско-швейцарская компания, знаменитая двигателями автомобиля, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии.

В 2013 году компания стала всемирным лидером в сфере оборудования фотоэлектрической энергии.

Энергия солнца как экологически чистый источник энергии: особенности и виды гелиосистем

Совсем недавно энергия солнца как экологически чистый источник энергии применяется очень часто для отапливания и обеспечения строений горячей водой. Главная причина – стремление заменить классическое горючее доступными, чистыми в экологическом плане и восполняемыми энергетическими ресурсами.
Переустройство энергии солнца в тепловую происходит в гелиосистемах – конструкция и рабочий принцип модуля определяет специфику его использования.

В данном материале мы будем рассматривать разновидности солнечных коллекторов и принципы их функционирования, а еще расскажем о востребованных моделях солнечных модулей.

Правильность применения гелиосистемы

Гелиосистема – комплекс для изменения солнечной лучевой энергии в тепловую, какая в последствии подается в теплообменный аппарат для нагревания носителя тепла системы обогрева или водообеспечения.
Результативность гелиотермической установки зависит от солнечной инсоляции – кол-во энергии, поступающей в течение одного светового дня на 1 кв.м поверхности, разместившейся под угол 90° относительно направленности солнечных лучей. Измерительная величина критерия – кВт*ч/кв.м, значение параметра меняется в зависимости от сезона.

Усредненный уровень солнечной инсоляции для региона умеренно-континентального климата – 1000-1200 кВт*ч/кв.м (в течении года). Кол-во солнечного света – важный критерий для расчета продуктивности гелиосистемы.

Монтаж системы гелиотеплоснабжения – элитное мероприятие. Чтобы капитальные издержки оправдали себя, нужен правильный расчет системы и выполнение технологии установки.

Пример. Усредненная величина солнечной инсоляции для Тулы в июле – 4,67 кВ/кв.м*день при условиях установки панели системы под угол 50°.

Продуктивность гелиоколлектора площадью 5 кв.м рассчитывается так: 4,67*4=18,68 кВт теплоэнергии за один день. действующие лица объема хватит для подогрева 500 л воды с температуры от 17 °С до 45 °С.

Если говорить о полезности внедрения передовых технологий, важно взять во внимание технические характеристики определенного гелиоколлектора. Одни начинают работать при 80 Вт/кв.м энергии солнца, а иным достаточно – 20 Вт/ кв.м.

Даже в южном климате, использование коллекторной системы исключительно для отапливания не оправдается. Если установка будет задействована исключительно во время зимы при нехватке солнечного света, то цена оборудования не покроется и за 15-20 лет.
Чтобы очень эффективно применять гелиокомплекс, его стоит включать в систему горячего водообеспечения.

Даже в зимнее время года гелиолектор даст возможность «сократить» счета за источники энергии на подогрев воды до 40-50%.

Помимо экономичной выгоды «солнечный обогрев» имеет дополнительные преимущества:

  1. Экологичность. Уменьшается выброс углекислого газа. За год 1 кв.м гелиоколлектора предохраняет поступление в атмосферу 350-730 кг отработки.
  2. Изящность. Пространство небольшой ванны или кухни получается спасти от тяжелых электрических водонагревателей или колонок работающих на газу.
  3. Долговечность. Изготовители уверяют, что при воплощении монтажной технологии, комплекс прослужит порядка 25-30 лет. Большинство компаний дают гарантию до 3-х лет.

Доводы против применения солнечной энергии: четко выраженная сезонность, зависимость от погодных условий и высокие первоначальные вложения.

Общее устройство и рабочий принцип

Рассмотрим вариант гелиосистемы с коллектором в качестве основополагающего рабочего элемента системы. Внешний вид агрегата напоминает железный ящик, внешняя сторона которого сделана из сталинита.

В коробе размещен рабочий орган – полотенцесушитель с абсорбером.
Теплопоглощающий блок обеспечивает нагрев носителя тепла – циркулирующая жидкость, сообщает сгенерированное тепло в контур водообеспечения.

Гелиоколлектор обязательно работает в паре с накопляющим баком. Так как тепловой носитель нагревается до температуры 90-130°С, его нельзя подавать конкретно в краны горячего водообеспечения или радиаторы отопления.

Тепловой носитель поступает в теплообменный аппарат накопительного электрического водонагревателя. Накопительный бак часто дополняется электрическим нагревателем.

  1. Солнце нагревает поверхность коллектора.
  2. Излучение тепла подается поглощающему элементу (абсорберу), в котором есть рабочая жидкость.
  3. Циркулирующий по трубкам змеевика тепловой носитель разогревается.
  4. Оборудование насоса, блок управления и контроля предоставляют отвод носителя тепла по трубопроводу к змеевику бака накопительного.
  5. Выполняется теплопередача воде в водонагревателе электрическом накопительном.
  6. Охлажденный тепловой носитель поступает назад в коллектор и цикл повторяется.

Вода которая нагрелась от бойлера подается в отопительный контур или к точкам водозабора.

Фотоэлектрические панели в оборудовании приватизированных домов очень часто применяют в качестве запасного источника электрической энергии:

Разновидности солнечных коллекторов

независимо от назначения, гелиосистема укомплектовывается плоским или сферообразными трубчатым гелиоколлектором. Любой из вариантов имеет ряд характерных свойств в плане технических свойств и эффективности эксплуатации.

Вакуумный – для холодного и климата умеренных широт

Конструктивно вакуумный гелиоколлектор напоминает термос – узкие трубки с носителем тепла расположены в колбах большего размера. Между сосудами образуется вакуумная прослойка, которая отвечает за тепловую изоляцию (сохранность тепла – до 95%).

Трубчатая форма наиболее приемлема для удержания вакуума и «оккупации» солнечных лучей.

