אנרגיה סולארית כמקור אנרגיה חלופי: סוגים ותכונות של מערכות סולאריות

ההיסטוריה של התפתחות אנרגיה סולארית

הם ניסו "לאלף" את השמש עוד בימי ארכימדס. עד היום שרדה האגדה על שריפת ספינות בעזרת מראה ענקית - תושבי סירקיוז כיוונו אלומה ממוקדת לעבר צי האויב.

בהיסטוריה של התפתחות אנרגיית השמש, ישנן עובדות על השימוש באנרגיה סולארית:

• לחימום ארמונות אבן;
• אידוי מי הים להפקת מלח.

מחממי מים השתפרו כאשר Lavoisier השתמש בעדשה לריכוז קרני אינפרא אדום. כך הותך ברזל. מאוחר יותר, הצרפתים החלו להשתמש במים מחוממים למצב של קיטור להנעה מכנית לציוד הדפסה. מדענים התחילו לדבר על הסיכויים של אנרגיה סולארית לאחר יצירת מוליכים למחצה. על בסיסם נוצרו תאי הפוטו הראשונים.

פיתוח מקורות לא מסורתיים

מקורות אנרגיה לא מסורתיים כוללים:

• אנרגיית השמש;
• אנרגיית רוח;
• גיאותרמית;
• אנרגיה של גאות ושפל ים וגלים;
• ביומסה;
• אנרגיה בעלת פוטנציאל נמוך של הסביבה.

נראה שהפיתוח שלהם אפשרי בשל התפוצה בכל מקום של רוב המינים; אפשר גם לציין את הידידותיות הסביבתית שלהם ואת היעדר עלויות תפעול עבור רכיב הדלק.

עם זאת, ישנן כמה תכונות שליליות המונעות את השימוש בהן בקנה מידה תעשייתי. מדובר בצפיפות שטף נמוכה, המאלצת שימוש במתקנים "מיירטים" של שטח גדול, כמו גם שונות לאורך זמן.

כל זה מוביל לכך שלמכשירים כאלה יש צריכת חומרים גבוהה, מה שאומר שגם השקעות ההון גדלות. ובכן, תהליך השגת אנרגיה עקב אלמנט כלשהו של אקראיות הקשור לתנאי מזג האוויר גורם להרבה צרות.

הבעיה הנוספת והחשובה ביותר היא "אחסון" של חומר גלם אנרגיה זה, שכן הטכנולוגיות הקיימות לאגירת חשמל אינן מאפשרות לעשות זאת בכמויות גדולות. עם זאת, בתנאים ביתיים, מקורות אנרגיה חלופיים לבית הופכים ליותר ויותר פופולריים, אז בואו נכיר את תחנות הכוח העיקריות שניתן להתקין בבעלות פרטית.

אנרגיה גיאותרמית

סוגים לא נחקרים של מקורות אנרגיה חלופיים אורבים בבטן הגלובוס. האנושות מכירה את החוזק ואת היקף הביטויים הטבעיים. כוחה של התפרצות הר געש אחד אינו דומה לאף אחת מתחנות הכוח מעשה ידי אדם.

למרבה הצער, אנשים עדיין לא יודעים איך להשתמש באנרגיה הענקית הזו לתמיד, אבל החום הטבעי של כדור הארץ או האנרגיה הגיאותרמית מושכים את תשומת לבם של מדענים, מכיוון שזהו משאב בלתי נדלה.

זה ידוע שכוכב הלכת שלנו מדי שנה מקרין כמות עצומה של חום פנימי, המתוגמל על ידי ריקבון רדיואקטיבי של איזוטופים בקרום כדור הארץ. ישנם שני סוגים של מקור אנרגיה גיאותרמית.

בריכות תת קרקעיות

מדובר בבריכות טבעיות עם מים חמים או תערובת קיטור-מים – מקורות הידרותרמיים או קיטור-תרמיים. משאבים ממקורות אלה מופקים דרך קידוחים, ואז האנרגיה משמשת לצורכי האנושות.

סלעים

ניתן להשתמש בחום מסלעים חמים לחימום מים. לשם כך הוא נשאב אל אופקים לשימוש נוסף למטרות אנרגיה.

אחד החסרונות של סוג זה של אנרגיה הוא הריכוז החלש שלה.עם זאת, בתנאים שבהם בצלילה על כל 100 מטר הטמפרטורה עולה ב-30-40 מעלות, ניתן להבטיח שימוש כלכלי בה.

לטכנולוגיה של שימוש באנרגיה זו ב"אזורים גיאותרמיים" מבטיחים יש יתרונות ברורים:

• עתודות בלתי נדלות;
• ניקיון אקולוגי;
• היעדר עלויות גדולות לפיתוח מקורות.

פיתוח נוסף של הציוויליזציה אינו אפשרי ללא הכנסת טכנולוגיות חדשות בתחום האנרגיה. בדרך זו יש משימות בלתי פתירות שהאנושות טרם פתרה.

למרות זאת, לפיתוח הכיוון הזה יש תפקיד חשוב וכיום כבר קיים ציוד שיכול לחסוך משמעותית במשאבים, מקורות אנרגיה מסורתיים וחלופיים מהווים חלופה מצוינת להם. כדי ליישם רעיונות כאלה צריך סבלנות, ידיים מיומנות, כמו גם כמה מיומנויות וידע.

