L'energia solare come fonte di energia alternativa: tipologie e caratteristiche dei sistemi solari

La storia dello sviluppo dell'energia solare

Hanno cercato di "domare" il sole ai tempi di Archimede. Fino ad oggi, la leggenda delle navi in ​​fiamme con l'aiuto di un enorme specchio è sopravvissuta: gli abitanti di Siracusa hanno diretto un raggio mirato sulla flotta nemica.

Nella storia dello sviluppo dell'energia solare, ci sono fatti sull'uso dell'energia solare:

• per riscaldare palazzi in pietra;
• evaporazione dell'acqua di mare per la produzione di sale.

Gli scaldabagni sono migliorati quando Lavoisier ha utilizzato una lente per concentrare i raggi infrarossi. Così si fondeva il ferro. Successivamente, i francesi iniziarono a utilizzare l'acqua riscaldata allo stato di vapore per l'azionamento meccanico delle apparecchiature di stampa. Gli scienziati hanno iniziato a parlare delle prospettive dell'energia solare dopo la creazione dei semiconduttori. Sulla loro base sono state realizzate le prime fotocellule.

Sviluppo di fonti non tradizionali

Le fonti di energia non tradizionali includono:

• energia del sole;
• energia eolica;
• geotermico;
• energia delle maree e delle onde del mare;
• biomassa;
• basso potenziale energetico dell'ambiente.

Il loro sviluppo sembra possibile grazie alla distribuzione onnipresente della maggior parte delle specie; si può anche notare la loro compatibilità ambientale e l'assenza di costi operativi per la componente combustibile.

Tuttavia, ci sono alcune qualità negative che ne impediscono l'uso su scala industriale. Si tratta di una bassa densità di flusso, che obbliga all'uso di installazioni "intercettanti" di una vasta area, oltre alla variabilità nel tempo.

Tutto ciò porta al fatto che tali dispositivi hanno un elevato consumo di materiale, il che significa che aumentano anche gli investimenti di capitale. Bene, il processo per ottenere energia a causa di qualche elemento di casualità associato alle condizioni meteorologiche causa molti problemi.

L'altro problema più importante è lo "stoccaggio" di questa materia prima energetica, poiché le tecnologie esistenti per lo stoccaggio dell'elettricità non consentono di farlo in grandi quantità.Tuttavia, nelle condizioni domestiche, le fonti energetiche alternative per la casa stanno diventando sempre più popolari, quindi andiamo a conoscere le principali centrali elettriche che possono essere installate di proprietà privata.

energia geotermica

Tipi inesplorati di fonti di energia alternative si nascondono nelle viscere del globo. L'umanità conosce la forza e la portata delle manifestazioni naturali. La potenza dell'eruzione di un vulcano è incomparabile con qualsiasi delle centrali elettriche artificiali.

Sfortunatamente, le persone non sanno ancora come usare questa energia gigantesca per il bene, ma il calore naturale della Terra o l'energia geotermica attirano l'attenzione degli scienziati, poiché è una risorsa inesauribile.

È noto che il nostro pianeta irradia ogni anno un'enorme quantità di calore interno, che viene compensato dal decadimento radioattivo degli isotopi nella crosta del globo. Esistono due tipi di fonti di energia geotermica.

Piscine sotterranee

Si tratta di piscine naturali con acqua calda o miscela di acqua vapore - sorgenti idrotermali o vapore-termiche. Le risorse da queste fonti vengono estratte attraverso i pozzi, quindi l'energia viene utilizzata per i bisogni dell'umanità.

Rocce

Il calore delle rocce calde può essere utilizzato per riscaldare l'acqua. Per fare ciò, viene pompato in orizzonti per un ulteriore utilizzo a fini energetici.

Uno degli svantaggi di questo tipo di energia è la sua debole concentrazione. Tuttavia, in condizioni in cui, immergendosi ogni 100 metri, la temperatura aumenta di 30-40 gradi, è possibile garantirne un uso economico.

La tecnologia di utilizzo di questa energia in promettenti "aree geotermiche" presenta evidenti vantaggi:

• riserve inesauribili;
• pulizia ecologica;
• l'assenza di grandi costi per lo sviluppo delle fonti.

Un ulteriore sviluppo della civiltà è impossibile senza l'introduzione di nuove tecnologie nel campo dell'energia. Su questa strada ci sono compiti intrattabili che l'umanità deve ancora risolvere.

Tuttavia, lo sviluppo di questa direzione gioca un ruolo importante e oggi esistono già apparecchiature in grado di risparmiare in modo significativo le risorse, alle quali le fonti di energia tradizionali e alternative sono un'ottima alternativa. Per implementare tali idee sono necessarie pazienza, mani abili, nonché alcune abilità e conoscenze.