Внутренняя (тепловая) трубка наполнена раствором с применением соли с невысокой температурой кипения (24-25 °С). При нагреве жидкость выпаривается – испарения поднимаются вверх колбы и греют тепловой носитель, циркулирующий в корпусе коллектора.
В процессе конденсации капли воды стекают в наконечник трубки и процесс повторяется.

Из-за наличия вакуумной прослойки жидкость в середине тепловой колбы способна закипать и испаряться при минусовой уличной температуре (до -35 °С).
Характеристики солнечных модулей зависят от этих критериев:

  • конструкция трубки – перьевая, коаксиальная;
  • устройство теплового канала – «Heat pipe», прямоточная циркуляция.

Перьевая колба – трубка из стекла, в которой заключен пластинчатый абсорбер и тепловой канал. Вакуумная прослойка идет через всю длину теплового канала.

Коаксиальная трубкадвойная колба с вакуумной «вставкой» между стенками 2-ух резервуаров. Теплопередача выполняется от поверхности внутри трубки.

Наконечник термотрубки оборудован индикатором вакуума.

Канал «Heat pipe» – самый популярный вариант теплопередачи в гелиоколлекторах.
Механизм действия построен на размещении в герметичных железных трубках легкоиспаряющейся жидкости.

Прямоточный канал – через колбу из стекла проходят параллельные, соединенные в U-образную дугу трубки из металла
Тепловой носитель, протекая через канал, нагревается и подается к корпусу коллектора.

Коаксиальные и перьевые трубки могут по-разному сочетаться с тепловыми каналами.
Вариант 1. Коаксиальная колба с «Heat pipe» – наиболее распространенное решение. В коллекторе происходит многократная теплопередача от стенок трубки из стекла к внутренней колбе, а потом к тепловому носителю.

Степень оптического КПД может достигать 65%.

Вариант 2. Коаксиальная колба с прямоточной циркуляцией известна как, U-образный коллектор. Благодаря конструкции становятся меньше потери тепла – тепловая энергия от алюминия подается трубкам с циркулирующим носителем тепла.

Вместе с большим коэффициентом полезного действия (до 75%) модель имеет недостатков:

  • трудность установки – колбы являются общим целым с двухтрубным корпусом коллектора (mainfold) и монтируются полностью;
  • исключена замена одиночных трубок.

Более того, U-образный аппарат требователен к тепловому носителю и дороже «Heat pipe» моделей.

Вариант 3. Перьевая трубка с принципом действия «Heat pipe». Характерные характерности коллектора:

  • высокие оптические характеристики – КПД около 77%;
  • плоский абсорбер напрямую передает тепловую энергию трубке с носителем тепла;
  • благодаря применению одного слоя стекла снижено отражение излучения солнца;

Возможна замена повреждённого элемента без слива носителя тепла из гелиосистемы.
Вариант 4. Перьевая колба прямоточного действия – самый эффективный инструмент применения энергии солнца, как экологически чистого источника энергии для водонагрева или отопления жилья. Высокопроизводительный коллектор работает с КПД – 80%.

Недостаток системы – затрудненность ремонта.

независимо от выполнения трубчатым коллекторам характерны следующие положительные качества:

  • трудоспособность при невысокой температуре;
  • невысокие потери тепла;
  • продолжительность функционирования в течении 24 часов;
  • способность разогревать тепловой носитель до больших температур;
  • низкая парусность;
  • легкость установки.

Главный минус вакуумных моделей – невозможность самоочищения от снега. Вакуумная прослойка не пропускает тепло наружу, благодаря этому снежный слой не тает и закрывает доступ солнечного света к коллекторному полю.

Дополнительные минусы: большая цена и необходимость выполнения рабочего наклонного угла колб не меньше 20°.
Коллекторные солнечные приборы, нагревающие воздушный тепловой носитель, можно применять в подготовке горячей воды, если они снабжены накопительным баком:

Более детально о рабочем принципе вакуумного солнечного коллектора с трубками смотрите дальше.

Водяной – идеальный вариант для южных широт

Плоский (панельный) гелиоколлектор – прямоугольная алюминиевая пластина, закрытая сверху пластиковой или стеклянной крышкой. В коробе расположено поглощательное поле, железный полотенцесушитель и утеплительный слой.

Площадь коллектора заполнена проточным трубопроводом, по которому двигается тепловой носитель.

Теплопоглощение высокоселективного абсорбирующего покрытия может достигать 90%. Проточный железный трубопровод размещен между «поглотителем» и тепловой изоляцией. Применяется две схемы укладки трубок: «арфа» и «меандр».

Сборочный процесс солнечных коллекторов, нагревающих теплоноситель в жидком виде, включает ряд классических этапов:
Если контур отопления будет восполнен линией, поставляющей санитарную воду в ГВС, имеет смысл подключить к солнечному коллектору тепловой аккумулятор.

Простейшим вариантом будет бак подходящей емкости с тепловой изоляцией, способной держать температуру воды которая нагрелась. Установить его нужно на эстакаду:

Трубчатый коллектор с жидким носителем тепла действует, как «тепличный» эффект – лучи солнца проникают через стекло и прогревают трубопровод. Благодаря герметичности и тепловой изоляции тепло держится в середине панели.

Крепость солнечного модуля в большинстве случаев определяется материалом защитной крышки:

  • силикатное стекло – самое доступное и непрочное покрытие;
  • стекло закаленное – большая степень светового рассеивания и очень высокая прочность;
  • антирефлексное стеклоотличается самой большой поглощающей способностью (95%) за счёт наличия слоя, элиминирующего отражение солнечных лучей;
  • самоочищающееся (полярное) стекло с диоксид титаном – органические загрязнения выгорают на солнечных лучах, а остатки мусора смываются дождем.

Наиболее хорошо переносит удары поликарбонатное стекло. Материал монтируется в недешевых моделях.

