太阳能作为替代能源：太阳能系统的类型和特征

太阳能发展史

他们试图在阿基米德时代“驯服”太阳。直到今天，在一面巨大的镜子的帮助下燃烧船只的传说仍然存在 - 锡拉丘兹的居民将聚焦光束对准敌方舰队。

在太阳能的发展史上，有关于太阳能利用的事实：

• 用于加热石头宫殿；
• 海水蒸发产生盐分。

当拉瓦锡使用透镜来集中红外线时，热水器得到了改进。这就是炼铁的方式。后来，法国人开始使用加热到蒸汽状态的水来驱动印刷设备。半导体诞生后，科学家们开始谈论太阳能的前景。在此基础上，创建了第一个光电管。

非传统资源的开发

非传统能源包括：

• 太阳的能量；
• 风能;
• 地热；
• 海潮和波浪的能量；
• 生物质；
• 环境的低势能。

由于大多数物种的普遍分布，它们的发展是可能的；人们还可以注意到它们的环境友好性和燃料成分的运营成本不存在。

然而，有一些负面的品质阻碍了它们在工业规模上的使用。这是一个低通量密度，这迫使使用大面积的“拦截”装置，以及随时间的变化。

所有这些都导致这样的设备具有很高的材料消耗，这意味着资本投资也会增加。好吧，由于与天气条件相关的某些随机因素而获得能量的过程会引起很多麻烦。

另一个最重要的问题是这种能源原材料的“储存”，因为现有的电力储存技术不允许大量这样做。然而，在国内条件下，家庭替代能源越来越受欢迎，所以让我们熟悉一下可以私人安装的主要发电厂。

地热能

未开发的替代能源类型潜伏在地球内部。人类知道自然现象的强度和规模。一座火山喷发的威力，是任何一座人造发电厂都无法比拟的。

不幸的是，人们仍然不知道如何永久利用这种巨大的能源，但地球的自然温暖或地热能吸引了科学家的注意，因为它是一种取之不尽的资源。

众所周知，我们的星球每年都会散发出大量的内部热量，而地球地壳中同位素的放射性衰变可以弥补这些热量。有两种类型的地热能源。

地下游泳池

这些是带有热水或蒸汽-水混合物的天然水池——热液或蒸汽-热源。通过钻孔从这些资源中提取资源，然后将能源用于人类的需求。

岩石

来自热岩石的热量可以用来加热水。为此，它被泵入地平线以进一步用于能源目的。

这种能量的缺点之一是它的集中力较弱。但在每潜水100米，温度升高30-40度的条件下，可以保证其经济使用。

在有前景的“地热区”使用这种能源的技术具有明显的优势：

• 取之不尽的储备；
• 生态清洁度；
• 开发资源的成本不高。

如果不引入能源领域的新技术，文明的进一步发展是不可能的。在这条道路上，还有人类尚未解决的棘手任务。

然而，这个方向的发展起着重要的作用，今天已经有了可以显着节约资源的设备，传统能源和替代能源是它们的绝佳替代品。实施这样的想法需要耐心、熟练的双手以及一些技能和知识。

集热器加热系统的设计

首先，我们将详细处理电池和集电器在结构和功能上的差异。

该面板由多个太阳能电池组成，这些太阳能电池在由非导电能源材料制成的框架上相互连接。

光伏变流器的结构相当复杂，是一种具有不同特性和用途的板夹层结构。

除了太阳能组件和特殊紧固件外，该系统还包括以下元素：

• 电池，用于储能；
• 一个控制器，将监控电池的充电程度；
• 逆变器 - 将直流电转换为交流电。

收集器有两种类型：真空和平板。

真空收集器由空心玻璃管组成，内有较小直径的管子，内含能量吸收器。较小的管子连接到冷却剂。在它们之间的自由空间中是一个保持热量的真空。

太阳能集热器的工作原理

平板集热器由框架和带有光吸收层的强化玻璃组成。吸收层通过冷却剂连接到管子上。

这两个系统都由热交换回路和蓄热器（液体罐）组成。

水从水箱通过泵进入加热系统。为避免热量损失，水箱必须隔热良好。

此类装置应位于屋顶的南坡。倾斜角度应为 30-45 度。如果房屋的位置或屋顶的结构不允许在屋顶上安装太阳能电池板，那么您可以将它们安装在特殊的加固框架上或固定在墙上的架子上。

