Як використовують сонячну енергію

25.08.2015

Як використовують сонячну енергію

Без енергії неможливе життя на планеті. Фізичний закон збереження енергії говорить про те, енергія не може виникнути з нічого і не зникає безслідно. Вона може бути отримана з природних ресурсів, таких як вугілля, природний газ або уран, і перетворена на зручні для нас форми, наприклад, тепло або світло. В оточуючому нас світі можемо знаходити різні форми накопичення енергії, але найважливішим для людини є енергія, яку дають сонячні промені — сонячна енергія.

Сонячна енергія відноситься до відновлюваним джерелам енергії, тобто відновлюється без участі людини, природним шляхом. Це один з екологічно безпечних енергетичних джерел, який не забруднює навколишнє середовище. Можливості застосуваннясонячної енергії практично необмежені і вчені всього світу працюють над розробкою систем, які розширюють можливості використання сонячної енергії .

Один квадратний метр Сонця випромінює 62 900 кВт енергії. Це приблизно відповідає потужності роботи 1 мільйона електричних ламп. Вражає така цифра — Сонце дає Землі щосекунди 80 тисяч мільярдів кВт, тобто в кілька разів більше, ніж всі електростанції світу. Перед сучасною наукою стоїть завдання — навчитися найбільш повно і ефективно використовувати енергію Сонця, як найбільш безпечну. Вчені вважають, що повсюдне використання сонячної енергії — це майбутнє людства.

Світові запаси відкритих родовищ вугілля та газу, при таких темпах їх використання, як сьогодні, повинні виснажитися в найближчі 100 років. Підраховано, що в ще не розвіданих родовищах запасів горючих копалин вистачило б на 2-3 століття. Але при цьому наші нащадки були б позбавлені цих енергоносіїв, а продукти їх згоряння завдали б колосальний збиток навколишньому середовищу.

Величезний потенціал має атомна енергія. Однак, Чорнобильська аварія в квітні 1986 року показала, які серйозні наслідки може спричинити використання ядерної енергії. Громадськість всього світу визнала, що використання атомної енергії в мирних цілях економічно виправдано, але слід дотримуватися найсуворіших заходів безпеки при її використанні.

Отже, найбільш чисте, безпечне джерело енергії — Сонце!

Сонячна енергія може бути перетворена в корисну енергію за допомогою використання активних і пасивних сонячних енергетичних систем.

Пасивні системи використання сонячної енергії.

найпримітивніший спосіб пасивного використання сонячної енергії — це пофарбована в темний колір ємність для води. Темний колір, акумулюючи сонячну енергію. перетворює її в теплову — вода нагрівається.

Однак, є більш прогресивні методи пасивного використання сонячної енергії. Розроблені будівельні технології, які при проектуванні будівель, врахування кліматичних умов, підбору будівельних матеріалів максимально використовуютьсонячну енергію для обігріву або охолодження, освітлення будівель. При такому проектуванні сама конструкція будівлі є колектором, акумулюючоїсонячну енергію .

Так, 100г н. е. Пліній Молодший збудував невеликий будинок на півночі Італії. В одній з кімнат вікна зроблені з слюди. Виявилося, що ця кімната тепліша інших і на її обігрів було потрібно менше дров. У цьому випадку слюда була як ізолятор, затримує тепло.

Сучасні будівельні конструкції враховують географічне положення будівель. Так, велика кількість вікон, що виходять на південну сторону, передбачають в північних регіонах, щоб надходило більше сонячного світла і тепла, і обмежують кількість вікон з східної і західної сторони, щоб обмежити надходження сонячного світла влітку. У таких будівлях орієнтація вікон і розташування, теплова навантаження і теплоізоляція — єдина конструкторська система при проектуванні.

Такі будівлі екологічно чисті, енергетично незалежні і комфортні. У приміщеннях багато природного світла, більш повно відчувається зв’язок з природою, до того ж істотно економиться електроенергія. Тепло в таких будинках зберігається завдяки підібраним теплоізоляційних матеріалів стін, стель, підлог. Такі перше «сонячні» будівлі придбали величезну популярність в Америці після Другої світової війни. Згодом, через зниження цін на нафту, інтерес до проектування таких будинків дещо згас. Однак, зараз, у зв’язку з глобальною екологічною кризою, спостерігається зростання уваги до екологічних проектів з возобновляющимся енергетичним системам знову зросла.

Активні системи використання сонячної енергії

В основі активних систем використання сонячної енергії застосовуються сонячні колектори. Колектор, поглинаючи сонячну енергію. перетворює її в тепло, яке через теплоносій обігріває будівлі, нагріває воду, може перетворити його в електричну енергію і т. д. Сонячні колектори можуть застосовуватись в усіх процесах у промисловості, сільському господарстві, побутових потребах, де використовується тепло.

