الطاقة الشمسية كمصدر بديل للطاقة: أنواع وخصائص الأنظمة الشمسية

تاريخ تطور الطاقة الشمسية

لقد حاولوا "ترويض" الشمس في أيام أرخميدس. حتى يومنا هذا ، نجت أسطورة حرق السفن بمساعدة مرآة ضخمة - وجه سكان سيراكيوز شعاعًا مركّزًا على أسطول العدو.

في تاريخ تطوير الطاقة الشمسية ، هناك حقائق حول استخدام الطاقة الشمسية:

• لتدفئة القصور الحجرية.
• تبخر مياه البحر لإنتاج الملح.

تحسنت سخانات المياه عندما استخدم لافوازييه عدسة لتركيز الأشعة تحت الحمراء. هذه هي الطريقة التي تم بها صهر الحديد. في وقت لاحق ، بدأ الفرنسيون في استخدام الماء المسخن إلى حالة بخار لمحرك ميكانيكي لمعدات الطباعة. بدأ العلماء يتحدثون عن آفاق الطاقة الشمسية بعد إنشاء أشباه الموصلات. على أساسها ، تم إنشاء الخلايا الكهروضوئية الأولى.

تنمية المصادر غير التقليدية

تشمل مصادر الطاقة غير التقليدية ما يلي:

• طاقة الشمس
• طاقة الرياح؛
• الحرارة الأرضية؛
• طاقة المد والجزر والأمواج البحرية.
• الكتلة الحيوية.
• الطاقة ذات الإمكانات المنخفضة للبيئة.

يبدو أن تطورها ممكن بسبب التوزيع الشامل لمعظم الأنواع ؛ يمكن للمرء أيضًا ملاحظة مدى ملاءمتها للبيئة وعدم وجود تكاليف تشغيل لمكون الوقود.

ومع ذلك ، هناك بعض الصفات السلبية التي تمنع استخدامها على نطاق صناعي. هذه كثافة تدفق صغيرة ، والتي تفرض استخدام منشآت "اعتراض" في منطقة كبيرة ، فضلاً عن التباين بمرور الوقت.

كل هذا يؤدي إلى حقيقة أن هذه الأجهزة لديها استهلاك كبير للمواد ، مما يعني زيادة الاستثمارات الرأسمالية أيضًا. حسنًا ، عملية الحصول على الطاقة بسبب بعض عناصر العشوائية المرتبطة بالظروف الجوية تسبب الكثير من المتاعب.

المشكلة الأخرى الأكثر أهمية هي "تخزين" هذه المادة الخام للطاقة ، لأن التقنيات الحالية لتخزين الكهرباء لا تسمح بذلك بكميات كبيرة. ومع ذلك ، في الظروف المحلية ، تزداد شعبية مصادر الطاقة البديلة للمنزل ، لذلك دعونا نتعرف على محطات الطاقة الرئيسية التي يمكن تركيبها في ملكية خاصة.

الطاقة الحرارية الأرضية

توجد أنواع غير مكتشفة من مصادر الطاقة البديلة في أحشاء العالم. يعرف الجنس البشري قوة وحجم المظاهر الطبيعية. قوة ثوران بركان واحد لا تضاهى مع أي من محطات توليد الطاقة من صنع الإنسان.

لسوء الحظ ، لا يزال الناس لا يعرفون كيفية استخدام هذه الطاقة الهائلة من أجل الخير ، لكن الدفء الطبيعي للأرض أو الطاقة الحرارية الأرضية يجذب انتباه العلماء ، لأنها مورد لا ينضب.

من المعروف أن كوكبنا يشع سنويًا كمية هائلة من الحرارة الداخلية ، والتي يتم تعويضها عن طريق التحلل الإشعاعي للنظائر في قشرة الكرة الأرضية. هناك نوعان من مصادر الطاقة الحرارية الأرضية.

حمامات تحت الأرض

هذه حمامات طبيعية بها ماء ساخن أو خليط بخار الماء - مصادر مائية حرارية أو بخارية حرارية. يتم استخراج الموارد من هذه المصادر من خلال الآبار ، ثم يتم استخدام الطاقة لاحتياجات البشرية.

الصخور

يمكن استخدام حرارة الصخور الساخنة لتسخين المياه. للقيام بذلك ، يتم ضخه في الآفاق لمزيد من الاستخدام لأغراض الطاقة.

من عيوب هذا النوع من الطاقة ضعف تركيزها.ومع ذلك ، في الظروف التي ترتفع فيها درجة الحرارة عند الغوص لكل 100 متر بمقدار 30-40 درجة ، يمكن ضمان الاستخدام الاقتصادي لها.

إن تقنية استخدام هذه الطاقة في "المناطق الحرارية الأرضية" الواعدة لها مزايا واضحة:

• احتياطيات لا تنضب
• النظافة البيئية
• عدم وجود تكاليف كبيرة لتطوير المصادر.

إن مواصلة تطوير الحضارة أمر مستحيل دون إدخال تقنيات جديدة في مجال الطاقة. على هذا الطريق ، هناك مهام مستعصية لا يزال يتعين على البشرية حلها.

ومع ذلك ، فإن تطوير هذا الاتجاه يلعب دورًا مهمًا ، واليوم توجد بالفعل معدات يمكنها توفير الموارد بشكل كبير ، وتعتبر مصادر الطاقة التقليدية والبديلة بديلاً ممتازًا لها. لتنفيذ مثل هذه الأفكار يتطلب الصبر والأيدي الماهرة ، وكذلك بعض المهارات والمعرفة.