一年中不同时间释放的太阳能量差异很大。您居住地的日照系数值可以在太阳活动图上找到。知道了日晒系数，您就可以计算出您需要的模块数量。

例如，您消耗能量 8 kW/h，日照平均为 2 kW/h。太阳能电池板功率 - 250 W (0.25 kW)。让我们计算一下：8 / 2 / 0.25 \u003d 16 件 - 这是您需要的面板数量。

沼气厂

气体是在家禽和动物的废物处理过程中形成的。回收的废物用于在家庭土地上施肥。该过程基于涉及生活在粪便中的细菌的发酵反应。

牛粪被认为是沼气的最佳来源，尽管鸟类或其他牲畜的粪便也适用。

发酵在没有氧气的情况下发生，因此建议使用封闭容器，也称为生物反应器。如果物质被定期混合，则反应被激活，因为这种手工劳动或各种机电设备被使用。

还需要将装置中的温度保持在 30 到 50 度，以确保中温和嗜热细菌的活性及其参与反应。

建筑制造

最简单的沼气厂是一个带盖的搅拌桶。来自桶的气体通过软管进入罐，为此在盖子上开一个孔。这种设计为一个或两个燃气燃烧器提供燃气。

为了获得大量的气体，使用由钢筋混凝土制成的地上或地下掩体。建议将整个容器分成几个隔间，以便反应随着时间的推移而发生。

容器没有完全充满质量，大约 20%，其余空间用于积聚气体。两根管子连接到容器的盖子上，一根通向消费者，另一根通向水封——一个装满水的容器。这确保了气体净化和干燥，向消费者提供高质量的气体。

一切都那么顺利吗？

看来，这种私人住宅供电技术早就应该被传统的集中式能源供应方式逼出市场。为什么这不会发生？有几个论据证明不支持替代能源。但它们的重要性是根据个人情况确定的——对于一些乡间别墅的业主来说，一些缺点是相关的，而另一些则根本不感兴趣。

对于大型乡村别墅，替代能源装置的效率不太高可能会成为一个问题。自然地，当地的太阳能系统、热泵或地热装置无法与最古老的水力发电厂、火力发电厂甚至核电厂的生产力相提并论。然而，通过安装两个甚至三个，通常可以将这个缺点降到最低。系统，使用更多的电力。这样做的结果可能是另一个问题 - 对于它们的安装，将需要更大的面积，这不可能在所有房屋项目中分配。

为了确保现代家庭熟悉的众多家用电器和供暖系统的不间断供应，需要大量的电力。因此，该项目应该提供能够产生这种电力的这种来源。这需要一笔可观的投资——设备越强大，价格就越贵。

此外，在某些情况下（例如，使用风能时），来源可能无法保证能源生产的稳定性。因此，有必要为所有通信配备存储设备。通常，为此目的安装电池和收集器，这需要所有相同的额外成本，并且需要在房屋中分配更多平方米。

家庭太阳能发电厂的运行原理

太阳能发电厂是一个由面板、逆变器、电池和控制器组成的系统。太阳能电池板将辐射能转化为电能（如上所述）。直流电进入控制器，控制器将电流分配给消费者（例如，计算机或照明设备）。逆变器将直流电转换为交流电并为大多数家用电器供电。电池储存的能量可以在晚上使用。

视频说明

一个很好的计算示例，显示需要多少面板来提供自主电源，请参阅此视频：

太阳能如何用于产生热量

太阳能系统用于热水和家庭供暖。即使在供暖季节结束时，他们也可以提供热量（应业主的要求），并免费为房屋提供热水。最简单的设备是安装在房屋屋顶上的金属板。它们积累能量和温水，这些水通过隐藏在它们下面的管道循环。所有太阳系的运作都基于这一原理，尽管它们在结构上可能彼此不同。

太阳能集热器包括：

• 储存罐;
• 加油站;
• 控制器
• 管道；
• 配件。

根据结构类型，平板和真空收集器是有区别的。在前者中，底部覆盖有隔热材料，液体通过玻璃管循环。真空收集器非常高效，因为热损失保持在最低限度。这种类型的集热器不仅提供私人住宅的太阳能加热 - 方便将其用于热水系统和加热池。

