Solární energie jako alternativní zdroj energie: typy a vlastnosti solárních systémů

Historie solární energie

"Zkrocení" Slunce se datuje již od dob Archiméda. Dodnes se dochovala legenda o vypalování lodí pomocí obrovského zrcadla - soustředěného paprsku, který obyvatelé Syrakus namířili na nepřátelskou flotilu.

V historii sluneční energie existují důkazy o využívání sluneční energie.

• pro vytápění kamenných paláců;
• odpařování mořské vody za účelem výroby soli.

Ohřívače vody byly zdokonaleny, když Lavoisier použil čočku ke koncentraci infračervených paprsků. Takto bylo možné tavit litinu. Později začali Francouzi používat vodu ohřátou na páru k mechanickému pohonu tiskařských zařízení. O budoucnosti solární energie začali vědci hovořit po vzniku polovodičů. Na nich byly založeny první fotovoltaické články.

Zkoumání nekonvenčních zdrojů

Mezi netradiční zdroje energie patří:

• solární energie;
• větrná energie;
• geotermální;
• Energie mořského přílivu a vln;
• biomasy;
• Nízkopotenciální ekologická energie.

Rozvoj většiny typů je možný díky jejich všudypřítomnosti a také díky jejich šetrnosti k životnímu prostředí a absenci provozních nákladů na palivovou složku.

Existují však i některé negativní vlastnosti, které brání jejich použití ve výrobním měřítku. Jedná se o nízké hustoty průtoku, které vyžadují použití velkoplošných "záchytných" zařízení, a také o proměnlivost v čase.

To vše vede k tomu, že tato zařízení jsou velmi náročná na materiál, což znamená, že se zvyšují i kapitálové investice. No, a proces získávání energie způsobuje kvůli určitému prvku náhody spojenému s povětrnostními podmínkami spoustu problémů.

Dalším nejdůležitějším problémem je "skladování" této energetické suroviny, protože současná technologie skladování energie to ve velkém množství neumožňuje. Alternativní zdroje energie pro domácnost jsou nicméně stále oblíbenější, a proto se podívejme na hlavní energetické instalace, které lze instalovat v soukromém domě.

Geotermální energie

V útrobách zeměkoule se skrývají neprozkoumané druhy alternativních zdrojů energie. Lidstvo zná sílu a rozsah přírodních katastrof. Síla jediné sopečné erupce je nesrovnatelná se silou jakéhokoli člověkem vytvořeného energetického zařízení.

Bohužel člověk zatím nedokáže tuto obrovskou energii využít k dobrému účelu, ale přírodní teplo Země neboli geotermální energie přitahuje pozornost vědců, protože představuje nevyčerpatelný zdroj.

Je známo, že naše planeta ročně vyzáří obrovské množství vnitřního tepla, které je kompenzováno radioaktivním rozpadem izotopů v zemské kůře. Rozlišují se dva typy geotermálních zdrojů energie.

Podzemní bazény

Jedná se o přírodní bazény s horkou vodou nebo směsí páry a vody - hydrotermální nebo parní termální prameny. Zdroje z těchto zdrojů se těží pomocí vrtů a energie se pak využívá pro potřeby lidstva.

Skály

Teplo z horkých kamenů lze využít k ohřevu vody. To se děje tak, že se vstřikuje do horizontů pro další energetické využití.

Jednou z nevýhod tohoto typu energie je její nízká koncentrace. V podmínkách, kdy teplota stoupne o 30-40 stupňů na každých 100 metrů ponoru, je však možné ji ekonomicky využít.

Technologie využití této energie v perspektivních "geotermálních oblastech" má jasné výhody:

• Nevyčerpatelné rezervy;
• šetrnost k životnímu prostředí;
• nevyčerpatelnost zásob; šetrnost k životnímu prostředí; nízké náklady na těžbu.

Další rozvoj civilizace není možný bez zavedení nových energetických technologií. Tato cesta je plná výzev, které musí lidstvo teprve překonat.

Nicméně vývoj v této oblasti hraje důležitou roli a dnes již existují zařízení, která mohou výrazně šetřit zdroje tradiční a alternativní zdroje energie jsou pro ně vynikající alternativou. Takové nápady vyžadují trpělivost, pevné ruce a určité dovednosti a znalosti.

Konstrukce topného systému s rozdělovačem

Nejprve se podrobně podíváme na rozdíly v konstrukci a funkci baterií a kolektorů.