تصميم نظام تدفئة على المجمعات

بادئ ذي بدء ، سنتعامل بالتفصيل مع الاختلافات في هيكل وعمل البطاريات والمجمعات.

تتكون اللوحة من عدة خلايا شمسية مترابطة على إطار مصنوع من مواد طاقة غير موصلة.

المحولات الكهروضوئية هي هياكل معقدة للغاية ، وهي نوع من الألواح ذات الخصائص والأغراض المختلفة.

بالإضافة إلى الوحدات الشمسية والمثبتات الخاصة ، يتكون النظام من العناصر التالية:

• بطاريات لتخزين الطاقة.
• وحدة تحكم ستراقب درجة الشحن في البطارية ؛
• العاكس - لتحويل التيار المباشر إلى تيار متردد.

المجمعات من نوعين: فراغ ومسطح.

تتكون المجمعات الفراغية من أنابيب زجاجية مجوفة بأنابيب ذات قطر أصغر بداخلها تحتوي على ممتص للطاقة. يتم توصيل الأنابيب الصغيرة بسائل التبريد. في الفراغ الفارغ بينهما يوجد فراغ يحتفظ بالحرارة.

مبدأ تشغيل المجمع الشمسي

تتكون مجمعات الألواح المسطحة من إطار وزجاج مقوى بطبقة ممتصة للضوء. ترتبط طبقة الامتصاص بالأنابيب بسائل التبريد.

يتكون كلا النظامين من دائرة تبادل حراري ومجمع حرارة (خزان سائل).

يدخل الماء من الخزان إلى نظام التسخين باستخدام مضخة. لتجنب فقدان الحرارة ، يجب عزل الخزان جيدًا.

يجب أن تكون هذه التركيبات على المنحدر الجنوبي للسقف. يجب أن تكون زاوية الميل 30-45 درجة. إذا كان موقع المنزل أو هيكل السقف لا يسمح بتركيب الألواح الشمسية على السطح ، فيمكنك تثبيتها على إطارات معززة خاصة أو على أرفف مثبتة على الحائط.

تختلف كمية الطاقة الشمسية المنبعثة في أوقات مختلفة من العام بشكل كبير. يمكن العثور على قيمة معامل التشمس لمحل إقامتك على خريطة النشاط الشمسي. بمعرفة معامل التشمس ، يمكنك حساب عدد الوحدات التي تحتاجها.

على سبيل المثال ، تستهلك طاقة 8 كيلو واط / ساعة ، ويكون التشمس في المتوسط ​​2 كيلو واط / ساعة. طاقة الألواح الشمسية - 250 واط (0.25 كيلو واط). لنقم بالحسابات: 8/2 / 0.25 = 16 قطعة - هذا هو عدد اللوحات التي ستحتاجها.

نباتات الغاز الحيوي

يتكون الغاز نتيجة معالجة نفايات الدواجن والحيوانات. تستخدم النفايات المعاد تدويرها لتخصيب التربة في قطع الأراضي المنزلية.تعتمد العملية على تفاعل التخمير الذي يشمل البكتيريا التي تعيش في السماد.

يعتبر روث الماشية أفضل مصدر للغاز الحيوي ، على الرغم من أن فضلات الطيور أو الماشية الأخرى مناسبة أيضًا.

يحدث التخمر دون الوصول إلى الأكسجين ، لذلك يُنصح باستخدام حاويات مغلقة ، والتي تسمى أيضًا المفاعلات الحيوية. يتم تنشيط التفاعل إذا تم تقليب الكتلة بشكل دوري ، يتم استخدام هذا العمل اليدوي أو العديد من الأجهزة الكهروميكانيكية.

سيكون من الضروري أيضًا الحفاظ على درجة الحرارة في التركيب من 30 إلى 50 درجة لضمان نشاط البكتيريا المتوسطة والمحبة للحرارة ومشاركتها في التفاعل.

تصنيع البناء

أبسط مصنع للغاز الحيوي هو برميل مقلوب بغطاء. يدخل الغاز من البرميل إلى الخزان عبر خرطوم ، ويتم عمل فتحة في الغطاء لهذا الغرض. يوفر هذا التصميم الغاز لموقد غاز واحد أو اثنين.

للحصول على كميات كبيرة من الغاز ، يتم استخدام مخبأ فوق الأرض أو تحت الأرض ، وهو مصنوع من الخرسانة المسلحة. يُنصح بتقسيم الحاوية بأكملها إلى عدة أقسام حتى يحدث التفاعل مع تغيير في الوقت المناسب.

الحاوية ليست ممتلئة بالكامل بالكتلة ، بحوالي 20 في المائة ، تعمل المساحة المتبقية لتجميع الغاز. يتم توصيل أنبوبين بغطاء الحاوية ، أحدهما يقود إلى المستهلك ، والآخر بختم الماء - وعاء مملوء بالماء. هذا يضمن تنقية الغاز وتجفيفه ، ويتم توفير غاز عالي الجودة للمستهلك.

هل كل شيء سلس جدا؟

يبدو أن مثل هذه التكنولوجيا لإمداد الطاقة لمنزل خاص كان يجب أن يتم إجبارها منذ فترة طويلة على الخروج من السوق من خلال الأساليب المركزية التقليدية لتوفير الطاقة. لماذا لا يحدث هذا؟ هناك العديد من الحجج التي تشهد على عدم لصالح الطاقة البديلة. ولكن يتم تحديد أهميتها على أساس فردي - فبالنسبة لبعض مالكي المنازل الريفية ، تكون بعض أوجه القصور ذات صلة وبعضها الآخر ليس له أي اهتمام على الإطلاق.

بالنسبة للبيوت الريفية الكبيرة ، يمكن أن تصبح الكفاءة غير العالية لمنشآت الطاقة البديلة مشكلة. بطبيعة الحال ، لا يمكن مقارنة أنظمة الطاقة الشمسية المحلية أو المضخات الحرارية أو منشآت الطاقة الحرارية الأرضية بإنتاجية حتى أقدم محطات الطاقة الكهرومائية ومحطات الطاقة الحرارية وحتى محطات الطاقة النووية. ومع ذلك ، غالبًا ما يتم تقليل هذا العيب عن طريق تركيب اثنين أو حتى ثلاثة الأنظمة ، باستخدام المزيد من الطاقة. قد تكون نتيجة ذلك مشكلة أخرى - لتركيبها ، ستكون هناك حاجة إلى مساحة أكبر ، وهو أمر لا يمكن تخصيصه في جميع مشاريع المنزل.

لضمان الإمداد غير المنقطع لعدد الأجهزة المنزلية ونظام التدفئة المألوف للمنزل الحديث ، هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة. لذلك ، يجب أن يوفر المشروع مثل هذه المصادر التي يمكن أن تنتج مثل هذه الطاقة. وهذا يتطلب استثمارًا قويًا - فكلما زادت قوة المعدات ، زادت كلفتها.

بالإضافة إلى ذلك ، في بعض الحالات (على سبيل المثال ، عند استخدام طاقة الرياح) ، قد لا يضمن المصدر ثبات إنتاج الطاقة. لذلك ، من الضروري تجهيز جميع الاتصالات بأجهزة التخزين.عادة ، يتم تثبيت البطاريات والمجمعات لهذا الغرض ، مما يستلزم نفس التكاليف الإضافية والحاجة إلى تخصيص المزيد من الأمتار المربعة في المنزل.

مبدأ تشغيل محطة الطاقة الشمسية في المنزل

محطة الطاقة الشمسية عبارة عن نظام يتكون من ألواح وعاكس وبطارية وجهاز تحكم. تقوم الألواح الشمسية بتحويل الطاقة المشعة إلى كهرباء (كما هو مذكور أعلاه). يدخل التيار المباشر إلى جهاز التحكم ، والذي يوزع التيار على المستهلكين (على سبيل المثال ، جهاز كمبيوتر أو إضاءة). يقوم العاكس بتحويل التيار المباشر إلى تيار متردد ويزود معظم الأجهزة الكهربائية المنزلية بالطاقة. تخزن البطارية الطاقة التي يمكن استخدامها في الليل.

وصف الفيديو

مثال جيد على العمليات الحسابية التي توضح عدد اللوحات المطلوبة لتوفير مصدر طاقة مستقل ، شاهد هذا الفيديو:

كيف تستخدم الطاقة الشمسية لتوليد الحرارة

تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية لتسخين المياه وتدفئة المنزل. يمكنهم توفير التدفئة (بناءً على طلب المالك) حتى بعد انتهاء موسم التدفئة ، وتزويد المنزل بالماء الساخن مجانًا. أبسط جهاز هو الألواح المعدنية المثبتة على سطح المنزل. تتراكم الطاقة والمياه الدافئة ، والتي تدور عبر الأنابيب المخبأة تحتها. يعتمد عمل جميع الأنظمة الشمسية على هذا المبدأ ، على الرغم من حقيقة أنها قد تكون مختلفة هيكليًا عن بعضها البعض.

تتكون مجمعات الطاقة الشمسية من:

• خزان؛
• محطة ضخ
• مراقب
• خطوط الأنابيب.
• توصيلات.

وفقًا لنوع البناء ، يتم تمييز المجمعات المسطحة والفراغية.في السابق ، الجزء السفلي مغطى بمادة عازلة للحرارة ، والسائل يدور عبر أنابيب زجاجية. تعتبر المجمعات الفراغية عالية الكفاءة لأن فقد الحرارة يتم تقليله إلى الحد الأدنى. لا يوفر هذا النوع من المجمعات التدفئة الشمسية لمنزل خاص فحسب - بل إنه مناسب لاستخدامه في أنظمة الماء الساخن وأحواض التدفئة.

مبدأ تشغيل المجمع الشمسي

أشهر الشركات المصنعة للألواح الشمسية

في أغلب الأحيان ، توجد منتجات Yingli Green Energy و Suntech Power Co. على الرفوف. ألواح هيمنسولار (الصين) شائعة أيضًا. تنتج الألواح الشمسية الكهرباء حتى في الطقس الممطر.

تم إنشاء إنتاج البطاريات الشمسية أيضًا من قبل مصنع محلي. تقوم الشركات التالية بهذا:

• Hevel LLC في نوفوتشيبوكسارسك ؛
• "Telecom-STV" في Zelenograd ؛
• Sun Shines (أنظمة الإضاءة المستقلة LLC) في موسكو ؛
• JSC "مصنع ريازان للأجهزة المعدنية والسيراميك" ؛
• CJSC "Termotron-zavod" وغيرها.

يمكنك دائمًا العثور على خيار مناسب للسعر. على سبيل المثال ، في موسكو للألواح الشمسية للمنزل ، ستتراوح التكلفة من 21000 إلى 2000000 روبل. تعتمد التكلفة على تكوين الأجهزة وقوتها.

لا تكون الألواح الشمسية مسطحة دائمًا - هناك عدد من النماذج التي تركز الضوء في نقطة واحدة

خطوات تركيب البطارية

1. لتثبيت الألواح ، يتم اختيار المكان الأكثر إضاءة - غالبًا ما تكون هذه الأسطح وجدران المباني. لكي يعمل الجهاز بأكبر قدر ممكن من الكفاءة ، يتم تثبيت الألواح بزاوية معينة في الأفق. يؤخذ أيضًا مستوى الظلام في المنطقة في الاعتبار: الكائنات المحيطة التي يمكن أن تخلق ظلًا (المباني والأشجار وما إلى ذلك)
2. يتم تثبيت الألواح باستخدام أنظمة تثبيت خاصة.
3. ثم يتم توصيل الوحدات بالبطارية ووحدة التحكم والعاكس ، ويتم ضبط النظام بأكمله.

لتثبيت النظام ، يتم دائمًا تطوير مشروع شخصي يأخذ في الاعتبار جميع ميزات الموقف: كيف سيتم تنفيذ التثبيت الألواح الشمسية سقف المنزل والسعر والشروط. اعتمادًا على نوع ونطاق العمل ، يتم حساب جميع المشاريع بشكل فردي. يقبل العميل العمل ويحصل على ضمان له.

يجب أن يتم تركيب الألواح الشمسية بواسطة متخصصين وبما يتوافق مع إجراءات السلامة.

نتيجة لذلك - آفاق تطوير تقنيات الطاقة الشمسية

إذا كان الهواء يعيق التشغيل الأكثر كفاءة للألواح الشمسية على الأرض ، مما يؤدي إلى حد ما إلى تشتيت إشعاع الشمس ، فلا توجد مثل هذه المشكلة في الفضاء. يعمل العلماء على تطوير مشاريع للأقمار الصناعية العملاقة التي تدور في مدارات بألواح شمسية تعمل على مدار 24 ساعة في اليوم. من بينها ، سيتم نقل الطاقة إلى أجهزة الاستقبال الأرضية. لكن هذه مسألة مستقبلية ، وبالنسبة للبطاريات الحالية ، تهدف الجهود إلى تحسين كفاءة الطاقة وتقليل حجم الأجهزة.

الطاقة الحرارية الأرضية

توجد أنواع غير مكتشفة من مصادر الطاقة البديلة في أحشاء العالم. يعرف الجنس البشري قوة وحجم المظاهر الطبيعية. قوة ثوران بركان واحد لا تضاهى مع أي من محطات توليد الطاقة من صنع الإنسان.

لسوء الحظ ، لا يزال الناس لا يعرفون كيفية استخدام هذه الطاقة الهائلة من أجل الخير ، لكن الدفء الطبيعي للأرض أو الطاقة الحرارية الأرضية يجذب انتباه العلماء ، لأنها مورد لا ينضب.

من المعروف أن كوكبنا يشع سنويًا كمية هائلة من الحرارة الداخلية ، والتي يتم تعويضها عن طريق التحلل الإشعاعي للنظائر في قشرة الكرة الأرضية. هناك نوعان من مصادر الطاقة الحرارية الأرضية.

حمامات تحت الأرض

هذه حمامات طبيعية بها ماء ساخن أو خليط بخار الماء - مصادر مائية حرارية أو بخارية حرارية. يتم استخراج الموارد من هذه المصادر من خلال الآبار ، ثم يتم استخدام الطاقة لاحتياجات البشرية.

الصخور

يمكن استخدام حرارة الصخور الساخنة لتسخين المياه. للقيام بذلك ، يتم ضخه في الآفاق لمزيد من الاستخدام لأغراض الطاقة.

من عيوب هذا النوع من الطاقة ضعف تركيزها. ومع ذلك ، في الظروف التي ترتفع فيها درجة الحرارة عند الغوص لكل 100 متر بمقدار 30-40 درجة ، يمكن ضمان الاستخدام الاقتصادي لها.

إن تقنية استخدام هذه الطاقة في "المناطق الحرارية الأرضية" الواعدة لها مزايا واضحة:

• احتياطيات لا تنضب
• النظافة البيئية
• عدم وجود تكاليف كبيرة لتطوير المصادر.

إن مواصلة تطوير الحضارة أمر مستحيل دون إدخال تقنيات جديدة في مجال الطاقة. على هذا الطريق ، هناك مهام مستعصية لا يزال يتعين على البشرية حلها.

ومع ذلك ، فإن تطوير هذا الاتجاه يلعب دورًا مهمًا ، واليوم توجد بالفعل معدات يمكنها توفير الموارد بشكل كبير ، وتعتبر مصادر الطاقة التقليدية والبديلة بديلاً ممتازًا لها. لتنفيذ مثل هذه الأفكار يتطلب الصبر والأيدي الماهرة ، وكذلك بعض المهارات والمعرفة.

أنواع الطاقة البديلة

اعتمادًا على مصدر الطاقة ، والذي يسمح نتيجة للتحول للشخص بتلقي الطاقة الكهربائية والحرارية المستخدمة في الحياة اليومية ، يتم تصنيف الطاقة البديلة إلى عدة أنواع تحدد طرق توليدها وأنواع التركيبات التي تخدمها. هذه.

طاقة الشمس

تعتمد الطاقة الشمسية على تحويل الطاقة الشمسية ، مما ينتج عنه طاقة كهربائية وحرارية.

يعتمد إنتاج الطاقة الكهربائية على العمليات الفيزيائية التي تحدث في أشباه الموصلات تحت تأثير ضوء الشمس ، ويعتمد إنتاج الطاقة الحرارية على خصائص السوائل والغازات.

لتوليد الطاقة الكهربائية ، تم الانتهاء من محطات الطاقة الشمسية ، والتي أساسها بطاريات (ألواح) شمسية مصنوعة على أساس بلورات السيليكون.

أساس التركيبات الحرارية هي المجمعات الشمسية ، حيث يتم تحويل طاقة الشمس إلى طاقة حرارية للمبرد.

تعتمد قوة هذه التركيبات على عدد وقوة الأجهزة الفردية التي تشكل جزءًا من المحطات الحرارية والطاقة الشمسية.

طاقة الرياح

تعتمد طاقة الرياح على تحويل الطاقة الحركية للكتل الهوائية إلى طاقة كهربائية يستخدمها المستهلكون.

أساس توربينات الرياح هو مولد الرياح. تختلف مولدات الرياح في المعايير الفنية والأبعاد الكلية والتصميم: مع محور دوران أفقي ورأسي ، وأنواع وأعداد مختلفة من الشفرات ، بالإضافة إلى موقعها (الأرض ، البحر ، إلخ. ).

قوة الماء

تعتمد الطاقة الكهرومائية على تحويل الطاقة الحركية لكتل ​​الماء إلى طاقة كهربائية ، والتي يستخدمها الإنسان أيضًا لأغراضه الخاصة.

تشمل الأشياء من هذا النوع محطات الطاقة الكهرومائية ذات السعات المختلفة ، والمثبتة على الأنهار والمسطحات المائية الأخرى. في مثل هذه التركيبات ، وتحت تأثير التدفق الطبيعي للمياه ، أو عن طريق إنشاء سد ، يعمل الماء على ريش التوربينات التي تولد الكهرباء. التوربينات المائية هي أساس محطات الطاقة الكهرومائية.

طريقة أخرى للحصول على الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل طاقة الماء هي استخدام طاقة المد والجزر ، من خلال بناء محطات المد والجزر. يعتمد تشغيل هذه المنشآت على استخدام الطاقة الحركية لمياه البحر أثناء المد الذي يحدث في البحار والمحيطات تحت تأثير كائنات النظام الشمسي.

دفء الأرض

تعتمد الطاقة الحرارية الأرضية على تحويل الحرارة التي يشعها سطح الأرض ، سواء في الأماكن التي يتم فيها إطلاق المياه الجوفية الحرارية (مناطق خطرة زلزاليًا) ، وفي مناطق أخرى من كوكبنا.

لاستخدام المياه الجوفية ، يتم استخدام تركيبات خاصة ، يتم من خلالها تحويل الحرارة الداخلية للأرض إلى طاقة حرارية وكهربائية.

يتيح لك استخدام المضخة الحرارية تلقي الحرارة من سطح الأرض ، بغض النظر عن موقعها. يعتمد عمله على خصائص السوائل والغازات ، وكذلك قوانين الديناميكا الحرارية.

وقود حيوي

تختلف أنواع الوقود الحيوي في طريقة الحصول عليها ، وحالة تجميعها (سائلة ، صلبة ، غازية) وأنواع استخدامها.المؤشر الذي يوحد جميع أنواع الوقود الحيوي هو أن أساس إنتاجها هو المنتجات العضوية ، والتي يتم من خلالها الحصول على الطاقة الكهربائية والحرارية.

الأنواع الصلبة من الوقود الحيوي هي الحطب ، قوالب الوقود أو الكريات ، الغازية هي الغاز الحيوي والهيدروجين الحيوي ، والأنواع السائلة هي الإيثانول الحيوي ، الميثانول الحيوي ، البوتانول ، ثنائي ميثيل الأثير والديزل الحيوي.

إيجابيات وسلبيات محطات الطاقة الشمسية

مزايا:

• الطاقة الشمسية هي مصدر للطاقة المتجددة. في الوقت نفسه ، هو متاح للجمهور ومجاني.
• التركيبات الشمسية آمنة للاستخدام.
• محطات الطاقة هذه مستقلة تمامًا.
• فهي اقتصادية ولها فترة استرداد سريعة. تحدث التكاليف الرئيسية فقط للمعدات الضرورية وتتطلب الحد الأدنى من الاستثمار في المستقبل.
• السمة المميزة الأخرى هي الاستقرار في العمل. لا توجد عمليا أي طفرات في الطاقة في مثل هذه المحطات.
• إنها ليست غريبة الأطوار في الصيانة وسهلة الاستخدام.
• أيضًا ، بالنسبة لمعدات SPP ، تتميز فترة التشغيل الطويلة المميزة.

عيوب:

• كمصدر للطاقة ، فإن النظام الشمسي حساس للغاية للمناخ والظروف الجوية والوقت من اليوم. لن تعمل محطة الطاقة هذه بكفاءة وإنتاجية في الليل أو في يوم غائم.
• انخفاض الإنتاجية في خطوط العرض مع مواسم قوية. تكون أكثر فاعلية في المناطق التي يكون فيها عدد الأيام المشمسة في السنة أقرب إلى 100٪.
• تكلفة عالية جدًا ولا يمكن الوصول إليها لمعدات تركيبات الطاقة الشمسية.
• ضرورة التنظيف الدوري للألواح والأسطح من التلوث.خلاف ذلك ، يتم امتصاص إشعاع أقل وتنخفض الإنتاجية.
• زيادة كبيرة في درجة حرارة الهواء داخل محطة توليد الكهرباء.
• ضرورة استخدام التضاريس بمساحة شاسعة.
• مزيد من الصعوبات في عملية التخلص من مكونات المصنع ، ولا سيما الخلايا الضوئية ، بعد انتهاء عمرها التشغيلي.

كما هو الحال في أي مجال صناعي ، فإن معالجة الطاقة الشمسية وتحويلها لها نقاط قوتها وضعفها.

من المهم جدًا أن تغطي المزايا العيوب ، وفي هذه الحالة يكون العمل مبررًا.

اليوم ، تهدف معظم التطورات في هذه الصناعة إلى تحسين وتحسين أداء واستخدام الأساليب الحالية وتطوير أساليب جديدة أكثر أمانًا وإنتاجية.

فائدة استخدام النظام الشمسي

النظام الشمسي - مجمع لتحويل طاقة الإشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية ، والتي يتم نقلها لاحقًا إلى مبادل حراري لتسخين المبرد لنظام التدفئة أو إمداد المياه.

تعتمد كفاءة التركيب الحراري الشمسي على التشمس الشمسي - كمية الطاقة المتلقاة خلال يوم واحد من الضوء لكل 1 متر مربع من سطح يقع بزاوية 90 درجة بالنسبة لاتجاه أشعة الشمس. قيمة قياس المؤشر هي kWh / sq.m ، وتختلف قيمة المعلمة حسب الموسم.

متوسط ​​مستوى التشمس الشمسي لمنطقة ذات مناخ قاري معتدل هو 1000-1200 كيلوواط ساعة / متر مربع (في السنة). كمية الشمس هي المعلمة المحددة لحساب أداء النظام الشمسي.

يسمح لك استخدام مصدر طاقة بديل بتدفئة المنزل والحصول على الماء الساخن دون تكاليف الطاقة التقليدية - حصريًا من خلال الإشعاع الشمسي

تركيب نظام التدفئة الشمسية مهمة مكلفة. من أجل تبرير النفقات الرأسمالية نفسها ، من الضروري إجراء حساب دقيق للنظام والالتزام بتكنولوجيا التثبيت.

مثال. متوسط ​​قيمة التشمس الشمسي لتولا في منتصف الصيف هو 4.67 كيلو فولت / متر مربع * يوم ، بشرط أن يتم تركيب لوحة النظام بزاوية 50 درجة. يتم حساب أداء المجمع الشمسي بمساحة 5 متر مربع على النحو التالي: 4.67 * 4 = 18.68 كيلو واط من الحرارة في اليوم. هذا الحجم يكفي لتسخين 500 لتر من الماء من درجة حرارة 17 درجة مئوية إلى 45 درجة مئوية.

كما تظهر الممارسة ، عند استخدام تركيب شمسي ، يمكن لأصحاب الأكواخ في الصيف التبديل تمامًا من تسخين المياه بالكهرباء أو الغاز إلى طريقة الطاقة الشمسية

عند الحديث عن استصواب إدخال تقنيات جديدة ، من المهم مراعاة الميزات التقنية لمجمع شمسي معين. يبدأ بعضها بـ 80 واط / متر مربع من الطاقة الشمسية ، والبعض الآخر يبدأ بـ 20 واط / متر مربع

حتى في المناخ الجنوبي ، فإن استخدام نظام التجميع للتدفئة فقط لن يؤتي ثماره. إذا تم استخدام التثبيت حصريًا في فصل الشتاء مع قلة أشعة الشمس ، فلن يتم تغطية تكلفة المعدات حتى لمدة 15-20 عامًا.

من أجل استخدام المجمع الشمسي بأكبر قدر ممكن من الكفاءة ، يجب تضمينه في نظام إمداد الماء الساخن. حتى في فصل الشتاء ، سيسمح لك المجمع الشمسي "بخفض" فواتير الطاقة لتسخين المياه بنسبة تصل إلى 40-50٪.

وفقًا للخبراء ، للاستخدام المنزلي ، فإن النظام الشمسي يؤتي ثماره في حوالي 5 سنوات.مع زيادة أسعار الكهرباء والغاز ، سيتم تقليل فترة الاسترداد للمجمع

بالإضافة إلى الفوائد الاقتصادية ، فإن "التسخين الشمسي" له مزايا إضافية:

1. الحفاظ على البيئة. تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. لمدة عام ، 1 متر مربع من المجمع الشمسي يمنع 350-730 كجم من التعدين من دخول الغلاف الجوي.
2. جماليات. يمكن توفير مساحة الحمام المضغوط أو المطبخ من الغلايات الضخمة أو سخانات المياه بالغاز.
3. متانة. يدعي المصنعون أنه في حالة اتباع تقنية التثبيت ، سيستمر المجمع لمدة تتراوح بين 25 و 30 عامًا. تقدم العديد من الشركات ضمانًا يصل إلى 3 سنوات.

الحجج ضد استخدام الطاقة الشمسية: الموسمية الواضحة ، والاعتماد على الطقس ، والاستثمار الأولي المرتفع.

الخصائص العددية للإشعاع الشمسي

يوجد مؤشر مثل الثابت الشمسي. قيمتها 1367 واط. هذا هو مقدار الطاقة لكل 1 متر مربع. كوكب الأرض. هذا فقط حوالي 20-25 ٪ أقل من الطاقة التي تصل إلى سطح الأرض بسبب الغلاف الجوي. لذلك فإن قيمة الطاقة الشمسية لكل متر مربع على سبيل المثال عند خط الاستواء هي 1020 وات. وأخذ في الاعتبار تغير النهار والليل ، التغير في زاوية الشمس فوق الأفق ، يقل هذا الرقم بنحو 3 مرات.

لكن من أين تأتي هذه الطاقة؟ بدأ العلماء في التعامل مع هذه المشكلة لأول مرة في القرن التاسع عشر ، وكانت الإصدارات مختلفة تمامًا. اليوم ، نتيجة لعدد كبير من الدراسات ، من المعروف أن مصدر الطاقة الشمسية هو تفاعل تحول 4 ذرات هيدروجين إلى نواة هيليوم. نتيجة لهذه العملية ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة. على سبيل المثال ، الطاقة المنبعثة أثناء تحول 1 غرام.الهيدروجين مشابه للطاقة التي يتم إطلاقها أثناء احتراق 15 طنًا من البنزين.

مضخات حرارية للتدفئة المنزلية

تستخدم المضخات الحرارية جميع مصادر الطاقة البديلة المتاحة. يأخذون الحرارة من الماء والهواء والتربة. بكميات صغيرة ، هذه الحرارة موجودة حتى في فصل الشتاء ، لذلك تجمعها المضخة الحرارية وتعيد توجيهها لتدفئة المنزل.

تستخدم المضخات الحرارية أيضًا مصادر طاقة بديلة - حرارة الأرض والماء والهواء

مبدأ التشغيل

لماذا تعتبر المضخات الحرارية جذابة للغاية؟ حقيقة أنك استهلكت 1 كيلوواط من الطاقة لضخها ، في أسوأ الحالات ، ستحصل على 1.5 كيلو واط من الحرارة ، ويمكن أن تعطي أكثر التطبيقات نجاحًا ما يصل إلى 4-6 كيلو واط. وهذا لا يتعارض مع قانون الحفاظ على الطاقة بأي شكل من الأشكال ، لأن الطاقة تنفق ليس للحصول على الحرارة ، ولكن ليس على ضخها. لذلك لا توجد تناقضات.

مخطط مضخة حرارية لاستخدام مصادر الطاقة البديلة

تحتوي المضخات الحرارية على ثلاث دوائر عمل: اثنتان خارجيتان وداخليتان ، بالإضافة إلى مبخر وضاغط ومكثف. يعمل المخطط على النحو التالي:

• يدور المبرد في الدائرة الأولية ، والتي تأخذ الحرارة من المصادر منخفضة الإمكانات. يمكن إنزاله في الماء ، ودفنه في الأرض ، أو يمكن أن يأخذ حرارة من الهواء. أعلى درجة حرارة تم الوصول إليها في هذه الدائرة هي حوالي 6 درجات مئوية.
• تقوم الدائرة الداخلية بتدوير وسط تسخين بنقطة غليان منخفضة جدًا (عادةً 0 درجة مئوية). عند تسخينه ، يتبخر المبرد ، ويدخل البخار إلى الضاغط ، حيث يتم ضغطه إلى ضغط مرتفع. أثناء الضغط ، يتم إطلاق الحرارة ، ويتم تسخين بخار المبرد إلى متوسط ​​درجة حرارة + 35 درجة مئوية إلى +65 درجة مئوية.
• في المكثف ، تنتقل الحرارة إلى المبرد من الدائرة الثالثة - التسخين -. تتكثف أبخرة التبريد ، ثم تدخل المبخر مرة أخرى. ثم تتكرر الدورة.

من الأفضل عمل دائرة التسخين على شكل أرضية دافئة. درجات الحرارة هي الأفضل لهذا. سيتطلب نظام الرادياتير عددًا كبيرًا جدًا من الأقسام ، وهو أمر قبيح وغير مربح.

المصادر البديلة للطاقة الحرارية: أين وكيف تحصل على الحرارة

لكن الصعوبة الأكبر هي جهاز أول دائرة خارجية تجمع الحرارة. نظرًا لأن المصادر منخفضة الإمكانات (هناك القليل من الحرارة في الأسفل) ، يلزم مساحات كبيرة لتجميعها بكميات كافية. هناك أربعة أنواع من الخطوط العريضة:

• حلقات موضوعة في أنابيب المياه مع المبرد. يمكن أن يكون المسطح المائي أي شيء - نهر ، بركة ، بحيرة. الشرط الرئيسي هو أنه لا ينبغي أن يتجمد حتى في أشد الصقيع. تعمل المضخات التي تضخ الحرارة خارج النهر بشكل أكثر كفاءة ؛ يتم نقل حرارة أقل بكثير في المياه الراكدة. مصدر الحرارة هذا هو الأسهل في التنفيذ - رمي الأنابيب ، وربط الحمل. لا يوجد سوى احتمال كبير للضرر العرضي.

• الحقول الحرارية مع الأنابيب المدفونة تحت عمق التجمد. في هذه الحالة ، هناك عيب واحد فقط - كميات كبيرة من أعمال الحفر. يجب أن نزيل التربة على مساحة كبيرة ، وحتى على عمق صلب.

• استخدام درجات الحرارة الجوفية. يتم حفر عدد من الآبار ذات العمق الكبير ، ويتم إنزال دوائر المبرد فيها. الشيء الجيد في هذا الخيار هو أنه يتطلب مساحة صغيرة ، ولكن ليس في كل مكان فمن الممكن الحفر إلى أعماق كبيرة ، وخدمات الحفر تكلف الكثير. ومع ذلك ، يمكنك إنشاء جهاز حفر بنفسك ، لكن العمل لا يزال غير سهل.

• استخلاص الحرارة من الهواء.هذه هي الطريقة التي تعمل بها مكيفات الهواء مع إمكانية التدفئة - فهي تأخذ الحرارة من الهواء "الخارجي". حتى في درجات الحرارة تحت الصفر ، تعمل هذه الوحدات ، وإن لم تكن شديدة العمق - حتى -15 درجة مئوية. لجعل العمل أكثر كثافة ، يمكنك استخدام الحرارة من أعمدة التهوية. قم برمي القليل من الرافعات بسائل التبريد هناك وضخ الحرارة من هناك.

