Альтернативные источники энергии: что надо знать

Содержание   

  1. Что такое альтернативные источники энергии
  • Виды альтернативных источников энергии
    1. 1. Солнечная энергия
    2. 2. Энергия ветра
    3. 3. Энергия воды
    4. 4. Геотермальная энергия
    5. 5. Биоэнергетика
    6. 6. Энергия приливов и отливов
  • Особенности и предназначение конструкций
  • Проблемы развития солнечной энергетики
  • 7. Энергия жидкостной диффузии
  • Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу
  • Кому в принципе интересны солнечные панели в России?
  • Солнце как источник энергии Солнечной системы
    1. Гелиотермальная энергетика как вид автономного питания
    2. Активные и пассивные системы преобразования солнечной энергии
    3. Солнечная электростанция как источник энергии
  • Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина
  • Солнечные электростанции в пустынях – рационально или бесполезно?
    1. Пустыня Сахара – самое подходящее место для солнечных панелей
  • Солнечная энергия как альтернативный источник энергии: виды гелиосистем
    1. Распространение в России
    2. Гелиосистемы: особенности конструкции и эксплуатации
    3. Активный и пассивный комплекс
    4. Термосифонные и циркуляционные системы
    5. Техническое решение схем: одно – и двухконтурные
    6. Виды альтернативного электричества
    7. Электрогенератор
    8. Тепловые насосы
    9. Применение энергии солнца
    10. Солнечные батареи
    11. Солнечные коллекторы
    12. Ветрогенераторы
    13. Котлы на биотопливе – альтернативный источник отопления частного дома и квартиры
  • 1 Что такое альтернативные источники энергии

    Возобновляемую энергию получают из устойчивых источников, таких как гидроэнергия, энергия ветра, солнечная энергия, геотермальная энергия, биомасса и энергия приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2019 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ).


    Доля источников энергии в мировом потреблении

    к меню ↑

    2 Виды альтернативных источников энергии

    к меню ↑

    3 1. Солнечная энергия

    Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

    Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

    Фото:Pixabay
    Съедобная упаковка и солнечный парус: новинки космических эко-технологий

    к меню ↑

    4 2. Энергия ветра

    Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

    Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

    к меню ↑

    5 3. Энергия воды

    Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

    к меню ↑

    6 4. Геотермальная энергия

    Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

    к меню ↑

    7 5. Биоэнергетика

    Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

    Фото:Bloomberg
    Энергия из спирта и навоза: преимущества и недостатки биотоплива

    к меню ↑

    8 6. Энергия приливов и отливов

    Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

    Фото:Orbital Marine Power
    Как устроена самая мощная в мире приливная турбина

    к меню ↑

    9 Особенности и предназначение конструкций

    Все разновидности подобных систем можно разделить на несколько классов.

    По предназначению: 

    • Пассивные – представляют собой специальные материалы или конструкции, способствующие максимальному поглощению излучения и предназначены для преобразования энергии солнца в тепло.
    • Активные – являются системами, целью которых является не только поглощение, но и преобразование, а часто и накопление солнечной энергии. К ним относятся все типы коллекторов, а также фотоэлектрические батареи с АКБ. 

    По типу преобразования:

    • в тепловую;
    • механическую;
    • электрическую энергию.

    По сложности:

    • простые – представляют собой обычные материалы или емкости, в которых под действием солнечного излучения происходит нагрев какого-либо носителя;
    • сложные – высокотехнологичные конструкции, способные вырабатывать электрический ток, сохранять сгенерированную энергию, управляться автоматическими системами позиционирования и т.д.

    к меню ↑

    10 Проблемы развития солнечной энергетики

    Несмотря на реализацию идей по поддержанию работы солнечных электростанций в ночное время, никто не застрахован от капризов природы. Затянутое облаками небо в течение нескольких дней значительно понижает выработку электричества, а ведь населению и предприятиям необходима его бесперебойная подача.

    Строительство солнечной электростанции – удовольствие не из дешёвых. Это обусловлено необходимостью применять редкие элементы в их конструкции. Не все страны готовы растрачивать бюджеты на менее мощные электростанции, когда есть рабочие ТЭС и АЭС.