Progettazione di un impianto di riscaldamento su collettori

Prima di tutto, tratteremo in dettaglio le differenze nella struttura e nel funzionamento di batterie e collettori.

Il pannello è costituito da più celle solari interconnesse su un telaio realizzato con materiali energetici non conduttivi.

I convertitori fotovoltaici sono strutture piuttosto complesse, che sono una sorta di sandwich di piastre con caratteristiche e scopi diversi.

Oltre ai moduli solari e agli elementi di fissaggio speciali, il sistema è composto dai seguenti elementi:

• batterie, per l'accumulo di energia;
• un controller che monitorerà il grado di carica della batteria;
• inverter - per convertire la corrente continua in corrente alternata.

I collettori sono di due tipi: sottovuoto e piatti.

I collettori sottovuoto sono costituiti da tubi di vetro cavi con tubi di diametro più piccolo all'interno contenenti un assorbitore di energia. I tubi più piccoli sono collegati al liquido di raffreddamento. Nello spazio libero tra di loro c'è un vuoto che trattiene il calore.

Il principio di funzionamento del collettore solare

I collettori piani sono costituiti da un telaio e da un vetro rinforzato con uno strato fotoassorbente.Lo strato assorbente è collegato ai tubi con il liquido di raffreddamento.

Entrambi questi sistemi sono costituiti da un circuito di scambio termico e da un accumulatore di calore (serbatoio di liquido).

Dal serbatoio, l'acqua entra nell'impianto di riscaldamento tramite una pompa. Per evitare dispersioni di calore, il serbatoio deve essere ben isolato.

Tali installazioni dovrebbero essere posizionate sul versante meridionale del tetto. L'angolo di inclinazione dovrebbe essere di 30-45 gradi. Se la posizione della casa o la struttura del tetto non consentono l'installazione di pannelli solari sul tetto, è possibile installarli su appositi telai rinforzati o su rack fissati al muro.

La quantità di energia solare rilasciata in diversi periodi dell'anno varia notevolmente. Il valore del coefficiente di insolazione per il tuo luogo di residenza è riportato sulla mappa dell'attività solare. Conoscendo il coefficiente di insolazione, puoi calcolare il numero di moduli di cui hai bisogno.

Ad esempio, consumi energia 8 kW/h, l'irraggiamento solare è in media 2 kW/h. Potenza del pannello solare - 250 W (0,25 kW). Facciamo i calcoli: 8 / 2 / 0,25 \u003d 16 pezzi: questo è il numero di pannelli di cui avrai bisogno.

Impianti a biogas

Il gas si forma come risultato della lavorazione dei prodotti di scarto di pollame e animali. I rifiuti riciclati vengono utilizzati per fertilizzare il terreno negli appezzamenti domestici. Il processo si basa su una reazione di fermentazione che coinvolge i batteri che vivono nel letame.

Il letame bovino è considerato la migliore fonte di biogas, sebbene siano adatti anche i rifiuti di uccelli o altri animali.

La fermentazione avviene senza accesso all'ossigeno, quindi è consigliabile utilizzare contenitori chiusi, chiamati anche bioreattori.La reazione si attiva se la massa viene periodicamente agitata, per questo si utilizzano lavori manuali o vari dispositivi elettromeccanici.

Sarà inoltre necessario mantenere la temperatura nell'impianto da 30 a 50 gradi per garantire l'attività dei batteri mesofili e termofili e la loro partecipazione alla reazione.

Produzione edile

L'impianto di biogas più semplice è un barile mescolato con un coperchio. Il gas della canna entra nel serbatoio attraverso un tubo, a questo scopo viene praticato un foro nel coperchio. Questo design fornisce gas a uno o due bruciatori a gas.

Per ottenere volumi di gas su larga scala si utilizza un bunker fuori terra o interrato, che è realizzato in cemento armato. Si consiglia di dividere l'intero contenitore in più scomparti affinché la reazione avvenga con uno spostamento temporale.

Il contenitore non è completamente riempito di massa, di circa il 20 percento, il resto dello spazio serve ad accumulare gas. Due tubi sono collegati al coperchio del contenitore, uno viene condotto al consumatore e l'altro al sigillo dell'acqua, un contenitore pieno d'acqua. Ciò garantisce la purificazione e l'essiccazione del gas, il gas di alta qualità viene fornito al consumatore.

È tutto così liscio?