العيب الرئيسي للمضخات الحرارية هو ارتفاع سعر المضخة نفسها ، وتركيب حقول تجميع الحرارة ليس رخيصًا. في هذه الحالة ، يمكنك توفير المال عن طريق صنع المضخة بنفسك وكذلك وضع الخطوط بيديك ، لكن المبلغ سيظل كبيرًا. الميزة هي أن التدفئة ستكون غير مكلفة وسيعمل النظام لفترة طويلة.

أنواع

اليوم ، تكتسب أنواع مختلفة من الألواح الشمسية شعبية متزايدة. للوهلة الأولى ، قد يبدو أن جميع الوحدات الشمسية هي نفسها: عدد كبير من الخلايا الشمسية الصغيرة الفردية مترابطة ومغطاة بغشاء شفاف. لكن في الواقع ، تختلف جميع الوحدات في القوة والتصميم والحجم. وفي الوقت الحالي ، قسم المصنعون أنظمة الطاقة الشمسية إلى نوعين رئيسيين: السيليكون والأفلام.

للأغراض المنزلية ، يتم تركيب الألواح الشمسية مع خلايا السيليكون الضوئية. هم الأكثر شعبية في السوق. يمكن أيضًا تمييز ثلاثة أنواع منها - وهي الكريستالات ، أحادية البلورة ، وقد تم وصفها بالفعل بمزيد من التفصيل في المقالة ، وغير متبلورة ، والتي سنناقشها بمزيد من التفصيل.

غير متبلور - مصنوع أيضًا على أساس السيليكون ، ولكن بالإضافة إلى ذلك ، لديهم أيضًا هيكل مرن مرن. لكنها ليست مصنوعة من بلورات السيليكون ، ولكن من silane - اسم آخر لهيدروجين السيليكون. من بين ميزات الوحدات غير المتبلورة ، يمكن للمرء أن يلاحظ الكفاءة الممتازة حتى في الطقس الغائم والقدرة على تكرار أي سطح.لكن الكفاءة أقل بكثير - 5٪ فقط.

النوع الثاني من الألواح الشمسية - فيلم ، يتم إنتاجه على أساس عدة مواد.

• الكادميوم - تم تطوير هذه الألواح في السبعينيات من القرن الماضي واستخدمت في الفضاء. لكن الكادميوم يستخدم اليوم أيضًا في إنتاج محطات الطاقة الشمسية الصناعية والمحلية.
• الوحدات المعتمدة على أشباه الموصلات CIGS - تم تطويرها من سيلينيد النحاس والإنديوم وهي عبارة عن ألواح غشاء. يستخدم الإنديوم أيضًا على نطاق واسع في تصنيع شاشات الكريستال السائل.
• البوليمر - يستخدم أيضًا في إنتاج وحدات الأفلام الشمسية. يبلغ سمك اللوح الواحد حوالي 100 نانومتر ، لكن تظل الكفاءة عند مستوى 5٪. ولكن من الإيجابيات يمكن ملاحظة أن مثل هذه الأنظمة لها سعر مناسب ولا تنبعث منها مواد ضارة في الغلاف الجوي.

ولكن اليوم أيضًا ، توجد نماذج محمولة أقل حجمًا في السوق. إنها مصممة خصيصًا للاستخدام أثناء الأنشطة الخارجية. غالبًا ما تستخدم هذه الألواح الشمسية لإعادة شحن الأجهزة المحمولة: الأدوات الصغيرة والهواتف المحمولة والكاميرات وكاميرات الفيديو.

تنقسم الوحدات المحمولة إلى أربعة أنواع.

• طاقة منخفضة - أعطِ حدًا أدنى من الشحن ، وهو ما يكفي لإعادة شحن الهاتف المحمول.
• مرنة - يمكن طيها ووزن خفيف ، نتيجة لذلك ، وبسبب الشعبية الكبيرة بين السائحين والمسافرين.
• مثبتة على ركيزة - وزنها أكبر بكثير ، حوالي 7-10 كجم ، وبالتالي ، فإنها تعطي طاقة أكبر. تم تصميم هذه الوحدات خصيصًا للاستخدام في رحلات السيارات الطويلة ، ويمكن أيضًا استخدامها لتزويد منزل ريفي بالطاقة بشكل مستقل جزئيًا.
• عالمي - لا غنى عنه للمشي لمسافات طويلة ، يحتوي الجهاز على العديد من المحولات للشحن المتزامن لمختلف الأجهزة ، ويمكن أن يصل الوزن إلى 1.5 كجم.

هل هي مناسبة لمنزل عادي

• للاستخدام المنزلي ، تعد الطاقة الشمسية نوعًا واعدًا من الطاقة.
• كمصدر للطاقة الكهربائية للمباني السكنية ، يتم استخدام محطات الطاقة الشمسية ، والتي تنتجها المؤسسات الصناعية في روسيا والخارج. يتم إصدار التركيبات بقوة مختلفة ومجموعة كاملة.
• استخدام المضخة الحرارية - سيوفر للمبنى السكني الماء الساخن ، أو يسخن الماء في المسبح ، أو يسخن المبرد في نظام التدفئة أو الهواء داخل المبنى.
• مجمعات الطاقة الشمسية - يمكن استخدامها في تدفئة المنزل وأنظمة تسخين المياه. أكثر كفاءة ، في هذه الحالة ، جامعي الأنبوب المفرغ.