Solarenergie als alternative Energiequelle: Arten und Merkmale von Solaranlagen

Die Entwicklungsgeschichte der Solarenergie

Schon zu Archimedes Zeiten versuchten sie, die Sonne zu „zähmen“. Bis heute hat sich die Legende vom Verbrennen von Schiffen mit Hilfe eines riesigen Spiegels erhalten - die Einwohner von Syrakus richteten einen fokussierten Strahl auf die feindliche Flotte.

In der Entwicklungsgeschichte der Sonnenenergie gibt es Fakten zur Nutzung der Sonnenenergie:

• zum Heizen von Steinpalästen;
• Verdunstung von Meerwasser zur Salzgewinnung.

Warmwasserbereiter wurden verbessert, als Lavoisier eine Linse verwendete, um Infrarotstrahlen zu konzentrieren. So wurde Eisen geschmolzen. Später begannen die Franzosen, zu Dampf erhitztes Wasser für den mechanischen Antrieb von Druckgeräten zu verwenden. Wissenschaftler begannen, nach der Entwicklung von Halbleitern über die Aussichten der Solarenergie zu sprechen. Auf ihrer Grundlage wurden die ersten Fotozellen erstellt.

Entwicklung nicht-traditioneller Quellen

Zu den nicht-traditionellen Energiequellen gehören:

• Energie der Sonne;
• Windenergie;
• Geothermie;
• Energie von Gezeiten und Wellen;
• Biomasse;
• niedrige potentielle Energie der Umgebung.

Ihre Entwicklung erscheint aufgrund der ubiquitären Verbreitung der meisten Arten möglich, hinzu kommen ihre Umweltfreundlichkeit und der Wegfall von Betriebskosten für die Kraftstoffkomponente.

Es gibt jedoch einige negative Eigenschaften, die einen Einsatz im industriellen Maßstab verhindern. Dies ist eine geringe Flussdichte, die die Verwendung von "abfangenden" Installationen mit großer Fläche sowie zeitliche Schwankungen erzwingt.

All dies führt dazu, dass solche Geräte einen hohen Materialverbrauch haben, wodurch auch die Kapitalinvestitionen steigen. Nun, der Prozess der Energiegewinnung aufgrund einiger Zufälligkeiten, die mit den Wetterbedingungen verbunden sind, verursacht eine Menge Probleme.

Das andere wichtigste Problem ist die „Speicherung“ dieses Energierohstoffs, da die bestehenden Technologien zur Speicherung von Strom dies in großen Mengen nicht zulassen.Unter häuslichen Bedingungen werden alternative Energiequellen für den Haushalt jedoch immer beliebter. Machen wir uns also mit den wichtigsten Kraftwerken vertraut, die in Privatbesitz installiert werden können.

geothermische Energie

Unerforschte Arten alternativer Energiequellen lauern in den Eingeweiden der Welt. Die Menschheit kennt die Stärke und das Ausmaß natürlicher Manifestationen. Die Kraft des Ausbruchs eines Vulkans ist mit keinem der von Menschenhand geschaffenen Kraftwerke zu vergleichen.

Leider wissen die Menschen immer noch nicht, wie sie diese gigantische Energie für das Gute nutzen können, aber die natürliche Wärme der Erde oder Erdwärme zieht die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler auf sich, da es sich um eine unerschöpfliche Ressource handelt.

Es ist bekannt, dass unser Planet jährlich eine enorme Menge an innerer Wärme abstrahlt, die durch den radioaktiven Zerfall von Isotopen in der Erdkruste kompensiert wird. Es gibt zwei Arten von geothermischen Energiequellen.

Unterirdische Becken

Dies sind natürliche Becken mit heißem Wasser oder Dampf-Wasser-Gemisch - hydrothermale oder dampfthermische Quellen. Ressourcen aus diesen Quellen werden durch Bohrlöcher gewonnen, dann wird die Energie für die Bedürfnisse der Menschheit verwendet.

Felsen

Die Wärme von heißen Steinen kann genutzt werden, um Wasser zu erhitzen. Dazu wird es zur weiteren energetischen Nutzung in Horizonte gepumpt.

Einer der Nachteile dieser Art von Energie ist ihre schwache Konzentration. Unter Bedingungen, bei denen die Temperatur beim Tauchen alle 100 Meter um 30-40 Grad ansteigt, kann jedoch eine wirtschaftliche Nutzung sichergestellt werden.

Die Technologie, diese Energie in zukunftsträchtigen „Geothermiegebieten“ zu nutzen, hat klare Vorteile:

• unerschöpfliche Reserven;
• ökologische Sauberkeit;
• das Fehlen großer Kosten für die Entwicklung von Quellen.

Die Weiterentwicklung der Zivilisation ist ohne die Einführung neuer Technologien im Energiebereich nicht möglich. Auf diesem Weg gibt es unlösbare Aufgaben, die die Menschheit noch lösen muss.

Dennoch spielt die Entwicklung in diese Richtung eine wichtige Rolle, und es gibt bereits heute Geräte, die deutlich Ressourcen einsparen können, wobei traditionelle und alternative Energiequellen eine hervorragende Alternative dazu darstellen. Um solche Ideen umzusetzen, braucht es Geduld, geschickte Hände sowie einige Fähigkeiten und Kenntnisse.