תכנון מערכת חימום על קולטים

קודם כל נעסוק בהרחבה בהבדלים במבנה ובתפקוד של סוללות וקולטים.

הפאנל מורכב ממספר תאים סולאריים המחוברים ביניהם על גבי מסגרת העשויה מחומרי אנרגיה לא מוליכים.

ממירים פוטו-וולטאיים הם מבנים מורכבים למדי, שהם מעין כריך של צלחות עם מאפיינים ומטרות שונות.

בנוסף למודולים סולאריים ומחברים מיוחדים, המערכת מורכבת מהאלמנטים הבאים:

• סוללות, לאחסון אנרגיה;
• בקר שיפקח על מידת הטעינה בסוללה;
• מהפך - להמרת זרם ישר לזרם חילופין.

אספנים הם משני סוגים: ואקום ושטוחים.

קולטי ואקום מורכבים מצינורות זכוכית חלולים עם צינורות בקוטר קטן יותר המכילים בולם אנרגיה. צינורות קטנים יותר מחוברים לנוזל הקירור. בחלל הפנוי ביניהם נמצא ואקום השומר על חום.

עקרון הפעולה של קולט השמש

קולטי פלטות שטוחים מורכבים ממסגרת וזכוכית מחוזקת עם שכבה סופגת פוטו. שכבת הבולם מחוברת לצינורות עם נוזל הקירור.

שתי המערכות הללו מורכבות ממעגל חילופי חום ומצבר חום (מיכל נוזלים).

מהמיכל נכנסים מים למערכת החימום באמצעות משאבה. כדי למנוע איבוד חום, המיכל חייב להיות מבודד היטב.

מתקנים כאלה צריכים להיות ממוקמים במדרון הדרומי של הגג. זווית הנטייה צריכה להיות 30-45 מעלות. אם מיקום הבית או מבנה הגג אינם מאפשרים התקנת פאנלים סולאריים על הגג, אז ניתן להתקין אותם על מסגרות מחוזקות מיוחדות או על מתלים קבועים לקיר.

כמות האנרגיה הסולארית המשתחררת בתקופות שונות של השנה משתנה מאוד. את ערך מקדם הבידוד למקום מגוריכם ניתן למצוא במפת הפעילות הסולארית. הכרת מקדם הבידוד, אתה יכול לחשב את מספר המודולים שאתה צריך.

לדוגמה, אתה צורך אנרגיה 8 קילוואט לשעה, בידוד הוא בממוצע 2 קילוואט לשעה. הספק של פאנל סולארי - 250 W (0.25 קילוואט). בוא נעשה את החישובים: 8 / 2 / 0.25 \u003d 16 חתיכות - זה מספר הלוחות שתצטרך.

מפעלי ביו-גז

הגז נוצר כתוצאה מעיבוד פסולת של עופות ובעלי חיים. פסולת ממוחזרת משמשת לדישון הקרקע בחלקות ביתיות.התהליך מבוסס על תגובת תסיסה המערבת חיידקים החיים בזבל.

זבל בקר נחשב למקור הטוב ביותר לביוגז, אם כי גם פסולת של ציפורים או בעלי חיים אחרים מתאימה.

התסיסה מתרחשת ללא גישה לחמצן, ולכן רצוי להשתמש במיכלים סגורים, הנקראים גם ביו-ריאקטורים. התגובה מופעלת אם מערבבים את המסה מעת לעת, לשם כך נעשה שימוש בעבודה ידנית או במכשירים אלקטרומכניים שונים.

כמו כן, יהיה צורך לשמור על הטמפרטורה במיתקן בין 30 ל-50 מעלות כדי להבטיח את פעילותם של חיידקים מזופילים ותרמופילים והשתתפותם בתגובה.

ייצור בנייה

מפעל הביוגז הפשוט ביותר הוא חבית מעורבלת עם מכסה. גז מהחבית נכנס למיכל דרך צינור, לשם כך עושים חור במכסה. עיצוב זה מספק גז למבער גז אחד או שניים.

כדי להשיג נפחי גז בקנה מידה גדול, משתמשים בבונקר מעל קרקע או תת קרקעי, העשוי מבטון מזוין. רצוי לחלק את המיכל כולו למספר תאים על מנת שהתגובה תתרחש עם שינוי בזמן.

המיכל אינו מלא במלואו במסה, בכ-20 אחוז, שאר החלל משמש לצבירת גז. למכסה המיכל מחוברים שני צינורות, האחד מוביל לצרכן, והשני לאטם המים - מיכל מלא במים. זה מבטיח טיהור וייבוש גז, גז באיכות גבוהה מסופק לצרכן.

הכל כל כך חלק?

נראה שטכנולוגיה כזו להפעלת בית פרטי צריכה כבר מזמן לכפות שיטות מרכזיות מסורתיות לספק אנרגיה מהשוק. למה זה לא קורה? יש כמה טיעונים שמעידים שלא בעד אנרגיה חלופית. אבל משמעותם נקבעת על בסיס אינדיבידואלי - עבור חלק מהבעלים של בתים כפריים, חלק מהחסרונות רלוונטיים ואחרים אינם מעניינים כלל.