Эксплуатационно-практичные характерности панельных гелиоустановок:

  • в системах циркуляции принудительного типа предусматривается функция оттаивания, позволяющая быстро освободится от снега на гелиополе;
  • призматическое стекло улавливает большой диапазон лучей под различным углом – летом КПД установки может достигать 78-80%;
  • коллектор не боится перегрева – при переизбытке энергии тепла возможно понудительное охлаждение носителя тепла;
  • очень высокая устойчивость к ударам если сравнивать с трубчатыми собратьями;
  • возможность монтажа под самым разным углом;
  • доступная политика цен.

Системы не лишены минусов. В период дефицита излучения солнца, по мере увеличения температурные разницы, КПД плоского гелиоколлектора существенно падает из-за недостаточной тепловой изоляции.

Благодаря этому панельный модуль оправдует себя летом или в регионах с тёплым климатом.

Гелиосистемы: характерности конструкции и эксплуатации

Разнообразие гелиосистем можно обозначать по этим параметрам: метод применения радиации солнца, способ циркуляции носителя тепла, численность контуров и сезонность эксплуатации.

Активный и пассивный комплекс

В любой солнечной системе изменения энергии предполагается гелиоприемник. Исходя из способа применения полученного тепла отличают два типа гелиокомплексов: неактивные и активные.

Первая разновидность – система солнечного отопления, где теплопоглощающим элементом излучения солнца выступают конструктивные детали строения. В качестве гелиоприемной поверхности выступают кровля, стена-коллектор или окна.

В странах Европы неактивные технологии используются при возведении энергоэффективных строений. Гелиоприемные поверхности украшают под фальшь-окна. За стеклянным покрытием размещается кирпичная зачерненная стенка со светопроемами.

В качестве теплоаккумуляторов выступают детали строения – стены и перекрытия, изолированные полистиролом снаружи.
Активные системы предполагают применение самостоятельных устройств, не относящиеся к сооружению.

Термосифонные и циркуляционные системы

Гелиотермическое оборудование с настоящим движением носителя тепла по контуру коллектор-аккумулятор-коллектор выполняется за счёт конвекции – тёплая жидкость с небольшой плотностью подымается вверх, охлажденная – течет вниз.
В термосифонных системах накопительный бак размещается выше коллектора, обеспечивая самопроизвольную циркуляцию носителя тепла.

Безнапорная гелиосистема имеет широкий список минусов:

  • в облачные дни продуктивность комплекса падает – для движения носителя тепла требуется существенная разница температур;
  • потери тепла, обусловленные небыстрым передвижением жидкости;
  • риск перегрева бака ввиду неуправляемости нагревательного процесса;
  • нестабильность работы коллектора;
  • сложность расположения бака-аккумулятора – во время монтажа на крыше становятся больше потери тепла, ускоряются процессы которые связаны с коррозией, есть риск замерзания патрубков.

Преимущества «гравитационной» системы: конструкционная простота и доступная цена.
Капитальные расходы на обустройство циркуляционной (принудительной) гелиосистемы намного выше установки безнапорного комплекса. В контур «врезается» насос, обеспечивающий движения носителя тепла.

Работа насосной станции управляется контролером.

Подобный вариант циркуляции задействован в круглогодичных двухконтурных гелиотермических установках.
Преимущества полнофункционального комплекса:

  • безграничный выбор расположения накопляющего бака;
  • трудоспособность вне сезона;
  • выбор благоприятного режима нагрева;
  • безопасность – блокировка работы во время перегрева.

Недостаток системы – зависимость от электрической энергии.

Техническое решение схем: одно – и двухконтурные

В одноконтурных установках двигается жидкость, которая потом подается к точкам водозабора. Зимой воду с системы нужно сливать, чтобы предупредить замерзание и растрескивание труб.

Характерности одноконтурных гелиотермических комплексов:

  • рекомендована «заправка» системы очищенной нежесткой водой – оседание солей на стенках труб приводит к засорению каналов и выходу из строя коллектора;
  • коррозия из-за излишка воздуха в водной массе;
  • ограниченный служебный срок – в границах четырех-пяти лет;
  • большой коэффициэнт полезного действия летом.

В двухконтурных гелиокомплексах двигается специализированный тепловой носитель (незамерзающая жидкость с противовспенивающими и противокорозийными добавками), отдающий тепло воде через теплообменный аппарат.

Маленькие детали эксплуатации двухконтурного модуля: небольшое снижение КПД (на 3-5% меньше чем в одноконтурной системе), необходимость полноценной замены носителя тепла каждые 7 лет.

Рабочие условия и увеличения эффективности

Расчет и монтаж гелиосистемы лучше поручить специалистам. Соблюдение техники установки обеспечит трудоспособность и получение заявленной продуктивности. С целью улучшения эффективности и периода службы нужно взять во внимание определенные тонкости.

Термостат. В обычных системах теплоснабжения термостатический компонент нечасто ставится, так как за температурную регулировку отвечает теплогенератор.

Однако при обустраивании гелиосистемы о защитном клапане забывать нельзя.

Подходящее расположение клапана – 60 см от нагревателя. При близком расположении «термостатический клапан» нагревается и блокирует подачу горячей воды.
Расположение бака-аккумулятора.

Буферная емкость ГВС должна ставиться в доступном месте. При размещении в небольшом помещении акцентированное внимание уделяют потолочной высоте.

Установка расширительного бака. Компонент возмещает тепловое расширение в период стагнации.

Установка бака выше насосного оборудования подтолкнет перегрев мембранные ткани и ее преждевременный износ.

Подсоединение гелиоконтура. При подключении труб рекомендуется организовать петлю. «Термопетля» уменьшает потери тепла, препятствуя выходу разогретой жидкости.

Клапан обратный. Предупреждает «опрокидывание» циркуляции носителя тепла.

В случае дефицита активности солнца клапан обратный не даёт рассеиваться теплу, накопленному днем.

Востребованные модели «солнечных» модулей

Очень популярны гелиосистемы отечественных и заграничных компаний. Положительную репутацию завоевали изделия изготовителей: НПО Автомобилестроения (Российская Федерация), Гелион (Российская Федерация), Ariston (Италия), Альтен (Украина), Viessman (Германия), Amcor (Израиль) и др.
Гелиосистема «Сокол».