太阳能集热器的工作原理

受欢迎的太阳能电池板制造商

大多数情况下，英利绿色能源和尚德电力公司的产品都在货架上。 HiminSolar 面板（中国）也很受欢迎。他们的太阳能电池板即使在雨天也能发电。

太阳能电池的生产也已由国内制造商建立。以下公司这样做：

• 新切博克萨尔斯克的 Hevel LLC；
• 泽列诺格勒的“电信-STV”；
• 莫斯科的 Sun Shines（自主照明系统有限责任公司）；
• JSC“梁赞金属陶瓷设备厂”；
• CJSC“Termotron-zavod”等。

您总能找到价格合适的选择。例如，在莫斯科为家庭购买太阳能电池板，成本从 21,000 到 2,000,000 卢布不等。成本取决于设备的配置和功率。

太阳能电池板并不总是平坦的 - 有许多型号将光线集中在一个点上

电池安装步骤

1. 要安装面板，选择照明最多的地方 - 通常是建筑物的屋顶和墙壁。为了使设备尽可能高效地运行，面板安装在与水平线成一定角度的位置。区域的黑暗程度也被考虑在内：周围可以产生阴影的物体（建筑物、树木等）
2. 面板使用特殊的紧固系统安装。
3. 然后将模块连接到电池、控制器和逆变器，对整个系统进行调整。

对于系统的安装，始终开发一个个人项目，该项目考虑了情况的所有特征：如何进行安装 太阳能电池板 房子的屋顶，价格和条款。根据工作类型和范围，所有项目均单独计算。客户接受工作并获得保证。

太阳能电池板的安装必须由专业人员进行并遵守安全措施。

结果 - 太阳能技术的发展前景

如果在地球上太阳能电池板最有效的运行受到空气的阻碍，空气在一定程度上会散射太阳辐射，那么在太空中就不存在这样的问题。科学家们正在开发带有太阳能电池板的巨型轨道卫星项目，这些卫星将每天 24 小时运行。从它们那里，能量将被传输到地面接收设备。但这是未来的问题，对于现有的电池，努力的方向是提高能源效率和减小设备的尺寸。

地热能

未开发的替代能源类型潜伏在地球内部。人类知道自然现象的强度和规模。一座火山喷发的威力，是任何一座人造发电厂都无法比拟的。

不幸的是，人们仍然不知道如何永久利用这种巨大的能源，但地球的自然温暖或地热能吸引了科学家的注意，因为它是一种取之不尽的资源。

众所周知，我们的星球每年都会散发出大量的内部热量，而地球地壳中同位素的放射性衰变可以弥补这些热量。有两种类型的地热能源。

地下游泳池

这些是带有热水或蒸汽-水混合物的天然水池——热液或蒸汽-热源。通过钻孔从这些资源中提取资源，然后将能源用于人类的需求。

岩石

来自热岩石的热量可以用来加热水。为此，它被泵入地平线以进一步用于能源目的。

这种能量的缺点之一是它的集中力较弱。但在每潜水100米，温度升高30-40度的条件下，可以保证其经济使用。

在有前景的“地热区”使用这种能源的技术具有明显的优势：

• 取之不尽的储备；
• 生态清洁度；
• 开发资源的成本不高。

如果不引入能源领域的新技术，文明的进一步发展是不可能的。在这条道路上，还有人类尚未解决的棘手任务。

然而，这个方向的发展起着重要的作用，今天已经有了可以显着节约资源的设备，传统能源和替代能源是它们的绝佳替代品。实施这样的想法需要耐心、熟练的双手以及一些技能和知识。

