Солнечная энергия как альтернативный источник энергии: виды гелиосистем

Ухудшение экологии и истощение природных ресурсов заставляет задумываться о том, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников.

В этой статье рассказываем, как работает альтернативная энергия и почему многие страны делают выбор в её пользу.

Содержание

Что такое альтернативная энергия?

Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (традиционной).

Альтернативные источники энергии – это обычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, которые вырабатываются естественным образом. Такая энергия ещё называется регенеративной или «зелёной».

Невозобновляемые источники – это нефть, природный газ и уголь. Им ищут замену, потому что они могут закончиться. Ещё их использование связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.

Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.

Ресурсы возобновляемой энергии

Солнечный свет
Водные потоки
Ветер
Приливы
Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
Геотермальная теплота (недра Земли)

Альтернативные виды энергии

1. Солнечная энергия

Один из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Чаще всего её преобразуют в электричество солнечными батареями. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.

Основные недостатки – зависимость от погоды и времени суток. Для северных стран извлекать солнечную энергию невыгодно. Конструкции дорогие, за ними нужно «ухаживать» и вовремя утилизировать сами фотоэлементы, в которых содержатся ядовитые вещества (свинец, галлий, мышьяк). Для высокой выработки необходимы огромные площади.

Солнечное электричество распространено там, где оно дешевле обычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, оно может покрывать нужны обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

Батареи также устанавливают на беспилотные автомобили, самолёты, дирижабли, поезда Hyperloop.

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.

3. Гидроэнергия

Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.

Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.

4. Волновая энергетика

Есть много способов генерации электричества из волн, но эффективно работают только три. Они различаются по типу установок на воде. Это камеры, нижняя часть которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.

Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.

Этот вид используется мало – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Системы тоже дорогие и для них нужен удобный выход к воде, который есть не у каждой страны.

5. Энергия приливов и отливов

Эту энергию берут от естественного подъёма и спада уровня воды. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.

Приливы и отливы хорошо изучены, поэтому этот источник более предсказуем относительно других. Но освоение технологий было медленным и их доля в глобальном производстве мала. Кроме того, приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.

6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)

Морская вода имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана. Используя эту разницу, получают электроэнергию.

Первая установка, которая даёт электричество за счёт температуры океана была сделана ещё в 1930 году. Сейчас есть океанические электростанции закрытого, открытого и комбинированного типа в США и Японии.

7. Энергия жидкостной диффузии

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.

8. Геотермальная энергия

Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их ставят в вулканических районах, где вода у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).

Извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный блок. Ещё её перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.

Недостатки: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Больше всего геотермальных станций в США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

9. Биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.

Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).

Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.

Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

Плюсы и минусы альтернативной энергии

Главная перспектива альтернативных источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.

Преимущества:

Доступность – не нужно обладать нефтяными или газовыми месторождениями. Правда, это относится не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.

Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов в окружающую среду.

Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

Недостатки и проблемы:

Траты на этапе строительства и обслуживание – оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Сейчас главная задача разработчиков снизить себестоимость установок.

Зависимость от внешних факторов: невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии зависит от географии страны.

Низкий КПД и маленькая мощность установок (кроме ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.

Влияние на климат. Например, спрос на биотопливо привёл к сокращению посевных площадей для продовольственных культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.

Возобновляемая энергия в мире

Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.

Германия

40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.

Исландия

У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.

Швеция

После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.

Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.

Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.

Китай

В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это крупнейшее по массе сооружение. Её сплошная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция произвела рекордные для мира 98,8 млрд кВт⋅ч.

Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.

Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.

Альтернативная энергия в России

Разное географическое положение регионов и специфика климатических поясов в России не позволяют развивать эту отрасль равномерно. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.

Виды возобновляемой энергии в России

Солнечная энергия

Используется и в промышленных масштабах, и у местного населения как резервный или основной источник тепла и электричества. Мощность всех солнечных установок – 400 МВт, из них самые крупные в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму. Самая мощная СЭС – «Владиславовка» (Крым). Ещё разрабатываются проекты для Сибири и Дальнего Востока.

Ветровая энергетика

Ветровая возобновляемая энергия в России представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя и здесь есть промышленные установки. Общая мощность ветровых генераторов в нашей стране – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы). Больше всего установок – в Крыму, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».

Гидроэнергетика

Это самый популярный вариант альтернативного источника энергии в России. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в стране. В заливе Кислая губа в Мурманской области с 1968 года есть приливная электростанция – «Кислогубская ПЭС». Самая крупная ГЭС стоит на реке Енисей – «Саяно-Шушенская».

Геотермальная энергетика

За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.

Биотопливо

Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии

Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает многим компаниям успешно вести бизнес.

First Solar Inc

Эта американская компания была образована в 1990 году и стала известной благодаря производству солнечных батарей. Сейчас это крупнейшая фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и отвечает за технический сервис.

Vestas Wind Systems A/S

Старейший производитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана в 1898 году и на сегодняшний день ей удалось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах. Vestas продаёт отдельные генераторы, комплексные станции и обслуживает устройства.

Atlantica Yield PLC

Эта компания с офисом в Лондоне владеет классическими линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.

ABB Ltd. Asea Brown Boveri

Шведско-швейцарская компания, известная автомобильными двигателями, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии. В 2013 году компания стала мировым лидером в области оборудования фотоэлектрической энергии.

Читайте: Персональный мир и полная автоматизация. Что такое четвёртая промышленная революция?

Альтернативные источники энергии для дома| UAеnergy

Когда цены на энергоносители с каждым годом неуклонно растут, альтернативное отопление частного дома, становится сегодня актуальной темой.

Владельцам собственного жилья приходится сталкиваться с рядом проблем, заставляющих задуматься о поиске другого варианта организации отопительной системы и процесса подогрева воды:

слишком высокие цены на твердое топливо, в частности, уголь, необходимость обустройства котельной с соблюдением норм безопасности;
дороговизна электроэнергии, периодические перебои с ее подачей – для жилья с электрической системой отопления и подогрева воды;
отсутствие газопровода, что характерно для отдаленных уголков нашей страны, высокая цена газа.

Этих доводов хватает, чтобы оценить актуальность поиска других, более стабильных и доступных с финансовой точки зрения источников энергии. И радует то, что выходы из сложившейся ситуации есть.

Виды альтернативных источников энергии

На сегодняшний день существует немало альтернативных источников энергии. Самые популярные их них:

солнечные батареи;
солнечные коллекторы;
ветрогенераторы;
тепловые насосы;
котлы на биотопливе.

Существуют и менее распространенные области зеленой энергетики, например, грозовая или крио. Технологии сложные в частном применении, поэтому упустим эти направления.

Вы можете подобрать вариант, который удовлетворит требования относительно производительности, эффективности обогрева помещений и подогрева воды, а также стоимости покупки, эксплуатации и обслуживания системы. Чтобы сделать правильный выбор, нужно внимательнее рассмотреть каждое из приведенных в списке решений.

Особенности использования солнечных батарей

Солнечные батареи — созданы для преобразования солнечной энергии в электричество. Устройства представляют собой собранные в единую конструкцию фотоэлементы.

Фотоэлектрические пластины изготавливают с применением кремния, дополнительно используя специальные добавки.

В результате, когда на пластины попадает свет солнца, высвобождаются электроны, после чего и образуется электрический ток.

Фотоэлементы отличаются по структуре, бывают монокристаллическими и поликристаллическими. Первый вариант отличается высоким КПД, хорошо себя показывает даже при пасмурной погоде.

Учитывая то, что вырабатывается электроэнергия преимущественно в большем количестве, нежели необходимо частному дому, а иногда и в меньшем, для стабилизации электроснабжения необходимо в обязательном порядке использовать специальный аккумулятор. Его размещают под землей, углубляя примерно на 3 метра.

Солнечные батареи получили популярность, потому как несмотря на цену быстро себя окупают. Главное – правильно собрать систему, выбрать комплектующие, хорошо сочетающиеся между собой.

Поэтому, если вы решили устанавливать солнечные панели, доверьте компоновку и монтаж системы профессионалам.

За работу придется заплатить, но вы исключите сбои в работе оборудования, получите гарантии должной производительности.

Что касается места установки и количества, площади фотоэлементов, определять их нужно отдельно для каждой ситуации. Например, в частных домах солнечные панели устанавливают на крыше жилья или хозяйственных построек.

Батареи не создают помех, получают максимум солнечной энергии, которую впоследствии преобразуют в электрическую. Вы можете покрыть крышу панелями полностью или частично. Все зависит от того, какой объем ресурсов интересует.

Солнечные коллекторы: тонкости применения

Чтобы понять принцип работы солнечных коллекторов, вспомните летний душ – устанавливаете металлический бак с водой над душевой кабиной и располагаете таким образом, чтобы он максимальное количество времени находился под прямыми солнечными лучами. Нагретую воду используете для купания.