עבור קוטג'ים כפריים גדולים, היעילות הלא גבוהה מדי של מתקני אנרגיה חלופית יכולה להפוך לבעיה. מטבע הדברים, לא ניתן להשוות מערכות סולאריות מקומיות, משאבות חום או מתקנים גיאותרמיים עם התפוקה של תחנות כוח הידרואלקטריות הוותיקות ביותר, תחנות כוח תרמיות ועוד יותר מכך תחנות כוח גרעיניות. עם זאת, לעתים קרובות חסרון זה ממוזער על ידי התקנת שתיים או אפילו שלוש מערכות, תוך שימוש יותר בכוח. התוצאה של זה עשויה להיות בעיה נוספת - עבור התקנתם, יידרש שטח גדול יותר, אשר לא ניתן להקצות בכל פרויקטי הבית.

לאספקה ​​רציפה של מספר מכשירי החשמל הביתיים ומערכת החימום המוכרת לבית מודרני, נדרש כוח רב. לכן, הפרויקט צריך לספק מקורות כאלה שיכולים לייצר כוח כזה. וזה דורש השקעה סולידית - ככל שהציוד חזק יותר, כך הוא יקר יותר.

בנוסף, במקרים מסוימים (לדוגמה, בעת שימוש באנרגיית רוח), ייתכן שהמקור לא מבטיח את קביעות הפקת האנרגיה. לכן, יש צורך לצייד את כל התקשורת עם התקני אחסון.לרוב מותקנים לשם כך סוללות וקולטים, דבר הכרוך באותן עלויות נוספות וצורך בהקצאת מ"ר נוספים בבית.

עקרון הפעולה של תחנת כוח סולארית בבית

תחנת כוח סולארית היא מערכת המורכבת מפאנלים, מהפך, סוללה ובקר. הפאנל הסולארי הופך אנרגיית קרינה לחשמל (כפי שהוזכר לעיל). זרם ישר נכנס לבקר, אשר מפיץ את הזרם לצרכנים (לדוגמה, מחשב או תאורה). מהפך ממיר זרם ישר לזרם חילופין ומפעיל את רוב מכשירי החשמל הביתיים. הסוללה אוגרת אנרגיה שניתן להשתמש בה בלילה.

תיאור סרטון

דוגמה טובה לחישובים המראים כמה לוחות נדרשים כדי לספק אספקת חשמל אוטונומית, ראה סרטון זה:

איך משתמשים באנרגיה סולארית לייצור חום

מערכות סולאריות משמשות לחימום מים ולחימום הבית. הם יכולים לספק חום (לבקשת הבעלים) גם כאשר עונת החימום הסתיימה, ולספק לבית מים חמים בחינם. המכשיר הפשוט ביותר הוא לוחות מתכת המותקנים על גג הבית. הם צוברים אנרגיה ומים חמים, המסתובבים בצינורות החבויים מתחתיהם. תפקודן של כל מערכות השמש מבוסס על עיקרון זה, למרות העובדה שהן עשויות להיות שונות זו מזו מבחינה מבנית.

קולטי שמש מורכבים מ:

• מיכל אחסון;
• תחנת שאיבה;
• בקר
• צינורות;
• אביזרי.

על פי סוג הבנייה, יש להבדיל בין קולטנים שטוחים ואקום.בראשון, החלק התחתון מכוסה בחומר בידוד חום, והנוזל מסתובב דרך צינורות זכוכית. קולטי ואקום הם יעילים ביותר מכיוון שהפסדי החום נשמרים למינימום. סוג זה של קולט מספק לא רק חימום סולארי של בית פרטי - זה נוח להשתמש בו עבור מערכות מים חמים וחימום בריכות.

עקרון הפעולה של קולט השמש

יצרנים פופולריים של פאנלים סולאריים

לרוב, מוצרים של Yingli Green Energy ושל Suntech Power Co נמצאים על המדפים. גם פאנלים של HiminSolar (סין) פופולריים. הפאנלים הסולאריים שלהם מייצרים חשמל גם במזג אוויר גשום.

ייצור סוללות סולאריות הוקם גם על ידי יצרן מקומי. החברות הבאות עושות זאת:

• Hevel LLC בנובוצ'בוקסארסק;
• "טלקום-STV" בזלנוגרד;
• Sun Shines (Autonomous Lighting Systems LLC) במוסקבה;
• JSC "מפעל ריאזאן של התקני מתכת-קרמיקה";
• CJSC "Termotron-zavod" ואחרים.

תמיד תוכל למצוא אופציה מתאימה למחיר. לדוגמה, במוסקבה עבור פאנלים סולאריים לבית, העלות תשתנה בין 21,000 ל -2,000,000 רובל. העלות תלויה בתצורה והספק של המכשירים.

