A nap energiáját használva
A közelmúltban a napenergia felhasználásának problémájára irányuló érdeklődés drasztikusan nőtt, és bár ez a forrás megújuló energiára is utal, az egész világon adott figyelem arra késztet minket, hogy külön-külön vizsgáljuk meg a lehetőségeket. A közvetlen napsugárzás felhasználásán alapuló potenciális energia lehetőségek rendkívül nagyok. Megjegyezzük, hogy ennek a napenergia-felhasználásnak csak 0,0125% -át tudják biztosítani a világ energiafogyasztásának jelenlegi igényei és 0,5% -os felhasználása - teljes mértékben fedezik a jövő igényeit. Sajnálatos módon ezek a hatalmas potenciális erőforrások soha nem valósulnak meg nagy léptékben. Az ilyen megvalósítás egyik legsúlyosabb akadálya a napsugárzás alacsony intenzitása. Még a legjobb légköri viszonyok (déli szélességek, tiszta ég) mellett a napsugárzás áramlási sűrűsége nem több, mint 250 W / m2. Ezért a napsugárzás "összegyűjtése" egy évig az emberiség minden igényének kielégítéséhez szükséges energiát 130 000 km2 területre kell helyezni. A nagyméretű kollektorok használatának szükségessége jelentős anyagi költségekkel jár.
A napsugárzás legegyszerűbb kollektorja egy feketéses (általában alumínium) lemez, amelynek belsejében vannak csövek, amelyek folyadékkal keringenek benne. A kollektor által elnyelt napenergia által felmelegített folyadék a közvetlen használatra szolgál. A számítások szerint 1 km2-es napsugárzású kollektorgyártók gyártása körülbelül 10 ^ 4 tonna alumíniumot igényel.
A világ bizonyított tartalékai ennek a fémnek a becslése 1,17 * 10 ^ 9 tonna. Az írásból nyilvánvaló, hogy a napenergia hatékonyságát korlátozó tényezők vannak. Tegyük fel, hogy a jövőben nemcsak alumínium, hanem más anyagok gyűjtőgyártására is alkalmasak lehetnek. Ebben a helyzetben változik-e a helyzet?
Arra fogunk kerülni, hogy az energiafejlesztés külön szakaszában (2100 után) a világ összes energiaigényét napenergiával teljesítik. Ebben a modellben becsülhető meg, hogy ebben az esetben "napenergia" gyűjtése szükséges 1 * 10 ^ 6 - 3 * 10 ^ 6 km2-es területen. Ugyanakkor a szántóterületek teljes területe a mai világban 13 * 10 ^ 6 km2, a napenergia a leginkább anyagigényes energiatermelési típusok közé tartozik. Nagyszabású napenergia használata jár óriási növekedést tárgyi feltételek, és ennek következtében a munkaerő számára a nyersanyag-kitermelés, a dúsítás, fogadó anyagok, gyártási heliostats gyűjtők, egyéb berendezések, a közlekedés. A számítások azt mutatják, hogy az 1 MW * évi villamosenergia-termelés napenergia felhasználásával 10 000-ről 40 000 emberóra kell költeni. A szerves üzemanyag hagyományos energiatermelésében ez a szám 200-500 manóra. Még a nap sugarai által generált villamos energia sokkal drágább, mint a hagyományos módszerek. A tudósok remélik, hogy a kísérleti létesítményeken és állomásokon végzett kísérletek segítenek nemcsak technikai, hanem gazdasági problémák megoldásában is.
HIDRAULIKUS KÉSZLETEK 60 ° C-on
A napenergia gyakorlati felhasználásának egyik vezetője Svájc volt. Itt épült mintegy 2600 szoláregység szilikon fotoconverterrel, 1 és 1000 kW teljesítmény mellett, valamint napkollektoros hőfejlesztő készülékek. A program neve, és a szlogen alatt készült. jelentősen hozzájárul a környezeti problémák megoldásához és az ország energiaintegrációjához, amely jelenleg több mint 70 százalék energiát importál.
A nagyvállalatok 300 kW-os ipari épületek heliosztiációját fedezik fel. Egy ilyen állomás 50-70% -kal fedheti le a vállalkozás energiaigényét.
Az alpesi hegyvidékek területén, ahol nem nyereséges az áramvezetékek elhelyezése, autonóm napelemeket gyártanak akkumulátorokkal.
Az üzemeltetési tapasztalatok azt mutatják, hogy a Sun már képes az energiaigényt legalább az összes lakóépületben az országban.
Az épületek tetőzetén és falán elhelyezkedő, az autópályák, a közlekedési és ipari épületek zajvédő kerítésein található napelemek nem igényelnek költséges mezőgazdasági vagy városi területet a szálláshoz.
Az autonóm napenergia-telepítés a Grimsel falu közelében villamos energiát biztosít az útcsatornák éjjel-nappal történő megvilágításához. A Shur város közelében, a 700 méteres zajvédett kerítésen elhelyezett napelemek évente 100 kW villamos energiát termelnek. A Münchingen gyártási épületének tetején a Biral által gyártott 320 kW teljesítményű napelemek szinte teljes egészében fedezik a vállalkozás hő- és villamosenergia-igényeit.
A modern fogalma napenergia felhasználásával fejezzük legteljesebben az épületek építése ablaküveg gyár Arisdorf ahol napelemek, a teljes kapacitás 50 kW szerepe van a tervezés további padló elemek és a design a homlokzat jelöltek.
A szilikon fotokonverterek hatékonysága erős fűtés mellett jelentősen csökken, ezért a napelemek alatt szellőzőcsatornákat szerelnek be a külső levegő kiszivattyúzására. A fűtött levegő hűtőfolyadékként működik a kollektorok számára. Sötétkék, szikrázó napfényben fotókonvertálók az adminisztratív épület déli és nyugati homlokzatán, 9 kW villamos energia hálózatával, díszburkolatként szolgálnak.
GELIOMOBIL MA
A "Solar-91" program egyik fő eleme a napenergiát hasznosító járművek fejlesztése, hiszen a gépjárműforgalom az ország energiaforrásainak egynegyedét teszi ki. Svájcban minden évben nemzetközi napfényt tartanak. A 644 kilométer hosszú rally az északnyugati Svájc és Ausztria útjain helyezkedik el. A versenyzés 6 egynapos szakaszból áll, melyek mindegyike - 80 és 150 kilométer között.
A svájci állampolgárok nagy reményeket fűznek a villamos és hőenergia decentralizált termeléséhez saját szolárberendezésekkel. Ez választ ad a független és független svájci karakterre, egy civilizált tulajdonos érzésére, aki nem pénzt kímél a hegyi levegő, a víz és a föld tisztaságára. A személyes heliosztázisok jelenléte serkenti az elektronika és az elektrotechnika, az eszközgyártás, az új anyagok technológiáját és más csúcstechnológiai iparágakat.
Négy év telt el. A "Tour de sol" nem hivatalos világbajnokság lett. Az 1989-ben megrendezett ötödik "szoláris rallyon" több mint 100 képviselő vett részt az FRG, Franciaország, Anglia, Ausztria, az USA és más országok részvételével. Mindazonáltal a helio-kocsik több mint fele a svájci úttörőkhöz tartozott, mint korábban. A következő öt évben soros heliomobil fogalma jelent meg. A Heliomobile akkor tekinthető sorozatosnak, ha a gyártó legalább 10 mintát ad el, és tanúsítvánnyal rendelkezik, amely lehetővé teszi a közutakon történő forgalom engedélyezését.
NAPENERGIA ENERGIA TÁVADÓK
A napenergia fejlesztésében más irányok is vannak. Ez elsősorban a növények fotoszintetikus képességeinek felhasználására vonatkozik. A fotobiochimikus rendszerek, ahol egy fénymennyiség energiáját használják az elektronok átvitelére, már létrehoztak és sikeresen működnek, bár a laboratóriumban. Ők a jövő hatékony transzformátorainak prototípusai, a természetes fotoszintézis elveinek felhasználásával.
Problémák megoldására „gazdaság” a napenergia, akkor nem esnek bele a közös tévhit: össze drága, de nagyon fiatal napenergia átalakítási technológia árammá napelemek segítségével, egy olcsó, de a „piszkos” technológia felhasználásával az olaj és a gáz. Az új típusú energiaforrások költséghatékonyságát össze kell hasonlítani azokkal az energiatípusokkal, amelyeket a jövőben ugyanilyen nagyságrendben használnak fel.
A számítások azt mutatják, hogy a szintetikus folyékony tüzelőanyagok nagy mennyiségű előállítása a napenergia felhasználásával 60 dollár / hordó lesz. Összehasonlításképpen megjegyezzük, hogy ma a Perzsa-öböl területére eső hordó ára 35 dollár.
A napfény intenzitása tengerszinten 1-3 kW / négyzetméter. A legjobb napelemek teljesítménye 12-18 százalék. Figyelembe véve a hatékonyságot, a napenergia fotokonverterekkel való átalakítása lehetővé teszi egy négyzetméteres, legfeljebb 1/2 kW teljesítmény elérését.
A napenergia mérsékelt szélességi területein tapasztalt tapasztalatok azt mutatják, hogy jövedelmezőbb a napenergiát közvetlenül felhalmozni és hőt használni. Alaszka és Észak-Kanadában kidolgozott projektjavaslatok. Ezeknek a régióknak a természeti és éghajlati viszonyai összehasonlíthatók országunk központi szalagjának feltételeivel. A napenergia fejlesztése két fő irányvonal: az energiaellátás globális kérdéseinek megoldása és egyedi helyi feladatok elvégzésére tervezett napenergia-átalakítók létrehozása. Ezek a konverterek két csoportra oszthatók: magas hőmérséklet és alacsony hőmérséklet.
Az első típusú átalakítókban a nap sugarai egy kis területre koncentrálódnak, amelynek hőmérséklete 3000 ° C-ra emelkedik. Ezek a beállítások már léteznek. Ezeket például a fémek megolvasztására használják.
A napkollektorok legelterjedtebb része jóval alacsonyabb hőmérsékleten működik - kb. 100-200 ° C. Segítségükkel víz melegítik, sótalanítják, felemelik a kútból. A napkonyhákban készítsenek ételt. Koncentrált naphő-szárított zöldségek, gyümölcsök és akár lefagyasztja az ételt. A nap energiája napközben felhalmozható melegházak és üvegházak éjszakára.
A napelemek gyakorlatilag nem igényelnek működési költségeket, azokat nem kell javítani, és csak akkor kell megépíteni és tisztán tartani. Végtelenül dolgozhatnak.
SOLAR LIGHT CONCENTRATORS
A gyermekkor óta sokan emlékeznek arra, hogy a napfénytől való kollektív lencse segítségével egy papírt kigyulladhat. Ipari berendezésekben a lencséket nem használják: nehéz, költséges és nehéz gyártani.
A nap sugarait is homorú tükörrel fókuszálhatja. Ez a napkollektor fő eleme, egy olyan eszköz, amelyben a párhuzamos napsugarakat egy konkáv tükör segítségével gyűjtik össze. Ha a tükör középpontjába csövet helyez fel vízzel, akkor felmelegszik. Ez a közvetlen hatású napelemek működésének elve.
A leghatékonyabbak a déli szélességi körzetekben alkalmazhatók, de a középső sávban alkalmazást találnak. A tükröket a hagyományos üvegekből vagy polírozott alumíniumból használják. A napsugárzás leghatékonyabb koncentrátorai (2. ábra) a következő alakúak:
- egy hengeres paraboloid (a);
- a forradalom paraboloidja (b);
- síkvonalú Fresnel lencse (c).
A laza iparágak egy kaliforniai napenergia-erőműben parabolikus hengeres hosszú reflektorokból álló rendszert használnak csatorna formájában. A fókuszpontján 350 ° C-ra melegített hűtőközeg-difenil-cső van. A csúszda a napot csak egy tengely körül követi (nem kettő, mint sík heliosztatikus). Ez lehetővé tette a napkövetés rendszerének egyszerűsítését. A napenergia közvetlenül átalakítható egy mechanikus úton. Ehhez a Stirling motort használják. Ha egy 1,5 m átmérőjű parabola tükörre fókuszál, a Stirling-cikluson működő dinamikus átalakítót kapja, az így kapott teljesítmény (1 kW) elegendő ahhoz, hogy 20 méter mélységből 2 óra vizet emeljen fel óránként.
Valódi napenergia-rendszerekben a lapos lineáris Fresnel lencsét ritkán használják a magas költségek miatt.
Vízmelegítő A vízmelegítő melegvízellátásra van tervezve, főleg az egyéni háztartások számára. Az eszköz egy dobozból áll, amelynek tekercs, hidegvíz tartály, tartály és csövek vannak. A doboz tartósan 30-50 ° -os szögben van elhelyezve a déli tájolással. Hideg, nehezebb, a víz folyamatosan belép a doboz aljára, ahol felmelegszik, és hideg vízzel áthelyezi a tárolótartályba. Használható fűtéshez, zuhanyozáshoz vagy más háztartási igényekhez. A napi kapacitás az 50 ° -os szélességnél kb. 2 kW / h négyzetméterenként. A tartályban a víz hőmérséklete eléri a 60-70 ° -ot. A telepítés hatékonysága 40%.