Плоский гелиоколлектор, оборудованного многослойным оптическим покрытием с магнитронным напылением. Самая маленькая способность излучения и большой уровень поглощения предоставляют КПД до 80%.

  • температура работы – до -21 °С;
  • обратное излучение тепла – 3-5%;
  • лицевой слой – стекло закаленное (4 мм).

Коллектор СВК-А (Альтен). Вакуумная гелиоустановка с площадью абсорбции 0,8-2,41 кв.м (зависимо от модели).

Тепловой носитель – пропиленгликоль, тепловая изоляция медного трубного змеевика в 75 мм уменьшает потери тепла.

  • корпус – анодированный алюминий;
  • диаметр трубного змеевика – 38 мм;
  • изоляция – минеральная вата с антигигроскопичной обработкой;
  • покрытие – боросиликатное стекло 3,3 мм;
  • КПД – 98%.

Vitosol 100-F – плоский гелиоколлектор горизонтального или вертикального монтажа. Медный абсорбер с арфообразным трубчатым змеевиком и гелиотитановым покрытием.

Пропускание света – 81%.

Выводы и полезное видео по теме

Рабочий принцип солнечных коллекторов и их виды:

Оценка работоспособности плоского коллектора при низкой температуре:

Технология монтажа панельного гелиоколлектора на примере модели Buderus:

Энергия солнца – восполняемый источник получения тепла.

С учетом роста расценок на классические энергетические ресурсы внедрение гелиосистем оправдует капитальные вложения и возмещается в ближние 5 лет при воплощении техники монтажа.
Если у вас есть важные сведения, которыми вы желаете поделиться с посетителями нашего сайта, пожалуйста, оставляйте собственные комментарии в блоке под статьей.

Там же можно задать волнующие вопросы по теме статьи или поделиться опытом применения солнечных коллекторов.

Принцип изменения энергии солнца, её использование и перспективы

В мире все меньше классических источников энергии. Залежи нефти, газа, угля уменьшаются и все идёт к тому, что со временем они оконьчатся.

Если к данному времени не найти экологически чистых источников энергии, то человечество ждёт катастрофа. Благодаря этому во всех развитых государствах ведутся исследования по открытию и разработке новых источников энергии. Первым делом – это энергия солнца.

С очень далеких времён эта энергию применялась людьми для освещения дома, сушки продуктов, одежды и т. п. Солнечная энергетика на данный момент считается одним из самых перспективных источников альтернативной энергии. На данный момент уже существует очень много конструкций, разрешающих преобразовывать солнечную энергию в электрическую или тепловую. Отрасль понемногу растёт и развивается, однако, как и везде, имеются собственные проблемы.

Обо всём этом речь пойдёт в настоящем материале.

Солнце как экологически чистый источник энергии

Солнечная энергия считается одним из очень доступных возобновляемых источников на Земля. Применение энергии солнца в народном хозяйстве хорошо сказывается на состоянии внешней среды, так как для её получения не потребуется пробурить скважины или разрабатывать шахты. Также, такой вид энергии свободный и не стоит ничего.

Естественно, что нужны расходы на приобретение и монтаж оборудования.

Сложность в том, что солнце – это прерывчатый энергетический источник.

Так, что необходимо накопление энергии и применение её в связке с остальными энергетическими источниками. Главная проблема на данное время состоит в том, что новейшее оборудование имеет невысокую результативность изменения солнечной энергии в электрическую и тепловую.

Благодаря этому все разработки направлены на то, чтобы сделать больше КПД подобных систем и уменьшить их цена.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Вот он – возобновляемый энергетический источник
Солнце отправляет к поверхности нашей планеты радиацию.

Из большого спектра излучения поверхности Земли могут достигать 3 типа волн:

  • Световые. В спектре излучения их приблизительно 49 процентов;
  • Инфракрасные. Их доля также 49 процентов. Благодаря данным волнам наша планета нагревается;
  • Ультрафиолетовые. В спектре излучения солнца их приблизительно 2 процента. Они незаметны для нашего глаза.

Экскурс в историю

Как развивалась солнечная энергетика до сегодняшних дней? Об применении солнечного света в собственной деятельности человек думал с очень далеких времён.

В первую очередь известна легенда, благодаря ей Архимед сжёг флот неприятеля у собственного города Сиракузы. Он применял для этого зажигательные зеркала.

Пару тысяч лет тому назад на Ближнем Востоке замки монархов отапливали водой, которая нагревалась солнцем. В определенных государствах выпариваем морской воды на солнечных лучах получали соль.

Учёные часто проводили опыты с нагревательными аппаратами, работающими от энергии солнца.
Первые модели подобных нагревателей выпустили в XVII-XVII веках.

В особенности, изыскатель Н. Соссюр предоставил собственную версию бойлера. Он собой представляет деревянный ящик, накрытый стеклянной крышкой.

Вода в данном устройстве подогревалась до 88 градусов по Цельсию. В первой половине 70-ых годов восемнадцатого века А. Лавуазье использовал линзы для концентрации тепла от солнечных лучей. И также возникли линзы, разрешающие локально расплавить чугун за считанные секунды.

Батареи, преобразующие солнечную энергию в механическую, создали французские учёные. В конце Девятнадцатого века изыскатель О. Мушо разработал инсолятор, фокусирующий лучи при помощи линзы на паровом котле.

Этот котёл применялся для работы машины для печати. В Америке В то время получилось создать аппарат, который работает от солнца, мощностью в 15 «лошадей».

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

В тридцатые годы ушедшего века академик СССР А. Ф. Иоффе предложил применять полупроводниковые фотоэлементы для изменения солнечной энергии. КПД батарей В то время был менее 1%. Прошло несколько лет до того, как были разработаны фотоэлементы, имеющие КПД на уровне 10-15 процентов.