Auslegung einer Heizungsanlage auf Kollektoren

Zunächst gehen wir ausführlich auf die Unterschiede im Aufbau und der Funktionsweise von Batterien und Kollektoren ein.

Das Panel besteht aus mehreren Solarzellen, die auf einem Rahmen aus nicht leitenden Energiematerialien miteinander verbunden sind.

Photovoltaik-Konverter sind ziemlich komplexe Strukturen, die eine Art Sandwich aus Platten mit unterschiedlichen Eigenschaften und Zwecken darstellen.

Neben Solarmodulen und Spezialbefestigungen besteht das System aus folgenden Elementen:

• Batterien zur Energiespeicherung;
• eine Steuerung, die den Ladezustand der Batterie überwacht;
• Wechselrichter - um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.

Es gibt zwei Arten von Kollektoren: Vakuum und Flachkollektoren.

Vakuumkollektoren bestehen aus hohlen Glasröhren mit kleineren Rohrdurchmessern im Inneren, die einen Energieabsorber enthalten. Kleinere Rohre sind mit dem Kühlmittel verbunden. In dem freien Raum zwischen ihnen befindet sich ein Vakuum, das Wärme speichert.

Das Funktionsprinzip des Sonnenkollektors

Flachkollektoren bestehen aus einem Rahmen und verstärktem Glas mit einer photoabsorbierenden Schicht.Die Absorberschicht ist mit den Rohren mit dem Kühlmittel verbunden.

Beide Systeme bestehen aus einem Wärmetauscherkreislauf und einem Wärmespeicher (Flüssigkeitstank).

Aus dem Tank gelangt Wasser mit einer Pumpe in das Heizsystem. Um Wärmeverluste zu vermeiden, muss der Tank gut isoliert sein.

Solche Installationen sollten sich an der Südneigung des Daches befinden. Der Neigungswinkel sollte 30-45 Grad betragen. Wenn der Standort des Hauses oder die Dachstruktur die Installation von Sonnenkollektoren auf dem Dach nicht zulassen, können Sie sie auf speziellen verstärkten Rahmen oder auf an der Wand befestigten Gestellen installieren.

Die Menge an Sonnenenergie, die zu verschiedenen Jahreszeiten freigesetzt wird, ist sehr unterschiedlich. Den Wert des Einstrahlungskoeffizienten für Ihren Wohnort finden Sie auf der Karte der Sonnenaktivität. Wenn Sie den Einstrahlungskoeffizienten kennen, können Sie die Anzahl der benötigten Module berechnen.

Beispielsweise verbrauchen Sie 8 kW/h Energie, die Sonneneinstrahlung beträgt im Durchschnitt 2 kW/h. Solarmodulleistung - 250 W (0,25 kW). Lassen Sie uns die Berechnungen durchführen: 8 / 2 / 0,25 \u003d 16 Stück - dies ist die Anzahl der Paneele, die Sie benötigen.

Biogasanlagen

Das Gas entsteht bei der Verarbeitung von Abfallprodukten von Geflügel und Tieren. Recycelter Abfall wird zur Düngung des Bodens in Haushaltsparzellen verwendet. Das Verfahren basiert auf einer Fermentationsreaktion, an der im Mist lebende Bakterien beteiligt sind.

Rindergülle gilt als die beste Quelle für Biogas, obwohl auch Abfälle von Vögeln oder anderen Nutztieren geeignet sind.

Die Fermentation erfolgt ohne Zugang zu Sauerstoff, daher empfiehlt es sich, geschlossene Behälter zu verwenden, die auch Bioreaktoren genannt werden.Die Reaktion wird aktiviert, wenn die Masse periodisch gerührt wird, wozu manuelle Arbeit oder verschiedene elektromechanische Vorrichtungen verwendet werden.

Es ist auch notwendig, die Temperatur in der Anlage zwischen 30 und 50 Grad zu halten, um die Aktivität mesophiler und thermophiler Bakterien und ihre Teilnahme an der Reaktion sicherzustellen.

Konstruktionsfertigung

Die einfachste Biogasanlage ist ein Rührfass mit Deckel. Gas aus dem Fass tritt durch einen Schlauch in den Tank ein, zu diesem Zweck wird im Deckel ein Loch gemacht. Diese Konstruktion versorgt einen oder zwei Gasbrenner mit Gas.

Um große Gasmengen zu gewinnen, wird ein ober- oder unterirdischer Bunker verwendet, der aus Stahlbeton besteht. Es empfiehlt sich, den gesamten Behälter in mehrere Kompartimente zu unterteilen, damit die Reaktion zeitlich versetzt erfolgt.

Der Behälter ist nicht vollständig mit Masse gefüllt, etwa zu 20 Prozent, der Rest des Raums dient der Ansammlung von Gas. Zwei Schläuche sind mit dem Deckel des Behälters verbunden, einer führt zum Verbraucher und der andere zum Wasserschloss - einem mit Wasser gefüllten Behälter. Dadurch wird eine Gasreinigung und -trocknung gewährleistet, hochwertiges Gas wird dem Verbraucher zugeführt.

Ist alles so glatt?

