Нетрадиционные возобновимые источники энергии
ечных батарей составляет 12-18 процентов.
С учетом КПД преобразование энергии солнечных лучей с помощью
фотопреобразователей позволяет получить с одного квадратного метра не более
1/2 кВт мощности.
Опыт использования солнечной энергии в умеренных широтах показывает, что
энергию солнца выгоднее непосредственно аккумулировать и использовать в
виде тепла. Разработаны проектные предложения для Аляски и севера Канады.
Природно-климатические условия этих регионов сопоставимы с условиями
средней полосы нашей страны. Существует два основных направления в
развитии солнечной энергетики: решение глобального вопроса снабжения
энергией и создание солнечных преобразователей, рассчитанных на выполнение
конкретных локальных задач. Эти преобразователи, в свою очередь, также
делятся на две группы; высокотемпературные и низкотемпературные .
В преобразователях первого типа солнечные лучи концентрируются на
небольшом участке, температура которого поднимется до 3000°С. Такие
установки уже существуют. Они используются, например, для плавки металлов
(см. рис. 1.)
Рис.1.Высокотемпературнвй гелиостат
[pic]
Самая многочисленная часть солнечных преобразователей работает при гораздо
меньших температурах – порядка 100-200°С. С их помощью подогревают воду,
обессоливают ее, поднимают из колодцев. В солнечных кухнях готовят пищу.
Сконцентрированным солнечным теплом сушат овощи, фрукты и даже
замораживают продукты. Энергию солнца можно аккумулировать днем для
обогрева домов и теплиц в ночное время.
Солнечные установки практически не требуют эксплуатационных расходов, не
нуждаются в ремонте и требуют затрат лишь на их сооружение и поддержание в
чистоте. Работать они могут бесконечно.
КОНЦЕНТРАТОРЫ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА
С детства многие помнят что с помощью собирательной линзы от
солнечного света можно зажечь бумагу. В промышленных установках линзы не
используются: они тяжелы, дороги и трудны в изготовлении.
Сфокусировать солнечные лучи можно и с помощью вогнутого зеркала. Оно
является основной частью гелиоконцентратора, прибора, в котором
параллельные солнечные лучи собираются с помощью вогнутого зеркала. Если в
фокус зеркала поместить трубу с водой, то 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. 2) имеют форму:
1.цилиндрического параболоида (а);
2.параболоида вращения (б);
3.плоско-линейной линзы Френеля (в).
[pic][pic][pic]
Рис. 2. 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 м3 воды в час.
В реальных гелиосистемах плоско-линейная линза Френеля используется
редко из-за ее высокой стоимости.
Рис.3. 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.
ЖИЛОЙ ДОМ С СОЛНЕЧНЫМ ОТОПЛЕНИЕМ
Среднее за год значение суммарной солнечной радиации на широте
55°, поступающей в сутки на 20 м 2 горизонтальной поверхности,
составляет 50-60 кВт/ч. Это соответствует затратам энергии на отопление
дома площадью 60 м2 .
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 м 2 , объем аккумулятора составляет от 3 до
6 м3 . Разброс определяется качеством исполнения элементов гелиосистемы,
теплоизоляцией, а также режимом солнечной радиации в конкретной местности.
Система солнечного теплоснабжения дома работает в четырех режимах
(рис. 4. 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. 4. Солнечный дом
ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГИЯ.
Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем
в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и
повсюду на земле дуют ветры- от легкого ветерка, несущего желанную прохладу
в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и
разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем.
Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все
ее потребности в электроэнергии! Климатические условия позволяют
развивать ветроэнергетику на огромной территории от наших западных границ
до берегов Енисея. Богаты энергией ветра северные районы страны вдоль
побережья Северного Ледовитого океана, где она особенно необходима
мужественным людям, обживающим эти богатейшие края. Почему же столь
обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо
используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего
одну тысячную мировых потребностей в энергии. Техни
| |  скачать работу |
Нетрадиционные возобновимые источники энергии |