Солнечные коллекторы – это современная вариация летнего душа. Устройства представляют собой систему труб, по которым циркулирует вода. Для лучшего нагрева жидкости трубы окрашивают в черный цвет, потому как он притягивает солнечные лучи.

Работа системы основана на способности воды к циркуляции при нагреве. Для этого бак теплообменника должен быть установлен выше труб коллектора. При нагревании вода поднимается в верхнюю часть теплообменника. Холодная жидкость опускается в нижнюю часть, где нагревается под солнечными лучами.

Такой принцип работы позволяет обойтись без дополнительного оборудования, сделать эксплуатацию системы экономнее без потери в производительности. И сразу отметим, что сконструировать ее можно самостоятельно.

Но лучше отдавать предпочтение промышленному оборудованию, которое будет работать лучше, обеспечивая дом горячей водой круглый год.

Цена вопроса в этой ситуации выше, но она полностью окупается во время эксплуатации системы.

Чтобы пользоваться горячей водой круглый год, а в холодное время обеспечивать дом еще и отоплением, лучше выбирать вакуумные типы коллекторов.

Они отличаются конструкцией – теплоноситель находится в медных трубках, которые помещены в стеклянные колбы большего диаметра. Между ними воздух полностью откачан.

Такая особенность говорит об идеальной теплоизоляции, защите теплоносителя от потери температуры.

На практике солнечные коллекторы часто применяют санатории, отели, базы отдыха, у которых наплыв посетителей приходится на теплое время года. Также они есть в частных домовладениях, где хозяева используют зимой другой способ отопления и подогрева воды.

Что такое ветрогенераторы и как их использовать

Ветрогенератор – это оборудование, которое преобразует энергию ветра в электрическую. Плюс заключается в том, что источник электроэнергии есть всегда, и бесплатный. Но есть в этом случае и ограничение – по месту установки. Монтировать генераторы целесообразно в регионах, где среднегодовая скорость ветра достигает высоких отметок. Это равнинные и прибрежные районы.

Если вы решили купить ветрогенератор для дома, должны знать, что сам по себе он не даст никакого толку. Чтобы система работала полноценно, в нее должны входить следующие элементы:

инвертор;
контроллеры;
аккумулятор;
кабели;
соединители и крепежи.

Сразу обозначим, что в эксплуатации ветрогенераторов может возникать ряд проблем, о которых следует знать, чтобы избежать впоследствии разочарования. Вот основные моменты:

высокая стоимость оборудования;
если среднегодовая скорость ветра в регионе маленькая, установка не окупится;
оборудование работает шумно, поэтому устанавливать его нужно подальше от дома. Обычно ветряные электростанции устанавливают в полях, используют в промышленных целях. Это оптимальное решение для их применения.

Теперь у вас есть информация, которая позволит оценить оправданность выбора и актуальность продолжения поиска способа организации альтернативного отопления.

Тепловые насосы для отопления частного дома

Тепловые насосы также пользуются популярностью среди владельцев частных домов. Агрегаты обеспечивают отопление пространств, непрерывную подачу горячей воды. Принцип работы оборудования заключается в том, чтобы получать тепловую энергию из окружающей среды – от воздуха, воды, земли, и передавать ее внутридомовым коммуникациям.

Зависимо от принципа работы выделяют следующие виды оборудования:

вода-вода. Такое оборудование получает тепловую энергию от грунтовых вод, передает ее коммуникациям дома. Коллектор для сбора тепла устанавливается в воде. Для этого бурят скважины глубиной примерно 15 метров;
воздух-воздух. Принцип работы оборудования подобен функционированию сплит-систем;
воздух-вода. Система забирает тепло из окружающей среды и нагревает воду, которая и подается в радиаторы отопления, трубы горячего водоснабжения. Минус оборудования в том, что теряется производительность при низких температурах воздуха, устройство становится полностью бесполезным;
грунт-вода. Такие системы считаются самыми практичными и универсальными, но и обходятся дороже остальных. Коллектор с теплоносителем устанавливается в непромерзающий слой грунта, где температура даже в зимнее время остается в пределах 7-10 градусов. Отсюда он передает тепловую энергию системам дома. Монтаж обходится дорого. Поэтому есть смысл заведомо просчитать финансовую целесообразность такого выбора.