Потом американцы выстроили фотоэлектрические панели нового типа.

Для получения с большой мощностью солнечных систем невысокий КПД возмещается увеличенной площадью фотоэлементов.

Однако это не выход, так как кремниевые полупроводники в фотоэлементах очень дорогие. При увеличении КПД увеличивается цена материалов. Это считается основным препятствием для широкого применения фотоэлектрических панелей.

Однако по мере истощения ресурсов их применение будет все больше выгодным. Более того, исследования по увеличению КПД фотоэлементов не останавливаются.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Фотоэлемент для фотоэлектрические панели
Нужно заявить, что батареи на основе полупроводников очень долговечны и не просят квалификации для ухода за ними.

Благодаря этому их очень часто применяют в бытовых условиях. Имеется еще целые электростанции работающие от солнца. В основном, они делаются в государствах с огромным числом солнечных деньков в году.

Это Израиль, Саудовская Аравия, юг США, Индия, Испания. В настоящий момент есть и совсем фантастические проекты.

К примеру, электростанции работающие от солнца вне атмосферы. Там свет солнца ещё не потерял энергию. Другими словами, излучение предлагается воспринимать на орбите и потом переводить в микроволны.

Потом в подобном виде энергия будет отправиться на Землю.

Переустройство энергии солнца

Прежде всего, необходимо сказать о том, в чём можно выразить и оценить энергию солнца.

Как можно оценить величину энергии солнца?

Профессионалы применяют для оценки такую величину, как солнечная систематическая. Она равна 1367 ватт.

Собственно столько солнечной энергии приходится на метр квадратный планеты. В атмосфере теряется приблизительно четверть. Максимальное значение на экваторе – 1020 ватт на метр квадратный.

С учитыванием дня и ночи, изменения угла падения лучей, эту величину следует сделать меньше ещё втрое.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Распределение излучения солнца на карте планеты

Способы изменения

Так как наука на данное время не имеет устройств, работающих на солнечной энергии в чистом виде, её требуется изменить в другой вид. Для этого были созданы эти приспособления, как фотоэлектрические панели и коллектор. Батареи преобразуют энергию солнца в электрическую.

А коллектор формирует энергию тепла. Имеется еще модели, совмещающие эти два варианта.

Их называют гибридными.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем
Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем
Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Гибридная фотоэлектрическая батарея

  • фотоэлектрический;
  • гелиотермальный;
  • термовоздушный;
  • солнечные аэростатные электростанции.

Первый способ самый популярный. Тут применяются солнечные батареи, которые под воздействием солнечного света вырабатывают электроэнергию. Во многих случаях их производят из кремния.

Толщина подобных панелей составляет десятые доли миллиметра. Подобные панели соединяются в фотоэлектрические модули (батареи) и монтируются на солнечных лучах. Очень часто их устанавливают на крышах домов.

Как правило, ничто не мешает расположить их на земля. Необходимо, только чтобы вокруг них не было тяжёлых предметов, остальных строений и деревьев, которые могут отбрасывать тень.
Помимо фотоэлементов, для получения электроэнергии используются тонкопленочные или гибкие фотоэлектрические батареи.

Их преимуществом считается небольшая толщина, а минусом – сниженный КПД. Подобные модели постоянно применяются в портативных зарядках для разных гаджетов.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Гелиотремальная энергетика основывается на нагреве поверхности энергоносителя в специализированном коллекторе. К примеру, это может быть нагрев воды для системы обогрева дома.

В виде теплоносителя может применяться не только вода, но и воздух. Он может разогреваться в коллекторе и подаваться в вентиляционную систему дома.
Все данные системы стоят не дешево, однако их освоение и совершенствование понемногу длится.

Плюсы и минусы энергии солнца

Плюсы

Солнечная энергия

  • Бесплатно. Одно из важных преимуществ солнечной энергии – это отсутствие платы за неё. Фотоэлектрические батареи выполняются с применением кремния, запасов которого довольно много;
  • Нет негативного действия. Процесс изменения энергии происходит тихо, вредных выбросов и отходов, воздействия на внешнюю среду. Такого не скажешь о тепловой, гидро и атомной энергетике. Все классические источники в той либо другой мере наносят вред ОС;
  • Безопасность и прочность. Оборудование долговечное (служит до тридцати лет). После 20-25 лет применения фотоэлементы предоставляют до 80 процентов от собственного номинала;
  • Рециркуляция. Фотоэлектрические батареи полностью перерабатываются и могут быть опять применены в производстве;
  • Легкость эксплуатации. Оборудование очень легко разворачивается и работает в независимом режиме;
  • Хорошо приспособлены для применения в приватизированных домах;
  • Красота. Можно поставить на крыше или фасаде строения не в ущерб наружному виду;
  • Хорошо интегрируются в качестве добавочных систем энергоснабжения.

Минусы

  • Результативность зависит от времени суток и погоды. Невыгодно применять в высоких широтах;
  • Требуется накоплять преобразованную энергию;
  • Начальные вложения высокие. Тем более это ощутимо для простых людей при приобретении оборудования для личного дома;
  • Иногда необходимо делать чистку панелей от грязи;
  • Для расположения требуется приличная площадь;
  • Некоторые фотоэлементы имеют у себя в составе Pb, Cd, мышьяк, что затрудняет и переработку.

Области использования энергии солнца

Направленностей применения очень много. Ниже рассматриваются очень популярные и популярные.

Энергоснабжение личного дома

Не столь давно подобные системы были чем-то из фантастических фильмов. Однако на данный момент у многие можно повстречать комплекты солнечных модулей на крыше или фасаде дома. КПД подобных систем пока не превышает 10-15 процентов.

Напряжение 12 или 24 вольта. Однако для личного дома либо дачи этого хватает.

Тут нужно заявить, что современные панели вырабатывают электричество даже в сумерках и плохую погоду. Заряда батарей аккумулятора хватает на тёмное время суток.

