К сожалению, на этом фоне Россия выглядит очень бледно. Наши государственные деятели пока ограничиваются лишь громкими заявлениями. А производство солнечных фотоэлектрических панелей до сих пор находится в зачаточном состоянии. Практически нет серьезных государственных инициатив и не созданы условий для частных инвесторов.[18]
Эти устройства сегодня представляют собой наиболее распространённый тип солнечных преобразователей. Работа устройства осуществляется при температуре от ста до двухсот градусов.
Говорить о применении этих установок можно бесконечно.
Уже в наши дни солнечные коллекторы выполняют огромный диапазон работы. При помощи коллекторов подогревают еду, избавляют от соли, добывают воду из колодцев.
Посредством концентрированной солнечной энергии можно сушить овощи или фрукты, а также замораживают продукты.
Следует сказать, что главное преимущество использования теплового солнечного преобразователя заключается в обеспечении высокого КПД.
Так, последние разработки позволяют говорить о сорока пяти и даже шестидесяти процентах. Кстати, уровень эффективности тепловых гелиоприёмников можно повысить путём их дополнения специальными зеркальными поверхностями.
Главная функция такой поверхности – концентрировать поступающее излучение. Если рассматривать эти устройства как средство обеспечения энергией жилого дома, то наиболее практичными обещают быть так называемые фоконы.
Речь идёт о плоских солнечных элементах с линейными концентраторами. Это приспособление представлено в виде V-образной формы. Кстати, прибор может быть не только плоским, но и параболоидным.
Конечно, такая усовершенствованная конструкция обойдётся потребителю гораздо дороже, но и эффект будет соответствующим.
Для домашних нужд прекрасно подойдёт коллектор, выполняющий роль водонагревателя. В состав конструкции входят коробка со змеевиком, бак с холодной водой, бак-аккумулятор и трубы.
Главное – правильно установить коробку. Она должна находиться под углом в 30-50 градусов и быть направлена на юг. Холодная вода находится в нижней части коробки, она нагревается и вытесняется поступающей холодной водой, поступает в бак-аккумулятор.
Производительность установки в течение дня составляет около двух кВт/ч с каждого квадратного метра. Вода может нагреваться до шестидесяти или семидесяти градусов, что позволяет использовать её в самых разных целях (отопление, душ и т.д.).
Также устройство может похвастаться высоким КПД. Обычно он достигает сорока процентов. Принцип работы солнечных коллекторов во многом напоминает принцип теплиц. Такие коллекторы могут изготавливаться из разных материалов – дерева, металла, пластика.
С одной стороны они закрываются одинарным или двойным стеклом. Чтобы обеспечить полное поглощение солнечных лучей, в короб вставляют лист из металла. Как правило, этот лист окрашивается в чёрный цвет.
Коробка содержит воздух или воду, которые нагреваются и затем поступают в бак посредством действия вентилятора или насоса. [21]
Важнейшее достоинство солнечных коллекторов — простота и относительная дешевизна их изготовления, неприхотливость в эксплуатации.
Необходимый минимум для того, чтобы сделать коллектор своими руками — это несколько метров тонкой трубы (желательно медной тонкостенной — её можно согнуть с минимальным радиусом) и немного чёрной краски, хотя бы битумного лака.
При этом змеевику легко придать форму, максимально использующую всё выделенное для коллектора место.
Единственное важное замечание — необходимо учитывать, что в жаркий солнечный день при отсутствии разбора вода может перегреться выше температуры кипения, поэтому в конструкции необходимо принять соответствующие меры предосторожности (если не закрывать трубу стеклом, то перегрева обычно можно не опасаться).
Другое, не менее важное достоинство, заключается в том, коллектор способен уловить и преобразовать в тепло более 90% попавшего на него солнечного излучения. Даже при лёгкой облачности его КПД превосходит КПД батарей других типов. [23]
Солнечная батарея — бытовой термин, используемый в разговорной речи или не научной прессе. Обычно под термином «солнечная батарея» подразумевается несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток.
В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, солнечная батарея производит непосредственно электричество. Хотя, для производства электричества из солнечной энергии используются и солнечные коллекторы: собранную тепловую энергию можно использовать и для вырабатывания электричества. Крупные солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.), называются Гелиоэлектростанции (ГЕЭС).[8]
Лет 10 назад многие развлекались тем, что устанавливали у себя дома небольшие солнечные батарейки. С 1 кв. м. солнечной батареи можно снять до 150 Вт. Это конечно немного, но на зарядку радио хватит. Так можно ли ее сделать? Давайте попробуем:
1. Купленные в магазине фотоэлементы или диоды.
2. Деревянная рама.
3. Терпение и умелые руки.
1. Важно правильно выбрать главный элемент солнечной батареи – фотопластинки. От них зависит выходная мощность будущей солнечной батареи. Правильно выбрать их вам поможет продавец консультант в нужном вам магазине. В идеале нам будут нужны кремниевые фотоэлементы, но они очень дороги.
2. Далее нам понадобится рама, куда мы будем их вставлять. Рама должна быть диэлектрически непроницаема – то есть не проводить ток. Например, деревянная. Ее следует тщательно подготовить. Вырежьте в ней дырочки для проводов, прикиньте размеры, сколько пластинок туда влезет, придумайте, как она будет стоять и так далее.
3. Далее нам следует тщательно подключить ВСЕ пластинки к проводкам, если они еще не подключены, приклеить их к раме, продев все проводки в заранее отведенные и обдуманные места. Это, пожалуй, самый долгий и кропотливый шаг в нашей работе.
4. Далее нам следует решить, что нам важнее: Мощность или Сила тока? В первом случае нам нужно будет соединить все проводники последовательно, а во втором – параллельно.
5. И наконец, установите получившуюся батарею в наиболее солнечное место. Не волнуйтесь, если выходная мощность окажется невелика – наша широта все так и не очень хорошо приспособлена для извлечения энергии из солнечного потока. Результаты, как правило, в 2-3 раза ниже чем, скажем, на экваторе.[9]
1. Общедоступность и неисчерпаемость источника.
2. Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо земной поверхности и привести к изменению климата (однако при современном уровне потребления энергии это крайне маловероятно).
1. Зависимость от погоды и времени суток.
2. Как следствие необходимость аккумуляции энергии.
3. Высокая стоимость конструкции.
4. Необходимость постоянной очистки отражающей поверхности от пыли.
5. Нагрев атмосферы над электростанцией. [10]
Идеальна ли солнечная энергетика с технической и экономической точки зрения? К сожалению, не совсем. Мы постараемся выделить основные преимущества и недостатки этого способа добычи энергии.
Начнем с положительных сторон. Во-первых, «сырье», т.е. солнечный свет, никогда не закончится. Вторым плюсом солнечной энергии является ее общедоступность, так как солнце светит на юге и западе, в Африке и Европе.
Противоречивым является вопрос абсолютной безопасности этих технологий для окружающей среды. Конечно, это не атомная энергетика и не добыча нефти, газа, однако на данном этапе развития «солнечных» технологий при изготовлении батарей используются вредные вещества, которые тем или иным образом могут навредить природе. Уже готовые образцы (фотоэлементы) содержат ядовитые вещества, такие как свинец, кадмий, галлий, мышьяк.
Что касается срока службы преобразователей (30 – 50 лет), то здесь возникает проблема последующей переработки отживших свое модулей, а решение вопроса их утилизации до сих пор не найдено. Явным недостатком процесса добычи энергии является так называемая непостоянность. Солнечные системы не способны работать ночью, а вечером и в утренних сумерках эффективность станций падает в несколько раз.
Серьезное влияние оказывают и погодные факторы. Многие сетуют на относительную дороговизну солнечных элементов, недостаточную эффективность в плане материальных затрат и окупаемости (на данный момент). «Подводным камнем» функционирования современных «солнечных ферм» становится проблема технической поддержки и обслуживания. Разработчики утверждают, что интенсивный нагрев фотоэлементов существенно снижает эффективность системы в целом, поэтому здесь нужно предусматривать решение проблемы организации охлаждения модулей. Также солнечные батареи необходимо периодически чистить от пыли и грязи, а в случае работы с установкой площадью несколько квадратных километров с очисткой могут возникнуть значительные сложности.