Es scheint, dass eine solche Technologie zur Stromversorgung eines Privathauses durch die traditionelle zentrale Energieversorgung längst vom Markt verdrängt werden sollte. Warum passiert das nicht? Es gibt mehrere Argumente, die gegen alternative Energien sprechen. Ihre Bedeutung wird jedoch individuell bestimmt - für einige Eigentümer von Landhäusern sind einige Mängel relevant und andere überhaupt nicht von Interesse.

Für große Landhäuser kann der nicht allzu hohe Wirkungsgrad alternativer Energieanlagen zum Problem werden. Natürlich sind dezentrale Solaranlagen, Wärmepumpen oder Erdwärmeanlagen nicht mit der Leistungsfähigkeit selbst der ältesten Wasserkraftwerke, Wärmekraftwerke und erst recht Kernkraftwerke zu vergleichen, jedoch wird dieser Nachteil oft durch die Installation von zwei oder sogar drei minimiert Systeme, die mehr Strom verbrauchen. Die Folge davon kann ein weiteres Problem sein - für ihre Installation wird eine größere Fläche benötigt, die nicht in allen Hausprojekten zugewiesen werden kann.

Für die unterbrechungsfreie Versorgung der vielen Haushaltsgeräte und der Heizungsanlage, die ein modernes Haus kennt, wird viel Strom benötigt. Daher sollte das Projekt solche Quellen vorsehen, die eine solche Energie erzeugen können. Und das erfordert eine solide Investition – je leistungsfähiger das Gerät, desto teurer ist es.

Darüber hinaus garantiert die Quelle in einigen Fällen (z. B. bei der Nutzung von Windenergie) möglicherweise nicht die Konstanz der Energieerzeugung. Daher ist es notwendig, die gesamte Kommunikation mit Speichergeräten auszustatten. Normalerweise werden zu diesem Zweck Batterien und Kollektoren installiert, was alle die gleichen zusätzlichen Kosten und die Notwendigkeit mit sich bringt, mehr Quadratmeter im Haus zuzuweisen.

Das Funktionsprinzip eines Solarkraftwerks zu Hause

Ein Solarkraftwerk ist ein System, das aus Panels, einem Wechselrichter, einer Batterie und einem Controller besteht. Das Solarpanel wandelt Strahlungsenergie in Strom um (wie oben erwähnt). Gleichstrom gelangt in die Steuerung, die den Strom an Verbraucher (z. B. Computer oder Beleuchtung) verteilt.Ein Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um und versorgt die meisten elektrischen Haushaltsgeräte mit Strom. Die Batterie speichert Energie, die nachts genutzt werden kann.

Videobeschreibung

Ein gutes Beispiel für Berechnungen, die zeigen, wie viele Panels für eine autonome Stromversorgung benötigt werden, finden Sie in diesem Video:

Wie Sonnenenergie zur Wärmeerzeugung genutzt wird

Solaranlagen werden zur Warmwasserbereitung und Hausheizung eingesetzt. Sie können (auf Wunsch des Eigentümers) auch nach der Heizperiode heizen und das Haus kostenlos mit Warmwasser versorgen. Das einfachste Gerät sind Metallplatten, die auf dem Dach des Hauses installiert sind. Sie sammeln Energie und warmes Wasser, das durch darunter verborgene Rohre zirkuliert. Auf diesem Prinzip basiert die Funktionsweise aller Sonnensysteme, auch wenn sie sich baulich voneinander unterscheiden können.

Sonnenkollektoren bestehen aus:

• Lagertank;
• Pumpstation;
• Regler
• Rohrleitungen;
• Beschläge.

Nach der Bauart werden Flach- und Vakuumkollektoren unterschieden. Bei ersterem ist der Boden mit wärmeisolierendem Material bedeckt und die Flüssigkeit zirkuliert durch Glasrohre. Vakuumkollektoren sind hocheffizient, da Wärmeverluste auf ein Minimum reduziert werden. Dieser Kollektortyp heizt nicht nur mit Sonnenkollektoren eines Privathauses, sondern kann auch bequem für Warmwasserversorgungssysteme und zum Heizen von Pools verwendet werden.

Das Funktionsprinzip des Sonnenkollektors

Beliebte Hersteller von Solarmodulen

Am häufigsten sind Produkte von Yingli Green Energy und Suntech Power Co. in den Regalen zu finden.Beliebt sind auch HiminSolar-Module (China). Ihre Sonnenkollektoren produzieren auch bei Regenwetter Strom.

Auch die Produktion von Solarbatterien wurde von einem einheimischen Hersteller aufgebaut. Folgende Unternehmen tun dies:

• Hevel LLC in Nowotscheboksarsk;
• "Telekom-STV" in Selenograd;
• Sun Shines (Autonomous Lighting Systems LLC) in Moskau;
• JSC "Ryazan Plant of Metal-Ceramic Devices";
• CJSC "Termotron-zavod" und andere.

Sie finden immer eine passende Option für den Preis. In Moskau beispielsweise werden die Kosten für Sonnenkollektoren für ein Haus zwischen 21.000 und 2.000.000 Rubel variieren. Die Kosten hängen von der Konfiguration und Leistung der Geräte ab.