Sembrerebbe che una tale tecnologia per l'alimentazione di una casa privata avrebbe dovuto essere a lungo esclusa dal mercato dai tradizionali metodi centralizzati di fornitura di energia. Perché questo non accade? Ci sono diversi argomenti che testimoniano non a favore delle energie alternative. Ma il loro significato è determinato su base individuale: per alcuni proprietari di case di campagna, alcune carenze sono rilevanti e altre non sono affatto interessanti.

Per i grandi cottage di campagna, l'efficienza non troppo elevata degli impianti di energia alternativa può diventare un problema. Naturalmente, gli impianti solari locali, le pompe di calore o gli impianti geotermici non possono essere paragonati alla produttività anche delle più antiche centrali idroelettriche, termoelettriche e ancor più nucleari, ma spesso questo inconveniente viene minimizzato installando due o anche tre sistemi, utilizzando più energia. La conseguenza di ciò potrebbe essere un altro problema: per la loro installazione sarà necessaria un'area più ampia, che non è possibile allocare in tutti i progetti di case.

Per garantire la fornitura ininterrotta del numero di elettrodomestici e del sistema di riscaldamento familiare a una casa moderna, è necessaria molta energia. Pertanto, il progetto dovrebbe prevedere tali fonti in grado di produrre tale energia. E questo richiede un solido investimento: più potente è l'attrezzatura, più è costosa.

Inoltre, in alcuni casi (ad esempio quando si utilizza l'energia eolica), la fonte potrebbe non garantire la costanza della produzione di energia. Pertanto, è necessario dotare tutte le comunicazioni di dispositivi di archiviazione. Solitamente vengono installate batterie e collettori per questo scopo, il che comporta tutti gli stessi costi aggiuntivi e la necessità di allocare più metri quadrati in casa.

Il principio di funzionamento di una centrale solare a casa

Una centrale solare è un sistema composto da pannelli, un inverter, una batteria e un controller. Il pannello solare trasforma l'energia radiante in elettricità (come accennato in precedenza). La corrente continua entra nel controller, che distribuisce la corrente ai consumatori (ad esempio un computer o un'illuminazione).L'inverter converte la corrente continua in corrente alternata e alimenta la maggior parte degli elettrodomestici. La batteria immagazzina energia che può essere utilizzata di notte.

Descrizione video

Un buon esempio di calcoli che mostrano quanti pannelli sono necessari per fornire un'alimentazione autonoma, guarda questo video:

Come viene utilizzata l'energia solare per generare calore

I sistemi solari sono utilizzati per il riscaldamento dell'acqua e il riscaldamento domestico. Possono fornire calore (a richiesta del proprietario) anche al termine della stagione di riscaldamento e fornire gratuitamente acqua calda alla casa. Il dispositivo più semplice sono i pannelli metallici installati sul tetto della casa. Accumulano energia e acqua calda, che circola attraverso tubi nascosti sotto di loro. Il funzionamento di tutti i sistemi solari si basa su questo principio, nonostante possano essere strutturalmente differenti tra loro.

I collettori solari sono costituiti da:

• serbatoio di stoccaggio;
• stazione di pompaggio;
• controllore
• condutture;
• raccordi.

In base alla tipologia costruttiva si distinguono i collettori piani e sottovuoto. Nel primo, il fondo è ricoperto di materiale termoisolante e il liquido circola attraverso tubi di vetro. I collettori sottovuoto sono altamente efficienti perché le perdite di calore sono ridotte al minimo. Questo tipo di collettore fornisce non solo il riscaldamento solare di una casa privata, ma è conveniente utilizzarlo per i sistemi di acqua calda e il riscaldamento delle piscine.

Il principio di funzionamento del collettore solare

Produttori popolari di pannelli solari

Molto spesso, i prodotti di Yingli Green Energy e Suntech Power Co. si trovano sugli scaffali.Anche i pannelli HiminSolar (Cina) sono popolari. I loro pannelli solari producono elettricità anche in caso di pioggia.

Anche la produzione di batterie solari è stata avviata da un produttore nazionale. Le seguenti aziende fanno questo:

• Hevel LLC a Novocheboksarsk;
• "Telecom-STV" a Zelenograd;
• Sun Shines (Autonomous Lighting Systems LLC) a Mosca;
• JSC "Impianto di Ryazan di dispositivi metallo-ceramici";
• CJSC "Termotron-zavod" e altri.

Puoi sempre trovare un'opzione adatta per il prezzo. Ad esempio, a Mosca per i pannelli solari per una casa, il costo varierà da 21.000 a 2.000.000 di rubli. Il costo dipende dalla configurazione e dalla potenza dei dispositivi.