Panel se skládá z několika fotovoltaických článků, které jsou vzájemně propojeny na konstrukci z nevodivých materiálů.

Fotovoltaické měniče jsou poměrně složité konstrukce, které jsou jakýmsi sendvičem desek s různými vlastnostmi a účelem.

Kromě solárních modulů a speciálních upevňovacích prvků se systém skládá ze

• baterie pro skladování energie;
• řídicí jednotka, která sleduje stupeň nabití baterie.
• Střídač - pro přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý.

Existují dva typy kolektorů: vakuové a ploché.

Vakuové kolektory se skládají z dutých skleněných trubic s trubicemi o menším průměru, které uvnitř obsahují absorbér energie. Menší trubky jsou připojeny k teplonosnému médiu. Ve volném prostoru mezi nimi je vakuum, které zadržuje teplo.

Princip činnosti solárního kolektoru

Ploché kolektory se skládají z rámu a vyztuženého skla s fotoabsorpční vrstvou. Absorpční vrstva je spojena s trubkami s teplonosným médiem.

Oba tyto systémy se skládají z okruhu výměny tepla a tepelného akumulátoru (zásobníku kapaliny).

Z nádrže proudí voda do topného systému pomocí čerpadla. Nádrž musí být dobře izolovaná, aby nedocházelo k tepelným ztrátám.

Tyto systémy musí být umístěny na jižním svahu střechy. Úhel sklonu by měl být 30-45 stupňů. Pokud umístění domu nebo konstrukce střechy neumožňuje instalaci solárních panelů na střechu, lze je instalovat na speciální vyztužené rámy nebo na sloupky upevněné do zdi.

Množství vyzařované sluneční energie se v různých ročních obdobích značně liší. Hodnotu insolačního faktoru pro místo, kde žijete, můžete zjistit na solární mapě. Když znáte faktor oslunění, můžete vypočítat počet potřebných modulů.

Například spotřebujete 8 kWh energie, průměrná hodnota oslunění je 2 kWh. Výkon solárního panelu je 250 W (0,25 kW). Vypočítejte: 8 / 2 / 0,25 = 16 solárních panelů, tolik jich budete potřebovat.

Bioplynové stanice

Plyn vzniká zpracováním odpadních produktů z drůbeže a hospodářských zvířat. Recyklovaný odpad se používá k hnojení půdy na zahradě. Tento proces je založen na fermentační reakci bakterií, které žijí v hnoji.

Za nejlepší zdroj bioplynu je považován hnůj skotu, vhodný je však i ptačí nebo jiný živočišný odpad.

Kvašení probíhá bez přístupu kyslíku, proto je vhodné používat uzavřené nádrže, nazývané také bioreaktory. Reakce se aktivuje pravidelným mícháním hmoty pomocí ruční práce nebo různých elektromechanických zařízení.

Rovněž bude nutné udržovat teplotu v zařízení od 30 do 50 stupňů pro zachování aktivity mezofilních a termofilních bakterií a jejich účasti na reakci.

Výstavba závodu

Nejjednodušší bioplynová stanice je sud s míchadlem, uzavřený víkem. Plyn ze sudu vstupuje do nádrže hadicí - kryt je pro tento účel opatřen předvrtaným otvorem. Toto provedení zajišťuje plyn pro jeden nebo dva plynové hořáky.

Pro velké množství plynu se používá nadzemní nebo podzemní železobetonový zásobník. Je vhodné rozdělit celou nádrž na několik oddílů, aby se reakce časově posunula.

Nádrž není zcela zaplněna materiálem, asi z 20 %, zbytek prostoru slouží k akumulaci plynu. K víku nádoby jsou připojeny dvě trubky, z nichž jedna ústí do spotřebiče a druhá do pachové jímky, nádoby naplněné vodou. Tím je zajištěno, že plyn je vyčištěn a vysušen a spotřebiteli je dodáván vysoce kvalitní plyn.

Je všechno tak hladké?

Zdálo by se, že tato technologie dodávek elektřiny do domácností by měla již dávno nahradit tradiční centralizované metody dodávek energie z trhu. Tak proč se to neděje? Existuje několik argumentů, které nesvědčí ve prospěch alternativní energie. Jejich význam se však určuje případ od případu - pro některé majitele venkovských domů jsou některé nevýhody relevantní a jiné je vůbec nezajímají.