Более того, фотоэлектрические батареи подключаются как подсобные, и если необходимо их подменяет главная энергетическая система.
Вернуться к началу

Солнечный коллектор для отапливания и горячего водообеспечения

Тут солнечная энергия превращается в тепловую. Наверняка, у большинства на даче есть душ с железным баком сверху.

Он нагревается от солнечных лучей и можно мытья нагретой водой. Это самый простой вариант такого коллектора.

Но сегодняшние системы работают существенно эффектнее. В них есть поглощающий компонент, который передаёт энергию тепла тепловому носителю.

Имеются варианты с водой и воздухом в виде теплоносителя.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Небольшие системы с коллектором могут обеспечить бесплатный нагрев домашней воды для семьи на 3-5 человек. Речь идёт об осенне-зимнем периоде. Во время зимы результативность таких систем существенно уменьшается.

Одновременно с установкой подобных систем проводятся работы по улучшению изоляции. Если зимы у вас в регионе не суровые, то коллектор вполне может применяться и во время зимы.

Портативные источники энергии

Такой вид устройств предназначается для получения электроэнергии при отсутствии электро сетей. Такие переносные аккумуляторы с возможностью зарядки от фотоэлектрической батареи востребованы среди отдыхающих, жителей дач и т. п. О данных устройствах можно прочесть в статьях:

Концентраторы

Такой вид устройств можно назвать новинкой. Их можно повстречать у отдыхающих в составе походных кухонь.

Они концентрируют свет параболическим зеркалом на ёмкости с носителем тепла.
Вернуться к началу

Транспорт

Это пока также экзотическая область использования. Однако уже сейчас проводятся гоночные состязания в Австралии на солнечных карах.

Но на данный момент конструкторам получилось нарастить скорость подобных ТС до 80 километров в час. И также проводятся проверки самолёта на батареях которые работают от солнечных лучей с облётом планеты.
Вернуться к началу

Развитие солнечной энергетики в различных государствах и её перспективы

Альтернативные виды энергетики, к которым относится солнечная, скорее всего развивается в технологически развитых государствах. Это США, Испания, Саудовская Аравия, Израиль и прочие страны, где немалое количество солнечных деньков в году. Солнечная энергетика также развивается в РФ и государствах СНГ.

Правда, темпы у нас существенно очень медленно из-за условий климата и меньших доходов населения.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

На территории бывшего СССР климат для солнечных установок лучше всего подойдет климат на Украине и республиках Средней Азии. Но все таки тут пока больше разговоров о развитии, чем настоящих дел.

Другими словами, открыть потенциал применения энергии солнца тут пока не получилось. Если говорить о доле энергии солнца на российском рынке и бывших советских республик, то она не превышает 1 процента. В планах значится строительство нескольких электростанций работающих от солнца.

Благодаря этому ситуация так же может исправиться.

В РФ встречается постепенное развитие и уклон выполняется на развитие солнечной энергетики в регионах Дальнего Востока. Электростанции работающие от солнца строятся в удалённых населённых пунктах Якутии.

Это дает возможность экономить на завозимом топливе. Строятся электростанции и со стороны юга страны.

К примеру, в Липецкой области.
Все эти сведения дают возможность сделать вывод про то, что многие страны мира пытаются максимально внедрить у себя применение энергии солнца. Это важно благодаря тому, что потребление энергии постоянно увеличивается, а ресурсы лимитированны.

Также, классическая сфера энергетики сильно загрязняет внешнюю среду. Благодаря этому альтернативная энергетика – это грядущее.

И солнечная энергия считается одним из основных её направленностей.

Виды экологически чистых источников энергии

В природе энергия есть буквально повсюду – ветер, вода, земля и солнце – это альтернативные и возобновляемые источники энергии. Но главной задачей человечества считается создание устройств, которые могут вынуть ее оттуда, собственно этим занимается альтернативная энергетика.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Человечество достигло восхитительных успехов в этом направлении, на данное время данные установки можно сделать своими руками для собственного дома. Для чего необходимы данные устройства, и что можно сделать собственными руками?

Необходимость применения новых источников энергии

Развитие энергетики и технологичный прогресс стали причиной постоянному росту спроса на энергетические ресурсы. До 60-х годов прошлого столетия главным источником энергетики являлась нефть. Кризис 1973 года показал, что ориентация на один вид ресурса повлечет за собой чрезвычайные ситуации.

Многие экономически развитые страны разработали новую энергетическую стратегию, которая базируется на диверсификации энергетических источников.

С данного периода времени ученые уделяют пристальное внимание проблемам всемирного энергосбережения и изучению возможностей использования оригинальных экологически чистых источников энергии.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Освоение оригинальных источников

К нетрадиционным источникам энергии относятся:

  • солнечная энергия;
  • энергия ветра;
  • геотермальная;
  • энергия морских приливов и волн;
  • биомассы;
  • низкопотенциальная энергия внешней среды.

Их освоение представляется потенциальным благодаря повсеместной популярности большинства видов, можно подчеркнуть также их экологичною чистоту и отсутствие затрат во время эксплуатации на топливную составляющую.
Однако есть и некоторые негативные качества, которые препятствуют использованию их в производственных масштабах.

Это – маленькая плотность потока, которая заставляет использовать «перехватывающие» установки большой площади, также переменчивость во времени.
Все это приводит к тому, что устройства такого типа обладают большой материалоемкостью, а это означает, становятся больше и инвестиционного вложения. Ну, а процесс получения энергии из-за некоторого элемента случайности, связанного с атмосферными условиями, доставляет много неприятностей.

Другой важнейшей трудностью остается «сохранение» этого энергетического сырья, так как существующие технологии аккумулирования электрической энергии не дают возможность сделать это в огромном количестве. Но все таки, в условиях быта экологически чистые источники энергии для дома пользуются хорошей популярностью, благодаря этому ознакомимся с ключевыми энергоустановками, которые можно поставить в приватном владении.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Фотоэлектрические панели

Фотоэлектрическая батарея состоит из комплекса скреплённых элементов, которые преобразуют свет солнца в поток электронов. Специфической особенностью считается тот момент, что они не могут генерить ток большого напряжения.