Види колекторів

Це найпростіший вид сонячних колекторів. Його конструкція дуже проста і нагадує ефект звичайної теплиці, яка є на будь-якому дачній ділянці. Проведіть невеликий експеримент. У зимовий сонячний день покладіть на підвіконня будь-який предмет так, щоб на нього не падали сонячні промені і через деякий час покладіть на нього долоню. Ви відчуєте, що цей предмет став теплим. А за вікном може бути — 20! Ось на цьому принципі заснована робота сонячного повітряного колектора.

Основний елемент колектора — попередньоізольована сталева пластина, зроблена з будь-якого матеріалу, який добре проводить тепло. Пластина пофарбована в темний колір. Сонячні промені проходять через прозору поверхню, нагрівають пластину, а потім потоком повітря передають тепло в приміщення. Повітря проходить завдяки природній конвенції або за допомогою вентилятора, що покращує теплопередачу.

Однак, недолік цієї системи в тому, що потрібні додаткові витрати на роботу вентилятора. Ці колектори працюють протягом світлового дня, тому не можуть замінити основне джерело опалення. Однак, якщо вмонтувати колектор в основне джерело опалення та вентиляції, його ККД незмірно зростає. Сонячні повітряні колектори можуть використовуватися і для опріснення морської води, що знижує її собівартість до 40 євроцентів за куб м.

Сонячні колектори можуть бути плоскими і вакуумними.

Колектор складається з елемента, що поглинає сонячну енергію, покриття (скло з малим вмістом металу). трубопроводу і термоізолюючого шару. Прозоре покриття захищає корпус від несприятливих кліматичних умов. Усередині корпусу панель поглинача сонячної енергії (абсорбера) з’єднана з теплоносієм, який циркулює по трубах. Трубопровід може бути як у вигляді решітки, так і у вигляді серпантину. Теплоносій рухається по ним від вхідних до вихідних патрубків, поступово нагріваючись. Панель поглинача виготовляється з металу, що добре проводить тепло (алюміній, мідь).

Колектор вловлює тепло, перетворюючи його в теплову енергію. Такі колектори можна вмонтувати в дах або розташувати на даху будівлі, а можна розташувати їх окремо. Це додасть дизайну ділянки сучасний вигляд.

Вакуумні колектори можуть використовуватися круглий рік. Основним елементом колекторів є вакуумні трубки. Кожна з них складається з двох скляних труб. Труби виготовляють з боросилікатного скла, причому внутрішня покрита спеціальним покриттям, яке забезпечує поглинання тепла з мінімальним відображенням. З простору між трубками викачано повітря. Для підтримання вакууму використовується барієвий газопоглинач. В справному стані вакуумна трубка має сріблястий колір. Якщо вона виглядає білою, то це означає, що вакуум зник і трубку треба замінити.

Вакуумний колектор складається з комплексу вакуумних трубок (10-30) і здійснює передачу тепла в накопичувальний резервуар через незамерзаючу рідину (теплоносій). ККД вакуумних колекторів високий:

— при хмарній погоді, т. к. вакуумні трубки можуть поглинати енергію інфрачервоних променів, які проходять через хмари

— можуть працювати при мінусових температурах.

Сонячні батареї.

Як використовують сонячну енергію
Сонячна батарея — це набір модулів, що сприймають і перетворюють сонячну енергію, у тому числі і теплових. Але цей термін традиційно закріпився за фитоэлектрическими перетворювачами. Тому, говорячи «сонячна батарея» маємо на увазі фитоэлектрическое пристрій, що перетворює сонячну енергію в електричну.

Сонячні батареї здатні генерувати електричну енергію постійно або акумулювати її для подальшого використання. Вперше фотоелектричні батареї були застосовані на космічних супутниках.

Перевага сонячних батарей — максимальна простота конструкції, простий монтаж, мінімальні вимоги до обслуговування, великий термін експлуатації. При установці не вимагають додаткового місця. Єдина умова — не затінювати їх протягом тривалого часу і видаляти пил з робочої поверхні. Сучасні сонячні батареї здатні зберігати працездатність протягом десятиліть! Важко знайти безпечну систему настільки, ефективну і з таким тривалим терміном дії! Вони виробляють енергію протягом усього світлового дня, навіть у похмуру погоду.

Сонячні батареї мають свої недоліки в застосуванні:

— чутливість до забруднень. (Якщо розмістити батарею під кутом 45 градусів, то вона буде очищена дощами або снігом, тим самим не потрібно додаткового обслуговування)

— чутливість до високої температури. (Так, при нагріванні до 100 — 125 градусів сонячна батарея може навіть відключитися і може знадобитися система охолодження. Вентиляційна систстема при цьому витратить малу частку виробленої батареєю енергії. У сучасних конструкціях сонячних батарей передбачена система відтоку гарячого повітря.)