    Для размещения таких установок необходимы большие площади, причём в местах, где солнечное излучение имеет достаточный уровень.

    к меню ↑

    11 7. Энергия жидкостной диффузии

    осмотическая станция

    Это новый вид альтернативного источника энергии. Осмотическая электростанция, установленная в устье реки, контролирует смешение солёной и пресной воды и извлекает энергию из энтропии жидкостей.

    Выравнивание концентрации солей даёт избыточное давление, которое запускает вращение гидротурбины. Пока есть только одна такая энергетическая установка в Норвегии.

    к меню ↑

    12 Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

    Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.

    Фото:Bloomberg
    Как государству продвигать экологическую повестку

    Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.

    В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.

    Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.


    Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.

    Ставка на солнце и уголь: два лица энергетики Китая

    Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.

    Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и Великобритания. Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.

    Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.

    В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.

    Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.

    Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии
    Национальные цели по доле ВИЭ среди источников энергии

    к меню ↑

    13 Кому в принципе интересны солнечные панели в России?

    Директор по операционной работе кластера энергоэффективных технологий Фонда «‎Сколково‎» Олег Перцовский и Антон Усачев, заместитель генерального директора ГК «‎Хевел», выделяют следующие группы:

    • Крупные энергокомпании. Солнечные электростанции, приводит пример Усачев, установлены на нефтеперерабатывающем заводе «Газпром нефти» в Омске, а также на заводе по производству высоковольтных электродвигателей АО «‎РЭД» в Челябинске. Интерес к солнечной энергетике проявляют и крупные предприятия из отрасли по добыче и переработке полезных ископаемых. Например, станция мощностью 1 МВт была построена «‎Хевел‎» на производстве по добыче золота на Дальнем Востоке.
    • Крупные промышленные предприятия-экспортеры. Для них применение ВИЭ, включая солнечную, поможет избежать дополнительных расходов в случае введения европейского углеродного налога.
    • Малый и средний бизнес. В этом сегменте наиболее популярны установки на 10-15 кВт стоимостью 600-800 тысяч рублей.
    • Физические лица. После того, как вступили в силу изменения в законе «‎Об электроэнергетике‎», они имеют право продавать в сеть излишки электроэнергии, выработанной принадлежащими им объектами микрогенерации, до 15кВт.

    «‎Безусловно, первый сегмент доминирует, причем именно в части оптового рынка. Однако при введении углеродного налога и по мере совершенствования нормативной базы для розницы другие направления тоже имеют перспективы постепенного развития‎», — комментирует Олег Перцовский.

    к меню ↑

    14 Солнце как источник энергии Солнечной системы

    Мы уже знаем, что источником солнечной энергии являются водород и гелий, но ведь и сама солнечная энергия – это источник для определенных процессов. Все земные природные процессы  осуществляются благодаря энергии, полученной от Солнца.

    Без солнечных излучений был бы невозможным:

    • Круговорот воды в природе. Именно благодаря воздействию Солнца испаряется вода. Именно этот процесс запускает циркуляцию влаги на Земле. Повышение и понижение температуры влияет на образование облаков и выпадение осадков.
    • Фотосинтез. Процесс, благодаря которому поддерживается баланс углекислого газа и кислорода, образуются необходимые для развития и роста растений вещества также происходит с помощью солнечных лучей.
    • Циркуляция атмосферы. Солнце влияет на процессы перемещения воздушных масс и теплорегуляции.

    Солнечная энергия – это основа существования жизни на Земле. Но на этом ее благотворное воздействие не заканчивается. Для человечества солнечная энергия может быть полезной как альтернативный источник энергии.

    к меню ↑

    15 Гелиотермальная энергетика как вид автономного питания

    В настоящее время активное развитие технологий сделало возможным преобразование энергии Солнца в другие применяющиеся человеком виды. Как возобновляемый источник энергии солнечная энергия получила широкое распространение и активно используется, как в промышленных масштабах, так и локально на небольших частных участках. И с каждым годом сфер, где применение гелиотермальной энергии является обыденным делом, становится все больше.