פאנלים סולאריים לא תמיד שטוחים – ישנם מספר דגמים הממקדים את האור בנקודה אחת

שלבי התקנת סוללה

1. להתקנת הפאנלים, נבחר המקום המואר ביותר - לרוב אלו הם גגות וקירות מבנים. על מנת שהמכשיר יתפקד בצורה יעילה ככל האפשר, הפנלים מותקנים בזווית מסוימת לאופק. גם רמת החושך של השטח נלקחת בחשבון: חפצים מסביב שיכולים ליצור צל (בניינים, עצים וכו')
2. לוחות מותקנים באמצעות מערכות הידוק מיוחדות.
3. לאחר מכן מחוברים המודולים לסוללה, לבקר ולמהפך, וכל המערכת מותאמת.

עבור התקנת המערכת, תמיד פותח פרויקט אישי, הלוקח בחשבון את כל המאפיינים של המצב: איך ההתקנה תתבצע פאנלים סולאריים על גג הבית, מחיר ותנאים. בהתאם לסוג והיקף העבודה, כל הפרויקטים מחושבים בנפרד. הלקוח מקבל על עצמו את העבודה ומקבל עליה אחריות.

התקנת פאנלים סולאריים חייבת להתבצע על ידי אנשי מקצוע ובהתאם לאמצעי בטיחות.

כתוצאה מכך - הסיכויים לפיתוח טכנולוגיות סולאריות

אם על פני כדור הארץ, הפעולה היעילה ביותר של פאנלים סולאריים מעכבת על ידי אוויר, אשר במידה מסוימת מפזר את קרינת השמש, אז בחלל אין בעיה כזו. מדענים מפתחים פרויקטים של לוויינים ענקיים המקיפים אותם עם פאנלים סולאריים שיפעלו 24 שעות ביממה. מהם, האנרגיה תועבר למכשירים קולטי קרקע. אבל זה עניין של עתיד, ועבור סוללות קיימות, מאמצים מופנים לשיפור היעילות האנרגטית והקטנת גודל המכשירים.

אנרגיה גיאותרמית

סוגים לא נחקרים של מקורות אנרגיה חלופיים אורבים בבטן הגלובוס. האנושות מכירה את החוזק ואת היקף הביטויים הטבעיים. כוחה של התפרצות הר געש אחד אינו דומה לאף אחת מתחנות הכוח מעשה ידי אדם.

למרבה הצער, אנשים עדיין לא יודעים איך להשתמש באנרגיה הענקית הזו לתמיד, אבל החום הטבעי של כדור הארץ או האנרגיה הגיאותרמית מושכים את תשומת לבם של מדענים, מכיוון שזהו משאב בלתי נדלה.

זה ידוע שכוכב הלכת שלנו מדי שנה מקרין כמות עצומה של חום פנימי, המתוגמל על ידי ריקבון רדיואקטיבי של איזוטופים בקרום כדור הארץ. ישנם שני סוגים של מקור אנרגיה גיאותרמית.

בריכות תת קרקעיות

מדובר בבריכות טבעיות עם מים חמים או תערובת קיטור-מים – מקורות הידרותרמיים או קיטור-תרמיים. משאבים ממקורות אלה מופקים דרך קידוחים, ואז האנרגיה משמשת לצורכי האנושות.

סלעים

ניתן להשתמש בחום מסלעים חמים לחימום מים. לשם כך הוא נשאב אל אופקים לשימוש נוסף למטרות אנרגיה.

אחד החסרונות של סוג זה של אנרגיה הוא הריכוז החלש שלה. עם זאת, בתנאים שבהם בצלילה על כל 100 מטר הטמפרטורה עולה ב-30-40 מעלות, ניתן להבטיח שימוש כלכלי בה.

לטכנולוגיה של שימוש באנרגיה זו ב"אזורים גיאותרמיים" מבטיחים יש יתרונות ברורים:

• עתודות בלתי נדלות;
• ניקיון אקולוגי;
• היעדר עלויות גדולות לפיתוח מקורות.

פיתוח נוסף של הציוויליזציה אינו אפשרי ללא הכנסת טכנולוגיות חדשות בתחום האנרגיה. בדרך זו יש משימות בלתי פתירות שהאנושות טרם פתרה.

למרות זאת, לפיתוח הכיוון הזה יש תפקיד חשוב וכיום כבר קיים ציוד שיכול לחסוך משמעותית במשאבים, מקורות אנרגיה מסורתיים וחלופיים מהווים חלופה מצוינת להם. כדי ליישם רעיונות כאלה צריך סבלנות, ידיים מיומנות, כמו גם כמה מיומנויות וידע.

סוגי אנרגיה חלופית

בהתאם למקור האנרגיה, אשר כתוצאה מהטרנספורמציה מאפשר לאדם לקבל אנרגיה חשמלית ותרמית המשמשת בחיי היומיום, אנרגיה חלופית מסווגת למספר סוגים הקובעים את שיטות היצירה שלה ואת סוגי המתקנים המשמשים עבור זֶה.

אנרגיה של שמש

אנרגיה סולארית מבוססת על המרה של אנרגיית השמש, מה שמביא לאנרגיה חשמלית ותרמית.

ייצור אנרגיה חשמלית מבוסס על תהליכים פיזיקליים המתרחשים במוליכים למחצה בהשפעת אור השמש, ייצור האנרגיה התרמית מבוסס על תכונות של נוזלים וגזים.