U velkých venkovských domů může být problémem nízká účinnost alternativních energetických zařízení. Lokální solární systémy, tepelná čerpadla nebo geotermální elektrárny se samozřejmě nemohou rovnat účinnosti ani těch nejstarších vodních, tepelných a ještě více jaderných elektráren. Tato nevýhoda se však často minimalizuje instalací dvou nebo dokonce tří systémů a využitím jejich větší kapacity. Důsledkem toho může být další problém - jejich instalace bude vyžadovat větší plochu, která není k dispozici ve všech projektech domů.

Množství spotřebičů a topných systémů v moderním domě vyžaduje velké množství energie pro napájení obvyklého počtu spotřebičů a topných systémů. Návrh proto musí zahrnovat zdroje, které mohou tuto kapacitu vyrábět. To vyžaduje značné investice - čím výkonnější zařízení, tím je dražší.

Kromě toho v některých případech (např. u větrné energie) nemusí být zdroj schopen zaručit stálou výrobu energie. Z tohoto důvodu je nutné vybavit celý komunikační systém úložnými zařízeními. Obvykle se za tímto účelem instalují baterie a kolektory, což s sebou nese stejné dodatečné náklady a potřebu více metrů čtverečních podlahové plochy v domě.

Princip fungování domácí solární elektrárny

Solární elektrárna je systém složený z panelů, střídače, baterie a regulátoru. Solární panel přeměňuje zářivou energii na elektřinu (jak je popsáno výše). Stejnosměrný proud teče do regulátoru, který rozvádí proud ke spotřebičům (např. počítači nebo osvětlení). Střídač mění stejnosměrný proud na střídavý a napájí většinu elektrických spotřebičů v domácnosti. V baterii je uložena energie, kterou lze spotřebovat za tmy.

Popis videa

Názorný příklad výpočtů, které ukazují, kolik panelů je potřeba pro off-grid zásobování energií, najdete v tomto videu:

Jak se sluneční energie využívá k výrobě tepla

Solární termické systémy se používají k ohřevu vody a vytápění domů. Dokážou zajistit teplo (pokud si to majitel zvolí) i po skončení topné sezóny a bezplatně dodávají teplou vodu do domu. Nejjednodušším zařízením je kovový panel, který se instaluje na střechu domu. Uchovávají energii a ohřívají vodu, která cirkuluje potrubím ukrytým pod nimi. Na tomto principu jsou založeny všechny solární tepelné systémy, i když se mohou konstrukčně lišit.

Solární kolektory se skládají z:

• skladovací nádrž;
• čerpací stanice;
• ovladač;
• potrubí;
• kování.

Rozlišují se ploché a vakuové rozdělovače. V prvním případě je dno pokryto tepelnou izolací a kapalina cirkuluje skleněnými trubkami. Vakuové kolektory jsou velmi účinné, protože tepelné ztráty jsou minimální. Tento typ kolektoru zajišťuje nejen vytápění solárními panely rodinného domu - je vhodný pro použití v systémech zásobování teplou vodou a ohřevu bazénů.

Jak funguje solární kolektor

Oblíbení výrobci solárních panelů

Nejčastěji se na pultech objevují výrobky společností Yingli Green Energy a Suntech Power Co. Oblíbené jsou také panely HiminSolar (Čína). Jejich solární panely vyrábějí elektřinu i za deštivého počasí.

Solární panely vyrábějí i tuzemští výrobci. Zúčastněnými společnostmi jsou:

• LLC Hevel v Novočeboksarsku;
• "Telecom-STV v Zelenogradu;
• "Sun Shines (Autonomous Illumination Systems LLC) v Moskvě;
• OJSC Ryazan Metal-Ceramic Devices Plant;
• CJSC "Termotron-Zavod" a další.

Pokud jde o náklady, vždy můžete najít vhodnou možnost. Například v Moskvě se náklady na solární panely pro dům pohybují od 21 000 do 2 000 000 rublů. Náklady závisí na konfiguraci a kapacitě zařízení.

Solární panely nejsou vždy ploché - existuje řada modelů, které soustřeďují světlo do jednoho bodu.

Fáze instalace baterie

1. Pro instalaci panelů vyberte nejvíce osvětlené místo - nejčastěji střechy a stěny budov. Aby zařízení fungovalo optimálně, montují se panely pod určitým úhlem k horizontu. Zohledňuje se také míra zastínění v oblasti: okolní objekty, které mohou vytvářet stín (budovy, stromy atd.).
2. Panely se instalují pomocí speciálních upevňovacích systémů.
3. Moduly se pak připojí k baterii, řídicí jednotce a střídači a celý systém se nastaví.