Sonnenkollektoren sind nicht immer flach – es gibt eine Reihe von Modellen, die das Licht auf einen Punkt fokussieren

Batterieinstallationsschritte

1. Für die Installation der Paneele wird der am besten beleuchtete Ort ausgewählt - meistens sind dies die Dächer und Wände von Gebäuden. Damit das Gerät möglichst effizient funktioniert, werden die Paneele in einem bestimmten Winkel zum Horizont montiert. Der Dunkelheitsgrad des Territoriums wird ebenfalls berücksichtigt: Umgebungsobjekte, die einen Schatten erzeugen können (Gebäude, Bäume usw.)
2. Die Paneele werden mit speziellen Befestigungssystemen montiert.
3. Anschließend werden die Module mit Batterie, Controller und Wechselrichter verbunden und das Gesamtsystem eingestellt.

Für die Installation des Systems wird immer ein persönliches Projekt entwickelt, das alle Besonderheiten der Situation berücksichtigt: wie die Installation durchgeführt wird Sonnenkollektoren an Dach des Hauses, Preis und Bedingungen. Je nach Art und Umfang der Arbeiten werden alle Projekte individuell kalkuliert. Der Auftraggeber nimmt das Werk ab und erhält dafür eine Garantie.

Die Installation von Solarmodulen muss von Fachleuten und unter Einhaltung der Sicherheitsmaßnahmen durchgeführt werden.

Als Ergebnis - die Aussichten für die Entwicklung von Solartechnologien

Wenn auf der Erde der effizienteste Betrieb von Solarmodulen durch die Luft behindert wird, die die Strahlung der Sonne in gewissem Maße streut, dann gibt es im Weltraum kein solches Problem. Wissenschaftler entwickeln Projekte für riesige umlaufende Satelliten mit Sonnenkollektoren, die 24 Stunden am Tag in Betrieb sein werden. Von ihnen wird die Energie an Bodenempfangsgeräte übertragen. Aber das ist Zukunftsmusik, und bei bestehenden Batterien zielen die Bemühungen darauf ab, die Energieeffizienz zu verbessern und die Größe der Geräte zu reduzieren.

geothermische Energie

Unerforschte Arten alternativer Energiequellen lauern in den Eingeweiden der Welt. Die Menschheit kennt die Stärke und das Ausmaß natürlicher Manifestationen. Die Kraft des Ausbruchs eines Vulkans ist mit keinem der von Menschenhand geschaffenen Kraftwerke zu vergleichen.

Leider wissen die Menschen immer noch nicht, wie sie diese gigantische Energie für das Gute nutzen können, aber die natürliche Wärme der Erde oder Erdwärme zieht die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler auf sich, da es sich um eine unerschöpfliche Ressource handelt.

Es ist bekannt, dass unser Planet jährlich eine enorme Menge an innerer Wärme abstrahlt, die durch den radioaktiven Zerfall von Isotopen in der Erdkruste kompensiert wird. Es gibt zwei Arten von geothermischen Energiequellen.

Unterirdische Becken

Dies sind natürliche Becken mit heißem Wasser oder Dampf-Wasser-Gemisch - hydrothermale oder dampfthermische Quellen. Ressourcen aus diesen Quellen werden durch Bohrlöcher gewonnen, dann wird die Energie für die Bedürfnisse der Menschheit verwendet.

Felsen

Die Wärme von heißen Steinen kann genutzt werden, um Wasser zu erhitzen. Dazu wird es zur weiteren energetischen Nutzung in Horizonte gepumpt.

Einer der Nachteile dieser Art von Energie ist ihre schwache Konzentration. Unter Bedingungen, bei denen die Temperatur beim Tauchen alle 100 Meter um 30-40 Grad ansteigt, kann jedoch eine wirtschaftliche Nutzung sichergestellt werden.

Die Technologie, diese Energie in zukunftsträchtigen „Geothermiegebieten“ zu nutzen, hat klare Vorteile:

• unerschöpfliche Reserven;
• ökologische Sauberkeit;
• das Fehlen großer Kosten für die Entwicklung von Quellen.

Die Weiterentwicklung der Zivilisation ist ohne die Einführung neuer Technologien im Energiebereich nicht möglich. Auf diesem Weg gibt es unlösbare Aufgaben, die die Menschheit noch lösen muss.

Dennoch spielt die Entwicklung in diese Richtung eine wichtige Rolle, und es gibt bereits heute Geräte, die deutlich Ressourcen einsparen können, wobei traditionelle und alternative Energiequellen eine hervorragende Alternative dazu darstellen. Um solche Ideen umzusetzen, braucht es Geduld, geschickte Hände sowie einige Fähigkeiten und Kenntnisse.

Arten alternativer Energie

Abhängig von der Energiequelle, die es einer Person durch Umwandlung ermöglicht, elektrische und thermische Energie zu erhalten, die im täglichen Leben verwendet wird, werden alternative Energien in mehrere Arten eingeteilt, die die Methoden ihrer Erzeugung und die Arten der Anlagen bestimmen, denen sie dienen Dies.

Energie der Sonne

Solarenergie basiert auf der Umwandlung von Sonnenenergie, die in elektrische und thermische Energie resultiert.

Die Erzeugung elektrischer Energie basiert auf physikalischen Prozessen, die in Halbleitern unter Einfluss von Sonnenlicht ablaufen, die Erzeugung thermischer Energie auf den Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen.