На этом этапе сделаем заключение о том, что тепловые насосы лучше применять в сочетании с другими системами, функционирующими и зимой. Тогда эффективность отопления дома и снабжения горячей водой достигнет желаемых показателей.

Энергия биотоплива: применение биогазовых установок

Биогазовые установки – это один из эффективных способов обеспечения качественного отопления и горячего водоснабжения дома. Работает оборудование на пищевых отходах и продуктах отходов жизнедеятельности домашнего скота, птицы. Полученный биогаз можно применять сразу по назначению или сжигать в газогенераторе, чтобы получить электроэнергию.

Главным преимуществом биогазовых установок принято считать доступность в эксплуатации. Большинство владельцев частных домов имеет свое хозяйство, благодаря которому недостатка в сырье не возникнет.

Рассмотрим принцип работы оборудования. Сырье, например, навоз, помещается в специальную емкость, где без доступа кислорода нагревается на водяной бане для запуска процессов брожения в результате размножения бактерий.

Чтобы брожение шло активнее, смесь нужно периодически перемешивать. Делать это можно вручную или с применением специальной электрической мешалки.

Если создать идеальные условия переработки навоза и соблюдать технологию, из 4-5 литров исходного сырья удастся получить примерно литр биогаза.

Газ осушается и подается на горелки, газогенератор для переработки и получения электроэнергии.

Отметим, что биогазовые установки применяют не только в частных домовладениях, но и на предприятиях. Тут они представляют собой крупные подземные бункера с хорошей теплоизоляцией. Иногда их разделяют на секции, чтобы обеспечить непрерывное поступление биогаза. Процесс полноценной переработки исходного сырья занимает от 3 до 30 дней. Отработанное сырье из установок удаляется.

Биогазовые установки – тоже неплохое решение, особенно для домовладений со скотом и птицей. Сложность заключается только в обустройстве системы, необходимости участия человека в процессе ее эксплуатации.

Почему выгодно использовать альтернативные источники энергии

Зеленая энергетика в нашей стране получила сегодня большую популярность и активно развивается властями и самими жителями государства.

Такое название она получила ввиду активного использования природных ресурсов, которые в большинстве своем оказываются неисчерпаемыми: солнечный свет, ветер, грунтовые воды.

Достаются нам эти ресурсы совершенно бесплатно и на протяжении всей жизни. Следовательно, получаемая энергия обходится максимально дешево.

Мы рассмотрели информацию вкратце, но, чтобы понимать, зачем обустраивать альтернативные источники энергии своими руками или с помощью специалистов, преимущества такого решения следует изучить более детально:

широкий выбор способов получения тепловой и электрической энергии. У вас есть возможность выбрать тот, который идеально подходит по стоимости, простоте реализации, удобству эксплуатации, а также продолжительности применения. Например, как мы говорили выше, тепловые насосы и солнечные коллекторы часто рассчитаны на использование исключительно в теплое время года. Солнечные батареи будут обеспечивать энергией в достаточном количестве и круглогодично, а биогазовые установки станут прекрасным решением для крупных хозяйств и ферм;
полностью бесплатное сырье. Ветер, солнце, грунтовые воды – это мы получаем бесплатно. Следовательно, платить придется только за оборудование. Но в дальнейшем оно окупает себя очень быстро, ввиду чего наблюдается заметная экономия. Именно финансовая доступность становится главным моментом, из-за которого продолжают активно развивать и совершенствовать зеленую энергетику;
возможность обустроить альтернативное отопление своими руками. В данном случае мы говорим о солнечных батареях. Их несложно собрать, зная последовательность работ, имея базовые знания в этой области. Это оптимальное решение для частного дома, которое позволит производить копеечную по стоимости энергию, используя ее для отопления и подогрева воды. Также в быту часто применяют солнечные коллекторы, которые тоже легко сконструировать самостоятельно;
экологическая безопасность. Рассмотренные выше установки и системы не загрязняют окружающую среду. Это важное преимущество, если учесть нынешнее состояние экологии.

Мы рассмотрели основные альтернативные источники тепла, которые можно сделать своими руками или заказать в специализированных организациях. Чтобы понимать, какой вариант выбрать для отопления дома и его снабжения горячей водой, необходимо учесть шесть моментов:

размер бюджета для реализации задумки;
площадь дома, количество жильцов;
периодичность эксплуатации системы: определенное время года или круглогодично;
регион расположения жилья;
климат зоны проживания;
природные ресурсы, к которым есть доступ.