— висока ціна. (Беручи до уваги тривалий термін служби сонячних батарей, то вона не тільки окупить витрати на її придбання, але і заощадить кошти при споживанні електроенергії, заощадить тонни традиційних видів палива при тому екологічно безпечна)

Використання сонячних енергетичних систем в будівництві.

У сучасній архітектурі все частіше планують будувати будинки з вбудованими акумуляторними джерелами сонячної енергії. Сонячні батареї встановлюють на дахах будівель або на спеціальних опорах. Ці будівлі використовують тихий, надійний і безпечний джерело енергії — Сонце. Сонячна енергія використовується для освітлення, опалення приміщень, охолодження повітря, вентиляції, виробництва електроенергії.

Представляємо кілька інноваційних архітектурних проектів з використанням сонячних систем.

Як використовують сонячну енергію
Цей будинок спроектувала група американських студентів. Проект був представлений на конкурс «Проектування, будівництво та експлуатація сонячних батарей». Умови конкурсу: представити архітектурний проект житлового будинку при його економічної ефективності, енергозбереження та привабливості. Автори проекту довели, що їх проект доступний, привабливий для споживача, поєднує чудовий дизайн і максимальну ефективність. (переклад з сайту www.solardecathlon.gov)

Використання систем сонячної енергії в світі.

Системи використання сонячної енергії досконалі і екологічно безпечні. У всьому світі на них величезний попит. У всьому світі люди починають відмовляються від використання традиційних видів палива з-за зростання цін на газ і нафту. Так, у Німеччині в 2004р. 47% будинків мали сонячні колектори для нагріву води.

У багатьох країнах світу розроблені державні програми розвитку використання сонячної енергії. У Німеччині це програма «100 000 сонячних дахів», у США аналогічна програма «Мільйон сонячних дахів». В 1996р. архітектори Німеччини, Австрії, Великобританії, Греції та інших країн розробили Європейську хартію про сонячної енергії в будівництві і архітектурі. В Азії лідирує Китай, де на основі сучасних технологій впроваджуються системи сонячних колекторів в будівництво будівель і використання сонячної енергії в промисловості.

Факт, який говорить про багато що: однією з умов вступу до Євросоюзу є зростання частки альтернативних джерел в енергосистемі країни. У 2000р. у світі працювало 60 млн кв км сонячних колекторів, до 2010р із площа зросла до 300 млн кв км.

Експерти відзначають, що ринок систем сонячної енергії на території Росії, України і Білорусії тільки формується. Сонячні системи ніколи не проводилися у великих масштабах, тому що сировинні ресурси були настільки дешеві, що дороге обладнання геліосистем не було затребуване… Випуск колекторів, в Росії, наприклад, майже повністю припинено.

У зв’язку з подорожчанням традиційних енергоносіїв, намітилося пожвавлення інтересу до застосування сонячних систем. У ряді регіонів цих країн, що зазнають дефіцит енергоресурсів, приймаються локальні програми з використання геліосистем, але широкому споживчому ринку сонячні системи практично не знайомі.

Головна причина повільного розвитку ринку продажу та використання сонячних систем є, по-перше, їх висока початкова вартість, по-друге, брак інформації про можливості сонячних систем, передових технологіях їх використання, про розробників і виробників геліосистем. Все це не може дати можливості правильно оцінити ефективність застосування систем, що працюють на сонячної енергії .

Треба мати на увазі, що сонячний колектор — не кінцева продукція. Для одержання кінцевої продукції — тепла, електроенергії, гарячої води — треба пройти шлях від проектування, монтажу до пуску геліосистем. Невеликий наявний досвід використання сонячних колекторів показує, що ця робота не складніше монтажу традиційного опалення, але економічна ефективність значно вище.

У Білорусії, Росії, на Україні є безліч фірм, що займаються проектуванням та монтажем обладнання опалення, але пріоритет мають сьогодні традиційні енергоносії. Розвиток економічних процесів, світовий досвід використання систем сонячної енергії показує, що майбутнє за альтернативними джерелами енергії. На найближче майбутнє можна відзначити, що геліосистеми є новою, практично не зайнята позицією нашого ринку.

Короткий опис статті: сонячна енергія Стаття про різних видах застосування сонячної енергії. Пасивные і активні системи використання сонячної енергії. Альтернативні джерела енергії та енергозбереження,Сонячні колектори,екобудинок,Сонячні колектори і сонячні батареї

Джерело: Як використовують сонячну енергію

Також ви можете прочитати