Недра земли, которыми мы пользуемся многие тысячелетия, к сожалению, могут иссякнуть.
За последние 25-30 лет человечество с завидным упорством постоянно наращивает и практически удваивает добычу и потребление природных энергетических ресурсов, таких как нефть, газ, уголь и уран.
К сожалению, увеличение масштабов использования природных запасов связано с ухудшением экологии окружающего пространства, на которые влияют экологические факторы растущего энергопотребления, всевозрастающие выбросы предприятий, работающих на угле, нефти и т.д.
Последнее обуславливает глобальные изменения климата, рост числа природных катастроф и может в конечном счете привести к гибели человечества.
Правительствами разных стран мира уже принят целый ряд законов и программ, суть которых заключается в осознанной необходимости принятия срочных радикальных и революционных изменений в решениях проблем энергопотребления и защиты окружающей среды. При этом их решение находится в плоскости резкого увеличения использования энергии ветра, солнца и других возобновляемых источников.
Что касается количества солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, то оно превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана.
Трудно осознать, но это доказанный факт, что естественное светило -солнце, которое является неиссякаемым источником тепла, ежесуточно «дарит» каждому квадрату поверхности Земли около полутора солнечных киловатт энергии. К сожалению, значительная часть даров солнца не находит адресного потребителя и растрачивается впустую.
Поэтому создание специальных коллекторов ловителей даровой энергии позволяет хотя бы какую то часть бесплатной энергии использовать для нужд обогрева домашнего очага.
В настоящее время в Европе стало привычной практикой размещение на крышах жилых домов, офисных и производственных зданий солнечных батарей, которые удовлетворяют потребность в электроэнергии населения и производства. Не редкостью является практика строительства крупных энергетических станций, солнечные батареи которых занимают площади размером в сотни гектаров и полностью обеспечивают потребности в энергии крупных поселений.
Успешная работа в этом направлении ведется и в отдельных регионах России. Она убедительно доказывает перспективность этого источника энергии и опровергает бытующее мнение о том, что Россия является северной страной и не обладает достаточным количеством солнечного излучения для развития этой новой хозяйственной отрасли. Между тем, многие российские регионы, в том числе Северный Кавказ, Нижнее и Среднее Поволжье, Юг Сибири и Дальнего Востока, по показателю солнечной радиации опережают, а Центральный регион России, Западная Сибирь сопоставимы по этим данным с Центральной Европой, где использование солнечной энергии получает самое широкое развитие.
Учитывая перспективы развития солнечной энергии, отечественные производители разработали наиболее популярные из них плоскопанельные и вакуумные (трубчатые) приборы.
Причем каждая их них имеет свои конструктивные особенности и технологию нагрева. Так, наиболее простым и надежным считают плоскопанельные приборы, отвечающие требованиям знака экологической безопасности – «Голубой ангел». Главной изюминкой конструкции солнечной плоскостной батареи является абсорбер – медная пластина с приваренной к ней трубкой – меандром, по которой движется теплоноситель (рис. 1,2).
Несущее основание всей конструкции – бесшовная цельнотянутая алюминиевая ванна – обеспечивает надежную защиту коллектора от воздействия окружающей среды. Теплоизоляция из минеральной ваты толщиной 60 мм гарантирует минимальные потери тепла при понижении температуры окружающей среды. Коллекторы имеют дополнительную теплоизоляцию боковых стенок корпуса. Абсорбер с высококачественным покрытием обеспечивает максимальную производительность коллектора. Теплоноситель проходит по трубам на обратной стороне абсорбера, конструктивно выполненных в виде меандра или ряда параллельных труб (в виде «арфы) для коллекторов. Такая конструкция обеспечивает равномерное протекание теплоносителя и эффективное функционирование в различных режимах. Плоский солнечный коллектор закрыт предохранительным стеклом толщиной 3,2 мм, защищающим его от попадания града или случайных твердых предметов. В этих коллекторах монтируется стекло с повышенной светопроницаемостью (рис. 3).
Принцип работы таких батарей не отличается сложностью. Технология подачи тепла в дом проста, но требует дополнительных устройств. Солнечные лучи нагревают абсорбер, а циркулирующий по трубкам теплоноситель передает тепло в аккумулирующий бак с водой. Есть в этой технологии недостаток: невысокий КПД (до 50%).
Вакуумные солнечные коллекторы характеризуются более высокой мощностью при относительно небольших габаритах (рис. 4, 5).
Их применяют для работы в солнечных установках как для приготовления горячей воды, так и для поддержки систем отопления. Длительный срок службы: прямоточные трубы, объединенные в общий коллектор; работает по принципу термосканирования, хорошая теплоизоляция достигается благодаря вакууму в стеклянных трубках.
Оптимальная работа: абсорбер – внутренняя стеклянная трубка с высоко-селективным покрытием внешней стороны находится в вакууме, благодаря чему практически отсутствует рассеивание солнечных лучей и осуществляется максимальная защита от воздействия окружающей среды.
Гибкость в применении: модульная конструкция позволяет оптимально размещать коллектор на любой крыше.