Учитывая перечисленные моменты, вы легко определитесь с оптимальным решением. Если есть сомнения, проконсультируйтесь с работниками специализированной фирмы.

Источник солнечной энергии

28 августа 2018

Становились ли вы участником обсуждений альтернативной энергии? Практически каждый человек хоть что-то, но слышал об этом. И многим даже выпадало воочию наблюдать солнечные батареи или ветровые электростанции. Сейчас развитие данной сферы энергоснабжения очень важно для дальнейшего комфортного существования человечества.

Так как основную часть традиционных ресурсов, таких как полезные ископаемые, мы практически исчерпали, приходится искать более долговечные источники. Одним из таких нетрадиционных источников энергии является солнечная энергия.

Этот ресурс один из наиболее распространенных и легкодоступных, поскольку солнечный свет в том или ином количестве есть в любом уголке нашей планеты.

Поэтому разработки, связанные с аккумуляцией солнечной энергией, начались достаточно давно и активно проводятся и по сей день.

Как источник энергии солнечный свет отличная альтернатива традиционным ресурсам. И при грамотном использовании вполне может вытеснить все другие энергоресурсы в будущем.

Что является источником солнечной энергии?

Чтобы найти наиболее эффективные методы преобразования энергии Солнца, ученым нужно было понять, какое превращение является источником солнечной энергии. Для получения ответа на данный вопрос было проведено огромное количество опытов и исследований. Существуют разные гипотезы, призванные объяснить это явление. Но экспериментальным путем в процессе долгих исследований было доказано, что реакция, во время которой с помощью ядер углерода водород превращается в гелий, выступает тем самым основным источником солнечной энергии.

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.

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.

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.

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?

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.

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.

Солнечная энергия – энергия будущего

Чем дальше шагает в своем техническом развитии наше общество, тем больше источников энергии может потребоваться с каждым новым этапом. Но традиционных ресурсов становится все меньше, а цена на них растет.

Поэтому люди начали активнее задумываться об альтернативных вариантах энергоснабжения. И тут пришли на помощь возобновляемые источники.

Энергия ветра, воды или Солнца – это новый виток, позволяющий и дальше развиваться обществу, снабжая его необходимыми ресурсами.

Виды альтернативной энергетики. Справка

Солнечная энергетика – преобразование солнечной энергии в электроэнергию фотоэлектрическим и термодинамическим методами. Для фотоэлектрического метода используются фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) с непосредственным преобразованием энергии световых квантов (фотонов) в электроэнергию.

Термодинамические установки, преобразующие энергию солнца вначале в тепло, а затем в механическую и далее в электрическую энергию, содержат «солнечный котел», турбину и генератор. Однако солнечное излучение, падающее на Землю, обладает рядом характерных особенностей: низкой плотностью потока энергии, суточной и сезонной цикличностью, зависимостью от погодных условий.

Поэтому изменения тепловых режимов могут вносить серьезные ограничения в работу системы. Подобная система должна иметь аккумулирующее устройство для исключения случайных колебаний режимов эксплуатации или обеспечения необходимого изменения производства энергии во времени.

При проектировании солнечных энергетических станций необходимо правильно оценивать метеорологические факторы.

Геотермальная энергетика – способ получения электроэнергии путем преобразования внутреннего тепла Земли (энергии горячих пароводяных источников) в электрическую энергию.

Этот способ получения электроэнергии основан на факте, что температура пород с глубиной растет, и на уровне 2–3 км от поверхности Земли превышает 100°С. Существует несколько схем получения электроэнергии на геотермальной электростанции.

Прямая схема: природный пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами. Непрямая схема: пар предварительно (до того как попадает в турбины) очищают от газов, вызывающих разрушение труб. Смешанная схема: неочищенный пар поступает в турбины, а затем из воды, образовавшийся в результате конденсации, удаляют не растворившиеся в ней газы.

Стоимость «топлива» такой электростанции определяется затратами на продуктивные скважины и систему сбора пара и является относительно невысокой. Стоимость самой электростанции при этом невелика, так как она не имеет топки, котельной установки и дымовой трубы.

К недостаткам геотермальных электроустановок относится возможность локального оседания грунтов и пробуждения сейсмической активности. А выходящие из-под земли газы могут содержать отравляющие вещества. Кроме того, для постройки геотермальной электростанции необходимы определенные геологические условия.

Ветроэнергетика – это отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра (кинетической энергии воздушных масс в атмосфере).