    Гелиотермальная энергетика как вид автономного питания

    Сегодня солнечный свет как источник энергии используется:

    • В сельском хозяйстве для отопления и электроснабжения различных хозяйственных построек таких, как теплицы, ангары и прочие.
    • Для обеспечения электричества в медицинских центрах и зданий спортивного назначения.
    • Для снабжения электроэнергией населенных пунктов.
    • Для обеспечения более дешевого освещения на улицах городов.
    • Для поддержания налаженной работы всех коммуникационных систем в жилых домах.
    • Для ежедневных бытовых потребностей населения.

    Исходя из этого, мы видим, что солнечная энергия в действительности может стать отличным источником питания практически в каждой сфере человеческой деятельности. Поэтому продолжение исследований в данной отрасли могут изменить привычное нынешнее существование в корни.

    к меню ↑

    16 Активные и пассивные системы преобразования солнечной энергии

    На сегодняшний день благодаря различным разработкам и методам солнечная энергия как альтернативный источник энергии может быть преобразована и аккумулирована разными способами. Сейчас существуют системы активного использования гелиоэнергии, и пассивные системы. В чем их суть?

    Активные и пассивные системы преобразования солнечной энергии

    • Пассивные (подбор стройматериалов и проектировка помещений для максимального применения энергии солнечного света) по большей части направлены на использование прямой солнечной энергии. Пассивные системы – это здания, в которых проектирования происходило таким способом, чтобы как можно больше световой и тепловой энергии получать от Солнца.
    • Активные (фотоэлектрические системы, солнечные электростанции и коллекторы), в свою очередь, подразумевают действительно переработку полученной солнечной энергии в другие необходимые человеку виды.

    Оба вида подобных систем применяются в тех или иных случаях в зависимости от потребностей, которые они должны удовлетворять. Будь то строительство экологически чистого солнечного дома или установка коллектора на участке – это в любом случае даст свой результат и будет выгодным вложением.

    к меню ↑

    17 Солнечная электростанция как источник энергии

    Солнечная электростанция как источник энергии

    Что такое солнечная электростанция? Это специально организованное инженерное сооружение, благодаря которому происходят процессы преобразования солнечной радиации для дальнейшего получения электроэнергии. Конструкции подобных станций могут быть совершенно различными в зависимости от того, какой способ переработки будет применяться.

    Разновидности солнечных электростанций:

    • СЭС, в основе сооружения которой находится башня.
    • Станция, сооружающаяся по тарельчатому типу.
    • Основанная на работе фотоэлектрических модулей.
    • Станции, работающие с применением параболоцилиндрических концентраторов.
    • С двигателем Стерлинга, взятым за основу работы.
    • Станции аэростатного типа.
    • Электростанции комбинированного типа.

    Как мы видим, солнечная электростанция как источник энергии давно перестала быть частью утопических научно-фантастических романов и активно используется во всем мире для удовлетворения энергетических потребностей общества. В ее работе существуют как явные преимущества, так и недостатки. Но их правильный баланс дает возможность получать необходимый результат.

    Плюсы и минусы солнечных электростанций

    Достоинства:

    • Солнечная энергия является возобновляемым источником энергии. При этом сама по себе она общедоступная и бесплатная.
    • Солнечные установки достаточно безопасны в использовании.
    • Подобные электростанции являются полностью автономными.
    • Они отличаются экономностью и быстрой окупаемостью. Основные затраты происходят только лишь на необходимое оборудование и в дальнейшем требуют минимальных вложений.
    • Еще одна отличительная черта – это стабильность в работе. На подобных станциях практически не бывает скачков напряжения.
    • Они не прихотливы в обслуживании и достаточно просты в использовании.
    • Также для оборудования СЭС характерный долгий эксплуатационный период.