להפקת אנרגיה חשמלית משלימים תחנות כוח סולאריות, שבבסיסן סוללות סולאריות (פאנלים) העשויות על בסיס גבישי סיליקון.

הבסיס של מתקנים תרמיים הם קולטי שמש, שבהם אנרגיית השמש מומרת לאנרגיה תרמית של נוזל הקירור.

הכוח של מתקנים כאלה תלוי במספר ובכוח של מכשירים בודדים המהווים חלק מתחנות תרמיות וסולריות.

אנרגיית רוח

אנרגיית הרוח מבוססת על המרת האנרגיה הקינטית של מסות האוויר לאנרגיה חשמלית המשמשת את הצרכנים.

הבסיס של טורבינות רוח הוא גנרטור רוח גנרטורי רוח נבדלים בפרמטרים טכניים, מידות כוללות ועיצוב: עם ציר סיבוב אופקי ואנכי, סוגים ומספרים שונים של להבים וכן מיקומם (יבשה, ים וכו'. ).

כוח מים

כוח המים מבוסס על הפיכת האנרגיה הקינטית של המוני מים לאנרגיה חשמלית, המשמשת גם את האדם למטרותיו שלו.

האובייקטים מסוג זה כוללים תחנות כוח הידרואלקטריות ביכולות שונות המותקנות על נהרות וגופי מים אחרים. במתקנים כאלה, בהשפעת זרימת המים הטבעית, או באמצעות יצירת סכר, מים פועלים על להבי טורבינה המייצרת חשמל. ההידרוטורבינה היא הבסיס של תחנות כוח הידרואלקטריות.

דרך נוספת להשיג אנרגיה חשמלית על ידי המרת אנרגיית המים היא שימוש באנרגיית גאות ושפל, באמצעות בניית תחנות גאות ושפל. פעולתם של מתקנים כאלה מבוססת על שימוש באנרגיה הקינטית של מי הים בזמן הגאות והשפל המתרחשים בים ובאוקיינוסים בהשפעת עצמים של מערכת השמש.

החום של כדור הארץ

אנרגיה גיאותרמית מבוססת על המרת חום המוקרן על ידי פני כדור הארץ, הן במקומות שבהם משתחררים מים גיאותרמיים (אזורים מסוכנים מבחינה סייסמית), והן באזורים אחרים בכוכב הלכת שלנו.

לשימוש במים גיאותרמיים משתמשים במתקנים מיוחדים, שבאמצעותם מומר החום הפנימי של כדור הארץ לאנרגיה תרמית וחשמלית.

שימוש במשאבת חום מאפשר לקבל חום מפני השטח של כדור הארץ, ללא קשר למיקומו. עבודתו מבוססת על תכונותיהם של נוזלים וגזים, וכן על חוקי התרמודינמיקה.

דלק ביולוגי

סוגי הדלק הביולוגי נבדלים בדרכי השגתם, מצב הצבירה שלהם (נוזל, מוצק, גזי) וסוגי השימוש.המדד המאחד את כל סוגי הדלקים הביולוגיים הוא שהבסיס לייצורם הוא מוצרים אורגניים, שבעיבודם מתקבלת אנרגיה חשמלית ותרמית.

סוגים מוצקים של דלק ביולוגי הם עצי הסקה, לבניות דלק או כדורי דלק, הגזים הם ביו-גז וביו-מימן, והנוזליים הם ביו-אתנול, ביו-מתנול, ביו-בוטנול, דימתיל-אתר וביו-דיזל.

יתרונות וחסרונות של תחנות כוח סולאריות

יתרונות:

• אנרגיה סולארית היא מקור אנרגיה מתחדש. יחד עם זאת, הוא זמין לציבור וללא תשלום.
• מתקנים סולאריים בטוחים למדי לשימוש.
• תחנות כוח כאלה הן אוטונומיות לחלוטין.
• הם חסכוניים ויש להם תקופת החזר מהירה. העלויות העיקריות מתרחשות רק עבור הציוד הדרוש ודורשות השקעה מינימלית בעתיד.
• מאפיין מבחין נוסף הוא יציבות בעבודה. אין כמעט נחשולי מתח בתחנות כאלה.
• הם אינם גחמניים בתחזוקה והם די קלים לשימוש.
• כמו כן, עבור ציוד SPP, תקופת הפעלה ארוכה אופיינית אופיינית.

פגמים:

• כמקור אנרגיה, מערכת השמש רגישה מאוד לאקלים, לתנאי מזג האוויר ולשעה ביום. תחנת כוח כזו לא תפעל ביעילות ובפרודוקטיביות בלילה או ביום מעונן.
• פרודוקטיביות נמוכה יותר בקווי רוחב עם עונות חזקות. הם יעילים ביותר באזורים שבהם מספר ימי השמש בשנה הוא הקרוב ביותר ל-100%.
• עלות גבוהה מאוד ובלתי נגישה של ציוד למתקנים סולאריים.
• הצורך בניקוי תקופתי של לוחות ומשטחים מזיהום.אחרת, פחות קרינה נספגת והפרודוקטיביות יורדת.
• עלייה משמעותית בטמפרטורת האוויר בתוך תחנת הכוח.
• הצורך להשתמש בשטח עם שטח עצום.
• קשיים נוספים בתהליך סילוק רכיבי הצמח, בפרט תאי פוטו, לאחר תום חיי השירות שלהם.

כמו בכל תחום תעשייתי, לעיבוד והמרת אנרגיה סולארית יש יתרונות וחולשות.

חשוב מאוד שהיתרונות יכסו את החסרונות, ובמקרה זה העבודה תהיה מוצדקת.

כיום, רוב הפיתוחים בענף זה מכוונים לייעול ושיפור התפקוד והשימוש בשיטות הקיימות ולפיתוח שיטות חדשות בטוחות ופרודוקטיביות יותר.

כדאיות השימוש במערכת סולארית

מערכת סולארית - מתחם להמרת אנרגיית קרינת השמש לאנרגיה תרמית, המועברת לאחר מכן למחליף חום לחימום נוזל הקירור של מערכת חימום או אספקת מים.

היעילות של מתקן טרמי סולארי תלויה בבידוד השמש - כמות האנרגיה המתקבלת במהלך יום אחד של אור לכל 1 מ"ר של משטח הממוקם בזווית של 90 מעלות ביחס לכיוון קרני השמש. ערך המדידה של המחוון הוא קוט"ש / מ"ר, ערך הפרמטר משתנה בהתאם לעונה.

הרמה הממוצעת של בידוד שמש לאזור האקלים היבשתי הממוזג היא 1000-1200 קילוואט-שעה/מ"ר (בשנה). כמות השמש היא הפרמטר הקובע לחישוב הביצועים של מערכת סולארית.

השימוש במקור אנרגיה חלופי מאפשר לך לחמם את הבית, לקבל מים חמים ללא עלויות אנרגיה מסורתיות - אך ורק באמצעות קרינת שמש

התקנת מערכת חימום סולארית היא עסק יקר. על מנת שהוצאות הוניות יצדיקו את עצמן, יש צורך בחישוב מדויק של המערכת והקפדה על טכנולוגיית ההתקנה.

דוגמא. הערך הממוצע של בידוד שמש עבור טולה באמצע הקיץ הוא 4.67 קילו וולט / מ"ר * יום, בתנאי שלוח המערכת מותקן בזווית של 50 מעלות. הביצועים של קולט שמש בשטח של 5 מ"ר מחושבים באופן הבא: 4.67 * 4 = 18.68 קילוואט חום ליום. נפח זה מספיק לחימום 500 ליטר מים מטמפרטורה של 17 מעלות צלזיוס עד 45 מעלות צלזיוס.

כפי שמראה בפועל, בעת שימוש בהתקנה סולארית, בעלי קוטג'ים בקיץ יכולים לעבור לחלוטין מחימום מים חשמלי או גז לשיטה סולארית

אם כבר מדברים על הכדאיות של הכנסת טכנולוגיות חדשות, חשוב לקחת בחשבון את התכונות הטכניות של קולט שמש מסוים. חלקם מתחילים עם 80W/sq.m של אנרגיה סולארית, אחרים מתחילים עם 20W/sq.m

גם באקלים דרומי, שימוש במערכת אספנים לחימום בלבד לא ישתלם. אם ההתקנה משמשת אך ורק בחורף עם מחסור בשמש, אזי עלות הציוד לא תכוסה אפילו במשך 15-20 שנים.

על מנת להשתמש במתחם הסולארי בצורה יעילה ככל האפשר, יש לכלול אותו במערכת אספקת המים החמים. גם בחורף, הקולט הסולארי יאפשר לכם "לקצץ" את חשבונות האנרגיה לחימום מים עד 40-50%.

לדברי מומחים, לשימוש ביתי, המערכת הסולארית משתלמת תוך כ-5 שנים.עם עליית מחירי החשמל והגז תצומצם תקופת ההחזר של המתחם

בנוסף ליתרונות הכלכליים, ל"חימום השמש" יתרונות נוספים:

1. ידידותיות לסביבה. פליטת פחמן דו חמצני מופחתת. במשך שנה, 1 מ"ר של קולט שמש מונע כניסת 350-730 ק"ג של כרייה לאטמוספירה.
2. אֶסתֵטִיקָה. ניתן לחסוך את החלל של אמבטיה או מטבח קומפקטי מדודים מגושמים או מחממי מים בגז.
3. עֲמִידוּת. היצרנים טוענים שאם יתבצעו לפי טכנולוגיית ההתקנה, המתחם יחזיק מעמד כ-25-30 שנה. חברות רבות מעניקות אחריות של עד 3 שנים.

טיעונים נגד שימוש באנרגיה סולארית: עונתיות בולטת, תלות במזג האוויר והשקעה ראשונית גבוהה.

מאפיינים מספריים של קרינת השמש

יש אינדיקטור כזה כמו קבוע השמש. הערך שלו הוא 1367 וואט. זוהי כמות האנרגיה לכל 1 מ"ר. כדור הארץ. זה רק בערך 20-25% פחות אנרגיה מגיעה לפני השטח של כדור הארץ בגלל האטמוספירה. לכן, ערך אנרגיית השמש למ"ר, למשל, בקו המשווה הוא 1020 וואט. ואני לוקח בחשבון את השינוי של היום והלילה, השינוי בזווית השמש מעל האופק, מחוון זה יורד בערך פי 3.

אבל מאיפה האנרגיה הזו? מדענים החלו לעסוק בנושא זה לראשונה עוד במאה ה-19, והגרסאות היו שונות לחלוטין. כיום, כתוצאה ממספר עצום של מחקרים, ידוע באופן אמין שמקור האנרגיה הסולארית הוא התגובה של הפיכת 4 אטומי מימן לגרעין הליום. כתוצאה מתהליך זה משתחררת כמות משמעותית של אנרגיה. לדוגמה, האנרגיה המשתחררת במהלך הטרנספורמציה של 1 גרם.המימן דומה לאנרגיה המשתחררת בעת בעירה של 15 טון בנזין.

משאבות חום לחימום הבית

משאבות חום משתמשות בכל מקורות האנרגיה החלופיים הזמינים. הם לוקחים חום ממים, אוויר, אדמה. בכמויות קטנות החום הזה קיים גם בחורף ולכן משאבת החום אוספת אותו ומפנה אותו לחימום הבית.

משאבות חום משתמשות גם במקורות אנרגיה חלופיים - חום האדמה, המים והאוויר

עקרון הפעולה

מדוע משאבות חום כל כך אטרקטיביות? העובדה שבזבזת 1 קילוואט אנרגיה עבור השאיבה שלה, במקרה הגרוע, תקבל חום של 1.5 קילוואט, והיישומים המוצלחים ביותר יכולים לתת עד 4-6 קילוואט. וזה לא סותר את חוק שימור האנרגיה בשום צורה, כי האנרגיה מושקעת לא על השגת חום, אלא לא על שאיבתו. אז אין סתירות.

תכנית של משאבת חום לשימוש במקורות אנרגיה חלופיים

למשאבות חום יש שלושה מעגלי עבודה: שניים חיצוניים והם פנימיים, כמו גם מאייד, מדחס ומעבה. הסכימה פועלת כך:

• נוזל קירור מסתובב במעגל הראשוני, אשר לוקח חום ממקורות בעלי פוטנציאל נמוך. ניתן להוריד אותו למים, לקבור אותו באדמה, או שהוא יכול לקחת חום מהאוויר. הטמפרטורה הגבוהה ביותר שהושגה במעגל זה היא סביב 6 מעלות צלזיוס.
• המעגל הפנימי מפיץ מדיום חימום עם נקודת רתיחה נמוכה מאוד (בדרך כלל 0°C). בחימום, נוזל הקירור מתאדה, האדים נכנסים למדחס, שם הוא נדחס ללחץ גבוה. במהלך הדחיסה, חום משתחרר, אדי הקירור מחוממים לטמפרטורה ממוצעת של +35°C עד +65°C.
• במעבה, חום מועבר לנוזל הקירור מהמעגל השלישי - חימום -. אדי קירור מתעבים, ואז נכנסים עוד יותר למאייד. ואז המחזור חוזר על עצמו.

מעגל החימום נעשה בצורה הטובה ביותר בצורה של רצפה חמה. הטמפרטורות הן הטובות ביותר עבור זה. מערכת הרדיאטור תדרוש יותר מדי קטעים, וזה מכוער ולא רווחי.

מקורות חלופיים של אנרגיה תרמית: היכן וכיצד לקבל חום

אבל הקושי הגדול ביותר הוא המכשיר של המעגל החיצוני הראשון, שאוסף חום. מכיוון שהמקורות הם בעלי פוטנציאל נמוך (יש מעט חום בתחתית), נדרשים שטחים גדולים כדי לאסוף אותו בכמות מספקת. ישנם ארבעה סוגים של קווי מתאר:

• טבעות מונחות בצינורות מים עם נוזל קירור. גוף המים יכול להיות כל דבר - נהר, בריכה, אגם. התנאי העיקרי הוא שלא יקפא דרך אפילו בכפור החמור ביותר. משאבות השואבות חום מהנהר פועלות ביעילות רבה יותר; הרבה פחות חום מועבר במים עומדים. מקור חום כזה הוא הקל ביותר ליישום - לזרוק צינורות, לקשור עומס. יש רק סיכוי גבוה לנזק מקרי.

• שדות תרמיים עם צינורות קבורים מתחת לעומק קפוא. במקרה זה, יש רק חיסרון אחד - כמויות גדולות של עבודות עפר. עלינו להסיר את האדמה על פני שטח גדול, ואפילו לעומק מוצק.

• שימוש בטמפרטורות גיאותרמיות. קודחים מספר בארות בעומק רב, ומעגלי נוזל קירור מורידים לתוכם. מה שטוב באופציה הזו הוא שהיא דורשת מעט מקום, אבל לא בכל מקום אפשר לקדוח לעומקים גדולים ושירותי קידוח עולים הרבה. עם זאת, אתה יכול לעשות אסדת קידוח בעצמך, אבל העבודה עדיין לא קלה.

• הפקת חום מהאוויר.כך פועלים מזגנים עם אפשרות חימום - הם לוקחים חום מהאוויר "החוץ". אפילו בטמפרטורות מתחת לאפס, יחידות כאלה פועלות, אם כי במינוס לא "עמוק" במיוחד - עד -15 מעלות צלזיוס. כדי להפוך את העבודה לאינטנסיבית יותר, אתה יכול להשתמש בחום של פירי האוורור. לזרוק לשם כמה מתלים עם נוזל קירור ולשאוב משם חום.

החיסרון העיקרי של משאבות חום הוא המחיר הגבוה של המשאבה עצמה, והתקנת שדות איסוף חום אינה זולה. במקרה זה, אתה יכול לחסוך כסף על ידי הכנת המשאבה בעצמך וגם הנחת קווי המתאר במו ידיך, אך הסכום עדיין יישאר ניכר. היתרון הוא שהחימום יהיה זול והמערכת תפעל לאורך זמן.

סוגים

כיום, סוגים שונים של פאנלים סולאריים זוכים ליותר ויותר פופולריות. במבט ראשון, נראה שכל המודולים הסולאריים זהים: מספר רב של תאים סולאריים קטנים מחוברים ביניהם ומכוסים בסרט שקוף. אבל, במציאות, כל המודולים שונים בעוצמה, בעיצוב ובגודל. וכרגע, היצרנים חילקו מערכות סולאריות לשני סוגים עיקריים: סיליקון ופילם.

למטרות ביתיות מותקנים פאנלים סולאריים עם תאי צילום סיליקון. הם הפופולריים ביותר בשוק. מתוכם ניתן להבחין גם בשלושה סוגים - אלו הם רב גבישיים, חד גבישיים, הם כבר תוארו ביתר פירוט במאמר, ואמורפיים, עליהם נתעכב ביתר פירוט.

אמורפי - עשויים גם הם על בסיס סיליקון, אבל, בנוסף, יש להם גם מבנה אלסטי גמיש. אבל הם לא עשויים מגבישי סיליקון, אלא מסילאן - שם אחר למימן סיליקון. מבין התכונות של מודולים אמורפיים, אפשר לציין יעילות מצוינת אפילו במזג אוויר מעונן ויכולת לחזור על כל משטח.אבל היעילות נמוכה בהרבה - רק 5%.

הסוג השני של פאנלים סולאריים - סרט, מיוצר על בסיס מספר חומרים.

• קדמיום - לוחות כאלה פותחו עוד בשנות ה-70 של המאה הקודמת ושימשו בחלל. אבל כיום קדמיום משמש גם בייצור תחנות כוח סולאריות תעשייתיות ומביתיות.
• מודולים המבוססים על CIGS מוליכים למחצה - פותחו מסלניד נחושת, אינדיום והם לוחות סרטים. אינדיום נמצא בשימוש נרחב גם בייצור צגי גביש נוזלי.
• פולימר - משמש גם בייצור מודולי סרט סולארי. העובי של פאנל אחד הוא כ-100 ננומטר, אך היעילות נשארת ברמה של 5%. אבל מהיתרונות ניתן לציין שלמערכות כאלה יש מחיר סביר ואינן פולטות חומרים מזיקים לאטמוספירה.

אבל גם היום, דגמים ניידים פחות מגושמים בשוק. הם תוכננו במיוחד לשימוש במהלך פעילויות חוצות. לעתים קרובות, פאנלים סולאריים כאלה משמשים לטעינת מכשירים ניידים: גאדג'טים קטנים, טלפונים ניידים, מצלמות ומצלמות וידיאו.

מודולים ניידים מחולקים לארבעה סוגים.

• צריכת חשמל נמוכה - תן מינימום טעינה, שמספיקה לטעינת טלפון נייד.
• גמיש - ניתן לגלגול ובעל משקל קטן, בשל כך, ובשל הפופולריות הרבה בקרב תיירים ומטיילים.
• מקובעים על מצע - יש להם משקל הרבה יותר גדול, כ-7-10 ק"ג ובהתאם, נותנים יותר אנרגיה. מודולים כאלה תוכננו במיוחד לשימוש בנסיעות בינעירוניות במכוניות, וניתן להשתמש בהם גם לאספקת אנרגיה אוטונומית חלקית לבית כפרי.
• אוניברסלי - הכרחי לטיולים, למכשיר מספר מתאמים לטעינה בו זמנית של מכשירים שונים, המשקל יכול להגיע ל-1.5 ק"ג.

האם זה מתאים לבית רגיל

• לשימוש ביתי, אנרגיה סולארית היא סוג מבטיח של אנרגיה.
• כמקור אנרגיה חשמלית למבני מגורים, נעשה שימוש בתחנות כוח סולאריות, המיוצרות על ידי מפעלים תעשייתיים ברוסיה ומחוצה לה. התקנות מונפקות כוח שונות וסט שלם.
• השימוש במשאבת חום - תספק לבניין מגורים מים חמים, תחמם את המים בבריכה, תחמם את נוזל הקירור במערכת החימום או את האוויר בתוך המקום.
• קולטי שמש - ניתן להשתמש במערכות חימום ביתיות ומים חמים. יעיל יותר, במקרה זה, קולטי צינור ואקום.