Zur Erzeugung elektrischer Energie werden Solarkraftwerke fertiggestellt, deren Basis Solarbatterien (Paneele) auf Basis von Siliziumkristallen sind.

Basis thermischer Anlagen sind Sonnenkollektoren, in denen die Energie der Sonne in Wärmeenergie des Kühlmittels umgewandelt wird.

Die Leistung solcher Anlagen hängt von der Anzahl und Leistung der einzelnen Geräte ab, die Teil von Wärme- und Solarstationen sind.

Windenergie

Windenergie basiert auf der Umwandlung der kinetischen Energie von Luftmassen in elektrische Energie, die von Verbrauchern genutzt wird.

Die Basis von Windkraftanlagen stellt ein Windgenerator dar. Windgeneratoren unterscheiden sich in technischen Parametern, Gesamtabmessungen und Konstruktion: mit horizontaler und vertikaler Rotationsachse, unterschiedlichen Arten und Anzahlen von Flügeln sowie ihrem Standort (Land, Meer usw. ).

Wasserkraft

Wasserkraft basiert auf der Umwandlung der kinetischen Energie von Wassermassen in elektrische Energie, die der Mensch auch für eigene Zwecke nutzt.

Zu den Objekten dieses Typs gehören Wasserkraftwerke unterschiedlicher Kapazität, die an Flüssen und anderen Gewässern installiert sind. In solchen Anlagen wirkt Wasser unter dem Einfluss des natürlichen Wasserflusses oder durch die Schaffung eines Staudamms auf die Schaufeln einer Turbine, die Strom erzeugt. Die Wasserturbine ist die Basis von Wasserkraftwerken.

Eine andere Möglichkeit, elektrische Energie durch Umwandlung von Wasserenergie zu gewinnen, ist die Nutzung von Gezeitenenergie durch den Bau von Gezeitenstationen. Der Betrieb solcher Anlagen basiert auf der Nutzung der kinetischen Energie des Meerwassers während der Gezeiten, die in den Meeren und Ozeanen unter dem Einfluss von Objekten des Sonnensystems auftreten.

Die Wärme der Erde

Geothermie basiert auf der Umwandlung von Wärme, die von der Erdoberfläche abgestrahlt wird, sowohl an Orten, an denen geothermisches Wasser freigesetzt wird (seismisch gefährdete Gebiete), als auch in anderen Regionen unseres Planeten.

Für die Nutzung von Geothermalwasser werden spezielle Anlagen verwendet, durch die die innere Wärme der Erde in thermische und elektrische Energie umgewandelt wird.

Durch den Einsatz einer Wärmepumpe können Sie unabhängig von ihrem Standort Wärme von der Erdoberfläche erhalten. Seine Arbeit basiert auf den Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen sowie den Gesetzen der Thermodynamik.

Biotreibstoff

Arten von Biokraftstoffen unterscheiden sich in ihrer Gewinnung, ihrem Aggregatzustand (flüssig, fest, gasförmig) und ihrer Verwendungsart. Der Indikator, der alle Arten von Biokraftstoffen vereint, ist, dass die Grundlage für ihre Herstellung organische Produkte sind, durch deren Verarbeitung elektrische und thermische Energie gewonnen wird.

Feste Biobrennstoffe sind Brennholz, Brennstoffbriketts oder Pellets, gasförmige Biogas und Biowasserstoff und flüssige Bioethanol, Biomethanol, Biobutanol, Dimethylether und Biodiesel.

Vor- und Nachteile von Solarkraftwerken

Vorteile:

• Solarenergie ist eine erneuerbare Energiequelle. Gleichzeitig ist es öffentlich zugänglich und kostenlos.
• Solaranlagen sind ziemlich sicher in der Anwendung.
• Solche Kraftwerke sind völlig autonom.
• Sie sind wirtschaftlich und haben eine schnelle Amortisationszeit. Die Hauptkosten fallen nur für die notwendige Ausrüstung an und erfordern minimale Investitionen in die Zukunft.
• Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die Stabilität in der Arbeit. An solchen Stationen gibt es praktisch keine Überspannungen.
• Sie sind nicht skurril in der Wartung und recht einfach zu bedienen.
• Auch für SPP-Geräte ist eine charakteristische lange Betriebsdauer charakteristisch.

Mängel:

• Als Energiequelle ist das Sonnensystem sehr empfindlich gegenüber Klima, Wetterbedingungen und Tageszeit. Ein solches Kraftwerk wird nachts oder an einem bewölkten Tag nicht effizient und produktiv arbeiten.
• Geringere Produktivität in Breitengraden mit starken Jahreszeiten. Sie sind am effektivsten in Gebieten, in denen die Anzahl der Sonnentage pro Jahr am nächsten bei 100 % liegt.
• Sehr hohe und unerreichbare Ausrüstungskosten für Solaranlagen.
• Die Notwendigkeit einer regelmäßigen Reinigung von Platten und Oberflächen von Verunreinigungen. Andernfalls wird weniger Strahlung absorbiert und die Produktivität sinkt.
• Eine deutliche Erhöhung der Lufttemperatur innerhalb des Kraftwerks.
• Die Notwendigkeit, das Gelände mit einer riesigen Fläche zu nutzen.
• Weitere Schwierigkeiten bei der Entsorgung von Anlagenkomponenten, insbesondere Lichtschranken, nach dem Ende ihrer Lebensdauer.