Подкупает потребителей простой монтаж. Полностью смонтированный коллектор готов к подключению. Благодаря наличию различных монтажных элементов коллектор может быть установлен на любую крышу (наклонную, горизонтальную) (рис. 2) с любой кровлей (черепица, сланец, металлочерепица, профилированный лист) (рис. 6).
Солнечные батареи, как правило, не являются автономным элементом оборудования. Они «сотрудничают» вкупе с источником тепловой энергии для водонагревательной системы в жилом доме.
Такая система состоит из нескольких элементов, включающих, прежде всего, солнечные модули, которые монтируются на крыше с южной стороны дома под уклоном 450 .
Следует напомнить, что трубчатые коллекторы, учитывая их конструктивную особенность, могут располагаться в любом положении (горизонтально на крыше, вертикально на стене здания или под углом), что очень важно при оборудовании жилых домов, общественных и промышленных сооружений.
Этот «энергетический» комплекс помимо солнечного модуля включает накопительный бак с бойлером, насосную станцию, которая служит для перекачки воды между баком и теплообменником коллектора, контроллер управления и регулировки температуры, а также для обеспечения стабильности зарядки АКБ (аккумулятор батареек). Для связи всей системы необходимы водопроводные трубы и крепежно-опорная фурнитура, позволяющая надежно закрепить все элементы комплекса (схема – рис. 6)
Инвертор, входящий в систему, выполняет функции преобразователя постоянного тока 12 В с АКБ для потребителей переменного тока 220 В, оборудование солнечного электроснабжения, кроме солнечных модулей, размещается внутри дома (подвал, цокольный этаж или утепленная мансарда).
Помимо стационарных специальных коллекторов в последние годы даровую энергию солнца стали получать с помощью автономных мобильных солнечных электростанций, разработанных ОАО НПП «Квант» (рис. 7).
Они обеспечивают прямое преобразование солнечной энергии в электрическую, накапливают и хранят ее в буферной батарее, кроме того, могут обеспечивать потребителей требуемым видом электропитания напрямую или через преобразователи напряжения и коммутационные устройства.
Применение солнечных батарей, изготовленных по уникальной технологии трехкаскадного аморфного кремния и, соответственно, имеющих устойчивость к внешним механическим (удар, изгиб, вибрация) и климатическим (дождь, снег, пыль) воздействиям, позволяет эксплуатировать их практически в любых экстремальных ситуациях. В качестве буферного аккумулятора используются необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи.
Мобильные солнечные электростанции обеспечивают электроэнергией различные отдаленные пункты, такие как лесничество, базы охотников, туристов, геологов, изыскателей, строителей, которые начинают работать на вновь осваиваемых территориях и т.д. Напряжение на выходе таких электростанций – 12,5V.
Виктор Страшнов,
Ольга Страшнова
Рисунки автора
За последние 25-30 лет человечество с завидным упорством постоянно наращивает и практически удваивает добычу и потребление природных энергетических ресурсов, таких как нефть, газ, уголь и уран.
Последнее обуславливает глобальные изменения климата, рост числа природных катастроф и может в конечном счете привести к гибели человечества.
Что касается количества солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, то оно превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана.
Трудно осознать, но это доказанный факт, что естественное светило -солнце, которое является неиссякаемым источником тепла, ежесуточно «дарит» каждому квадрату поверхности Земли около полутора солнечных киловатт энергии. К сожалению, значительная часть даров солнца не находит адресного потребителя и растрачивается впустую.
Поэтому создание специальных коллекторов ловителей даровой энергии позволяет хотя бы какую то часть бесплатной энергии использовать для нужд обогрева домашнего очага.
В настоящее время в Европе стало привычной практикой размещение на крышах жилых домов, офисных и производственных зданий солнечных батарей, которые удовлетворяют потребность в электроэнергии населения и производства. Не редкостью является практика строительства крупных энергетических станций, солнечные батареи которых занимают площади размером в сотни гектаров и полностью обеспечивают потребности в энергии крупных поселений.
Успешная работа в этом направлении ведется и в отдельных регионах России. Она убедительно доказывает перспективность этого источника энергии и опровергает бытующее мнение о том, что Россия является северной страной и не обладает достаточным количеством солнечного излучения для развития этой новой хозяйственной отрасли. Между тем, многие российские регионы, в том числе Северный Кавказ, Нижнее и Среднее Поволжье, Юг Сибири и Дальнего Востока, по показателю солнечной радиации опережают, а Центральный регион России, Западная Сибирь сопоставимы по этим данным с Центральной Европой, где использование солнечной энергии получает самое широкое развитие.
Учитывая перспективы развития солнечной энергии, отечественные производители разработали наиболее популярные из них плоскопанельные и вакуумные (трубчатые) приборы.
Причем каждая их них имеет свои конструктивные особенности и технологию нагрева. Так, наиболее простым и надежным считают плоскопанельные приборы, отвечающие требованиям знака экологической безопасности – «Голубой ангел». Главной изюминкой конструкции солнечной плоскостной батареи является абсорбер – медная пластина с приваренной к ней трубкой – меандром, по которой движется теплоноситель (рис. 1,2).