Отдельный компонент формирует ток напряжением до 0,55 В, а одна батарея формирует ток напряжением до 21 В, который дает возможность питать 12-вольтовую аккумуляторную батарею.
Естественно, для обеспечения дома электрической энергией потребуется система, насчитывающая десятки подобных устройств.

Также в ее состав входят следующие элементы:

  • контроллер для управления зарядкой батареи аккумулятора, предохраняет вторичный заряд;
  • преобразователь напряжения, преобразующий ток из невысокого в большое напряжение;
  • аккумулятор.

Все три элемента лучше купить уже готовый, ну, а фотоэлектрическую панель можно сделать своими руками.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Производственный процесс батареи

Батарея собирается из модулей, которые состоят из 30, 36 или 72 фотоэлементов. Они соединяются постепенно с источником питания, его максимальное напряжение составляет 50 В.

  1. Из фанеры вырезается дно корпуса и ставится в рамку, вдоль периметра которой сверлятся отверстия. Они нужны для обеспечения вентиляции и устранения перегрева в рабочий период.
  2. Подложка для солнечных элементов вырезается по размерам корпуса, тут плюс к этому нужно учесть наличие отверстий.
  3. Корпус красится и высушивается, после чего на него ложатся вверх ногами солнечные детали и запаиваются.
  4. Детали соединяются для начала рядами, потом они подсоединяются к токоведущим шинам.
  5. Перевернутые детали устанавливаются с помощью силикона.

Величина напряжения на выходе должна составлять примерно 18-20 В, в этом необходимо заранее удостовериться. Также в течение нескольких суток исследуется трудоспособность батареи, исключительно после этого создается герметизация стыков и собирается система электропитания.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Во время установки панели необходимо обратить свое внимание на следующее:

  1. Не располагать батарею в тени деревьев или высоких строений.
  2. Произвести ориентацию батареи в сторону солнечного света.
  3. Правильно определить Наклон.
  4. Обеспечить доступность для своевременного удаления пыли, грязи и слоя снега.
  5. Учесть подставку, регулирующую наклонный угол для зимнего и летнего сезона.

Ветряные генераторы

экологически Чистые источники энергии для личного дома – это возобновляемые ресурсы, к которым можно отнести и энергию ветра. Наши предки могли строить мельницы, применяющие потоки воздуха для вращения лопастей, сейчас же человек выучился изменить их в электричество.

Есть несколько вариантов ветряных генераторов, которые отличаются в зависимости от ключевых показателей.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Расположение оси

Отличают горизонтальные и вертикальные конструкции. Горизонтальные предоставляют автоматизированный поворот главной части с целью поиска ветра, обладают более большим уровнем КПД.

Оборудование вертикальных генераторов расположено на земля, работа и обслуживание данного вида легче.

Кол-во лопастей

Есть такие варианты:

  • однолопастные;
  • двухлопастные;
  • трехлопастные;
  • многолопастные.

Последний вид применяется нечасто, по большей части, при небольшой скорости ветра.

Материал для лопастей

Лопасти бывают жёсткими и парусными, но из-за быстрой потери собственной функциональности, в результате резких порывов ветра, просят частой замены.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Ветряная установка состоит из таких важных элементов, которые можно сделать собственноручно:

  1. Лопасти, которые в результате вращения предоставляют движение ротора.
  2. Генератор, вырабатывающий электрический ток.
  3. Контроллер, преобразующий электрический ток в постоянный, нужный для зарядки аккумуляторов.
  4. Аккумуляторы для накопления электрической энергии.
  5. Преобразователь напряжения воплощает постоянный ток в переменный, необходимый для работы всех приборов которые используются в домашних условиях.
  6. Мачта для обеспечения поднятия лопастей до требуемой высоты с наиболее активными массами воздуха.

Насосы для отопления

Этот самая прогрессивная технология, в которой применяются экологически чистые источники энергии для дома собственными руками, обеспечивающая большую экономию средств на обогрев или охлаждение дома.
Рабочий принцип оборудования построен на цикле Карно: в результате резкого сжатия носителя тепла происходит температурное увеличение. Противоположное действие встречается в функционировании холодильных и морозилок.

Для производства насоса для отопления используются некоторые узлы, применяющиеся в таком оборудовании. Тепловая энергия, отбирающаяся из грунта, воздуха, воды, попадая в атомайзер, преобразуется в газ, дальше сжимается компрессором, а температура увеличивается.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Классификация насосов следующая:

  1. По количеству контуров:
    • одноконтурные;
    • двухконтурные;
    • трехконтурные.
  2. По виду источника.

Встречаются следующие разработки.

Грунт-вода

Используются успешно на территориях с климатом умеренных широт, где прослеживается одинаковый подогрев почвы не зависимо от времени года. Скважины бурятся неглубоко, благодаря этому разрешающие документы оформлять не придется.

В зависимости от типа грунта применяют зонд или коллектор.

Воздух-вода

Данные установки применяются в зонах с климатом, где температура зимой опускается не ниже 15-20 градусов. Аккумулирующееся тепло из воздуха применяется для водонагрева.

Вода-вода

Используются в условиях наличия пруда: рек, озер, скважин, отстойников, вод которые находятся в грунте. Как известна температура водных источников намного выше температуры окружающей среды в зимнее время.

Этим и вызвана результативность таких установок.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Вода-воздух

Тепло из прудов при помощи нагнетателя воздуха подается воздуху и применяется для обогрева жилых площадей.

Грунт-воздух

Избежим нехватку энергии. Казахстан развивает альтернативные источник энергии.

Наиболее многоцелевая система, применяющая в качестве переносчиков энергии незамерзающие жидкости.

Тепло из грунта при помощи нагнетателя воздуха подается воздуху.