Wie in jedem industriellen Bereich hat die Verarbeitung und Umwandlung von Solarenergie ihre Stärken und Schwächen.

Es ist sehr wichtig, dass die Vorteile die Nachteile überdecken, in diesem Fall wird die Arbeit gerechtfertigt sein.

Heutzutage zielen die meisten Entwicklungen in dieser Branche darauf ab, die Funktionsweise und den Einsatz bestehender Methoden zu optimieren und zu verbessern und neue Methoden zu entwickeln, die sicherer und produktiver sind.

Die Zweckmäßigkeit der Verwendung einer Solaranlage

Solarsystem - ein Komplex zur Umwandlung von Sonnenstrahlungsenergie in Wärmeenergie, die anschließend an einen Wärmetauscher übertragen wird, um das Kühlmittel eines Heizungs- oder Wasserversorgungssystems zu erwärmen.

Die Effizienz einer Solarthermieanlage hängt von der Sonneneinstrahlung ab - der Energiemenge, die an einem Tag Licht pro 1 m² einer Fläche empfangen wird, die sich in einem Winkel von 90 ° zur Richtung der Sonnenstrahlen befindet. Der Messwert des Indikators ist kWh / m², der Wert des Parameters variiert je nach Jahreszeit.

Die durchschnittliche Sonneneinstrahlung für eine Region mit gemäßigtem Kontinentalklima beträgt 1000-1200 kWh/m² (pro Jahr). Die Sonneneinstrahlung ist die bestimmende Größe zur Berechnung der Leistung einer Solaranlage.

Die Nutzung einer alternativen Energiequelle ermöglicht es Ihnen, das Haus zu heizen und Warmwasser ohne herkömmliche Energiekosten zu erhalten - ausschließlich durch Sonneneinstrahlung

Die Installation einer Solaranlage ist ein teures Unterfangen. Damit sich Investitionen rechtfertigen, ist eine genaue Berechnung der Anlage und die Einhaltung der Installationstechnik notwendig.

Beispiel. Der Durchschnittswert der Sonneneinstrahlung für Tula im Hochsommer beträgt 4,67 kV / m² * Tag, vorausgesetzt, das Systempanel wird in einem Winkel von 50 ° installiert. Die Leistung eines Sonnenkollektors mit einer Fläche von 5 qm errechnet sich wie folgt: 4,67 * 4 = 18,68 kW Wärme pro Tag. Dieses Volumen reicht aus, um 500 Liter Wasser von einer Temperatur von 17°C auf 45°C zu erhitzen.

Wie die Praxis zeigt, können Ferienhausbesitzer im Sommer bei Verwendung einer Solaranlage vollständig von der Elektro- oder Gas-Wassererwärmung auf die Solarmethode umsteigen

Wenn man über die Zweckmäßigkeit der Einführung neuer Technologien spricht, ist es wichtig, die technischen Merkmale eines bestimmten Sonnenkollektors zu berücksichtigen. Einige beginnen mit 80 W/m² Solarenergie, andere beginnen mit 20 W/m²

Auch in südlichem Klima rechnet sich der Einsatz einer Kollektoranlage nur zum Heizen nicht. Wenn die Anlage ausschließlich im Winter mit Sonnenmangel genutzt wird, sind die Kosten für die Ausrüstung auch für 15-20 Jahre nicht gedeckt.

Um die Solaranlage möglichst effizient zu nutzen, muss sie in das Warmwasserversorgungssystem eingebunden werden. Auch im Winter können Sie mit dem Sonnenkollektor die Energiekosten für die Warmwasserbereitung um bis zu 40-50% "kürzen".

Laut Experten amortisiert sich die Solaranlage für den Hausgebrauch in ca. 5 Jahren. Bei steigenden Strom- und Gaspreisen verkürzt sich die Amortisationszeit des Komplexes

Neben den wirtschaftlichen Vorteilen hat „Solarheizung“ weitere Vorteile:

1. Umweltfreundlichkeit. Reduzierte Kohlendioxidemissionen. Ein Jahr lang verhindert 1 m² eines Sonnenkollektors, dass 350-730 kg Bergbau in die Atmosphäre gelangen.
2. Ästhetik. Der Platz eines kompakten Bades oder einer Küche kann von sperrigen Boilern oder Gaswarmwasserbereitern eingespart werden.
3. Haltbarkeit. Die Hersteller behaupten, dass der Komplex bei Einhaltung der Installationstechnologie etwa 25 bis 30 Jahre halten wird. Viele Unternehmen gewähren eine Garantie von bis zu 3 Jahren.

Argumente gegen die Nutzung von Solarenergie: ausgeprägte Saisonalität, Wetterabhängigkeit und hohe Anfangsinvestition.

Numerische Eigenschaften der Sonnenstrahlung

Es gibt einen solchen Indikator wie die Solarkonstante. Sein Wert beträgt 1367 Watt. Das ist die Energiemenge pro 1 qm. Planet Erde. Das sind nur etwa 20-25% weniger Energie, die durch die Atmosphäre die Erdoberfläche erreicht. Daher beträgt der Wert der Sonnenenergie pro Quadratmeter beispielsweise am Äquator 1020 Watt. Und ich berücksichtige den Wechsel von Tag und Nacht, die Änderung des Sonnenwinkels über dem Horizont, dieser Indikator nimmt um etwa das Dreifache ab.