Несущее основание всей конструкции – бесшовная цельнотянутая алюминиевая ванна – обеспечивает надежную защиту коллектора от воздействия окружающей среды. Теплоизоляция из минеральной ваты толщиной 60 мм гарантирует минимальные потери тепла при понижении температуры окружающей среды. Коллекторы имеют дополнительную теплоизоляцию боковых стенок корпуса. Абсорбер с высококачественным покрытием обеспечивает максимальную производительность коллектора. Теплоноситель проходит по трубам на обратной стороне абсорбера, конструктивно выполненных в виде меандра или ряда параллельных труб (в виде «арфы) для коллекторов. Такая конструкция обеспечивает равномерное протекание теплоносителя и эффективное функционирование в различных режимах. Плоский солнечный коллектор закрыт предохранительным стеклом толщиной 3,2 мм, защищающим его от попадания града или случайных твердых предметов. В этих коллекторах монтируется стекло с повышенной светопроницаемостью (рис. 3).
Принцип работы таких батарей не отличается сложностью. Технология подачи тепла в дом проста, но требует дополнительных устройств. Солнечные лучи нагревают абсорбер, а циркулирующий по трубкам теплоноситель передает тепло в аккумулирующий бак с водой. Есть в этой технологии недостаток: невысокий КПД (до 50%).
Вакуумные солнечные коллекторы характеризуются более высокой мощностью при относительно небольших габаритах (рис. 4, 5).
Их применяют для работы в солнечных установках как для приготовления горячей воды, так и для поддержки систем отопления. Длительный срок службы: прямоточные трубы, объединенные в общий коллектор; работает по принципу термосканирования, хорошая теплоизоляция достигается благодаря вакууму в стеклянных трубках.
Оптимальная работа: абсорбер – внутренняя стеклянная трубка с высоко-селективным покрытием внешней стороны находится в вакууме, благодаря чему практически отсутствует рассеивание солнечных лучей и осуществляется максимальная защита от воздействия окружающей среды.
Гибкость в применении: модульная конструкция позволяет оптимально размещать коллектор на любой крыше.
Подкупает потребителей простой монтаж. Полностью смонтированный коллектор готов к подключению. Благодаря наличию различных монтажных элементов коллектор может быть установлен на любую крышу (наклонную, горизонтальную) (рис. 2) с любой кровлей (черепица, сланец, металлочерепица, профилированный лист) (рис. 6).
Солнечные батареи, как правило, не являются автономным элементом оборудования. Они «сотрудничают» вкупе с источником тепловой энергии для водонагревательной системы в жилом доме.
Такая система состоит из нескольких элементов, включающих, прежде всего, солнечные модули, которые монтируются на крыше с южной стороны дома под уклоном 450 .
Следует напомнить, что трубчатые коллекторы, учитывая их конструктивную особенность, могут располагаться в любом положении (горизонтально на крыше, вертикально на стене здания или под углом), что очень важно при оборудовании жилых домов, общественных и промышленных сооружений.
Этот «энергетический» комплекс помимо солнечного модуля включает накопительный бак с бойлером, насосную станцию, которая служит для перекачки воды между баком и теплообменником коллектора, контроллер управления и регулировки температуры, а также для обеспечения стабильности зарядки АКБ (аккумулятор батареек). Для связи всей системы необходимы водопроводные трубы и крепежно-опорная фурнитура, позволяющая надежно закрепить все элементы комплекса (схема – рис. 6)
Инвертор, входящий в систему, выполняет функции преобразователя постоянного тока 12 В с АКБ для потребителей переменного тока 220 В, оборудование солнечного электроснабжения, кроме солнечных модулей, размещается внутри дома (подвал, цокольный этаж или утепленная мансарда).
Помимо стационарных специальных коллекторов в последние годы даровую энергию солнца стали получать с помощью автономных мобильных солнечных электростанций, разработанных ОАО НПП «Квант» (рис. 7).
Они обеспечивают прямое преобразование солнечной энергии в электрическую, накапливают и хранят ее в буферной батарее, кроме того, могут обеспечивать потребителей требуемым видом электропитания напрямую или через преобразователи напряжения и коммутационные устройства.
Применение солнечных батарей, изготовленных по уникальной технологии трехкаскадного аморфного кремния и, соответственно, имеющих устойчивость к внешним механическим (удар, изгиб, вибрация) и климатическим (дождь, снег, пыль) воздействиям, позволяет эксплуатировать их практически в любых экстремальных ситуациях. В качестве буферного аккумулятора используются необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи.
Мобильные солнечные электростанции обеспечивают электроэнергией различные отдаленные пункты, такие как лесничество, базы охотников, туристов, геологов, изыскателей, строителей, которые начинают работать на вновь осваиваемых территориях и т.д. Напряжение на выходе таких электростанций – 12,5V.
Виктор Страшнов,
Ольга Страшнова
Рисунки автора