I pannelli solari non sono sempre piatti: esistono numerosi modelli che focalizzano la luce in un punto

Passaggi per l'installazione della batteria

1. Per installare i pannelli, viene scelto il luogo più illuminato: molto spesso si tratta di tetti e pareti di edifici. Affinché il dispositivo funzioni nel modo più efficiente possibile, i pannelli sono montati ad una certa angolazione rispetto all'orizzonte. Viene preso in considerazione anche il livello di oscurità del territorio: oggetti circostanti che possono creare un'ombra (edifici, alberi, ecc.)
2. I pannelli vengono installati utilizzando speciali sistemi di fissaggio.
3. Quindi i moduli vengono collegati alla batteria, al controller e all'inverter e l'intero sistema viene regolato.

Per l'installazione dell'impianto viene sempre sviluppato un progetto personale, che tenga conto di tutte le caratteristiche della situazione: come verrà eseguita l'installazione pannelli solari accesi tetto della casa, prezzo e condizioni. A seconda del tipo e dell'ambito del lavoro, tutti i progetti vengono calcolati individualmente. Il cliente accetta il lavoro e ne riceve una garanzia.

L'installazione dei pannelli solari deve essere eseguita da professionisti e nel rispetto delle misure di sicurezza.

Di conseguenza - le prospettive per lo sviluppo delle tecnologie solari

Se sulla Terra il funzionamento più efficiente dei pannelli solari è ostacolato dall'aria, che in una certa misura disperde la radiazione solare, nello spazio non ci sono problemi del genere. Gli scienziati stanno sviluppando progetti per satelliti orbitanti giganti con pannelli solari che funzioneranno 24 ore al giorno. Da loro, l'energia verrà trasmessa ai dispositivi di ricezione a terra. Ma questa è una questione di futuro e, per le batterie esistenti, gli sforzi sono volti a migliorare l'efficienza energetica e ridurre le dimensioni dei dispositivi.

energia geotermica

Tipi inesplorati di fonti di energia alternative si nascondono nelle viscere del globo. L'umanità conosce la forza e la portata delle manifestazioni naturali. La potenza dell'eruzione di un vulcano è incomparabile con qualsiasi delle centrali elettriche artificiali.

Sfortunatamente, le persone non sanno ancora come usare questa energia gigantesca per il bene, ma il calore naturale della Terra o l'energia geotermica attirano l'attenzione degli scienziati, poiché è una risorsa inesauribile.

È noto che il nostro pianeta irradia ogni anno un'enorme quantità di calore interno, che viene compensato dal decadimento radioattivo degli isotopi nella crosta del globo. Esistono due tipi di fonti di energia geotermica.

Piscine sotterranee

Si tratta di piscine naturali con acqua calda o miscela di acqua vapore - sorgenti idrotermali o vapore-termiche. Le risorse da queste fonti vengono estratte attraverso i pozzi, quindi l'energia viene utilizzata per i bisogni dell'umanità.

Rocce

Il calore delle rocce calde può essere utilizzato per riscaldare l'acqua. Per fare ciò, viene pompato in orizzonti per un ulteriore utilizzo a fini energetici.

Uno degli svantaggi di questo tipo di energia è la sua debole concentrazione. Tuttavia, in condizioni in cui, immergendosi ogni 100 metri, la temperatura aumenta di 30-40 gradi, è possibile garantirne un uso economico.

La tecnologia di utilizzo di questa energia in promettenti "aree geotermiche" presenta evidenti vantaggi:

• riserve inesauribili;
• pulizia ecologica;
• l'assenza di grandi costi per lo sviluppo delle fonti.

Un ulteriore sviluppo della civiltà è impossibile senza l'introduzione di nuove tecnologie nel campo dell'energia. Su questa strada ci sono compiti intrattabili che l'umanità deve ancora risolvere.

Tuttavia, lo sviluppo di questa direzione gioca un ruolo importante e oggi esistono già apparecchiature in grado di risparmiare in modo significativo le risorse, alle quali le fonti di energia tradizionali e alternative sono un'ottima alternativa. Per implementare tali idee sono necessarie pazienza, mani abili, nonché alcune abilità e conoscenze.

Tipi di energia alternativa

A seconda della fonte di energia, che, a seguito della trasformazione, consente a una persona di ricevere l'energia elettrica e termica utilizzata nella vita quotidiana, l'energia alternativa è classificata in diverse tipologie che determinano le modalità della sua generazione e le tipologie di impianti che servono per questo.

Energia del sole

L'energia solare si basa sulla conversione dell'energia solare, che si traduce in energia elettrica e termica.

La produzione di energia elettrica si basa su processi fisici che avvengono nei semiconduttori sotto l'influenza della luce solare, la produzione di energia termica si basa sulle proprietà di liquidi e gas.