Aber woher kommt diese Energie? Bereits im 19. Jahrhundert beschäftigten sich Wissenschaftler erstmals mit diesem Thema, und die Versionen waren völlig unterschiedlich. Heute ist aufgrund einer Vielzahl von Studien zuverlässig bekannt, dass die Quelle der Sonnenenergie die Reaktion der Umwandlung von 4 Wasserstoffatomen in einen Heliumkern ist. Als Ergebnis dieses Prozesses wird eine beträchtliche Menge an Energie freigesetzt. Zum Beispiel die Energie, die bei der Umwandlung von 1 g freigesetzt wird. Wasserstoff ist vergleichbar mit der Energie, die bei der Verbrennung von 15 Tonnen Benzin freigesetzt wird.

Wärmepumpen für die Hausheizung

Wärmepumpen nutzen alle verfügbaren alternativen Energiequellen. Sie nehmen Wärme aus Wasser, Luft, Erde auf. In kleinen Mengen ist diese Wärme auch im Winter vorhanden, die Wärmepumpe sammelt sie und leitet sie zur Beheizung des Hauses zurück.

Wärmepumpen nutzen auch alternative Energiequellen - die Wärme der Erde, des Wassers und der Luft

Arbeitsprinzip

Warum sind Wärmepumpen so attraktiv? Die Tatsache, dass Sie, nachdem Sie 1 kW Energie für das Pumpen aufgewendet haben, im schlimmsten Fall 1,5 kW Wärme erhalten, und die erfolgreichsten Implementierungen können bis zu 4-6 kW ergeben.Und dies widerspricht in keiner Weise dem Energieerhaltungssatz, da Energie nicht für die Gewinnung von Wärme aufgewendet wird, sondern nicht für das Pumpen. Also keine Ungereimtheiten.

Schema einer Wärmepumpe zur Nutzung alternativer Energiequellen

Wärmepumpen haben drei Arbeitskreise: zwei externe und interne, sowie einen Verdampfer, einen Kompressor und einen Kondensator. Das Schema funktioniert wie folgt:

• Im Primärkreislauf zirkuliert ein Kühlmittel, das Wärme aus Niederspannungsquellen aufnimmt. Es kann in Wasser abgesenkt, im Boden vergraben oder der Luft Wärme entzogen werden. Die höchste Temperatur, die in diesem Kreislauf erreicht wird, liegt bei etwa 6°C.
• Der interne Kreislauf zirkuliert ein Heizmedium mit einem sehr niedrigen Siedepunkt (typischerweise 0°C). Beim Erhitzen verdampft das Kältemittel, der Dampf gelangt in den Kompressor, wo er auf hohen Druck komprimiert wird. Beim Verdichten wird Wärme frei, der Kältemitteldampf wird auf eine durchschnittliche Temperatur von +35°C bis +65°C erhitzt.
• Im Kondensator wird Wärme aus dem dritten – Heizungs – Kreislauf auf das Kühlmittel übertragen. Kühldämpfe werden kondensiert und treten dann weiter in den Verdampfer ein. Und dann wiederholt sich der Kreislauf.

Der Heizkreislauf erfolgt am besten in Form eines warmen Fußbodens. Dafür eignen sich die Temperaturen am besten. Das Kühlersystem erfordert zu viele Abschnitte, was hässlich und unrentabel ist.

Alternative Wärmeenergiequellen: wo und wie man Wärme bekommt

Die größte Schwierigkeit ist jedoch das Gerät des ersten externen Kreislaufs, der Wärme sammelt. Da die Quellen ein niedriges Potential haben (am Boden gibt es wenig Wärme), sind große Flächen erforderlich, um sie in ausreichender Menge zu sammeln. Es gibt vier Arten von Konturen:

• Ringe in Wasserleitungen mit Kühlmittel verlegt.Das Gewässer kann alles sein – ein Fluss, ein Teich, ein See. Die Hauptbedingung ist, dass es auch bei strengsten Frösten nicht durchfrieren darf. Pumpen, die Wärme aus dem Fluss pumpen, arbeiten effizienter, in stehenden Gewässern wird viel weniger Wärme übertragen. Eine solche Wärmequelle ist am einfachsten zu implementieren - Rohre werfen, eine Last binden. Es besteht nur eine hohe Wahrscheinlichkeit von Unfallschäden.

• Thermische Felder mit Rohren, die unter dem Gefrierpunkt vergraben sind. In diesem Fall gibt es nur einen Nachteil - große Mengen an Erdarbeiten. Wir müssen den Boden großflächig und sogar bis in eine solide Tiefe entfernen.

• Nutzung geothermischer Temperaturen. Es werden mehrere Brunnen mit großer Tiefe gebohrt, in die Kühlmittelkreisläufe abgesenkt werden. Das Gute an dieser Option ist, dass sie wenig Platz benötigt, aber nicht überall in große Tiefen gebohrt werden kann und Bohrdienstleistungen viel kosten. Sie können zwar selbst ein Bohrgerät bauen, aber die Arbeit ist trotzdem nicht einfach.