Termikus koncentrátorok Mindenki, aki valaha is egy üvegházban volt, tudja, milyen élesen különböznek a körülötte lévő körülményei: A hőmérséklet magasabb. A nap sugarai szinte akadálytalanul haladnak át az átlátszó bevonaton és felmelegítik a talajt, a növényeket, a falakat és a tetőszerkezetet. Ellenkező irányba, a széndioxid megnövekedett koncentrációja miatt a hő kis mértékben elpárolog. A hőkoncentrátorok hasonló elveken működnek.
Ezek fából, fémből vagy műanyag dobozokból állnak, egyrészt egy vagy két üvegből. A doboz belsejében a maximális napfény felszívódás érdekében helyezzen be egy hullámos fémlemezt, fekete festett. A dobozban levegőt vagy vizet melegítenek, amelyet rendszeresen vagy tartósan elvonnak rajta egy ventilátor vagy egy szivattyú.
IDEGEN TARTOZÓ HÁZ LAKÓ FŰTÉSEN
A teljes napsugárzás átlagos értéke a vízszintes felület 20 m 2 -én a napi 55 ° -os szélességben az év során 50-60 kW / h. Ez megfelel a 60 m2 területű ház fűtésére szolgáló energia költségének.
A középsáv szezonálisan lakott lakóhelyeinek üzemeltetésére a legalkalmasabb a légfűtési rendszer. A levegőt a napkollektorban felmelegítik és a levegőcsatornákon keresztül a helyiségbe táplálják. A levegőhűtő hatásának előnyei a folyékony hűtőközeggel szemben nyilvánvalóak:
- nincs veszély, hogy a rendszer lefagy;
- nincs szükség csövekre és csapokra;
- egyszerűség és olcsóság.
A hátrány a levegő alacsony hőteljesítménye.
Szerkezetileg a kollektor egy sor mázas függőleges doboz, amelynek belső felülete matt matricával van megolvadva, amely nem melegít. A doboz szélessége kb. 60 cm A napkollektor helyének részében a függőleges változat előnyben részesül. Sokkal könnyebb felépíteni és fenntartani. A ferde kollektorhoz képest (például a tető részét elfoglalva) nincs szükség vízzárásra, a hóterheltség nem jelent problémát, függőleges szemüveggel könnyen le lehet mosni a port.
A lapos kollektor a közvetlen napsugárzás mellett érzékeli a szétszórt és visszavert sugárzást: felhős időben, könnyű felhőkben, egy szóval, olyan körülmények között, amelyek valóban a középső sávban vannak. A lapos kollektor nem hoz létre nagy potenciálú hőt, mint egy koncentráló gyűjtőtartályt, de ez nem szükséges a konvekciós melegítéshez, elég, ha alacsony a potenciális hő. A napkollektor déli fekvésű homlokzaton helyezkedik el (megengedett eltérés legfeljebb 30 ° keletre vagy nyugatra).
A nap folyamán egyenlőtlen napsugárzás, valamint a házak éjjel-nappal és felhős napon történő melegítésének vágya arra hivatott, hogy termikus elemre van szükség. A nap folyamán hőt termel, és éjjel ad. A levegőgyűjtővel való munkavégzéshez a legésszerűbb egy kavicsos-kavicsos akkumulátor. Ez olcsó, egyszerű az építőiparban.
A kavicskitöltés a ház hőszigetelt süllyesztett aljzatába helyezhető. A meleg levegőt ventilátorral pumpálják az akkumulátorba.
60 m területű házhoz. Az akkumulátor térfogata 3-6 m3. A szétterülést a naprendszer elemeinek minősége, a hőszigetelés és a napsugárzás módja határozza meg egy bizonyos területen.
A ház napenergiával működő rendszere négy üzemmódban működik (4. ábra a-d):
- hőenergia felmelegítése és tárolása (a);
- fűtés az akkumulátorról (b);
- a hőenergia felhalmozódása (in);
- fűtést a kollektortól (g).
Hideg, napos napokon a kollektorban felmelegedett levegő felemelkedik és belép a szobába a mennyezeten lévő nyílásokon keresztül. A levegő keringése a természetes konvekciónak köszönhető. Tiszta, meleg napokon a forró levegőt a kollektor felső zónájából veszik át, és ventilátor segítségével átszivattyúzzák a kavicson, feltöltve a hőgyűjtőt. Az éjszakai fűtésnél és a zavaros idő esetén a helyiség levegője az akkumulátoron keresztül fut és visszatér a felmelegedett helyiségekbe.
A középső sávban a naprendszer csak részben felel meg a fűtési igényeknek. Az üzemeltetési tapasztalatok azt mutatják, hogy a szoláris üzemanyag-fogyasztás a napenergia felhasználása miatt eléri a 60% -ot.