替代能源的类型

根据能源的不同，作为转换的结果，人们可以接收日常生活中使用的电能和热能，替代能源被分为几种类型，这些类型决定了其产生方法和服务设施的类型这个。

太阳的能量

太阳能是基于太阳能的转换，产生电能和热能。

电能的产生基于半导体在阳光影响下发生的物理过程，热能的产生基于液体和气体的特性。

为了产生电能，太阳能发电厂已经建成，其基础是基于硅晶体制成的太阳能电池（面板）。

热力装置的基础是太阳能集热器，其中太阳的能量被转换成冷却剂的热能。

此类装置的功率取决于作为热电站和太阳能站一部分的单个设备的数量和功率。

风能

风能是基于将气团的动能转化为消费者使用的电能。

风力涡轮机的基础是风力发电机。风力发电机的技术参数、外形尺寸和设计各不相同：具有水平和垂直旋转轴，不同类型和数量的叶片，以及它们的位置（陆地、海洋等）。 )。

水动力

水力发电是以水团的动能转化为电能为基础的，电能也被人类用于自己的目的。

这种类型的对象包括安装在河流和其他水体上的各种容量的水力发电厂。在这样的装置中，在水的自然流动的影响下，或通过建造水坝，水作用于发电的涡轮机的叶片上。水轮机是水力发电厂的基础。

另一种通过转换水的能量来获得电能的方法是利用潮汐能，通过建造潮汐站。这种装置的运行是基于在太阳系物体的影响下海洋中发生潮汐时利用海水的动能。

大地的温暖

地热能基于地球表面辐射的热量的转换，无论是在释放地热水的地方（地震危险区域），还是在我们星球的其他地区。

为了使用地热水，使用了特殊装置，通过这些装置将地球内部的热量转化为热能和电能。

使用热泵可以让您从地球表面获取热量，无论其位置如何。他的工作基于液体和气体的特性，以及热力学定律。

生物燃料

生物燃料的类型在获得方式、聚集状态（液体、固体、气体）和使用类型方面有所不同。将所有类型的生物燃料结合在一起的指标是，它们的生产基础是有机产品，通过有机产品的加工获得电能和热能。

固体类型的生物燃料是木柴、燃料型煤或燃料颗粒，气体类型是沼气和生物氢，液体类型是生物乙醇、生物甲醇、生物丁醇、二甲醚和生物柴油。

太阳能发电厂的优点和缺点

优点：

• 太阳能是一种可再生能源。同时，它是公开的和免费的。
• 太阳能装置使用起来非常安全。
• 这种发电厂是完全自主的。
• 它们经济且投资回收期快。主要成本仅发生在必要的设备上，并且在未来需要最少的投资。
• 另一个显着特点是工作稳定性。这些站点几乎没有电涌。
• 它们在维护方面并不异想天开，并且非常易于使用。
• 此外，对于 SES 设备，其特点是运行周期长。

缺陷：

• 作为一种能源，太阳系对气候、天气条件和一天中的时间非常敏感。这样的发电厂在夜间或阴天将无法有效和高效地运行。
• 在季节强烈的纬度地区生产力较低。它们在每年晴天数最接近 100% 的地区最为有效。
• 太阳能装置的设备成本非常高且难以获得。
• 需要定期清洁面板和表面免受污染。否则，更少的辐射被吸收并且生产力下降。
• 发电厂内的空气温度显着升高。
• 需要使用具有巨大面积的地形。
• 设备部件，特别是光电池在其使用寿命结束后的处理过程中的进一步困难。

与任何工业领域一样，太阳能处理和转换有其优点和缺点。

优点掩盖缺点是非常重要的，在这种情况下，工作将是合理的。

今天，该行业的大部分发展旨在优化和改进现有方法的功能和使用，以及开发更安全、更高效的新方法。

使用太阳系的权宜之计

太阳能系统 - 将太阳辐射能转化为热能的综合体，热能随后被转移到热交换器以加热供暖或供水系统的冷却剂。

太阳能热装置的效率取决于太阳日照 - 相对于太阳光线方向成 90° 角的表面，每 1 平方米的表面在一天的光照下接收到的能量。该指标的测量值为kWh / sq.m，参数值因季节而异。

温带大陆性气候区的平均日照水平为 1000-1200 千瓦时/平方米（每年）。太阳的数量是计算太阳系性能的决定性参数。

使用替代能源可以让您在没有传统能源成本的情况下加热房屋，获得热水 - 完全通过太阳辐射

安装太阳能供暖系统是一项昂贵的工作。为了使资本支出合理化，必须对系统进行准确计算并遵守安装技术。

例子。假设系统面板以 50° 的角度安装，图拉在夏季中期的日照平均值为 4.67 kV / sq. m * 天。面积为5平方米的太阳能集热器的性能计算如下：4.67 * 4 = 18.68 kW每天的热量。这个体积足以将 500 升水从 17°C 加热到 45°C。

实践表明，当使用太阳能装置时，夏季别墅业主可以完全从电或燃气热水转换为太阳能方法

谈到引入新技术的可取性，重要的是要考虑到特定太阳能集热器的技术特征。一些以 80W/sq.m 太阳能开始，另一些以 20W/sq.m 开始

即使在南方气候条件下，仅使用集热系统供暖也不会奏效。如果该装置仅在缺乏阳光的冬季使用，那么即使 15-20 年也无法支付设备成本。

为了尽可能高效地使用太阳能综合体，它必须包含在热水供应系统中。即使在冬天，太阳能集热器也可以让您“削减”高达 40-50% 的热水电费。

据专家介绍，对于家庭使用而言，太阳能系统大约需要 5 年才能见效。随着电力和天然气价格的上涨，综合体的投资回收期将减少

除了经济效益，“太阳能供暖”还有额外的优势：

1. 环境友好。减少二氧化碳排放。一年内，1 平方米的太阳能集热器可防止 350-730 公斤的采矿量进入大气。
2. 美学。紧凑的浴室或厨房的空间可以从笨重的锅炉或燃气热水器中节省下来。
3. 耐用性。制造商声称，如果遵循安装技术，该综合体将持续约 25-30 年。许多公司提供长达3年的保证。

反对使用太阳能的争论：明显的季节性、对天气的依赖和高初始投资。

太阳辐射的数值特征

有太阳常数这样的指标。其值为 1367 瓦。这是每 1 平方米的能源量。行星地球。由于大气，到达地球表面的能量仅减少了约 20-25%。因此，例如在赤道，每平方米的太阳能值是 1020 瓦。而且我考虑到白天和黑夜的变化，太阳在地平线上的角度变化，这个数字减少了大约3倍。

但是这种能量是从哪里来的呢？科学家们早在 19 世纪就开始处理这个问题，而且版本完全不同。今天，作为大量研究的结果，可以可靠地知道太阳能的来源是 4 个氢原子转化为氦原子核的反应。作为这个过程的结果，大量的能量被释放。例如，1 gr 转变过程中释放的能量。氢气相当于燃烧 15 吨汽油时释放的能量。

用于家庭取暖的热泵

热泵使用所有可用的替代能源。它们从水、空气、土壤中获取热量。少量的热量即使在冬天也存在，因此热泵会收集它并将其重定向到供暖房屋。

热泵还使用替代能源——地球、水和空气的热量

工作原理

为什么热泵如此吸引人？事实上，在泵送过程中消耗了 1 kW 的能量，在最坏的情况下，您将获得 1.5 kW 的热量，而最成功的实施可以提供高达 4-6 kW 的热量。这一点也不违背能量守恒定律，因为能量不是用于获取热量，而是用于抽取热量。所以没有矛盾。

使用替代能源的热泵方案

热泵具有三个工作回路：两个外部和内部，以及一个蒸发器、一个压缩机和一个冷凝器。该方案的工作原理如下：

• 冷却剂在主回路中循环，从低电位源获取热量。它可以被放入水中，埋在地下，也可以从空气中吸收热量。在该电路中可以达到的最高温度约为 6°C。
• 内部回路循环具有极低沸点（通常为 0°C）的加热介质。当加热时，制冷剂蒸发，蒸汽进入压缩机，在那里被压缩到高压。在压缩过程中，热量被释放，制冷剂蒸汽被加热到+35°C至+65°C的平均温度。
• 在冷凝器中，热量从第三加热回路传递给冷却剂。冷却蒸汽被冷凝，然后进一步进入蒸发器。然后循环重复。