• Entzug von Wärme aus der Luft. So funktionieren Klimaanlagen mit der Möglichkeit zu heizen - sie nehmen Wärme aus der "außenliegenden" Luft auf. Auch bei Minusgraden funktionieren solche Geräte, allerdings bei einem nicht sehr „tiefen“ Minus - bis zu -15 ° C. Um die Arbeit intensiver zu gestalten, können Sie die Wärme aus den Lüftungsschächten nutzen. Werfen Sie dort ein paar Schlingen mit Kühlmittel und pumpen Sie Wärme von dort.

Der Hauptnachteil von Wärmepumpen ist der hohe Preis der Pumpe selbst, und die Installation von Wärmesammelfeldern ist nicht billig. In diesem Fall können Sie Geld sparen, indem Sie die Pumpe selbst herstellen und die Konturen auch mit Ihren eigenen Händen legen, aber die Menge bleibt dennoch beträchtlich. Der Vorteil ist, dass das Heizen kostengünstig ist und das System lange funktioniert.

Arten

Heutzutage erfreuen sich verschiedene Arten von Solarmodulen immer größerer Beliebtheit. Auf den ersten Blick scheinen alle Solarmodule gleich zu sein: Viele einzelne kleine Solarzellen sind miteinander verbunden und mit einer transparenten Folie überzogen. Aber in Wirklichkeit unterscheiden sich alle Module in Leistung, Design und Größe. Und im Moment haben die Hersteller Solarsysteme in zwei Haupttypen unterteilt: Silizium und Folie.

Für Haushaltszwecke werden Sonnenkollektoren mit Silizium-Fotozellen installiert. Sie sind die beliebtesten auf dem Markt. Von denen auch drei Typen unterschieden werden können - diese sind polykristallin, einkristallin, sie wurden bereits im Artikel ausführlicher beschrieben, und amorph, auf die wir näher eingehen werden.

Amorph - werden ebenfalls auf der Basis von Silizium hergestellt, haben aber zusätzlich eine flexible elastische Struktur. Sie bestehen aber nicht aus Siliziumkristallen, sondern aus Silan – ein anderer Name für Siliziumwasserstoff. Von den Merkmalen amorpher Module kann man eine hervorragende Effizienz auch bei bewölktem Wetter und die Fähigkeit, jede Oberfläche zu wiederholen, feststellen. Aber der Wirkungsgrad ist viel geringer - nur 5%.

Die zweite Art von Sonnenkollektoren - Folie, wird auf der Basis mehrerer Substanzen hergestellt.

• Cadmium - solche Paneele wurden bereits in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelt und im Weltraum eingesetzt. Aber heute wird Cadmium auch bei der Herstellung von industriellen und privaten Solarkraftwerken verwendet.
• Module auf Basis von Halbleiter-CIGS - entwickelt aus Kupferselenid, Indium und Filmplatten. Indium wird auch häufig bei der Herstellung von Flüssigkristallmonitoren verwendet.
• Polymer - wird auch bei der Herstellung von Solarfolienmodulen verwendet. Die Dicke einer Platte beträgt etwa 100 nm, aber die Effizienz bleibt auf dem Niveau von 5 %. Aus den Pluspunkten kann jedoch hervorgehen, dass solche Systeme einen erschwinglichen Preis haben und keine Schadstoffe in die Atmosphäre abgeben.

Aber auch weniger sperrige tragbare Modelle sind heute auf dem Markt. Sie sind speziell für den Einsatz bei Outdoor-Aktivitäten konzipiert. Oft werden solche Solarmodule zum Aufladen tragbarer Geräte verwendet: kleine Geräte, Mobiltelefone, Kameras und Camcorder.

Tragbare Module werden in vier Typen unterteilt.

• Niedriger Stromverbrauch - Geben Sie eine Mindestladung an, die ausreicht, um ein Mobiltelefon aufzuladen.
• Flexibel - kann zu einer Rolle gefaltet werden und hat dadurch ein geringes Gewicht und aufgrund der großen Beliebtheit bei Touristen und Reisenden.
• Auf einem Substrat befestigt - sie haben ein viel größeres Gewicht, etwa 7-10 kg, und geben dementsprechend mehr Energie ab. Solche Module sind speziell für den Einsatz auf langen Autofahrten ausgelegt und können auch zur teilautarken Energieversorgung eines Landhauses eingesetzt werden.
• Universell - unverzichtbar zum Wandern, das Gerät verfügt über mehrere Adapter zum gleichzeitigen Laden verschiedener Geräte, das Gewicht kann 1,5 kg erreichen.

Ist es für ein normales Zuhause geeignet?

• Für den Hausgebrauch ist Solarenergie eine zukunftsträchtige Energieart.
• Als elektrische Energiequelle für Wohngebäude werden Solarkraftwerke eingesetzt, die von Industrieunternehmen in Russland und im Ausland hergestellt werden. Installationen werden verschiedene Macht und ein komplettes Set ausgegeben.
• Die Verwendung einer Wärmepumpe - versorgt ein Wohngebäude mit Warmwasser, erwärmt das Wasser im Pool, erwärmt das Kühlmittel im Heizsystem oder die Luft in den Räumlichkeiten.
• Sonnenkollektoren - können in Heizungs- und Warmwassersystemen zu Hause verwendet werden. Effizienter sind in diesem Fall Vakuumröhrenkollektoren.