Pro instalaci systému je vždy vypracován osobní projekt, který zohledňuje všechny zvláštnosti situace: jak bude instalace probíhat. solární panely na který zohledňuje všechny charakteristiky situace: instalaci solárních panelů na střeše, cenu a načasování. V závislosti na typu a rozsahu prací jsou všechny projekty kalkulovány individuálně. Zákazník práci převezme a obdrží záruku.

Instalace solárních panelů musí být provedena odborníky a v souladu s bezpečnostními opatřeními.

Podtrženo, sečteno - vyhlídky na rozvoj solární technologie

Zatímco na Zemi brání efektivnímu fungování solárních panelů vzduch, který do jisté míry rozptyluje sluneční záření, ve vesmíru to není problém. Vědci vyvíjejí návrhy obřích družic na oběžné dráze se solárními panely, které budou v provozu 24 hodin denně. Z nich by se energie přenášela do pozemních přijímačů. To je však věc budoucnosti a u již existujících baterií se usiluje o zlepšení energetické účinnosti a zmenšení velikosti zařízení.

Geotermální energie

V útrobách Země se skrývají dosud neobjevené alternativní zdroje energie. Lidstvo si je vědomo síly a rozsahu přírodních jevů. Jediný výbuch sopky je stejně silný jako jakákoli lidmi vyrobená elektrárna.

Bohužel člověk zatím nedokáže tuto obrovskou energii využít k dobrému účelu, ale přírodní teplo Země neboli geotermální energie přitahuje pozornost vědců, protože představuje nevyčerpatelný zdroj.

Je známo, že naše planeta ročně vyzáří obrovské množství vnitřního tepla, které je kompenzováno radioaktivním rozpadem izotopů v zemské kůře. Existují dva typy geotermálních zdrojů energie.

Podzemní bazény

Jedná se o přírodní bazény s horkou vodou nebo směsí páry a vody - hydrotermální nebo parní termální prameny. Zdroje z těchto zdrojů se těží pomocí vrtů a energie se pak využívá pro potřeby lidstva.

Skály

Teplo z horkých kamenů lze využít k ohřevu vody. To se provádí vtlačováním do horizontů pro další využití k energetickým účelům.

Jednou z nevýhod tohoto typu energie je její nízká koncentrace. V podmínkách, kdy teplota stoupá o 30-40 stupňů na každých 100 metrů, je však možné jej používat hospodárně.

Technologie využití této energie v perspektivních "geotermálních oblastech" má jasné výhody:

• Nevyčerpatelné rezervy;
• šetrnost k životnímu prostředí;
• žádné vysoké náklady na vývoj zdrojů.

Další rozvoj civilizace není možný bez zavedení nových energetických technologií. Tato cesta je plná výzev, které musí lidstvo teprve překonat.

Přesto je zvládnutí této oblasti důležité a dnes již existují zařízení, která dokáží výrazně šetřit zdroje a alternativní zdroje energie jsou pro ně vynikající alternativou. Takové nápady vyžadují trpělivost, šikovné ruce a určité dovednosti a znalosti.

Typy alternativní energie

V závislosti na zdroji energie, který se přeměňuje na výrobu elektřiny a tepla pro použití v každodenním životě, se alternativní energie dělí na několik typů, které určují způsob její výroby a typy zařízení, jež se k tomu používají.

Solární energie

Solární energie je založena na přeměně sluneční energie, která produkuje elektrickou a tepelnou energii.

Výroba elektrické energie je založena na fyzikálních procesech probíhajících v polovodičích pod vlivem slunečního záření, výroba tepelné energie je založena na vlastnostech kapalin a plynů.

K výrobě elektrické energie jsou solární elektrárny vybaveny solárními články (panely) na bázi křemíkových krystalů.

Solární tepelné systémy jsou založeny na solárních kolektorech, které přeměňují sluneční energii na tepelnou energii teplonosného média.

Kapacita těchto zařízení závisí na počtu a kapacitě jednotlivých zařízení, která tvoří tepelné a solární elektrárny.

Větrná energie

Větrná energie je založena na přeměně kinetické energie vzdušných mas na elektrickou energii pro spotřebitele.

Větrné elektrárny jsou založeny na větrných generátorech. Větrné generátory se liší technickými parametry, rozměry a konstrukcí: s horizontální nebo vertikální osou otáčení, různými typy a počtem lopatek a také svým umístěním (na pevnině, na moři atd.).