Ветряная электростанция – установка, преобразующая кинетическую энергию ветра в электрическую энергию. Состоит она из ветродвигателя, генератора электрического тока, автоматического устройства управления работой ветродвигателя и генератора, сооружений для их установки и обслуживания.

Для получения энергии ветра применяют разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров; вертикальные роторы и др.

Производство ветряных электростанций очень дешево, но их мощность мала, и их работа зависит от погоды. К тому же они очень шумны, поэтому крупные ветряные электростанции даже приходится на ночь отключать.

Помимо этого, ветряные электростанции создают помехи для воздушного сообщения, и даже для радиоволн. Применение ветряных электростанций вызывает локальное ослабление силы воздушных потоков, мешающее проветриванию промышленных районов и даже влияющее на климат.

Наконец, для использования ветряных электростанций необходимы огромные площади, много больше, чем для других типов электрогенераторов.

Волновая энергетика – способ получения электрической энергии путем преобразования потенциальной энергии волн в кинетическую энергию пульсаций и оформлении пульсаций в однонаправленное усилие, вращающее вал электрогенератора.

По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью. Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м. При высоте волн в 2 м мощность достигает 80 кВт/м.

То есть, при освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии.

В механическую и электрическую энергию можно использовать только часть мощности волнения, но для воды коэффициент преобразования выше, чем для воздуха – до 85 процентов.

Приливная энергетика, как и прочие виды альтернативной энергетики, является возобновляемым источником энергии.

Для выработки электроэнергии электростанции такого типа используют энергию прилива. Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн – перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены гидротурбины, которые вращают генератор.

Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит.

Считается экономически целесообразным строительство приливных электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность приливной электростанции зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

Недостаток приливных электростанции в том, что они строятся только на берегу морей и океанов, к тому же они развивают не очень большую мощность, да и приливы бывают всего лишь два раза в сутки.

И даже они экологически не безопасны. Они нарушают нормальный обмен соленой и пресной воды и тем самым – условия жизни морской флоры и фауны.

Влияют они и на климат, поскольку меняют энергетический потенциал морских вод, их скорость и территорию перемещения.

Градиент-температурная энергетика. Этот способ добычи энергии основан на разности температур. Он не слишком широко распространен. С его помощью можно вырабатывать достаточно большое количество энергии при умеренной себестоимости производства электроэнергии.

Большинство градиент-температурных электростанций расположено на морском побережье и используют для работы морскую воду. Мировой океан поглощает почти 70% солнечной энергии, падающей на Землю.

Перепад температур между холодными водами на глубине в несколько сотен метров и теплыми водами на поверхности океана представляет собой огромный источник энергии, оцениваемый в 20-40 тысяч ТВт, из которых практически может быть использовано лишь 4 ТВт.

Вместе с тем, морские теплостанции, построенные на перепаде температур морской воды, способствуют выделению большого количества углекислоты, нагреву и снижению давления глубинных вод и остыванию поверхностных. А процессы эти не могут не сказаться на климате, флоре и фауне региона.

Биомассовая энергетика. При гниении биомассы (навоз, умершие организмы, растения) выделяется биогаз с высоким содержанием метана, который и используется для обогрева, выработки электроэнергии и пр.

Существуют предприятия (свинарники и коровники и др.), которые сами обеспечивают себя электроэнергией и теплом за счет того, что имеют несколько больших «чанов», куда сбрасывают большие массы навоза от животных. В этих герметичных баках навоз гниет, а выделившийся газ идет на нужды фермы.

Еще одним преимуществом этого вида энергетики является то, что в результате использования влажного навоза для получения энергии, от навоза остается сухой остаток являющийся прекрасным удобрением для полей.

Также в качестве биотоплива могут быть использованы быстрорастущие водоросли и некоторые виды органических отходов (стебли кукурузы, тростника и пр.).

Эффект запоминания формы – физическое явление, впервые обнаруженное советскими учеными Курдюмовым и Хондросом в 1949 году.

Эффект запоминания формы наблюдается в особых сплавах и заключается в том, что детали из них восстанавливают после деформации свою начальную форму при тепловом воздействии.

При восстановлении первоначальной формы может совершаться работа, значительно превосходящая ту, которая была затрачена на деформацию в холодном состоянии.

Таким образом, при восстановлении первоначальной формы сплавы вырабатывают значительно количество тепла (энергии).

Основным недостатком эффекта восстановления формы является низкий КПД – всего 5-6 процентов.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников