Как работает солнечный коллектор зимой в пасмурные дни, покрытый снегом и льдом

С удорожанием природных ресурсов, используемых на освещение и обогрев дома, всё чаще приходится искать им замену – появляются альтернативные источники. Одним из таких вариантов для отопления домов стали солнечные коллекторы.

Их работа основана на поглощении излучения солнца и переработки её в тепло. Использование их летом в ясную погоду понятно. А как работает солнечный коллектор зимой, давайте попробуем разобраться вместе.

Разновидности коллекторов

Особой популярностью пользуются два вида батарей: плоские пластинчатые и вакуумные.

Плоский пластинчатый коллектор

Устройство состоит из пластины (абсорбера), которая улавливает излучение, прозрачного покрытия, пропускающего свет, и теплоизоляционного слоя. Лицевая часть пластины покрывается черной краской, потому что тёмный цвет лучше притягивает лучи солнца. Это может быть также специальное покрытие – например, оксид титана или чёрный никель. Самые производительные абсорберы изготавливают медными.

Прозрачное покрытие делают из поликарбоната, гладкого или рифлёного, либо из укреплённого стекла, у которого содержание металла очень низкое.

Теплоизоляция состоит из трубок, изготовленных из меди или сшитого полиэтилена. По ним разносится теплоноситель. Внутри панели создаётся вакуум, чтобы не было потерь тепла. Если не отбирать тепло, то воду накапливателя можно нагреть до температуры 190–210 градусов.

 Вакуумные коллекторы

Трубка этого устройства, по которой течёт теплоноситель, является абсорбером. Она помещается в вакуумный сосуд из прозрачного закалённого стекла.

Такая модель дороже пластинчатого прибора, но она более продуктивна. Здесь можно нагреть воду уже до 250–300 градусов.

Применение коллекторов

Несмотря на высокую стоимость, применение гелиосистем очень популярно как в промышленности, так и в быту.

Владельцы гелиосистем используют солнечные коллекторы не только для отопления домов. Они плодотворно работают для нагрева воды в душе, подогревания бассейнов.

Для производственных целей использование этих устройств более распространено. С их помощью отапливают гостиницы и рестораны. Парогенераторы, работающие на принципе солнечных батарей, приводят в движение разные агрегаты. Опреснители воды тоже делают на основе гелиосистем.

Производительность работы гелиосистем зимой

Использование экосистем летом ни у кого не вызывает сомнений. А вот как работают солнечные батареи зимой, остаётся больным вопросом у пользователей.

Можно с уверенностью сказать, что солнечные коллекторы зимой работают. Разумеется, эффективность их снижается, и требуется дополнительный источник обогрева. Ведь зимой солнце тоже ясно светит, а в пасмурные дни абсорбер собирает отражённый солнечный свет, проходящий сквозь тучи.

Производительность батареи зависит и от угла наклона её по отношению к горизонту.

Его выставляют так, чтобы максимально использовать свет в течение короткого зимнего дня.

Снегопады значительно ухудшают работу коллектора, поэтому очистка его от налипания снега – главное условие эксплуатации зимой. Снег – враг для плоского устройства. Вакуумные батареи имеют свойство нагревать всю колбу и самоочищаться. Но иногда и их приходится чистить принудительно.

Преимущества и недостатки коллектора

Главное преимущество гелиосистемы – экологическая чистота.

• При выработке тепла в солнечных батареях не образуются никакие вредные вещества. Он абсолютно безвреден как для человека, так и для природы.
• Очень экономичная установка. Затраты на покупку и монтирование системы возвращаются в течение нескольких лет. В последующие годы батарея работает только в плюс, экономя затраты на обогрев помещения и нагрев воды.
• Использование системы круглый год. Зимой солнце светит не так ярко, но даже сквозь тучи к нам доходит до 75% солнечного излучения, что даёт возможность использовать гелиосистему в любое время года. Несмотря на то что в зимнее время эффективность работы снижается, установка вырабатывает до 50% необходимой энергии.

Единственным недостатком коллектора является его высокая стоимость. Не каждый может позволить себе такую роскошь.

Заключение

Солнечные батареи работают не от прямых солнечных лучей, а от самого света. Даже когда на панели лежит снег, она продолжает работать и вырабатывать энергию, пусть и в меньших количествах. А в солнечные морозные дни воду можно нагреть до кипения.

Прежде чем установить у себя гелиосистему, внимательно изучите особенности погоды в вашей местности, правильно установите угол наклона, и солнечный коллектор не подведёт ни летом, ни зимой.

‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘

Использование солнечных коллекторов | КакУстроен. ру

О практическом применении гелиопанелей сложилось множество мифов. Некоторые считают, что их можно использовать только для дачного душа и тому подобных мелочей, некоторые же впадают в другую крайность и уверены, что один-единственный солнечный коллектор способен обеспечить горячей водой целый коттедж. Причем безо всякого дополнительного оборудования. Разумеется, в реальности все обстоит совсем не так. А как?

В системах ГВС

Чаще всего гелиоколлекторы используются для обеспечения жилища горячей водой. Особенно широко они применяются в южных регионах. А во многих странах, например, в Испании или в США (особенно в Калифорнии) уже давно и успешно функционируют целые солнечные станции, обеспечивающие независимое энергоснабжение для ближайших деревень.

В России подобная практика еще малоразвита, в отличие от соседней Украины (в Крыму такие панели начали устанавливать довольно активно). Но прежде чем устанавливать на дом вакуумный солнечный коллектор необходимо разобраться с несколькими тонкостями. Например, существует два типа систем водоснабжения с использованием энергии солнца:

• Пассивная. В этом случае бак с водой и собственно коллектор объединены в одно целое, причем бак обязательно должен располагаться выше панели. Это необходимо для обеспечения циркуляции теплоносителя. Таким образом снизу в бак поступает холодная вода (под напором), а теплоноситель нагревает ее за счет естественной конвекции. Используя солнечный коллектор для дома этим методом можно создать очень простую и малозатратную систему. Однако использовать ее можно только в летний период и только для получения горячей воды.
• Активная. Эта система значительно более сложна по своему устройству, а для ее наладки требуется больше затрат. Однако она куда более эффективна и может использоваться круглый год. При таком методе бак с водой располагается внутри дома, а коллекторы – на крыше. А циркуляцию теплоносителя обеспечивает мощный насос.

Очевидно, что для наиболее эффективного использования солнечной энергии (конечно, если цель – обеспечить независимое энергоснабжение) лучше всего обустроить активную систему.

Конечно, это более дорогой метод, но со временем все затраты окупятся. Но нужно помнить, что один солнечный коллектор для дома – это очень мало, надо устанавливать комплекс таких панелей. Причем их точное количество, площадь и производительность определяется путем специальных расчетов исходя из нужд водопотребления.

Солнечный коллектор для отопления

Стоит ли применять такие устройства в отопительных контурах? В теплых регионах – да, стоит, в холодных же широтах окупаемость проекта может оказаться под большим вопросом. Все дело в том, что обогревательные системы очень ресурсоемки. И если на юге или в относительно умеренном климате для создания комфортной температуры нужно не много энергии, то в северных областях картина кардинально меняется.

Конечно, вакуумный солнечный коллектор эффективен круглый год, даже в умеренных зонах, но главные сложности заключаются в том, что:

• для качественного обогрева нужно гораздо больше панелей;
• отопительные контуры обязательно будут комбинированными. То есть совмещенными с дизельными, электрическими, газовыми или иными источниками энергии. А значит, необходимо установить целый комплекс дополнительного оборудования, которое стоит не так уж мало;
• наиболее эффективным солнечное отопление будет с сентября до начала декабря и с конца февраля по май. В промежутке же придется использовать другие методы;
• в силу многих особенностей солнечные панели лучше всего зарекомендовали себя в системах «теплых полов» (кстати, как раз из-за этого их часто используют для подогрева бассейнов). Таким образом, если в помещении установлены радиаторы, производительность коллекторов будет несколько ниже.

А кроме того, здание должно быть хорошо теплоизолировано, чтобы энергия не расходовалась «впустую». Именно поэтому солнечное отопление в умеренных зонах требует солидных предварительных затрат и не всегда экономически выгодно. Поэтому лучше всего использовать эти устройства либо в качестве вспомогательного источника обогрева, либо просто для получения горячей воды.

В этом случае вакуумный солнечный коллектор действительно окупит себя и позволит существенно снизить коммунальные платежи.

Еще одной отличительной чертой таких контуров является экономичный расход тепловой энергии, поэтому особенно эффективны комбинированные системы, в которых коллекторы работают совместно с тепловыми насосами.

Где еще их используют?

Несмотря на всю специфику, солнечный коллектор востребован не только у владельцев частных домов. Особенно часто эти системы используют в труднодоступных районах, поскольку наладить солнечное энергоснабжение все-таки значительно выгоднее, чем протягивать электролинии.

Поэтому гелиоустановки применяют:

• в сельском хозяйстве;
• в гостиничном и туристическом бизнесе;
• в социально ориентированных мобильных пунктах;
• в санаториях;
• в портах;
• на автостанциях;
• в теплицах;
• на объектах МЧС;
• на базах отдыха;
• в спорткомплексах.

Кстати, многие считают, что альтернативная энергетика начала развиваться совсем недавно, но это не так. Солнечные панели применяли еще в начале 1980-х. Например, под Судаком (в Крыму) сохранилось здание спортивного центра для дайверов, построенное более 30-ти лет назад. На его крыше был установлен целый комплекс вакуумных коллекторов, обеспечивавший полностью автономное энергоснабжение. К сожалению, центр не успели открыть до начала перестройки, поэтому в период распада он оказался заброшенным, а все оборудование просто исчезло.

Солнечный коллектор своими руками: принцип сборки

Оглавление:
Устройство и принцип работы солнечного коллектора
Солнечный коллектор своими руками: как и из чего изготовить

Дороговизна традиционных энергоносителей, используемых в быту, заставляет человека двигаться дальше и искать новые источники энергии, которые в полной мере могли бы заменить существующие. Наиболее часто используемой альтернативной энергией является солнечная – ее человек уже достаточно эффективно научился использовать в разных направлениях. Об одном из таких направлений пойдет речь в этой статье, в которой вместе с сайтом stroisovety. org мы рассмотрим вопрос нагрева воды с помощью солнечной энергии и поговорим о том, как сделать солнечный коллектор своими руками.

Солнечные коллекторы для отопления фото

Устройство и принцип работы солнечного коллектора

Чтобы понимать, с чем придется столкнуться на пути изготовления солнечного водонагревателя, для начала необходимо разобраться с его конструкцией и принципом работы. Как ни странно, но солнечный коллектор для нагрева воды устроен достаточно просто – в его принцип работы заложены элементарные законы физики, согласно которым жидкость с большей плотностью вытесняет менее плотную жидкость.

По сути, такой же принцип работы заложен в работу системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя – горячая вода поднимается вверх, а холодная помогает ей в этом. Разница между таким отоплением и солнечным коллектором заключается исключительно в способе нагрева жидкости, в нашем случае – воды, которая просто нагревается на солнце.

Солнечный коллектор для нагрева воды фото

Итак, исходя из этого принципа вырисовывается и самая оптимальная конструкция солнечного водонагревателя – по сути, это вертикально расположенный змеевик, вода в котором по мере нагревания поднимается в его верхнюю точку, после чего благополучно поступает в накопительный резервуар, из которого осуществляется забор жидкости.

Следует понимать, что для эффективной работы самодельный солнечный коллектор необходимо обеспечить естественной циркуляцией жидкости – остывшая или не до конца нагревшаяся вода с накопительного бака должна поступать в коллектор, из которого после очередного цикла подогрева возвращаться в накопительный резервуар, требующего, кстати, хорошего утепления.

Плоский солнечный коллектор фото

Исходя из выше изложенного, формируется и принцип установки различных узлов альтернативного солнечного обогревателя. Чтобы обеспечить жизненно важную циркуляцию жидкости, не прибегая к помощи насоса, установка солнечного коллектора выполняется в самом высоком месте (как правило, на крыше), а монтаж накопительного резервуара ниже него (например, на чердаке).

Такое устройство, установленное на доме и изготовленное в заводских условиях с применением современных технологий, способно не только обеспечить небольшой домик горячей водой, но и теплом. Да, солнечный коллектор даже зимой работает не только в системе водоснабжения, но и в системе отопления. Но это заводской коллектор, изготовленный из вакуумных трубок и практически не имеющий теплопотерь. А самодельный солнечный коллектор для дома реально справится только с обеспечением горячей воды, и то лишь в ясный солнечный день. Но даже это неплохо и позволяет сэкономить немало дорогостоящих природных ресурсов.

Солнечные коллекторы для дома фото

Солнечный коллектор своими руками: как и из чего изготовить

Для начала разберемся с основанием для солнечного коллектора – наиболее простым решением будет собрать его на большом листе толстого пластика. Можно использовать и материал типа ОСБ-3, но его придется капитально защитить от атмосферной влаги. Но даже с учетом таких мер предосторожности обеспечить долгий срок эксплуатации основания не получится, поскольку дерево есть дерево. Поэтому пластик будет именно тем материалом, который, как говорится, прописал доктор – легкий, прочный и долговечный.

Основание для солнечного коллектора должно притягивать солнечный цвет, а не отражать. В этом отношении лучшим вариантом будет его черная окраска. С этим, я думаю, у вас проблем не возникнет.

Солнечный коллектор своими руками фото

Теперь о самом коллекторе. В идеале его необходимо изготовить из прозрачного материала – трубки из стекла или прозрачного пластика будут наиболее рациональным решением. В принципе, их можно заменить обыкновенной металлопластиковой трубой, окрашенной в черный цвет – этот материал для коллектора достаточно легко уложить и закрепить на основании.

Здесь следует принимать во внимание один нюанс – площадь обогрева. Трубки придется укладывать как можно плотнее друг к другу. Если вы думаете, что ее легко изогнуть под малым радиусом закругления, вы ошибаетесь. Придется использовать массу соединительных угловых фитингов. Закрепить трубу на пластиковое основание можно с помощью клипс, предназначенных для ее монтажа. На краях коллектора необходимо установить концевые фитинги – к верхнему краю через тройник привинчивается сбросник для воздуха (можно автоматический) а к нижнему – посредством отдельной трубы подключается накопительный резервуар.

Самодельный солнечный коллектор фото

Вот мы добрались и до теплозащищенного накопительного бака. Пожалуй, здесь ни у кого не возникнет вопросов, из чего его сделать. Вы правы, нам нужен электрический водонагреватель. Именно его можно будет зимой использовать по назначению, а летом, когда много солнечных дней, применять в качестве хранилища нагретой солнечными лучами воды. Так что не спешите его разбирать и удалять всю начинку.

Теперь о его подключении. Для начала подсоедините бак к системе существующего водопровода положенным для него способом. Потом к патрубку холодного водопровода через тройник и отсекающий кран подсоедините низ солнечного коллектора. Точно так же, только к верхнему концевому фитингу, необходимо подсоединить через тройник и кран патрубок горячего водопровода.

Как собрать солнечный коллектор своими руками фото

Вот, в принципе, и все. Осталось только разобраться, как вся эта система работает и как ею управлять. Это не так уж и сложно, как вам кажется. Вместо привычных двух отсекающих кранов в нашей ситуации имеется четыре – с их помощью и будем переключать систему в зимний и летний режим работы. Для лета необходимо открыть все четыре крана и отключить подачу электроэнергии. Для зимы краны, обеспечивающие циркуляцию воды через плоский солнечный коллектор, нужно закрыть и включить подачу электроэнергии на водонагревательный бак.

Как видите, все просто, но необходимо помнить, что при переходе на зимний период воду с коллектора нужно слить – иначе она замерзнет, и все ваши труды пойдут насмарку.

Как работает солнечный коллектор зимой

Именно так собирается солнечный коллектор своими руками. Конечно, его эффективность не идет ни в какое сравнение с производительностью заводского агрегата, в котором для нагрева воды используются вакуумные трубки, но все же он в состоянии сэкономить изрядную часть семейного бюджета.

Автор статьи Александр Куликов

Земля как солнечный коллектор — ватты с этим?

Гостевой пост Кевина Килти

Введение

В течение последних недель или двух мы читали сообщения от доктора Спенсера

(07. 06.2019), Ник Стоукс (06.06.2019), лорд Монктон (08.06.2019) и Уиллис Эшенбах (08.06.2019), охватывающие множество тем, связанных с простыми блочными моделями; и каждый из них так или иначе связан с климатической обратной связью. У меня в течение долгого времени было несколько мыслей, которые касались этих тем и основывались на каждой из этих недавних работ в серии публикаций.Здесь представлена ​​простая блочная модель, иллюстрирующая Землю как тепловую солнечную панель или солнечный коллектор. Это будет иметь прямое, независимое и поддерживающее отношение к должности доктора Спенсера.

1. Основы коллектора

Земные солнечные панели сконструированы для улавливания солнечного излучения, уменьшения паразитных потерь тепла за счет теплопроводности и конвекции и передачи собранной солнечной энергии в виде тепла в рабочую жидкость. Для Земли в целом единственная потеря тепла — уходящее длинноволновое излучение.Это делает анализ Земли как солнечного коллектора особенно простым. Начнем с двух важных балансных уравнений из термодинамики.

Энергетический баланс — наш основной аналитический инструмент. Прописью энергетический баланс:

(1)

Солнечная энергия на входе = длинноволновая (ИК) энергия на выходе + запасенная энергия

Или символически для Земли это становится:

(2)

Где I _s представляет солнечное излучение, α _s — солнечная поглощающая способность, r — радиус Земли, σ — постоянная Стефана-Больцмана (5 . 67 × 10 ⁻⁸ в единицах S.I.), e — эффективная инфракрасная (ИК) излучательная способность Земли, T — абсолютная температура поверхности, а C — емкость для хранения тепла. Поскольку последний член, представляющий скорость нового хранилища в уравнении 1, довольно мал по сравнению с другими, мы можем проигнорировать его для наших целей и записать баланс энергии с точки зрения температуры поверхности как

(3)

Я выделил соотношение

, потому что это общий технический показатель качества для солнечных коллекторов, используемый для выбора материалов.

Второе уравнение баланса, которое я уже упоминал здесь ранее, — это баланс энтропии.

(4) Исходящая энтропия = Входящая энтропия + Сгенерированная энтропия

В настоящее время у нас нет особого использования для этого уравнения баланса, но с точки зрения работы настоящего солнечного коллектора мы могли бы использовать его для расчета энергии, которая могла быть использована для полезной работы, но вместо этого была потеряна из-за паразитных потерь. Будьте уверены, что глобальные климатические модели и солнечные коллекторы в равной степени должны придерживаться обоих этих уравнений баланса, чтобы быть реалистичными и обеспечивать достоверные результаты.

2. Блочная модель нашего коллектора

оговорим следующее. Солнце представляет собой излучатель черного тела с температурой поверхности 5900 K и солнечной радиацией 1370 Вт / м ² на орбите Земли. Коэффициент излучения (e) — это параметр, который мы определим из баланса энергии. Солнечная поглощающая способность ( α _s ) равна (1 — A ), где A — это альбедо связи Земли. Мы будем использовать значение 0,3 для A , учитывая, что это до некоторой степени неопределенно и изменяется со временем.

Наконец, мы будем использовать температуру 288 K для средней поверхности, принимая во внимание, что это температура атмосферы на высоте примерно двух метров над поверхностью. Поверхность должна быть в среднем отличной от 288 K , чтобы обеспечить теплопередачу между поверхностью и воздухом, но использование 288 K для средней температуры поверхности отлично подходит для наших целей.

Блочная модель, которую можно здесь вывести, показана на рисунке 1. Она намного проще, чем блочные модели с петлями обратной связи.В технических науках такую ​​модель мы называем просто системой или, возможно, черным ящиком. Если эта система линейна, мы можем определить ее работу, используя функцию импульсного отклика или передаточную функцию. Если система нелинейная, нам обычно приходится разбираться и детально определять отношения ввода / вывода. В технике управления блок известен как завод и представляет работу объекта или машины. Имеет смысл рассматривать Землю как объект.

Рисунок 1: Система, завод или объект в абстрактной форме

В этом случае нашего солнечного коллектора входом в систему является солнечное излучение, которое, по сути, является единственным движущим фактором климатической системы (обратная связь CO2 и водяного пара внутренние по отношению к системе). Диаграмма показывает, что средняя температура — это наша единственная наблюдаемая в настоящее время температура, хотя мы можем выбрать измерения других. Мы используем среднюю температуру поверхности как показатель того, что происходит в климатической системе, большая часть которой скрыта от глаз внутри квартала.Блок кажется простым, но может содержать большую сложность, включая петли обратной связи, постоянные времени, задержки и даже дополнительные блоки. Я планирую рассмотреть такие скрытые детали в следующем посте, основанном на вкладе Ника Стоукса в отзывы.

3. Расчет кажущейся излучательной способности

Давайте поместим все возможные числа в модель уравнения 3.

Для обеспечения равенства и получения энергетического баланса коэффициент излучения ( e ) должен иметь значение около 0.61.

Теперь мы приходим к тому, что кажется парадоксом. Все материалы, составляющие поверхность Земли, имеют очень черный цвет в инфракрасном диапазоне. Тротуар, вода, почва, растения, кожа, снег и лед имеют коэффициент излучения в диапазоне от 0,9 до 0,96. Тем не менее, энергетический баланс показывает, что эффективный коэффициент излучения на треть ниже. Это надежный результат. Разрешение парадокса состоит в том, что все темное вещество на поверхности покрыто атмосферой, содержащей газы, активные в инфракрасном диапазоне. Подобно тому, как мы наносим на материалы тонкие покрытия для изменения их радиационных свойств, тонкое покрытие атмосферы делает то же самое с Землей.Невозможно использовать измеренные температуры, солнечное излучение и поглощающую способность и в то же время уравновесить энергию без учета влияния наших парниковых газов.

4. Примечание о награде

Коэффициент

известен как показатель качества для солнечных коллекторов. Чтобы сделать солнечный коллектор, который очень сильно нагревается от солнечного света, мы решили сделать его из материалов максимально большого размера. Подумайте об инструменте из хромового сплава. Его добротность примерно 6 — Он лежит на солнечном свете и… Ой! С другой стороны, чтобы создать поверхность, которая остаётся прохладной на солнце, мы ищем материалы как можно меньшего размера.Некоторые аэрокосмические материалы, такие как алюминий с тонким покрытием из диоксида титана, имеют коэффициент около 0,2. Для нашего земного солнечного коллектора добротность примерно равна единице.

5. Включение помех в модель

В этой модели Земли как объекта мы можем изменить блок-схему, включив в нее отдельный вход, который учитывает возмущения в системе (рис. 2). Он изменяет параметры системы и изменяет поведение системы. Если мы достаточно знаем о функциях системы, мы можем

Рисунок 2: Система с отдельным входом для шума и помех.

6. Заключение

Простая модель Земли как солнечного коллектора убедительно показывает, что парниковые газы в атмосфере снижают эффективную излучательную способность Земли, что, в свою очередь, повышает среднюю температуру поверхности для достижения баланса энергии. Мы не можем сбалансировать энергию с использованием измеренных значений освещенности, альбедо и температуры без существенного парникового эффекта — вывод, подтверждающий простую модель суточной температуры доктора Спенсера.

Представленная здесь модель возмущений на Земле является альтернативой блочным моделям, содержащим явные петли обратной связи.Что мне кажется привлекательным в устранении петель обратной связи и использовании вместо них входных возмущений, так это то, что мы можем избавиться от сложностей, которые возникают из-за различия между значениями верхней границы атмосферы и значениями поверхности. Это также позволяет нам избегать обратной связи как внешнего принуждения, что предполагает ее как отдельный источник движущей энергии, когда это не так.

7. Примечания:

Обсуждение солнечных коллекторов и показателей качества можно найти в большинстве современных инженерных учебников по теплопередаче, например, Heat Transfer Алана Чепмена, MacMillan, 3-е издание, 1974 г.

Для обсуждения баланса энтропии и инженерного расчета переноса энтропии и генерации энтропии обратитесь к любому тексту по инженерной термодинамике, даже такому же старому, как знаменитый текст Оберта от 1948 года, Engineering Thermodynamics ; или еще лучше, Земанский Heat and Thermodynamics в любом из его восьми изданий.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Как работает солнечная электростанция? | Глобальные идеи | DW

Есть два типа солнечных электростанций.Они различаются в зависимости от того, как энергия солнца преобразуется в электричество — с помощью фотоэлектрических или «солнечных батарей», или с помощью солнечных тепловых электростанций.

Фотоэлектрические установки

Фотоэлектрический элемент, обычно называемый солнечным элементом или фотоэлектрическим элементом, представляет собой технологию, используемую для преобразования солнечной энергии непосредственно в электричество. Фотоэлемент обычно изготавливается из кремниевых сплавов.

Частицы солнечной энергии, известные как фотоны, ударяются о поверхность фотоэлемента между двумя полупроводниками.

Эти полупроводники проявляют свойство, известное как фотоэлектрический эффект, которое заставляет их поглощать фотоны и высвобождать электроны. Электроны захватываются в виде электрического тока — другими словами, электричества.

Солнечные тепловые электростанции

Солнечные тепловые электростанции вырабатывают тепло и электричество за счет концентрации солнечной энергии. Это, в свою очередь, создает пар, который помогает питать турбину и генератор для производства электроэнергии.

Есть три типа солнечных тепловых электростанций:

1) Параболические желоба

Это наиболее распространенный тип солнечных тепловых станций.«Солнечное поле» обычно содержит множество параллельных рядов солнечных параболических желобов. Они используют отражатели в форме параболы, чтобы фокусировать солнце в 30–100 раз больше нормальной.

Этот метод используется для нагрева жидкости особого типа, которая затем собирается в центральном месте для образования перегретого пара высокого давления.

2) Башня солнечной энергии

Эта система использует от сотен до тысяч плоских зеркал, отслеживающих солнце, называемых гелиостатами, для отражения и концентрации солнечной энергии на центральной приемной башне.Энергия может быть сконцентрирована в 1500 раз больше, чем энергия, поступающая от солнца.

Испытательная солнечная энергетическая башня существует в Юлихе в западной немецкой земле Северный Рейн-Вестфалия. Он расположен на площади 18 000 квадратных метров (194 000 квадратных футов) и использует более 2000 зеркал, отслеживающих солнце, для отражения и концентрации солнечной энергии на центральной приемной башне высотой 60 метров (200 футов).

Концентрированная солнечная энергия используется для нагрева воздуха в башне до 700 градусов по Цельсию (1300 градусов по Фаренгейту).Тепло улавливается котлом и используется для производства электроэнергии с помощью паровой турбины.

Солнечные коллекторы тепловой энергии работают даже в неблагоприятных погодных условиях. Они используются в пустыне Мохаве в Калифорнии и выдерживают град и песчаные бури.

3) Солнечный пруд

Это бассейн с соленой водой, который собирает и накапливает солнечную тепловую энергию. Он использует так называемую технологию градиента солености.

По сути, нижний слой пруда очень горячий — до 85 градусов по Цельсию — и действует как прозрачный изолятор, позволяя удерживать солнечный свет, из которого тепло может быть отведено или сохранено для дальнейшего использования.

Эта технология используется в Израиле с 1984 года для производства электроэнергии.

Автор: Мартин Шрейдер (sp)

Редактор: Дженнифер Абрамсон

Как работает солнечный элемент? (с иллюстрациями)

Существует множество различных устройств, которые используют солнечный свет для выработки энергии, но основной способ работы солнечных элементов остается неизменным. В фотоэлектрическом элементе есть два слоя кремния, оба из которых легированы , или слегка смешаны с определенным элементом.Обычно одна сторона легирована бором, а другая — мышьяком.

Установка солнечных батарей в доме снизит потребление электроэнергии.

Из-за того, как каждый элемент связывается с кремнием, слой, содержащий бор, называемый слоем n-типа, имеет избыток свободных электронов.Другая сторона, слой p-типа , имеет дефицит электронов, называемый дырками . Слой p-типа и слой n-типа плотно прижимаются друг к другу и связаны проводом, подключенным к внешней нагрузке. Это создает цепь в солнечном элементе.

Солнечные батареи используют солнечный свет для выработки энергии.

Когда солнечный свет с правильным уровнем энергии попадает на слой n-типа, который находится наверху, он возбуждает некоторые из свободных электронов, которые вырываются из своего естественного состояния — пар — и текут через границу между слоями, создавая ток. . Это работает, только если два слоя ячейки прижаты друг к другу.Обычно это достигается путем изготовления обеих сторон в рамках одного процесса.

Солнечные батареи производят постоянный ток, который преобразуется в переменный ток для питания бытовых приборов.

Ток протекает через p-слой в провод, идущий к нагрузке, обычно используемой для хранения электричества.Вырабатывается постоянный ток (DC). Если для бытовых приборов требуется переменный ток (AC), постоянный ток пропускается через генератор переменного тока.

Солнечные панели используют солнечные элементы для выработки энергии.

После прохождения через нагрузку ток возвращается обратно в n-слой, в котором электроны в некоторых областях отсутствуют из-за тока.Процесс продолжается. Ток генерируется без какого-либо механического воздействия. К сожалению, материалы, используемые для изготовления солнечных элементов, могут быть довольно дорогими.

Крупный план солнечной панели.

Для защиты верхний слой солнечного элемента покрыт стеклянной пластиной, покрытой прозрачной смолой.Вся установка называется p-n-переходным диодом . В более сложных элементах используется серия диодов с p-n переходом.

Первые солнечные элементы были эффективны только на 1%. Сегодня коммерческие солнечные панели имеют эффективность от 5% до 15%. В настоящее время на исследования по улучшению этих показателей тратятся миллионы долларов.

Солнечные элементы получают энергию от солнечного света.

Как работают солнечные панели?

• Начать
• Войти

• РУКОВОДСТВО ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
  • • Планирование и дизайн
      • Образ жизни, местоположение и поездки на работу
      • Гранты и поощрения
      • Строительные нормы и правила
      • Сертификаты зеленого строительства
      • Концепция и дизайн
      • Автономное и нулевое жилищное строительство
      • Материалы и ресурсы
      • Архитектура и планировка
      • Как найти квалифицированных специалистов по экологическому строительству
      • Здоровое качество воздуха в помещении
      • Управление отходами
      • Недвижимость
    • Фундаменты и подвалы
      • Раскопки
      • Радон в домах — смягчение последствий
      • Новые фундаменты и монолитные плиты
      • Улучшения фундамента и цоколя
      • Гидроизоляция и дренаж
  • • Стены и Крыши
      • Монтаж стен — новое строительство
      • Монтаж стен — ремонт
      • Воздухо- и пароизоляция
      • Изоляция и звукоизоляция
      • Окна и двери
      • Монтаж кровли — новое строительство
      • Монтаж кровли — ремонт
      • Кровельные покрытия
      • Внешняя облицовка
      • Борьба с вредителями
    • Механические системы
      • Отопление и охлаждение
      • Вентиляция
      • Сантехника и водонагреватели
      • Электричество
      • Возобновляемая энергия
  • • Интерьеры
      • Стены и потолки — внутренние поверхности
      • Полы и лестницы
      • Краски, отделочные материалы и натуральные покрытия
      • Двери и отделка
      • Кухни
      • Ванные комнаты
      • Отделка подвала
      • Дизайн интерьера и меблировка
      • Чистка и уход
      • Переработка и компостирование
    • Экстерьер — экологически чистые альтернативы
      • Палубы, веранды и беседки
      • Проходимые переулки и патио
      • Ландшафтный дизайн
      • Сбор дождевой воды и полив
      • Производство продуктов питания
      • Природные бассейны и пруды
      • Теплицы и солярии / Солярии
• СПРОСИТЕ ЭКСПЕРТОВ
• ВДОХНОВЛЯЮЩИЕ ДОМА
  • • Сборные эко дома
    • Витрина зеленого дома
  • • Зеленые дома на продажу
    • Net Zero Energy Homes — Пример использования
• ЗЕЛЕНЫЕ СЕРТИФИКАЦИИ
  • • LEED Главная
    • Пассивный солнечный индекс
  • • Пассивный дом
• ПОСЛЕДНИЕ ЗАПИСИ

Связанное руководство

Выбор между солнечными трекерами и фиксированными креплениями для солнечных панелей

Десять вопросов, которые следует задать подрядчику по производству солнечных панелей

Домашний аккумулятор для морской воды Aquion

Думаете о возобновляемых источниках энергии для дома и резервной батарее?

Использование отражателей для увеличения выхода солнечных панелей

Bullfrog Power делает чистые возобновляемые источники энергии доступными для всех нас.

Решения Azelio Solar объединяют производство и хранение электроэнергии без использования батареи…

Рекомендации по теме

Какой будет аккумуляторная батарея для дома с морской водой для солнечных батарей?

Как лучше всего отремонтировать и создать самодостаточную экологически чистую семью…

Сколько стоит крыша Tesla?

Можно использовать окна и стеклянные двери, выходящие на юг, с двойным остеклением, для сбора па…

Какие варианты полов подходят для пассивной солнечной конструкции?

Автомобиль на солнечных батареях? | Сделай математику

Если вам нравится солнце, и вам нравятся автомобили, то, я думаю, вы хотели бы иметь автомобиль на солнечной энергии, верно? Этот прием хорошо работает с шоколадом и арахисовым маслом, но не так хорошо с чесночным хлебом и клубникой.Итак, насколько автомобили совместимы с солнечной энергией? Мы наслаждаемся комбинацией или выплевываем ее? Давайте объединим их вместе, смешаем с математикой и посмотрим, что получится.

Каковы наши возможности?

Если не считать какого-то прорыва в области перехода от солнечной энергии к жидкому топливу — который, я очень надеюсь, может быть реализован и описан в конце недавнего поста — мы говорим о электромобилях . Это замечательно, поскольку электроприводы могут быть удивительно эффективными (примерно 85–90%) и сразу же позволяют использовать умную схему рекуперативного торможения.

Очевидно, что в качестве источника питания используется батарея, и эту батарею можно заряжать (возможно, с эффективностью 90%) через:

• бортовой двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине или аналоге;
• коммунальное электричество;
• стационарная солнечная установка;
• бортовых солнечных батарей.

Только два последних варианта составляют то, что я называю автомобилем на солнечной энергии, игнорируя оговорку о том, что гидроэнергетика, ветер и даже ископаемое топливо в конечном итоге являются формами солнечной энергии.Последний пункт в списке — это ситуация во сне: никакой зависимости от внешних факторов, кроме погоды. Это хорошо соответствует независимому американскому духу. И очевидно, что это возможно, потому что по австралийской пустыне ежегодно проводится гонка на 100% бортовых автомобилях, работающих на солнечной энергии. Означают ли такие успешные демонстрации сегодня, что широкое использование солнечных автомобилей не за горами?

Полный вперед!

Во-первых, давайте рассмотрим требования. Для «приемлемого» движения на скоростях автострады (30 м / с или 67 м.ph) и возможность удобно разместить четырех человек, нам пришлось бы очень сложно получить площадь лобовой поверхности менее 2 м² и коэффициент аэродинамического сопротивления менее c _D = 0,2, что дает «площадь лобового сопротивления» 0,4 м². Даже у велосипедиста площадь сопротивления больше, чем у этого! Используя математику, разработанную в статье о пределах экономии бензинового топлива, мы обнаруживаем, что наша машина будет испытывать силу сопротивления F _{сопротивления} = ½ ρc _D Av ² ≈ 250 ньютонов (около 55 фунтов).

Работа — это сила, умноженная на расстояние, поэтому для того, чтобы толкать автомобиль по дороге на 30 метров каждую секунду, потребуется около 7 500 Дж энергии (см. Определения и взаимосвязи единиц на странице энергетических соотношений). Так как это количество энергии, необходимое для каждой секунды, мы можем сразу назвать это 7500 Вт, что составляет примерно десять лошадиных сил. Я еще не включил сопротивление качению, которое примерно в 0,01 раза больше веса автомобиля. Для сверхлегкой загруженной массы в 600 кг (6000 Н) сопротивление качению добавляет постоянную силу 60 Н, что требует дополнительных 1800 Вт, что в сумме составляет около 9 кВт.

Что могут доставить солнечные панели? Допустим, вы можете получить 30% эффективных панелей космического качества (то есть вдвое эффективнее типичных панелей на рынке). При полном солнечном свете вы можете получить 1000 Вт / м² солнечного потока или преобразованные 300 Вт на каждый квадратный метр панели. Тогда нам понадобится 30 квадратных метров панели. Плохая новость: на крыше нормального автомобиля доступно меньше 10 квадратных метров. Я измерил поверхность седана, обращенную вверх (без окон, конечно), и получил около 3 м².Грузовик с кузовом кемпера дал мне 5 м².

Если нам удастся получить 2 кВт мгновенной мощности, это позволит автомобилю в нашем примере развивать крейсерскую скорость на равнинах около 16 м / с (35 миль в час). При наборе высоты автомобиль мог подниматься на высоту всего один метр вертикали каждые три секунды (6000 Дж для подъема автомобиля на один метр, доступная мощность 2000 Дж / с). Это означает, что уклон 5% замедлит автомобиль до 6,7 м / с, или 15 миль в час — при полном солнце. Естественно, что аккумуляторы пригодятся для сглаживания таких вариаций: зарядка на спуске и разрядка на подъеме при средней скорости около 30 метров.п.х.

Изображение с сайта toyota.com.

Так что мечта о семье, которую с комфортом несёт по дороге солнце в реальном времени, не осуществится. (Примечание: некоторые модели Prius предлагали вариант с солнечной крышей, но это просто приводило в действие вентилятор для охлаждения автомобиля во время стоянки — возможно, просто для компенсации дополнительного тепла от темной панели на крыше!) Но что насчет этих гонок в Австралии? У нас есть живые демонстрации.

Мечта осуществилась

Tokai Challenger. Посмотри на эту скорость!

В последние годы Tokai Challenger из Университета Токай в Японии был одним из лучших участников World Solar Challenge.Они используют массив панелей мощностью 1,8 кВт с КПД 30% (эй, мое предположение было правильным!), Что подразумевает 6 квадратных метров панели. Вес автомобиля с водителем составляет всего 240 кг. Как и большинство автомобилей на соревнованиях, эта штука выглядит как тонкий, изношенный кусок мыла с пузырем для головы водителя: и коэффициент лобового сопротивления (как у форели 0,11), и лобовая поверхность (я предполагаю 1 м², но, вероятно, меньше) урезаны до самых абсурдных мыслимых пределов. По этим числам я вычисляю аэродинамическое сопротивление на скоростной автомагистрали около 60 Ньютонов и сопротивление качению около 25 Н, что в сумме составляет 85 Н: около 35% от того, что мы вычислили для «комфортного» автомобиля.Решая скорость, при которой сочетание сопротивления воздуха и сопротивления качению требует 1,8 кВт потребляемой мощности, я получаю 26 м / с, или 94 км / ч, или 58 миль в час, что очень близко к заявленной скорости.

Принесите батареи: просто добавьте солнце

Мы видели, что практичный автомобиль, работающий строго на собственном бортовом питании, дает неутешительные характеристики. Но если бы мы могли использовать большой аккумуляторный блок, мы могли бы накапливать энергию, полученную, когда автомобиль не используется, или от солнечной энергии, поставляемой извне.Даже австралийским гонщикам на солнечных батареях разрешено хранить на борту 5 кВтч. Давайте добавим это для вождения в нормальных условиях. Если взять в качестве примера современные серийные модели, Volt, Leaf и Tesla оснащены батареями на 16, 24 и 53 кВтч соответственно.

Допустим, мы хотим, чтобы фотоэлектрическая установка — в машине или дома — обеспечивала все необходимое, с требованием, чтобы одного дня хватило, чтобы заполнить «бак». Типичное место в континентальной части США получает в среднем 5 солнечных часов в день.Это означает, что с учетом дня / ночи, угла наклона солнца, времени года и погоды типичная панель будет собирать за день столько энергии, сколько было бы, если бы полуденное солнце сохранялось в течение пяти часов. Таким образом, для зарядки Volt потребуется массив, способный выдавать 3 кВт пиковой мощности. Tesla потребуется массив 10 кВт для ежедневной зарядки. Требуемые площади фотоэлектрических панелей значительно превышают имеющиеся на самом автомобиле (требуется 10 м² даже для системы мощностью 3 кВт при невероятной эффективности 30%; вдвое больше площади для доступных панелей).

Но это не лучший способ смотреть на это. Большинство людей заботится о том, как далеко они могут путешествовать за день. Типичный электромобиль требует около 30 кВтч на 100 миль пробега. Таким образом, если вашему ежедневному маршу требуется 30 миль в оба конца, это займет около 10 кВтч и потребуется фотоэлектрическая система мощностью 2 кВт для обеспечения ежедневного сока. Вы, , могли бы втиснуть это на крышу машины.

Как устроена экономика? Поддержание этой схемы 30 миль в день, день за днем, потребовало бы ежегодных затрат на бензин в размере около 1000 долларов США (если автомобиль потребляет около 40 миль на галлон).Установленная стоимость фотоэлектрических модулей в последнее время составляет около 4 долларов за пиковый ватт, поэтому система на 2 кВт будет стоить 8000 долларов. Таким образом, вы компенсируете (сегодняшние) цены на газ через 8 лет. Эта математика применима к стандартным панелям с КПД 15%, что исключает возможность установки на крыше автомобиля. По этой причине здесь я в первую очередь сосредоточусь на стационарных фотоэлектрических модулях.

Практические вопросы: автономный или сетевой?

Ах, практичность. Где мечты становятся беспорядочными. Для пуриста создать полностью солнечный автомобиль не так-то просто. Солнце не придерживается нашего жесткого графика, и мы все равно часто оставляем машину вне дома в часы максимальной зарядки.Таким образом, чтобы оставаться по-настоящему солнечной, нам потребуется значительная домашняя память для защиты от погодных условий и несоответствия графика зарядки.

Идея состоит в том, что в конце дня вы могли бы вернуться домой, включить машину и передать накопленную энергию из стационарного аккумуляторного блока в аккумуляторный блок вашего автомобиля. Вы хотели бы иметь надежную работу в течение нескольких дней, поэтому мы говорим о батарее на 30–50 кВтч. При цене 100 долларов за кВт / ч для свинцово-кислотной системы это добавляет примерно 4000 долларов к стоимости вашей системы. Но батарейки не вечны.В зависимости от того, насколько интенсивно заменяются батареи, их хватит на 3–5 лет. У более крупного банка более мелкие циклы, и поэтому он будет терпеть их больше и прослужит дольше, но с более высокими первоначальными затратами.

В результате стационарный аккумуляторный блок будет стоить около 1000 долларов в год, что в точности соответствует стоимости бензина. Однако меня часто раздражают экономические аргументы. Для меня важнее то, что вы можете сделать это . Удвойте цены на газ, и все равно мы снова окупаемся через 8 лет.Чисто экономические решения имеют тенденцию быть близорукими, сосредоточенными на сегодняшних условиях (и с некоторым уважением к тенденциям прошлого). Но фундаментальные фазовые переходы, такие как пиковый уровень добычи нефти, редко рассматриваются: нам понадобится альтернативных вариантов, даже если они будут дороже, чем дешевые варианты, которыми мы пользуемся сегодня.

Другой путь к солнечной машине — гораздо более распространенный — это фотоэлектрическая система, привязанная к сети. В этом случае ваша зарядка в ночное время происходит за счет традиционных производственных затрат (большие региональные различия в соотношении угля, газа, атомной энергии и гидроэнергии), в то время как ваша дневная солнечная энергия помогает обеспечивать работу кондиционеров воздуха и другое потребление электроэнергии в дневное время.Таким образом, выделение 2 кВт панелей для ваших транспортных нужд компенсирует чистый спрос на сырье (во многих случаях ископаемое топливо), эффективно снижая колебания спроса. Это хорошая тенденция, поскольку в ночное время используются недоиспользуемые ресурсы, а также обеспечивается (в совокупности) снижение пиковой нагрузки, так что, возможно, для удовлетворения пикового спроса не потребуется еще одна установка по сжиганию ископаемого топлива. Здесь физическому лицу не нужно платить за стационарный аккумуляторный блок. Сеть действует как батарея, которая будет работать достаточно хорошо, пока доля солнечного излучения остается небольшой.

Каким бы обнадеживающим ни был тот факт, что мы имеем дело с возможным, хотя и дорогим, вариантом транспортировки, я должен раскрыть еще одну проблему, которая делает картину немного менее радужной. По сравнению с фотоэлектрической системой, привязанной к сети, автономная система должна иметь дополнительные накладные расходы, чтобы батареи могли быть полностью заряжены и кондиционированы на регулярной основе. По мере того, как батареи подходят к полной зарядке, они потребляют меньше тока и поэтому часто выбрасывают потенциальную солнечную энергию. В сочетании с эффективностью зарядки (как в электронике, так и в батарее) нет ничего необычного в том, что для получения такой же чистой доставленной энергии, как в системе, привязанной к сети, нет ничего необычного в том, чтобы потребовать вдвое больше фотоэлектрических затрат.С другой стороны, если бы мы перешли на полномасштабную привязку к сети, нам потребовались бы решения для хранения данных, которые снова снизили бы эффективность и потребовали бы большего наращивания для компенсации.

Ниша для солнечного транспорта

Гольф-кар UCSD с фотоэлектрической крышей.

Там — это — ниша, в которой автомобиль с фотоэлектрической крышей мог бы себя удовлетворить. Гольф-кары, которые могут развивать скорость до 25 миль в час. (40 км / ч) может быть полезен для прогулок по соседству или для транспорта в небольшом населенном пункте. Они легкие и медленные, поэтому могут расходовать около 15 кВтч на 100 миль.Поскольку расстояния в пути предположительно малы, мы, вероятно, сможем уложиться в 10 миль в день, потребляя 1,5 кВт / ч потребляемой энергии в день. Аккумулятор обычно составляет около 5 кВтч, поэтому его можно хранить в течение трех дней прямо в тележке. В среднем на пять солнечных часов в день нам требуется 300 Вт генерирующей мощности, чего мы можем достичь с помощью 2 квадратных метров фотоэлектрической панели с эффективностью 15%. Привет! Это могло сработать: автономный транспорт с автономным питанием. Подключайте его только тогда, когда погода замышляет против вас. И, в отличие от единорогов, я видел, как одного из этих зверей бродят по кампусу UCSD!

Лирическое отступление: Автомобили как национальная батарея?

Что, если мы в конечном итоге превратим наш парк автомобилей с бензиновым двигателем в электромобили с существенной инфраструктурой возобновляемых источников энергии.Могут ли сами автомобили обеспечить хранилище, необходимое для балансировки системы? Для США возьмем 200 миллионов автомобилей, каждая из которых может хранить 30 кВтч энергии. В крайнем случае, это обеспечивает 6 миллиардов киловатт-часов хранения, что примерно в 50 раз меньше, чем у полноразмерной батареи, которую, как я утверждал, мы хотели бы разрешить для полной схемы возобновляемых источников энергии. И это предполагает, что у автомобилей нет собственных требований: они послушно остаются на месте во время нужды. По правде говоря, автомобили будут работать по гораздо более строгому ежедневному графику (например, требуя энергии для поездок на работу), чем то, что Мать-Природа бросает в наши солнечные / ветряные установки.

Мы должны брать то, что можем получить, но использование автомобилей в качестве национальных аккумуляторов далеко не продвинется. Однако это не означает, что автомобильное хранение не окажет каких-либо важных услуг. Даже не пытаясь выполнять двойные задачи с нашими электромобилями (т.е. никогда не требуя, чтобы они подавали обратно в электросеть), такой парк все равно снизил бы спрос на нефть, стимулировал производство электроэнергии из возобновляемых источников и действовал бы как балансировщик нагрузки, предпочтительно откачивая электроэнергию. ночью, вечером.

Я хочу автомобиль на солнечной энергии

Еще мне нужен лендспидер из «Звездных войн», световой меч, пока мы на нем, и реактивный ранец.И пони. Но в отличие от многих из этих желаний, автомобиль на солнечных батареях может стать практической реальностью. Я мог бы пойти завтра и купить Volt или Leaf и зарядить его своей самодельной автономной фотоэлектрической системой (хотя сначала мне нужно было бы немного укрепить ее, чтобы покрыть наши скромные еженедельные потребности в транспорте). В качестве альтернативы, я мог бы припарковать заряжаемый от солнечной энергии тележку для гольфа на солнце — или зарядить электрический велосипед с помощью небольшой фотоэлектрической системы, если на то пошло — чтобы передвигаться по своему району. Чуть менее удовлетворительным было то, что я мог установить подключенную к сети фотоэлектрическую систему с достаточным годовым объемом производства, чтобы компенсировать потребление электроэнергии моей машиной.Дело в том, что я мог бы сделать остановки на заправке делом прошлого (или, по крайней мере, редким, в случае подключаемого гибрида).

Итак, автомобили на солнечных батареях прочно попадают в реальность континуума реальности-фантазии. Тем не менее, чистый солнечный транспорт (бортовая генерация) будет иметь серьезные ограничения. Более надежный транспорт имеет нюансы, которые могут раздражать пуриста. Вы можете наклеить на бампер наклейку с надписью СОЛНЕЧНАЯ МОЩНОСТЬ, но в большинстве случаев вам нужно будет поставить звездочку в конце с длинной сноской, чтобы точно объяснить, как вы достигли этой цели.

Как работают солнечные панели? — Руководство для начинающих по Solar

Как работают солнечные панели?

Вы когда-нибудь задумывались, как на самом деле работают солнечные батареи для обеспечения энергией вашего дома? Вот подробное описание того, что происходит, когда вы устанавливаете солнечные панели или арендуете новые солнечные панели и начинаете снижать затраты на энергию.

Шаг 1. Солнце дает энергию

Во-первых, давайте поговорим о том, как традиционно производится электричество, чтобы ответить на вопрос «как работают солнечные панели?» Для производства электроэнергии требуется топливо.А многие виды топлива, используемые для производства энергии, могут нанести серьезный вред окружающей среде. Ущерб связан как с добычей, так и с использованием топлива.

Обычные электростанции используют в качестве топлива уголь, который добывают в горах. Они используют природный газ, который нагнетается к поверхности земли и транспортируется по длинным трубопроводам, которые могут взорваться (да, это редко. Но такое случалось). Для ядерной энергетики уран добывают в шахтах.

Очевидно, что это трудоемкий, а иногда и разрушительный процесс получения и доставки топлива, используемого в производстве электроэнергии.

Ущерб продолжается, поскольку топливо используется для производства электроэнергии. Ископаемые виды топлива — уголь и природный газ — подвергаются процессу сгорания, в результате которого образуются загрязнители воздуха. Атомная энергетика представляет собой риск утечки радиоактивных веществ.

Solar, напротив, использует совсем другой вид топлива: солнечный свет. Никаких горных работ, никаких больших трубопроводов и никакого движения земли — только солнечный свет, льющийся с неба. Его много, его легко собрать, он безопасен и чист. Солнце — бесконечный ресурс, поэтому солнечную энергию часто называют возобновляемой.Вот почему в некоторых районах будут предлагаться скидки на местные солнечные установки.

Возможно, вы слышали, что солнечная энергия также называется фотоэлектрической или фотоэлектрической, что описывает способ преобразования солнечного света в электричество. Фотоны — это частицы света. Вольтаики относятся к напряжению или электричеству.

Существуют и другие виды солнечной энергии, такие как солнечная тепловая энергия и концентрированная солнечная энергия. Но фотоэлектрические панели наиболее распространены на крышах американских домов.)

Преобразование солнечного света в электричество требует использования определенных материалов.Это относительно простой химический процесс, о котором мы поговорим дальше.

Шаг 2. Солнечная панель поглощает солнечный свет

Процесс производства электричества начинается, когда солнечный свет движется со скоростью света примерно в 93 миллионах миль от Солнца и падает на солнечную панель.

Панель, вероятно, находится на солнечной крыше или, возможно, установлена ​​на земле во дворе или на близлежащем поле. Вероятно, он подключен к другим популярным типам солнечных батарей.Несколько панелей вместе называются солнечной батареей.

Что такое солнечная панель? Также называемый модулем, это обычно четырехугольная пластинчатая структура, состоящая из кремниевых ячеек, разновидности полупроводника.

Ячейки содержат электроны. На клетки наносятся определенные вещества (например, фосфор и бор) для создания магнитного поля. Некоторые из ячеек имеют положительный заряд, а некоторые — отрицательный.

Когда солнечный свет попадает на ячейки, он дестабилизирует электроны, освобождая отрицательно заряженные электроны, чтобы течь к одной стороне кремниевой ячейки.Движение производит поток или ток электричества. Металлические проводники на ячейке собирают электричество и передают его по проводам.

Найдите местных профессионалов

Шаг 3. Солнечный инвертор преобразует солнечный свет в электричество

Солнечная энергия еще не совсем готова для домашнего использования, потому что солнечные панели вырабатывают электричество, несовместимое с электрической системой США. Электроэнергия постоянного тока или электричество постоянного тока течет в одном направлении.

Американские дома используют другой вид электричества, называемый переменным током, или электричеством переменного тока. Оно отличается от электричества постоянного тока тем, что может течь в нескольких направлениях.
Электросеть США, к которой подключен ваш дом, работает от переменного тока. США выбрали эту форму, потому что переменный ток обычно эффективен для электричества, которое перемещается на большие расстояния, как это часто бывает в Северной Америке, где электроэнергия передается по огромной сети. Он включает 450 000 миль высоковольтных линий электропередачи, подключенных к 3200 электросетям.
Как превратить электричество постоянного тока, вырабатываемое вашими солнечными панелями, в электричество переменного тока, которое нравится энергосистеме США?

Вот здесь и пригодится установка солнечного инвертора. Также иногда называемый солнечным преобразователем, это довольно неинтересно выглядящий металлический ящик, который может быть размещен в вашем доме где-то рядом с блоком предохранителей. Несмотря на свой безвкусный внешний вид, коробка играет важную роль в использовании солнечной энергии. Думайте об этом как о переводчике между солнечными батареями и вашим домом.

Его катушки, провода и магниты не только «инвертируют» энергию из постоянного в переменный, чтобы ее можно было использовать в домашнем хозяйстве, но инвертор также помогает с некоторыми функциями управления энергией.

Некоторые инверторы имеют возможность «изолировать» или отделить дом от центральной сети при отключении электроэнергии. Инвертор также может иметь небольшое количество энергии батареи, так что дом все еще будет получать электричество в случае отключения электроэнергии.

Новые инверторы иногда называют «умными» установками солнечной энергии, потому что они берут на себя функции управления энергопотреблением и связи, которые делают вашу солнечную энергию более эффективной.

Важно отметить, что существует разновидность обычного инвертора. Это микро-инвертор. Микроинверторы размещаются не в коробке, а непосредственно под солнечными панелями. После того, как ваш солнечный инвертор заработает должным образом, небо станет пределом для различных вещей, которые вы можете использовать на солнечной энергии: от обогрева бассейна с помощью солнечной энергии, вариантов установки солнечного отопления для дома и любых нагревателей горячей воды, работающих на солнечной энергии.

---

Как узнать, являются ли солнечные панели высокоэффективными?

При покупке солнечных панелей вы должны знать, что не все солнечные панели работают с одинаковой эффективностью, поэтому вы часто будете видеть разницу в стоимости установки солнечных панелей.

Что такое эффективная солнечная панель? Эффективность определяется на основе того, сколько солнечного света, достигающего панели, фактически преобразуется в электричество.

Чем эффективнее ваши солнечные батареи, тем меньше их нужно использовать. Эффективность солнечных панелей особенно важна, если пространство на крыше ограничено или частично затенено. Цена не обязательно является фактором поиска эффективности. То, что вы сэкономите, купив меньшее количество панелей, вы можете потерять, заплатив больше за эффективные модели.Перед установкой солнечных панелей вам нужно будет узнать количество солнечных лучей для вашего дома (ваш потенциал для высокоэффективной солнечной системы в зависимости от местоположения и количества получаемого солнечного света).

---

Счетчик солнечной энергии и коммунальных услуг

Другой важный компонент вашей системы — это счетчик коммунальных услуг. Он будет отслеживать, сколько солнечной электроэнергии вырабатывает ваш дом. Чем больше электроэнергии вырабатывают ваши панели, тем меньше электроэнергии вам нужно будет покупать у коммунального предприятия и тем ниже будут ваши счета за коммунальные услуги.

Если вы живете в районе, где доступен «чистый счетчик» — вы можете сэкономить еще больше денег, но что такое чистый счетчик солнечной энергии? Сетевой учет солнечной энергии — это термин для коммунальных программ, которые дают вам кредит по счету за любую дополнительную электроэнергию, производимую вашей системой. Эта избыточная мощность возвращается в центральную сеть, где ее могут использовать другие. Сумма кредита, которую вы получаете, зависит от конкретной политики вашего коммунального предприятия.

Как и инверторы, счетчики становятся умнее и теперь могут выполнять больше.Умные счетчики открывают дверь, чтобы дать потребителям возможность лучше контролировать свои затраты на электроэнергию.

Большинство людей не осознают этого, но цены на электроэнергию для коммунальных предприятий меняются много раз в течение дня, как на фондовом рынке. Потребители не подозревают об этих изменениях цен, потому что они не покупают электроэнергию на оптовом рынке электроэнергии; вместо этого они платят розничные тарифы, регулируемые их государством.

Но с помощью интеллектуальных счетчиков и так называемого времени использования или изменяющегося во времени тарифа потребители могут воспользоваться колебаниями — и сэкономить на счетах за коммунальные услуги.

Используя аналогию с фондовым рынком, представьте себе покупку ценной бумаги при низких ценах. Например, вы можете стирать, запускать посудомоечную машину и заниматься другими энергоемкими делами в дневное время, когда цены на электроэнергию низкие. Когда цены на электричество высоки, вы включаете кондиционер или убираете электрическое отопление.

Новые веб-мониторы или цифровые мониторы отображают цены по мере их изменения. Ваш умный счетчик будет записывать ваши расходы, и вам будет выставлен соответствующий счет.

Некоторые домовладельцы, у которых есть солнечные панели и батареи, даже более изощренно используют временные тарифы. Они могут полагаться на солнечную энергию или энергию своих аккумуляторов, когда цены на электроэнергию в коммунальных службах высоки, и на электроэнергию, когда они низкие.

Помните, в отличие от коммунального электричества, ваша цена на солнечную энергию никогда не меняется. Это всегда бесплатно — солнечный свет как топливо ничего не стоит.

Экономическое преимущество энергии на месте

Использование бесплатного топлива, солнечного света, — лишь одно из преимуществ солнечной энергии.Во-вторых, фотоэлектрические панели на крыше — это энергия на месте.

Вы производите энергию в своем доме. Чтобы добраться до вашего дома, не нужно преодолевать большие расстояния. Это особенно важно, если принять во внимание то, что в промышленности известно как «потеря линии». Проще говоря, потеря в линии — это естественное рассеивание определенного количества электроэнергии, когда она передается по передающему или распределительному проводу.

Потери в линии — это дорогостоящая неэффективность, связанная с электросетью. Электроэнергия вырабатывается на большой центральной электростанции, и ей часто приходится преодолевать многие мили по проводам, прежде чем она попадет в дома и предприятия, которые будут ее использовать.

Поскольку мы теряем определенное количество электроэнергии, мы должны построить больше электростанций и других энергетических инфраструктур, чтобы компенсировать разницу. Это большие расходы для общества.

Выход из сети с солнечной батареей

Итак, ваша солнечная панель установлена, инвертор работает, а интеллектуальный счетчик помогает разумно расходовать электроэнергию. Вы подключили тостер и намазываете тост маслом.

Вы официально отключены от сети? Извините, но не.

Большинство американских домов с солнечными батареями остаются подключенными к центральной электросети. Это и хорошо, и плохо. Это хорошо, потому что, когда не светит солнце, можно рассчитывать на электроэнергию. Это плохо, потому что в случае отключения электроэнергии в электросети ваши солнечные батареи тоже перестают работать.

К сожалению, домовладельцы не всегда об этом знают. Затем, когда ураган вырубает энергоснабжение, они с удивлением обнаруживают, что остались в неведении вместе со всеми остальными в сети.

Однако есть способ избежать этого. Домовладельцы все чаще обращаются к так называемым «солнечным плюсам хранения» или домашним микросетям. В эти системы входят аккумуляторные батареи, обеспечивающие резервное питание. Поэтому, когда коммунальная сеть выходит из строя, в вашем доме все еще есть электричество. Популярность этих систем растет, так как солнечные панели и батареи падают в цене.