Per generare energia elettrica vengono completate le centrali solari, le cui basi sono batterie solari (pannelli) realizzate sulla base di cristalli di silicio.

La base delle installazioni termiche sono i collettori solari, in cui l'energia del sole viene convertita in energia termica del liquido di raffreddamento.

La potenza di tali installazioni dipende dal numero e dalla potenza dei singoli dispositivi che fanno parte delle centrali termiche e solari.

Energia eolica

L'energia eolica si basa sulla conversione dell'energia cinetica delle masse d'aria in energia elettrica utilizzata dai consumatori.

La base delle turbine eoliche è un generatore eolico.I generatori eolici differiscono per parametri tecnici, dimensioni complessive e design: con un asse di rotazione orizzontale e verticale, diversi tipi e numero di pale, nonché la loro posizione (terra, mare, ecc. ).

potere dell'acqua

L'energia idroelettrica si basa sulla conversione dell'energia cinetica delle masse d'acqua in energia elettrica, utilizzata anche dall'uomo per i propri scopi.

Gli oggetti di questo tipo comprendono centrali idroelettriche di varia potenza, installate su fiumi e altri corpi idrici. In tali impianti, sotto l'influenza del flusso naturale dell'acqua, o creando una diga, l'acqua agisce sulle pale di una turbina che genera elettricità. L'idroturbina è la base delle centrali idroelettriche.

Un altro modo per ottenere energia elettrica convertendo l'energia dell'acqua è l'utilizzo dell'energia delle maree, attraverso la costruzione di stazioni di marea. Il funzionamento di tali installazioni si basa sull'uso dell'energia cinetica dell'acqua di mare durante le maree che si verificano nei mari e negli oceani sotto l'influenza degli oggetti del sistema solare.

Il calore della terra

L'energia geotermica si basa sulla conversione del calore irradiato dalla superficie terrestre, sia nei luoghi dove vengono rilasciate acque geotermiche (aree sismicamente pericolose), sia in altre regioni del nostro pianeta.

Per l'utilizzo delle acque geotermiche vengono utilizzate installazioni speciali, attraverso le quali il calore interno della terra viene convertito in energia termica ed elettrica.

L'uso di una pompa di calore consente di ricevere calore dalla superficie della terra, indipendentemente dalla sua posizione. Il suo lavoro si basa sulle proprietà di liquidi e gas, nonché sulle leggi della termodinamica.

biocarburante

Le tipologie di biocarburanti differiscono per le modalità di ottenimento, il loro stato di aggregazione (liquido, solido, gassoso) e le tipologie di impiego. L'indicatore che accomuna tutti i tipi di biocarburanti è che la base per la loro produzione sono i prodotti organici, attraverso la lavorazione dei quali si ottiene energia elettrica e termica.

I tipi solidi di biocarburanti sono legna da ardere, bricchette o pellet di combustibile, quelli gassosi sono biogas e bioidrogeno e quelli liquidi sono bioetanolo, biometanolo, biobutanolo, etere dimetilico e biodiesel.

Pro e contro delle centrali solari

vantaggi:

• L'energia solare è una fonte di energia rinnovabile. Allo stesso tempo, è disponibile pubblicamente e gratuitamente.
• Le installazioni solari sono abbastanza sicure da usare.
• Tali centrali elettriche sono completamente autonome.
• Sono economici e hanno un rapido periodo di ammortamento. I costi principali si verificano solo per le attrezzature necessarie e richiedono investimenti minimi in futuro.
• Un'altra caratteristica distintiva è la stabilità nel lavoro. Non ci sono praticamente sbalzi di tensione in tali stazioni.
• Non sono stravaganti nella manutenzione e sono abbastanza facili da usare.
• Inoltre, per le apparecchiature SPP, è caratteristico un lungo periodo di funzionamento caratteristico.

Screpolatura:

• Come fonte di energia, il sistema solare è molto sensibile al clima, alle condizioni meteorologiche e all'ora del giorno. Una tale centrale elettrica non funzionerà in modo efficiente e produttivo di notte o in una giornata nuvolosa.
• Minore produttività alle latitudini con stagioni forti. Sono più efficaci nelle aree in cui il numero di giorni di sole all'anno è più vicino al 100%.
• Costo molto alto e inaccessibile delle apparecchiature per impianti solari.
• La necessità di una pulizia periodica di pannelli e superfici dalla contaminazione. In caso contrario, vengono assorbite meno radiazioni e la produttività diminuisce.
• Un aumento significativo della temperatura dell'aria all'interno della centrale.
• La necessità di utilizzare il terreno con una vasta area.
• Ulteriori difficoltà nel processo di smaltimento dei componenti dell'impianto, in particolare delle fotocellule, dopo la fine della loro vita utile.

Come in ogni campo industriale, l'elaborazione e la conversione dell'energia solare ha i suoi punti di forza e di debolezza.

È molto importante che i vantaggi coprano gli svantaggi, nel qual caso il lavoro sarà giustificato.

Oggi, la maggior parte degli sviluppi in questo settore mirano a ottimizzare e migliorare il funzionamento e l'uso dei metodi esistenti ea svilupparne di nuovi più sicuri e più produttivi.

L'opportunità di utilizzare un sistema solare

Sistema solare: un complesso per convertire l'energia della radiazione solare in energia termica, che viene successivamente trasferita a uno scambiatore di calore per riscaldare il refrigerante di un sistema di riscaldamento o di approvvigionamento idrico.

L'efficienza di un impianto solare termico dipende dall'irraggiamento solare, la quantità di energia ricevuta durante un giorno di luce per 1 mq di superficie situata ad un angolo di 90° rispetto alla direzione dei raggi solari. Il valore di misurazione dell'indicatore è kWh / mq, il valore del parametro varia a seconda della stagione.

Il livello medio di insolazione solare per una regione con clima continentale temperato è di 1000-1200 kWh/mq (all'anno). La quantità di sole è il parametro determinante per calcolare le prestazioni di un sistema solare.

L'utilizzo di una fonte di energia alternativa consente di riscaldare la casa, ottenere acqua calda senza i tradizionali costi energetici - esclusivamente attraverso l'irraggiamento solare

L'installazione di un impianto di riscaldamento solare è un'impresa costosa. Affinché le spese in conto capitale si giustifichino, è necessario un calcolo accurato del sistema e il rispetto della tecnologia di installazione.

Esempio. Il valore medio dell'irraggiamento solare per Tula in piena estate è di 4,67 kV / mq * giorno, a condizione che il pannello del sistema sia installato con un angolo di 50°. Le prestazioni di un collettore solare con una superficie di 5 mq sono calcolate come segue: 4,67 * 4 = 18,68 kW di calore al giorno. Questo volume è sufficiente per riscaldare 500 litri di acqua da una temperatura di 17°C a 45°C.

Come dimostra la pratica, quando si utilizza un impianto solare, i proprietari di cottage in estate possono passare completamente dal riscaldamento dell'acqua elettrico o a gas al metodo solare

Parlando dell'opportunità di introdurre nuove tecnologie, è importante tenere conto delle caratteristiche tecniche di un particolare collettore solare. Alcuni iniziano con 80W/mq di energia solare, altri iniziano con 20W/mq

Anche in un clima meridionale, l'utilizzo di un sistema di collettori esclusivamente per il riscaldamento non darà i suoi frutti. Se l'installazione viene utilizzata esclusivamente in inverno con carenza di sole, il costo dell'attrezzatura non sarà coperto nemmeno per 15-20 anni.

Per utilizzare il complesso solare nel modo più efficiente possibile, deve essere incluso nel sistema di approvvigionamento di acqua calda. Anche in inverno, il collettore solare ti permetterà di "tagliare" le bollette energetiche per il riscaldamento dell'acqua fino al 40-50%.

Secondo gli esperti, per l'uso domestico, l'impianto solare si ripaga in circa 5 anni. Con l'aumento dei prezzi di luce e gas, il periodo di ammortamento del complesso sarà ridotto

Oltre ai vantaggi economici, il "riscaldamento solare" presenta ulteriori vantaggi:

1. Compatibilità ambientale. Ridotte emissioni di anidride carbonica. Per un anno, 1 mq di collettore solare impedisce a 350-730 kg di estrazione mineraria di entrare nell'atmosfera.
2. Estetica. Lo spazio di un bagno o di una cucina compatti può essere risparmiato da ingombranti caldaie o scaldabagni a gas.
3. Durabilità. I produttori affermano che se si segue la tecnologia di installazione, il complesso durerà circa 25-30 anni. Molte aziende offrono una garanzia fino a 3 anni.

Argomenti contro l'uso dell'energia solare: spiccata stagionalità, dipendenza dalle intemperie e alto investimento iniziale.

Caratteristiche numeriche della radiazione solare

Esiste un indicatore come la costante solare. Il suo valore è di 1367 watt. Questa è la quantità di energia per 1 mq. pianeta Terra. Questo è solo circa il 20-25% in meno di energia che raggiunge la superficie della terra a causa dell'atmosfera. Pertanto, il valore dell'energia solare per metro quadrato, ad esempio, all'equatore è di 1020 watt. E prendo in considerazione il cambiamento del giorno e della notte, il cambiamento dell'angolo del sole sopra l'orizzonte, questo indicatore diminuisce di circa 3 volte.

Ma da dove viene questa energia? Gli scienziati iniziarono ad affrontare questo problema per la prima volta nel 19° secolo e le versioni erano completamente diverse. Oggi, a seguito di un numero enorme di studi, è noto in modo affidabile che la fonte di energia solare è la reazione della trasformazione di 4 atomi di idrogeno in un nucleo di elio. Come risultato di questo processo, viene rilasciata una quantità significativa di energia. Ad esempio, l'energia rilasciata durante la trasformazione di 1 gr. l'idrogeno è paragonabile all'energia che viene rilasciata durante la combustione di 15 tonnellate di benzina.

Pompe di calore per il riscaldamento domestico

Le pompe di calore utilizzano tutte le fonti di energia alternative disponibili. Prendono calore dall'acqua, dall'aria, dal suolo. In piccole quantità, questo calore è presente anche in inverno, quindi la pompa di calore lo raccoglie e lo reindirizza al riscaldamento della casa.

Le pompe di calore utilizzano anche fonti di energia alternative: il calore della terra, dell'acqua e dell'aria

Principio di funzionamento

Perché le pompe di calore sono così attraenti? Il fatto che avendo speso 1 kW di energia per il suo pompaggio, nel peggiore dei casi, otterrai 1,5 kW di calore e le implementazioni di maggior successo possono cedere fino a 4-6 kW.E questo non contraddice in alcun modo la legge di conservazione dell'energia, perché l'energia non viene spesa per ottenere calore, ma non per pomparlo. Quindi nessuna incongruenza.

Schema di una pompa di calore per l'utilizzo di fonti energetiche alternative

Le pompe di calore hanno tre circuiti di lavoro: due esterni e uno interno, oltre ad un evaporatore, un compressore ed un condensatore. Lo schema funziona così:

• Nel circuito primario circola un liquido di raffreddamento che preleva calore da fonti a basso potenziale. Può essere calato nell'acqua, seppellito nel terreno o può assorbire calore dall'aria. La temperatura massima raggiunta in questo circuito è di circa 6°C.
• Il circuito interno fa circolare un mezzo riscaldante con un punto di ebollizione molto basso (tipicamente 0°C). Quando riscaldato, il refrigerante evapora, il vapore entra nel compressore, dove viene compresso ad alta pressione. Durante la compressione, il calore viene rilasciato, il vapore del refrigerante viene riscaldato a una temperatura media compresa tra +35°C e +65°C.
• Nel condensatore, il calore viene trasferito al liquido di raffreddamento dal terzo circuito di riscaldamento. I vapori di raffreddamento vengono condensati, quindi entrano ulteriormente nell'evaporatore. E poi il ciclo si ripete.

Il circuito di riscaldamento è meglio realizzato sotto forma di un pavimento caldo. Le temperature sono le migliori per questo. Il sistema di radiatori richiederà troppe sezioni, il che è brutto e non redditizio.

Fonti alternative di energia termica: dove e come procurarsi calore

Ma la difficoltà maggiore è il dispositivo del primo circuito esterno, che raccoglie calore. Poiché le sorgenti sono a basso potenziale (c'è poco calore sul fondo), sono necessarie grandi aree per raccoglierlo in quantità sufficiente. Esistono quattro tipi di contorno:

• Anelli posati nei tubi dell'acqua con un liquido di raffreddamento.Lo specchio d'acqua può essere qualsiasi cosa: un fiume, uno stagno, un lago. La condizione principale è che non si congeli nemmeno nelle gelate più forti. Le pompe che pompano il calore fuori dal fiume funzionano in modo più efficiente; molto meno calore viene trasferito nell'acqua stagnante. Una tale fonte di calore è la più facile da implementare: lanciare tubi, legare un carico. Solo la probabilità di danni accidentali è alta.

• Campi termici con tubi interrati al di sotto dello zero termico. In questo caso, c'è solo un inconveniente: grandi volumi di lavori di sterro. Dobbiamo rimuovere il terreno su una vasta area e anche a una solida profondità.

• Utilizzo delle temperature geotermiche. Vengono perforati numerosi pozzi di grande profondità e al loro interno vengono abbassati i circuiti del refrigerante. Il vantaggio di questa opzione è che richiede poco spazio, ma non ovunque è possibile perforare a grandi profondità e i servizi di perforazione costano molto. Tuttavia, puoi realizzare tu stesso una perforatrice, ma il lavoro non è ancora facile.