Солнечные панели. Солнечные батареи.

Альтернативная энергетика в Германии. Источники энергии

Воздух-воздух

Наиболее недорогая система, которая не требует проведения работ с землей, а еще прокладывания трубопровода. Способна как обогревать, так и охлаждать помещение.

При подборе одной из систем нужно учитывать следующее:

  • геологию участка;
  • возможность проведения работ с землей;
  • наличие пустого пространства.

Результативность установки зависит от качественного подбора источника альтернативной энергии.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Биогазовые установки

Газ образуется в результате обработки продуктов деятельности домашних птиц и зверей. Переделанные отходы применяются для удобрения почвы на земельных участках находящихся в личном пользовании.

Процесс построен на реакции брожения, в котором принимают участие бактерии, проживающие в навозе.
Самым прекрасным источником биогаза считается навоз КРС, хотя еще для этого подойдут отходы птиц или иного домашнего скота.
Брожение происходит без доступа кислорода, благодаря этому лучше применять закрытые емкости, которые называют еще биореакторами.

Реакция активизируется, если иногда смешивать массу, для этого применяется ручной труд или разные индукционные устройства.
Также потребуется держать температуру в установке от 30 до 50 градусов для обеспечения активности мезофильных и термофильных бактерий и участия их в реакции.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Изготовление конструкции

Незамысловатой биогазовой установкой считается бочка с мешалкой, закрывающийся крышкой. Газ из бочки поступает в резервуар через шланг, в крышке для данной цели проделывается отверстие. Подобная конструкция обеспечивает газом одну или две атмосферные горелки.

Для получения масштабных объемов газа применяется надземный или подземный бункер, который делается из железобетонных конструкций. Всю емкость лучше поделить на несколько отсеков, Для того чтобы реакция происходила со сдвигом во времени.

Процесс брожения при участии мезофильных культур занимает до 30 дней, благодаря этому подобные условия идеальны для бесперебойного выделения газа. Загружают навоз через загрузочный бункер, с другой стороны отбирается отработанное сырье.

Емкость заполняется массой не полностью, приблизительно на 20 процентов, другое пространство служит для сосредоточения газа.

К крышке емкости присоединяются две трубки, одна отводится к потребителю, а остальная к водяному замку – емкости, заполненной водой. Это обеспечивает очищение и осушение газа, к потребителю подается газ хорошего качества.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Мини гидроэлектростанции

Самодельные гидроэлектростанции – это дополнительные экологически чистые источники энергии собственными руками, их можно построить у ручья или пруда с плотиной. Основа такой конструкции – колесо, которое крутится потоками воды, а от скорости направления зависит мощность установки.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Как своими силами сделать конструкцию?

Для выполнения придуманного потребуются такие материалы:

  • автомобильные колеса;
  • генератор;
  • обрезки уголка и металла;
  • фанера;
  • провод из меди;
  • магниты неодимовые;
  • полистироловая смола.

Колесо делается из дисков размером 11 дюймов. Стальная трубу разрезают на 4-ре части в вертикальном положении, из получившихся сегментов получаются лопасти, их потребуется 16 штук.

Лопасти фиксируются сваркой, а диски – болтами.

Энергия будущего Альтернативные источники энергии будущего

Размеры сопла соответствуют ширине колеса, его делают из обрезка металла.

Придав соответствующую форму, края объединяют сваркой. Сопло должно быть настроено по высоте для регулирования потока воды.
Дальше, ось сваривается и на нее ставится колесо.

Делается генератор, который защищается железным крылом от брызг. Все детали покрываются защитной краской от проявления влаги и коррозии.

Данное устройство не требует очень больших инвестиций, но оно может намного уменьшить расходы на электрическую энергию.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Геотермальная энергия

В недрах нашей планеты таятся неизведанные виды экологически чистых источников энергии. Человечество знает, какая сила и масштабы природных стихийных проявлений.

Мощность извержения одного вулкана несравнима ни с одной из рукотворных энергетических установок.
К несчастью, человек еще не умеет применять эту огромную энергию во благо, но природная теплота Земли или геотермальная энергетика приковывает взгляды ученых, так как она собой представляет неисчерпаемый ресурс.
Известно, что наша планета каждый год излучает оченьбольшое кол-во внутреннего тепла, которое возмещается радиоактивным распадом изотопов в коре нашей планеты.

Отличают два типа источника геотермальной энергии.

Подземные бассейны

Это естественные бассейны с горячей водой или пароводяной смесью – гидротермальные или паротермальные источники. Ресурсы из данных источников добываются при помощи буровых скважин, дальше энергия применяется для нужд человечества.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Породы гор

Тепло горячих горных пород может быть применено для нагрева воды. Для этого ее закачивают в горизонты для последующего использования в энергетических целях.

Одним из плохих качеств данного вида энергии считается его слабая концентрация. Но в условиях, где во время погружения на каждые 100 метров, температура возрастает на 30-40 градусов, можно обеспечить домашнее ее использование.

Технология применения этой энергии в перспективных «геотермальных районах» обладает явными хорошими качествами:

  • неисчерпаемость запасов;
  • чистота в экологическом плане;
  • отсутствие высоких затрат на разработку источников.
Солнечная энергия как альтернативный источник энергии виды и особенности гелиосистем

Последующее развитие цивилизации нереально без внедрения передовых технологий в области энергетики. На этом пути стоят трудноразрешимые задачи, которые еще необходимо решить человечеству.

Но все таки, освоение данного течения играет существенную роль, и на данный момент уже существует оборудование, способное значительно сэкономить ресурсы классические и экологически чистые источники энергии считаются прекрасной альтернативой им. Для воплощения подобных идей требуется упорство, умелые руки, а еще некоторые способности и знания.

Видео

Познакомиться с работой разных экологически чистых источников энергии в приватном доме вы сумеете, посмотрев наше видео.

Комментировать Анулировать ответ

Для отправки комментария вам нужно авторизоваться.

Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.