Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии
о она нагреется. Таков принцип
действия солнечных преобразователей прямого действия.
Наиболее эффективно их можно использовать в южных широтах, но и в
средней полосе они находят применение. Зеркала в установках используются
либо традиционные – стеклянные, либо из полированного алюминия. Наиболее
эффективные концентраторы солнечного излучения (рис. 6) имеют форму:
1.цилиндрического параболоида (а);
2.параболоида вращения (б);
3.плоско-линейной линзы Френеля (в).
[pic][pic][pic]
Рис. 5. Формы концентраторов солнечной энергии
Фирма Loose Industries на солнечно-газовой электростанции в
Калифорнии использует систему параболо-цилиндрических длинных отражателей
в виде желоба. В его фокусе проходит труба с теплоносителем – дифенилом,
нагреваемым до 350°С. Желоб поворачивается для слежения за солнцем только
вокруг одной оси (а не двух, как плоские гелиостаты). Это позволило
упростить систему слежения за солнцем. Солнечная энергия может
непосредственно преобразовываться в механическую. Для этого используется
двигатель Стирлинга. Если в фокусе параболического зеркала диаметром 1,5
м установить динамический преобразователь, работающий по циклу Стирлинга,
получаемой мощности (1 кВт) достаточно, чтобы поднимать с глубины 20
метров 2 мі воды в час.
В реальных гелиосистемах плоско-линейная линза Френеля используется
редко из-за ее высокой стоимости.
Рис.6. Солнечный водонагреватель
[pic]
Водонагреватель. Водонагреватель предназначен для снабжения горячей
водой, в основном, индивидуальных хозяйств. Устройство состоит из короба
со змеевиком, бака холодной воды, бака-аккумулятора и труб. Короб
стационарно устанавливается под углом 30-50° с ориентацией на южную
сторону. Холодная, более тяжелая, вода постоянно поступает в нижнюю часть
короба, там она нагревается и, вытесненная холодной водой, поступает в
бак-аккумулятор. Она может быть использована для отопления, для душа либо
для других бытовых нужд.
Дневная производительность на широте 50° примерно равна 2 кВт/ч с
квадратного метра. Температура воды в баке-аккумуляторе достигает 60-70°.
КПД установки – 40%.
Тепловые концентраторы. Каждый, кто хоть раз бывал в теплицах, знает,
как резко отличаются условия внутри нее от окружающих: Температура в ней
выше. Солнечные лучи почти беспрепятственно проходят сквозь прозрачное
покрытие и нагревают почву, растения, стены, конструкцию крыши. В
обратном направлении тепло рассеивается мало из-за повышенной
концентрации углекислого газа. По сходному принципу работают и тепловые
концентраторы.
Это – деревянные, металлические, или пластиковые короба, с одной
стороны закрытые одинарным или двойным стеклом. Внутрь короба для
максимального поглощения солнечных лучей вставляют волнистый
металлический лист, окрашенный в черный цвет. В коробе нагревается воздух
или вода, которые периодически или постоянно отбираются оттуда с помощью
вентилятора или насоса.
2.3.ЖИЛОЙ ДОМ С СОЛНЕЧНЫМ ОТОПЛЕНИЕМ
Среднее за год значение суммарной солнечной радиации на широте 55°,
поступающей в сутки на 20 мІ горизонтальной поверхности, составляет 50-
60 кВт/ч. Это соответствует затратам энергии на отопление дома площадью
60 мІ .
Для условий эксплуатации сезонно обитаемого жилища средней полосы
наиболее подходящей является воздушная система теплоснабжения. Воздух
нагревается в солнечном коллекторе и по воздуховодам подается в
помещение. Удобства применения воздушного теплоносителя по сравнению с
жидкостным очевидны:
- нет опасности, что система замерзнет;
-нет необходимости в трубах и кранах;
- простота и дешевизна.
Недостаток – невысокая теплоемкость воздуха.
Конструктивно коллектор представляет собой ряд застекленных
вертикальных коробов, внутренняя поверхность которых зачернена матовой
краской, не дающей запаха при нагреве. Ширина короба около 60 см. В части
расположения солнечного коллектора на доме предпочтение отдается
вертикальному варианту. Он много проще в строительстве и дальнейшем
обслуживании. По сравнению с наклонным коллектором (например, занимающим
часть крыши), не требуется уплотнения от воды, отпадает проблема снеговой
нагрузки, с вертикальных стекол легко смыть пыль.
Плоский коллектор, помимо прямой солнечной радиации, воспринимает
рассеянную и отраженную радиацию: в пасмурную погоду, при легкой
облачности, словом, в тех условиях, какие мы реально имеем в средней
полосе. Плоский коллектор не создает высокопотенциальной теплоты, как
концентрирующий коллектор, но для конвекционного отопления этого и не
требуется, здесь достаточно иметь низкопотенциальную теплоту. Солнечный
коллектор располагается на фасаде, ориентированном на юг (допустимо
отклонение до 30° на восток или на запад).
Неравномерность солнечной радиации в течение дня, а также желание
обогревать дом ночью и в пасмурный день диктует необходимость устройства
теплового аккумулятора. Днем он накапливает тепловую энергию, а ночью
отдает. Для работы с воздушным коллектором наиболее рациональным
считается гравийно-галечный аккумулятор. Он дешев, прост в строительстве.
Гравийную засыпку можно разместить в теплоизолированной заглубленной
цокольной части дома. Теплый воздух нагнетается в аккумулятор с помощью
вентилятора.
Для дома, площадью 60 мІ , объем аккумулятора составляет от 3 до 6
мі . Разброс определяется качеством исполнения элементов гелиосистемы,
теплоизоляцией, а также режимом солнечной радиации в конкретной
местности. Система солнечного теплоснабжения дома работает в четырех
режимах
(рис. 7. а-г):
– отопление и аккумулирование тепловой энергии (а);
– отопление от аккумулятора (б);
– аккумулирование тепловой энергии (в);
– отопление от коллектора (г).
В холодные солнечные дни нагретый в коллекторе воздух поднимается и
через отверстия у потолка поступает в помещения. Циркуляция воздуха идет
за счет естественной конвекции. В ясные теплые дни горячий воздух
забирается из верхней зоны коллектора и с помощью вентилятора
прокачивается через гравий, заряжая тепловой аккумулятор. Для ночного
отопления и на случай пасмурной погоды воздух из помещения прогоняется
через аккумулятор и возвращается в комнаты подогретый.
В средней полосе гелиосистема лишь частично обеспечивает потребности
отопления. Опыт эксплуатации показывает, что сезонная экономия топлива за
счет использования солнечной энергии достигает 60%.
[pic] [pic] [pic]
[pic]
Рис. 7. Солнечный дом
2.4.ГЕЛИОСИСТЕМЫ НА ШИРОТЕ 60°
Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала
Швейцария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых
фотопреобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных
устройств для получения тепловой энергии. Программа, получившая
наименование “Солар-91” и осуществляемая под лозунгом “За
энергонезависимую Швейцарию!”, вносит заметный вклад в решение
экологических проблем и энергетическую независимость страны импортирующей
сегодня более 70 процентов энергии.
Программа “Солар-91” осуществляется практически без поддержки
государственного бюджета, в основном, за счет добровольных усилий и
средств отдельных граждан, предпринимателей и муниципалитетов.
Гелиоустановку на кремниевых фотопреобразователях, чаще всего мощностью 2-
3 кВт, монтируют на крышах и фасадах зданий. Она занимает примерно 20-30
квадратных метров. Такая установка вырабатывает в год в среднем 2000
кВт/ч электроэнергии, что достаточно для обеспечения бытовых нужд
среднего швейцарского дома и зарядки бортовых аккумуляторов
электромобиля. Дневной избыток энергии в летнюю пору направляют в
электрическую сеть общего пользования. Зимой же, особенно в ночные часы,
энергия может быть бесплатно возвращена владельцу гелиоустановки.
Крупные фирмы монтируют на крышах производственных корпусов
гелиостанции мощностью до 300 кВт. Одна такая станция может покрыть
потребности предприятия в энергии на 50-70%.
В районах альпийского высокогорья, где нерентабельно прокладывать
линии электропередач, строятся автономные гелиоустановки с
аккумуляторами.
Опыт эксплуатации свидетельствует, что Солнце уже в состоянии
обеспечить энергопотребности, по меньшей мере, всех жилых зданий в
стране. Гелиоустановки, располагаясь на крышах и стенах зданий, на
шумозащитных ограждениях автодорог, на транспортных и промышленных
сооружениях не требуют для размещения дорогостоящей сельскохозяйственной
или городской территории.
Автономная солнечная установка у поселка Гримзель дает электроэнергию
для круглосуточного освещения автодорожного тоннеля. Вблизи города Шур
солнечные панели, смонтированные на 700-метровом участке шумозащитного
ограждения, ежегодно дают 100 кВт электроэнергии. Солнечные панели
мощностью 320 кВт, установленные по заказу фирмы Biral на крыше ее
производственного корпуса в Мюнзингене, почти полностью
| |  скачать работу |
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии |
