UTILIZAREA ENERGIEI SOLARE ÎN CASE DE VACANȚĂ (ÎN SITE-URI PRIVATE)
V. P. Breusov
d. la. profesor de SPbSPU
Aproape toate sursele de energie utilizează cumva energia soarelui: cărbunele, petrolul, gazul natural nu este nimic mai mult decât energia solară "conservată". Este conținut în acest combustibil din timpuri imemoriale; sub influența căldurii solare și a luminii pe Pământ, plantele au crescut, au acumulat energie și apoi, ca rezultat al proceselor chimice suplimentare, au devenit combustibilul folosit astăzi. Soarele în fiecare an oferă omenirii miliarde de tone de boabe și de lemn. Energia râurilor și a cascadelor de munte se naște și din acțiunea Soarelui, care susține circulația apei pe Pământ.
În toate exemplele date, energia solară este utilizată indirect, prin multe transformări intermediare. Ar fi foarte tentant să excludem aceste transformări și să găsim o cale de a converti direct radiațiile termice și luminoase ale Soarelui, care cad pe Pământ, în energie mecanică sau electrică.
În doar trei zile, soarele trimite pe Pământ o cantitate cât mai mare de energie decât cea din toate rezervele explorate de combustibili fosili. Cea mai mare parte a acestei energii este disipată sau absorbită de atmosferă, în special de nori, și numai o treime din aceasta atinge suprafața pământului.
Toată energia emisă de Soare este mai mare decât partea pe care o primește Pământul, de 5.000.000.000 de ori. Dar chiar și această sumă "nesemnificativă" este de 1.600 de ori energia pe care toate celelalte surse le dau împreună, luate împreună. Incidenta energiei solare de pe suprafata unui lac mic este echivalenta cu puterea unei centrale electrice mari.
Omul, din cele mai vechi timpuri, știa despre această sursă de energie inepuizabilă. Cu toții știm din experiență că o lupă simplă poate focaliza lumina soarelui într-un punct în care o rază fierbinte de raze poate aprinde o materie combustibilă. Probabil unii dintre voi a trebuit să folosească o lupă în pădure, în absența meciurilor, pentru a aprinde focul. Există o legendă care matematicianul grec antic și fizician Arhimede în timpul războiului punic prin intermediul unui sistem de oglinzi foc la navele romane de lemn la Siracuza. Astăzi, această poveste ne pare a fi foarte îndoielnică, deoarece în secolul al III-lea î.Hr. oamenii nu știau cum să facă oglinzi suficient de mari și exacte, capabile să aprindă ceva de la distanță. Dar este curios faptul că ideea datează din cele mai vechi timpuri: aceasta înseamnă că oamenii au crezut deja cu privire la modul de a prinde și de a folosi razele soarelui, au știut despre capacitatea de lentile și oglinzi concave pentru a focaliza razele într-un singur punct - focalizare. Lentile folosite de preoții greci antic pentru a aprinde un foc sacru în templul zeiței Vesta.
Totuși, pentru totdeauna, începând cu primele experimente modeste din secolul al XVII-lea. și înainte de zborurile spațiale, sa acordat o atenție insuficientă utilizării directe a energiei solare.
Se știe că energia solară este caracterizată de absență absentă și concentrație foarte scăzută. Dacă vrem să construim o centrală solară cu o capacitate de 1.000 MW în Sahara, unde există o mulțime de "zile însorite", ar fi trebuit să captureze toată radiația solară dintr-o suprafață de 35 km2; în Sicilia (Italia) suprafața ar fi crescut la 50 km2; iar pentru Japonia, pentru a satisface întreaga cerere de energie în detrimentul Soarelui, ar fi necesar să se colecteze radiații solare dintr-o suprafață de 73,5 km2,
Dintre toate sursele de energie regenerabile existente, soarele, împreună cu vântul, este cel mai accesibil și mai ecologic. Pentru a-și folosi energia, este necesar să se rezolve astfel de întrebări: cum să prindă cel mai mare flux, să stocheze și să transfere căldură consumatorului fără pierderi.
Cel mai simplu mod de a folosi energia soarelui pentru încălzirea apei este un rezervor negru sau un butoi situat la soare. Astfel, veți încălzi apa, de exemplu pentru un duș, într-o zi de vară clară. Și dacă un astfel de rezervor este plasat într-o cutie cu un capac de sticlă, un bine izolată împotriva pierderilor de căldură și este situat pe partea însorită, atunci apa se va încălzi atât de mult încât să puteți lua un duș sau spala vase, chiar într-o zi rece și tulbure.
Având în vedere că energia radiației solare este distribuită pe o suprafață mare (cu alte cuvinte, are o densitate scăzută) pentru a crește eficiența instalației utilizarea directă a energiei solare este necesar să existe un dispozitiv de colectare (colector), cu o suprafață dezvoltată. Cel mai simplu dispozitiv de acest tip este un colector plat. În mod ideal, este un adsorbant neagră plat (acumulator de căldură), plasat într-o cutie plată bine izolată. Suprafața casetei este acoperită cu sticlă sau plastic. Sticla trece prin lumină, dar nu trece prin radiația de căldură în infraroșu. În caseta între partea de jos și sticlă tuburi adesea aranjate prin care curge lichidul de răcire - poate fi apa, ulei, aer, dioxid de sulf, etc. Tuburile sunt absorbant (acumulator de căldură) ...
Radiațiile solare, care pătrund prin sticlă sau materiale plastice din colector, sunt absorbite de conducte și încălzesc substanța de lucru în țevi. Radiația termică nu poate părăsi colectorul, deci temperatura din acesta este mult mai mare decât temperatura aerului din jur. Acesta este așa-numitul efect de seră. Serile de grădină obișnuite, de fapt, sunt colectori simpli ai radiației solare.
Atunci când se încălzește carcasa și se obține apă caldă pentru nevoile gospodăriei și cu multe alte aplicații, o problemă serioasă este stocarea energiei solare capturate de colector. În cel mai simplu caz, apa caldă a conductei de colectare este redirecționată către un rezervor cu izolație termică, unde se poate lua în condiții meteorologice nefavorabile sau seara. Un recipient bine izolat este utilizat ca acumulator termic.
Într-o zi clară și însorită, în absența norilor, apa din acest sistem poate atinge temperaturi de 70-75 ° C. Radiatoarele plate sunt situate pe partea sudică a acoperișului la un unghi de 45-48 ° C. În zilele cu acoperire cu nori variabili, se ating temperaturi de la 40 la 60 ° C.
Sistemele termice solare tipice sunt sisteme de încălzire constând din colectori eficienți, o unitate de pompă, un controler și o unitate. În același timp, lucrările colectorului nu necesită un soare strălucitor, acesta poate încălzi lichidul de răcire atât în timpul iernii, cât și în condiții de noros. Apa caldă preparată poate fi utilizată pentru încălzire, pentru încălzirea apei în piscine. Zona colectorului modern este de 2,5 m2, greutate de la 30 la 60 kg. De obicei, colectorul este instalat pe acoperișul casei, la un unghi de 40-50 °. Cel mai bun loc pentru a instala - pante de acoperiș de sud. Materialul și structura acoperișului nu au nici o importanță. Sistemul termic solar pentru o casă mică poate fi alcătuit din 2-4 colectori și un rezervor de stocare cu o capacitate de la 300 la 700 de litri. Zona minimă pentru instalarea unității este de 60x60 cm, iar configurația unităților poate fi diferită, fabricată special pentru spații înguste. Colectoarele sunt conectate la rezervoarele de stocare prin intermediul schimbătoarelor de căldură, circuitul de colectare este realizat din cupru și este umplut cu un lichid special care nu necesită înghețare, care nu trebuie golit la temperaturi negative și care este întotdeauna în stare de funcționare constantă. Funcționarea unității de pompare este reglată de un regulator care măsoară temperatura în colector și acumulator. De îndată ce devine posibilă îndepărtarea căldurii din colector, controlerul include o unitate de pompă instalată în imediata vecinătate a rezervorului.
Putem folosi în mod regulat sisteme solare și încălzitoare externe pentru încălzirea locuințelor. Desigur, ele sunt mai convenabile în reglarea, hrănirea la locul potrivit, acumularea și permițându-vă să obțineți temperaturi destul de ridicate.
Dar pentru a obține efectul maxim, puteți construi complexe mari folosind materiale scumpe (cupru, aluminiu).
Astfel arată colectorul, capabil să încălzească apa la 90 ° C:
Avantajele acestor sisteme sunt o creștere a absorbției radiației solare și, cu o bună izolare, capacitatea de a menține căldura în zilele de iarnă. De regulă, astfel de complexe sunt integrate în sistemul de încălzire al clădirilor rezidențiale
Ideea de a încălzi casele cu energia radiației solare este cunoscută din cele mai vechi timpuri, când strămoșii noștri au construit case cu ferestre spre sud (în emisfera nordică). În zilele noastre putem vedea cum inginerii proiectează casele municipale și particulare pe baza încălzirii pasive. Prin adaptări arhitecturale simple, prin amenajarea cu succes a ferestrelor, a pereților și a acoperișurilor, puteți economisi căldură și, prin urmare, bani. Se știe că majoritatea razelor soarelui sunt absorbite nu de acoperiș, ci de pereții casei, mai ales în partea de sud. Acest lucru face posibilă utilizarea energiei soarelui în modul cel mai simplu, prin plasarea unor ferestre izolate mari pe peretele sudic. Astfel de soluții arhitecturale, cum ar fi ferestrele mari pe partea sudică, însorită și ferestrele mici cu nordul, vă permit să "lăsați" mai mult soare în casă. Aceasta este, desigur, o măsură insuficientă pentru încălzirea casei, dar în combinație cu alte metode de încălzire și izolare termică oferă un mic plus față de energia primită de casă.
În practică, casele cu sisteme de încălzire pasive sunt chiar mai bine încălzite dacă au ventilatoare, datorită căruia circula aerul cald între camere.
De ce este incalzita camera? La această întrebare se poate răspunde prin rechemarea proprietăților radiației solare. În timpul zilei, radiația soarelui (scurt-val) trece prin geamul nostru prin geamul nostru. Acolo se încălzește obiectele și se duce în radiații de undă lungă, care nu pot trece înapoi prin geamul, adică în exterior. Astfel, camera se încălzește treptat. Astfel funcționează efectul de seră, care în același fel ne încălzește planeta. În acest caz, rolul sticlei, care împiedică reflectarea exterioară a radiației solare reflectate, este jucat de atmosfera în care s-au acumulat gazele cu efect de seră.
Există stații constând din mai mulți colectori de concentrare mici, fiecare monitorizând independent soarele. Astfel de concentratori pot fi mai multe zeci sau mai multe. Toți transferă energia solară a lichidului pe suportul de căldură, care colectează de la toți colectorii la centrala electrică și, transformându-se într-un generator de abur, vine mai departe ca consumator de energie electrică.
O metodă din ce în ce mai populară, care vă permite să primiți electricitate direct de la radiația solară, sunt fotocelule. Deși au un dezavantaj, la fel ca toate dispozitivele care lucrează la radiațiile solare - funcționează numai într-o zi senină. Celulele foto transformă energia soarelui în energie electrică utilizând un efect fotoelectric. Efectul fotoelectric este emisia de electroni de pe suprafața obiectelor sub acțiunea particulelor de lumină (fotoni). Efectul fotoelectric poate apărea pe o suprafață metalică, într-un lichid și într-un atom de gaz separat. Cel mai simplu și mai convenabil material este metalul. Cu toate acestea, nu toate metalele pot da același efect pentru toate fotografiile. Astfel, cuprul și platina nu sunt capabile să producă un efect fotoelectric atunci când sunt expuse la partea vizibilă a spectrului luminos. Cel mai bun material a fost siliciul. În plus, este pe locul al doilea după rezervele de oxigen din rezerve, care vor contribui în viitor la dezvoltarea pe scară largă.
Astăzi, această energie este mai scumpă decât energia primită de la arderea combustibililor fosili (aproximativ 2-3 dolari pe watt de capacitate instalată). Dar tehnologiile de obținere a "energiei solare" se dezvoltă rapid, iar energia electrică primită de la fotocelule devine din ce în ce mai competitivă în fiecare an. Dezvoltarea de fotocelule a avut loc intens pe măsură ce spațiul a fost dezvoltat, unde s-au creat fotobatterie pentru sateliți și stații spațiale, iar industria sa adaptat la economia națională doar la sfârșitul secolului al XX-lea. Prețurile pentru fotocelule sunt în continuă scădere și vedem deja aplicarea lor într-un complex rezidențial, vehicule și viața de zi cu zi (de exemplu, pentru alimentarea cu energie a calculatoarelor de buzunar sau a ceasurilor).