    Недостатки:

    • Как источник энергии солнечной системы очень чувствительны к климату, погодным условиям и времени суток. Подобная электростанция не будет эффективно и продуктивно работать ночью или в пасмурный день.
    • Более низкая продуктивность в широтах с яркой сменой сезонов. Максимально эффективны в местности, где количество солнечных дней в году наиболее близко к 100%.
    • Очень высокая и малодоступная стоимость оборудования для солнечных установок.
    • Потребность в проведении периодических очисток от загрязнений панелей и поверхностей. Иначе меньшее количество радиации поглощается и падает продуктивность.
    • Значительное повышение температуры воздуха в пределах электростанции.
    • Потребность в использовании местности с огромной площадью.
    • Дальнейшие трудности в процессе утилизации составляющих станции, в особенности фотоэлементов, после окончания срока их эксплуатации.

    Как и в любой производственной сфере, в переработке и преобразовании солнечной энергии есть свои сильные и слабые стороны. Очень важно, чтобы преимущества перекрывали недостатки, в таком случае работа будет оправдана.

    Сейчас большинство разработок в данной отрасли направлены на оптимизацию и улучшение функционирования и использования уже существующих методов и на разработку новых, более безопасных и продуктивных.

    к меню ↑

    18 Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина

    Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.

    В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.

    Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.

    100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.

    Фото:Shutterstock
    Зеленые и умные: четыре прорывных эко-квартала в городах Европы

    Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.

    «Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO2 в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.

    к меню ↑

    19 Солнечные электростанции в пустынях – рационально или бесполезно?

    На нашей планете насчитывается примерно 50 пустынь, из них 23 занимают площадь свыше 50 тысяч квадратных километров, то есть больше, чем занимает, скажем, Голландия или Бельгия. Эти огромные песчаные просторы практически непригодны для жизни большинства организмов в связи с экстремальными условиями, которые не предоставляют.

    Так, в пустыне Руб-Эль-Хали, которая занимает треть Аравийского полуострова, температура воздуха может подниматься до 55 градусов по шкале Цельсия, а количество ежегодных осадков едва доходит до трех сантиметров. Даже самые отчаянные попытки экстремалов преодолеть эту местность обвенчались неудачей. Но если вы думаете, что это ад, то спешим вас огорчить.

    Представляем вашему вниманию Долину смерти, которая по праву получила свое название, ведь она является самым сухим и жарким регионом Северной Америки. Температура здесь часто доходит до отметки 56 градусов, облака на небе замечают здесь крайне редко, не говоря уже об осадках, которых на этой раскаленной сковороде не бывает столетиями. Но и это еще не все.

    По праву называться самой адской пустыней может пустыня Деште Лут – воистину горячее местечко, находящееся на территории Ирана. Из-за обилия солнечной активности в 2005 году она смогла набрать температуру в просто-таки невообразимые 70 градусов по Цельсию. Вот он – кусочек Марса на Земле.

    На первый взгляд такая местность идеально подходит для установки солнечных панелей, чтобы начать сбор неограниченного количества энергии. Но все же есть одно но. Труднодоступность этих пустынь делает подобную процедуру сверх дорогостоящей. Также энергию, получаемую на такой закрытой территории, тяжелее передавать в другие города и страны. Именно поэтому для превращения пустыни в экологическую электростанцию выбрали менее горячую, но не менее солнечную и большую пустыню Сахару.

    к меню ↑

    20 Пустыня Сахара – самое подходящее место для солнечных панелей

    Сахара занимает западную и северную часть Африки. В целом ее площадь составляет девять с половиной миллионов квадратных километров, что сопоставимо с размерами США. Эта территория бесконечных песчаных равнин и дюн, которые иногда вырастают высоту до 180 метров, а за год в пустыне может выпасть не более 20 миллиметров осадков. Но самое страшное, что с каждым годом этот песчаный монстр становится все больше, и эта местность смогла привлечь людей только в качестве плацдарма для решения вопроса об экологическом источнике энергии.

    Проделав простой расчет, исследователи выяснили, что за шесть часов мировые пустыни получают больше солнечной энергии, чем весь человеческий род потребляет за год. А энергетические потребности мира можно удовлетворить, покрыв всего полтора процента сахар и солнечными батареями. В связи с этим открытием у ученых созрел план, который заключается в том, чтобы разместить солнечные панели в Сахаре, которые будут обеспечивать большую часть мощностей на ближнем востоке и в Северной Африке, а также обеспечат экспорт энергии, которая удовлетворит 15 процентов потребности в электроэнергии Европы. Между тем европейцы, импортируя энергию пустыни, могли бы сэкономить до 50 процентов на счетах на электроэнергию.