加热电路最好以温暖的地板形式完成。温度是最好的。散热器系统需要的部分太多，既丑陋又无利可图。

替代热能来源：在哪里以及如何获取热量

但最大的困难是由收集热量的第一个外部电路的设备引起的。由于来源是低电位（底部几乎没有热量），因此需要大面积来收集足够数量的热量。有四种类型的轮廓：

• 环铺设在带有冷却剂的水管中。水体可以是任何东西——河流、池塘、湖泊。主要条件是即使在最严重的霜冻中也不应该结冰。将热量从河流中抽出的泵工作效率更高；在死水中传递的热量要少得多。这样的热源是最容易实现的——扔管子，绑负载。意外损坏的可能性很高。

• 管道埋在冰点以下的热场。在这种情况下，只有一个缺点——土方工程量大。我们必须清除大面积的土壤，甚至是固定深度。

• 使用地热温度。钻了许多深度很深的井，并在其中降低了冷却剂回路。这个选项的好处是它需要的空间很小，但不是在任何地方都可以钻到很深的地方，而且钻探服务的成本很高。但是，您可以自己制造钻机，但工作仍然不容易。

• 从空气中提取热量。这就是具有加热可能性的空调的工作方式 - 它们从“舷外”空气中吸收热量。即使在低于零的温度下，这些装置也可以工作，尽管在不是很“深”的负值 - 高达 -15°C。为了使工作更加密集，您可以使用通风井的热量。在那里扔一些带有冷却剂的吊索并从那里抽热。

热泵的主要缺点是泵本身价格高，安装集热场也不便宜。在这种情况下，您可以通过自己制造泵并用自己的双手铺设轮廓来节省资金，但金额仍然相当可观。优点是加热成本低廉，系统可以运行很长时间。

种类

如今，各种类型的太阳能电池板越来越受欢迎。乍一看，似乎所有的太阳能模块都是一样的：大量的单个小型太阳能电池相互连接并覆盖有透明薄膜。但实际上，所有模块的功率、设计和尺寸都不同。目前，制造商已将太阳能系统分为两种主要类型：硅和薄膜。

对于家庭用途，安装了带有硅光电池的太阳能电池板。它们是市场上最受欢迎的。其中三种类型也可以区分 - 它们是多晶，单晶，它们已经在文章中更详细地描述，以及非晶，我们将更详细地讨论。

非晶 - 也是基于硅制成的，但此外，它们还具有灵活的弹性结构。但它们不是由硅晶体制成，而是由硅烷——硅氢的别称。在非晶模块的特点中，即使在多云的天气下也能表现出出色的效率，并且能够重复任何表面。但效率要低得多——只有 5%。

第二种类型的太阳能电池板 - 薄膜，是在几种物质的基础上生产的。

• 镉 - 这种面板是在上世纪 70 年代开发的并用于太空。但今天镉也用于工业和家用太阳能发电厂的生产。
• 基于半导体 CIGS 的模块 - 由硒化铜、铟开发而成，是薄膜面板。铟还广泛用于制造液晶显示器。
• 聚合物——也用于生产太阳能薄膜模块。一块面板的厚度约为 100 nm，但效率保持在 5% 的水平。但从优点可以看出，此类系统价格合理，并且不会向大气中排放有害物质。

但同样在今天，市场上也出现了体积较小的便携式型号。它们专为户外活动而设计。通常，此类太阳能电池板用于为便携式设备充电：小型设备、手机、相机和摄像机。

便携式模块分为四种类型。

• 低功耗 - 提供最低电量，足以为手机充电。
• 灵活 - 可以折叠成卷并且重量很轻，因此在游客和旅行者中非常受欢迎。
• 固定在基材上 - 它们的重量要大得多，约为 7-10 公斤，因此可以提供更多的能量。此类模块专为长途汽车旅行而设计，也可用于部分自主地为乡间别墅供电。
• 通用 - 徒步旅行必不可少，该设备具有多个适配器，可同时为各种设备充电，重量可达 1.5 公斤。

适合普通家庭吗

• 对于家庭使用，太阳能是一种很有前途的能源。
• 作为住宅建筑的电能来源，使用太阳能发电站，由俄罗斯和国外的工业企业生产。装置均发各种电源及成套。
• 使用热泵 - 将为住宅楼提供热水，加热水池中的水，加热供暖系统中的冷却剂或房屋内的空气。
• 太阳能集热器 - 可用于家庭供暖和热水系统。在这种情况下，真空管收集器更有效。