• Estrazione del calore dall'aria. Ecco come funzionano i condizionatori d'aria con possibilità di riscaldamento: prendono il calore dall'aria "fuoribordo". Anche a temperature inferiori allo zero, tali unità funzionano, sebbene a un meno "profondo" - fino a -15 ° C. Per rendere il lavoro più intenso, è possibile utilizzare il calore dei pozzi di ventilazione. Getta lì alcune imbracature con il liquido di raffreddamento e pompa il calore da lì.

Lo svantaggio principale delle pompe di calore è il prezzo elevato della pompa stessa e l'installazione di campi di raccolta del calore non è economica. In questo caso, puoi risparmiare realizzando tu stesso la pompa e posando anche i contorni con le tue mani, ma l'importo rimarrà comunque considerevole. Il vantaggio è che il riscaldamento sarà economico e il sistema funzionerà a lungo.

tipi

Oggi, vari tipi di pannelli solari stanno guadagnando sempre più popolarità. A prima vista, può sembrare che tutti i moduli solari siano gli stessi: un gran numero di singole piccole celle solari sono interconnesse e ricoperte da una pellicola trasparente. Ma, in realtà, tutti i moduli differiscono per potenza, design e dimensioni. E al momento, i produttori hanno diviso i sistemi solari in due tipi principali: silicio e film.

Per uso domestico sono installati pannelli solari con fotocellule al silicio. Sono i più popolari sul mercato. Di cui si possono distinguere anche tre tipi: questi sono policristallini, monocristallini, sono già stati descritti più dettagliatamente nell'articolo e amorfi, su cui ci soffermeremo più in dettaglio.

Amorfi - sono realizzati anche sulla base del silicio, ma hanno anche una struttura elastica flessibile. Ma non sono fatti di cristalli di silicio, ma di silano, un altro nome per l'idrogeno di silicio. Tra le caratteristiche dei moduli amorfi si nota un'eccellente efficienza anche con tempo nuvoloso e la capacità di ripetere qualsiasi superficie. Ma l'efficienza è molto più bassa - solo il 5%.

Il secondo tipo di pannelli solari - film, viene prodotto sulla base di diverse sostanze.

• Cadmio: tali pannelli sono stati sviluppati negli anni '70 del secolo scorso e utilizzati nello spazio. Ma oggi il cadmio viene utilizzato anche nella produzione di centrali solari industriali e domestiche.
• Moduli basati su CIGS a semiconduttore - sviluppati da seleniuro di rame, indio e sono pannelli di pellicola. L'indio è anche ampiamente utilizzato nella produzione di monitor a cristalli liquidi.
• Polimero - utilizzato anche nella produzione di moduli a film solare. Lo spessore di un pannello è di circa 100 nm, ma l'efficienza rimane al livello del 5%. Ma dai vantaggi si può notare che tali sistemi hanno un prezzo accessibile e non emettono sostanze nocive nell'atmosfera.

Ma anche oggi sono in commercio modelli portatili meno ingombranti. Sono appositamente progettati per l'uso durante le attività all'aperto. Spesso, tali pannelli solari vengono utilizzati per ricaricare dispositivi portatili: piccoli gadget, telefoni cellulari, macchine fotografiche e videocamere.

I moduli portatili sono divisi in quattro tipi.

• Bassa potenza: fornisce una carica minima, sufficiente per ricaricare un telefono cellulare.
• Flessibile: può essere piegato in un rotolo e avere un peso ridotto, per questo motivo e per la grande popolarità tra turisti e viaggiatori.
• Fissati su un substrato: hanno un peso molto maggiore, circa 7-10 kg e, di conseguenza, danno più energia. Tali moduli sono appositamente progettati per l'uso in auto su lunghe distanze e possono essere utilizzati anche per fornire energia in modo parzialmente autonomo a una casa di campagna.
• Universale - indispensabile per l'escursionismo, il dispositivo dispone di diversi adattatori per la ricarica simultanea di vari dispositivi, il peso può raggiungere 1,5 kg.

È adatto per una casa normale

• Per uso domestico, l'energia solare è un tipo di energia promettente.
• Come fonte di energia elettrica per edifici residenziali, vengono utilizzate centrali solari prodotte da imprese industriali in Russia e all'estero. Le installazioni vengono emesse varie potenze e un set completo.
• L'uso di una pompa di calore - fornirà acqua calda a un edificio residenziale, riscalderà l'acqua nella piscina, riscalderà il liquido di raffreddamento nel sistema di riscaldamento o l'aria all'interno dei locali.
• Collettori solari - possono essere utilizzati nei sistemi di riscaldamento e acqua calda domestici. Più efficienti, in questo caso, i collettori a tubi sottovuoto.