    Проблемы, препятствующие получению энергии Солнца в Сахаре

    Первой проблемой на пути этого проекта, стала невозможность передавать электроэнергию в страны Европы без потерь. Ведь для эффективности такого энергетического импорта из Сахары в Европу нужно передавать 30 гигаватт энергии на расстояние свыше 3 тысяч километров. И это при том, что самая большая электролиния на сегодня rio madeira, находящаяся в Бразилии, может передавать всего лишь 6 гигаватт на 2 тысячи 400 километров.

    Казалось бы, уже здесь план заходит в тупик. Но в связи с развитием технологий по прогнозам специалистов данной отрасли, уже к 2030 году линия электропередач подобных мощностей имела бы место быть. А к тому времени как раз есть возможность подготовить солнечные панели и найти идеальное для их расположения место. Но как бы не так!

    Второй проблемой стал человеческий фактор, а именно жадность и жажда наживы, несмотря на возможные жертвы. Страны, которые многие годы обогащаются за счет продажи нефти и газа, не видят выгоды в создании солнечных электростанций. Ведь если план будет успешным, то их экономика, которая поддерживается продажами ископаемых источников энергии, потерпит колоссальный удар. Возможно, именно под влиянием нефтяных государств от проекта ушло множество инвесторов, вклады которых в случае реализации задуманного отбились бы всего за 1 год.

    к меню ↑

    21 Солнечная энергия как альтернативный источник энергии: виды гелиосистем

    В последнее десятилетие солнечная энергия как альтернативный источник энергии используется все чаще для отопления и обеспечения зданий горячей водой. Основная причина – стремление заменить традиционное топливо доступными, экологически чистыми и восполняемыми энергоресурсами.

    Преобразование солнечной энергии в тепловую происходит в гелиосистемах – конструкция и принцип действия модуля определяет специфику его применения. В этом материале мы рассмотрим разновидности солнечных коллекторов и принципы их функционирования, а также расскажем о популярных моделях солнечных модулей.

    к меню ↑

    22 Распространение в России

    Солнечная энергетика получает все более широкое распространение в разных странах и на разных континентах. Россия не является исключением из этой тенденции. Причиной более широкого распространения в последние годы стало:

    • Развитие новых технологий, позволившее снизить стоимость оборудования;
    • Желание людей иметь независимый источник энергии;
    • Чистота производства получаемой энергии («зеленая энергетика»);
    • Возобновляемый источник энергии.

    Потенциалом для развития солнечной энергетики обладают южные районы нашей страны – республики Кавказа, Краснодарский и Ставропольский край, южные районы Сибири и Дальнего Востока. Районы различаются по инсоляции в течение суток и времени года, так для разных регионов поток солнечной радиации, в летний период, составляет:

    По состоянию на начало 2021 года мощность работающих солнечных электростанций на территории России составляет 0,03% от мощности электростанции энергетической системы нашей страны. В цифрах – это составляет 75,2 МВт.

    к меню ↑

    23 Гелиосистемы: особенности конструкции и эксплуатации

    Многообразие гелиосистем можно классифицировать по таким параметрам: метод использования солнечной радиации, способ циркуляции теплоносителя, количество контуров и сезонность эксплуатации.

    к меню ↑

    24 Активный и пассивный комплекс

    В любой солнечной системе преобразования энергии предусмотрен гелиоприемник. Исходя из способа использования полученного тепла различают два типа гелиокомплексов: пассивные и активные.

    Первая разновидность – система солнечного отопления, где теплопоглощающим элементом солнечного излучения выступают конструктивные элементы здания. В качестве гелиоприемной поверхности выступают кровля, стена-коллектор или окна.

    Схема низкотемпературной пассивной гелиосистемы со стеной-коллектором: 1 – лучи солнца, 2 – полупрозрачный экран, 3 – воздушный барьер, 4 – разогретый воздух, 5- отработанные воздушные потоки, 6 – тепловое излучение от стены, 7 – теплопоглощающая поверхность стены-коллектора, 8 – декоративные жалюзи

    В европейских странах пассивные технологии используются при возведении энергосберегающих зданий. Гелиоприемные поверхности декорируют под фальшь-окна. За стеклянным покрытием размещается кирпичная зачерненная стена со светопроемами.

    • В качестве теплоаккумуляторов выступают элементы сооружения – стены и перекрытия, изолированные полистиролом извне.
    • Активные системы подразумевают использование самостоятельных устройств, не относящихся к сооружению.
    • В эту категорию относятся выше рассмотренные комплексы с трубчатыми, плоскими коллекторами – гелиотермические установки, как правило, размещаются на крыше здания

    к меню ↑

    25 Термосифонные и циркуляционные системы

    Гелиотермическое оборудование с естественным движением теплоносителя по контуру коллектор-аккумулятор-коллектор осуществляется за счет конвекции – теплая жидкость с малой плотностью поднимается вверх, охлажденная – стекает вниз.

    В термосифонных системах накопительный бак размещается выше коллектора, обеспечивая самопроизвольную циркуляцию теплоносителя.

    Схема работы свойственна одноконтурным сезонным системам. Термосифонный комплекс не рекомендуется использовать для коллекторов, площадью более 12 кв.м

    Безнапорная гелиосистема имеет широкий перечень недостатков:

    • в облачные дни производительность комплекса падает – для движения теплоносителя требуется большая разница температур;
    • тепловые потери, обусловленные медленным передвижением жидкости;
    • риск перегрева бака ввиду неуправляемости нагревательного процесса;
    • нестабильность работы коллектора;
    • сложность размещения бака-аккумулятора – при монтаже на крыше возрастают теплопотери, ускоряются коррозийные процессы, появляется риск замерзания патрубков.

    Плюсы «гравитационной» системы: простота конструкции и ценовая доступность.

    Капитальные затраты на обустройство циркуляционной (принудительной) гелиосистемы значительно выше установки безнапорного комплекса. В контур «врезается» насос, обеспечивающий движения теплоносителя. Работа насосной станции управляется контролером.

    1. Дополнительная тепловая мощность, вырабатываемая в принудительном комплексе, превышает мощность, потребляемую насосным оборудованием. Эффективность системы возрастет на треть
    2. Такой способ циркуляции задействован в круглогодичных двухконтурных гелиотермических установках.
    3. Плюсы полнофункционального комплекса:
    • неограниченный выбор месторасположения аккумулирующего бака;
    • работоспособность вне сезона;
    • выбор оптимального режима нагрева;
    • безопасность – блокировка работы при перегреве.

    Недостаток системы – зависимость от электроэнергии.

    к меню ↑

    26 Техническое решение схем: одно – и двухконтурные

    В одноконтурных установках циркулирует жидкость, которая впоследствии подается к водозаборным точкам. В зимний период воду с системы надо сливать, чтоб предупредить замерзание и растрескивание труб.

    Особенности одноконтурных гелиотермических комплексов:

    • рекомендована «заправка» системы очищенной нежесткой водой – оседание солей на стенках труб приводит к засорению каналов и поломке коллектора;
    • коррозия из-за избытка воздуха в воде;
    • ограниченный срок службы – в пределах четырех-пяти лет;
    • высокий КПД летом.
    • В двухконтурных гелиокомплексах циркулирует специальный теплоноситель (незамерзающая жидкость с противовспенивающими и антикоррозийными добавками), отдающий тепло воде через теплообменник.
    • Схемы устройства одноконтурной (1) и двухконтурной (2) гелиосистемы. Второй вариант отличается повышенной надежностью, возможностью работы зимой и длительностью эксплуатации (20-50 лет)
    • Нюансы эксплуатации двухконтурного модуля: незначительное снижение КПД (на 3-5% меньше чем в одноконтурной системе), необходимость полной замены теплоносителя каждые 7 лет.

    к меню ↑

    27 Виды альтернативного электричества

    Всегда перед потребителем стоит выбор, основанный на вопросе, что лучше? И в этом плане подразумевается, во-первых, затраты на приобретение нового вида источника электричества, во-вторых, как долго этот прибор будет работать. То есть, будет ли это выгодно, окупится ли вся затея, а если окупится, то через какой промежуток времени? Скажем так, экономию денежных средств еще никто не отменял.

    Как видите, вопросов и проблем и здесь хватает, потому что электричество своими руками – дело не только серьезное, но и достаточно затратное.

    к меню ↑

    28 Электрогенератор

    Начнем именно с этой установки, как с самой простой. Простота ее заключается в том, что вам необходимо приобрести электрогенератор, установить его в надежном закрытом помещении, которое будет соответствовать правилам пожарной безопасности.

    Далее, проводите подключение электрической сети частного дома к нему, заливаете жидкое топливо (бензин или солярку) и включаете. После чего в вашем доме появляется электричество, которое зависит лишь от наличия топлива в баке генератора.

    Если продумать автоматическую систему подачи топлива, то вы получаете маленькую тепловую электростанцию, которая от вас будет требовать минимального присутствия.

    Бензиновый генератор

    К тому же электрогенераторы – это надежные и удобные установки, которые работают практически вечно, если правильно их эксплуатировать. Но тут есть один момент. В настоящее время на рынке присутствует два вида генераторов:

    Какой лучше? Скажем так, если вам требуется альтернативный источник энергии, который будет эксплуатироваться постоянно, тогда выбирайте дизельный. Если для временного использования, тогда бензиновый.

    И это еще не все. Дизельный электрогенератор имеет большие габаритные размеры, по сравнению с бензиновым, он сильно шумит при работе и выделяет огромное количество дыма и выхлопных газов.

    Плюс ко всему он дороже.

    к меню ↑

    29 Тепловые насосы

    Следующий вариант из категории «альтернативные виды энергии» – энергия из недр земли. Для частного дома – это идеальный вариант. Он простой, эффективный и экономичный. Для этого на участке около дома бурится скважина (чем глубже, тем лучше), куда устанавливается тепловой насос.

    Подземные воды имеют всегда положительную температуру. При охлаждении насосом этой воды, выделяется энергия, которую и приходиться использовать.

    Но у некоторых может возникнуть вопрос, как же работает насос, ведь для него также необходима электрическая энергия? Все правильно, но данная установки имеет определенное соотношение потребленной энергии и выделенной, которая находится вот в такой зависимости – 1:6. Так что эффективность налицо.

    к меню ↑

    30 Применение энергии солнца

    Подключение солнечной батареи к домашней электросети

    Альтернативное электричество на основе электромагнитного солнечного излучения оправдано для людей, у которых есть дача за городом. Причина – показатель суммарной мощности в хорошую погоду не более 5-7 кВт за час. На сегодняшний день популярны несколько солнечных установок.

    к меню ↑

    31 Солнечные батареи

    Сборка устройств производится из фотоэлектрических преобразователей. Промышленные элементы конструируются из минеров, вырабатывающих ток при воздействии прямого света. В частном секторе популярны кремниевые преобразователи поли- и монокристаллического типа. Последние отличаются КПД 13-25 %, но поликристаллические дешевле. Температурный диапазон пластин – от -40 до +50 градусов.

    к меню ↑

    32 Солнечные коллекторы

    Вакуумные солнечные коллекторы

    Используются для нагрева воздуха или воды. Пользователь может задать направление нагретых потоков, организовать резерв на случай плохой погоды. Производители выпускают три модификации коллекторов – воздушные, плоские и трубчатые.

    • Плоские пластиковые. Представляют собой черную и прозрачную панель в одном корпусе с центральным змеевиком из меди. При воздействии солнечных лучей нагревается нижний темный элемент. Он передает тепло медному змеевику, который греет воду. Плоский коллектор подходит для подогрева воды в бассейне или летнем душе. Минус технологии – для нагрева больших объемов требуется много элементов.
    • Трубчатые. Имеют вид вакуумных или коаксиальных трубочек из стекла. По ним стекает вода, нагретая солнцем. Тепло, сосредоточенное внутри специальной системой, нагревает воду в накопительном резервуаре. Для циркуляции водных потоков применяется нанос. Трубчатый коллектор – неплохое решение для подогрева воды в ГВС и отопления.
    • Воздушные солнечные коллекторы. Устройства напоминают плоские пластиковые модели за счет черной нижней и прозрачной верхней панели. Габаритные установки находятся на восточной или юго-восточной стене. В них за счет солнечного тепла нагревает воздух, подаваемый в дом и хозяйственные помещения специальными вентиляторами.

    Солнечная энергия лучше всего подходит для теплых полов.

    к меню ↑

    33 Ветрогенераторы

    В тех регионах, где ветер всегда в наличии (приморские районы, горные, степные), оптимальный вариант альтернативного источника электрического тока – ветровой генератор. В Америки эти установки применяются почти везде. Стоят, правда, они недешево, то именно с их помощью можно решать проблемы отсутствия электроэнергии.

    Принцип получения тока здесь достаточно простой. Ветер давит на лопасти, которые приводя во вращение ротор электрического генератора. Последний выдает электрический ток.

    То есть, в установке используется принцип преобразования механической энергии в электрическую. Самое главное, что ветрогенераторы работают при минимальных порывах ветра, свыше 2 м/с.

    Если скорость не будет ниже 8 м/с, то генератор можно подключать к дому напрямую.

    Принцип работы альтернативных источников энергии

    Самая уязвимая часть оборудования – это аккумулятор, в котором скапливается электроэнергия. Он быстро выходит из строя, а стоит 25% от цены всей установки.

    Поэтому этот вариант получения альтернативной энергии лучше всего использовать не на накопление, а на потребление.

    Поэтому чаще всего ветровые генераторы подключаются к системам отопления и горячего водоснабжения напрямую. Кстати, оправданный и превосходный выход из положения.

    к меню ↑

    34 Котлы на биотопливе – альтернативный источник отопления частного дома и квартиры

    Котлы на биотопливе – распространенные альтернативные источники энергии для частного дома, которые отличает высокое качество исполнения.

    Биотопливо в виде брикетов и пеллет из сырья растительного происхождения (опилки, стружка, отходы пиломатериалов, лузга подсолнечника) – альтернативное отопление, которое может служить идеальной заменой газовому отоплению в частном доме благодаря высокой теплоотдаче, которая может достигать 6-8 тыс. кКал/кг.

    Котел для биотоплива – универсальное отопительное устройство с высоким КПД, оснащенное автоматической системой управления, и может с успехом применяться и для отопления другими видами твердого топлива, в том числе углем, дровами, угольными брикетами.

    Котлы на биотопливе, как альтернативные источники отопления частного дома, могут использоваться не только для отопления (одноконтурные котлы), но и обеспечивать горячее водоснабжение помещений – для этого можно приобрести двухконтурный котел или добавить к существующему устройству второй контур с бойлером соответствующего типа (проточный или накопительный). Несложное устройство котлов для биотоплива дает возможность обустроить альтернативное отопление дома своими руками, сэкономив, таким образом, часть средств семейного бюджета.

    Источники
    • https://trends.rbc.ru/trends/green/609e76449a7947f4755ac9dc
    • https://mywatt.ru/poleznaya-informaciya/kak-ispolzuut-solnechnuu-energiu
    • https://topor.info/hi-tech/solnechnaya-energetika
    • https://invlab.ru/texnologii/alternativnaya-energiya/
    • https://rb.ru/longread/solnechnaya-energetika/
    • https://altenergiya.ru/sun/istochnik-solnechnoj-energii.html
    • https://izobreteniya.net/solnechnaya-energiya-kak-alternativnyiy-istochnik-energii/
    • https://istra-gaz.ru/osveshhenie/solnechnaya-energiya-kak-alternativnyj-istochnik-energii-vidy-geliosistem.html
    [свернуть]

    Рассчитайте утепление своего дома

    Перейти к расчёту
    Adblock
    detector