Vodní energie

Vodní energie je založena na přeměně kinetické energie vodních mas na energii elektrickou, kterou využívají i lidé pro své účely.

Tento typ zařízení zahrnuje vodní elektrárny různých výkonů instalované na řekách a jiných vodních plochách. V těchto elektrárnách je voda nucena působit přirozeným prouděním vody nebo výstavbou přehrady na lopatky turbíny, která generuje elektrický proud. Srdcem vodní elektrárny je vodní turbína.

Dalším způsobem výroby elektřiny přeměnou energie vody je využití energie přílivu a odlivu, a to výstavbou přílivových elektráren. Tyto elektrárny jsou založeny na využití kinetické energie mořské vody při přílivu, která vzniká v mořích a oceánech při odlivu vlivem objektů sluneční soustavy.

Teplo Země

Geotermální energie je založena na přeměně tepla vyzařovaného zemským povrchem, a to jak v místech, kde se geotermální vody uvolňují (seismické oblasti), tak v jiných oblastech naší planety.

Při využívání geotermální vody se používají speciální zařízení, která přeměňují vnitřní teplo země na tepelnou a elektrickou energii.

Použití tepelného čerpadla umožňuje získávat teplo ze zemského povrchu bez ohledu na jeho polohu. Jeho fungování je založeno na vlastnostech kapalin a plynů a na termodynamických zákonech.

Biopaliva

Biopaliva se rozlišují podle způsobu výroby, skupenství (kapalné, pevné, plynné) a použití. Jednotícím znakem všech biopaliv je, že se vyrábějí z organických produktů, jejichž zpracováním se získává elektrická a tepelná energie.

Mezi pevná biopaliva patří palivové dřevo, palivové brikety nebo pelety, mezi plynná bioplyn a vodík a mezi kapalná bioetanol, biometanol, biobutanol, dimetyléter a bionafta.

Výhody a nevýhody solárních elektráren

Výhody:

• Solární energie je obnovitelný zdroj energie. Zároveň je sám o sobě veřejně dostupný a bezplatný.
• Solární elektrárny jsou zcela bezpečné.
• Tyto elektrárny jsou plně autonomní.
• Jsou úsporné a jejich investice se rychle vrací. Hlavní náklady vznikají pouze na nezbytné vybavení a navíc jsou investiční náklady velmi nízké.
• Dalším charakteristickým rysem je stabilita provozu. U takových stanic prakticky nedochází k přepětí.
• Snadno se udržují a jejich používání je dostatečně jednoduché.
• Vyznačují se také dlouhou životností.

Nevýhody:

• Solární systémy jsou jako zdroj energie velmi citlivé na klima, povětrnostní podmínky a denní dobu. Taková elektrárna nebude pracovat efektivně a produktivně v noci nebo za zamračeného dne.
• Nižší produktivita v zeměpisných šířkách s jasně se střídajícími ročními obdobími. Maximální účinnost v oblastech, kde se počet slunečných dnů v roce blíží 100 %.
• Velmi vysoké a cenově nedostupné náklady na zařízení pro solární instalace.
• Potřeba pravidelného čištění panelů a povrchů. V opačném případě se absorbuje méně záření a produktivita klesá.
• Výrazné zvýšení teploty vzduchu v elektrárně.
• Potřeba využít plochu s velkou rozlohou.
• Další potíže s likvidací součástí elektrárny, zejména fotovoltaických článků, po skončení jejich životnosti.

Stejně jako v každé výrobní oblasti existují i při zpracování a přeměně sluneční energie silné a slabé stránky.

Je velmi důležité, aby výhody převažovaly nad nevýhodami, v takovém případě bude práce oprávněná.

V současné době se většina vývoje v tomto odvětví zaměřuje na optimalizaci a zlepšení fungování a používání stávajících metod a na vývoj nových, bezpečnějších a produktivnějších metod.

Vhodnost solárního tepelného systému

Solární tepelný systém je komplex pro přeměnu sluneční zářivé energie na tepelnou energii, která je následně předávána do výměníku tepla pro ohřev topného média v topném nebo vodním systému.

Účinnost solárního tepelného systému závisí na slunečním záření - množství energie dodané na metr čtvereční plochy pod úhlem 90° ke směru slunečních paprsků během jednoho světelného dne. Měří se kWh/m2 a mění se v závislosti na ročním období.

Průměrná úroveň slunečního záření pro oblast s mírným kontinentálním podnebím je 1000-1200 kWh/m2 (za rok). Množství slunečního svitu je rozhodujícím parametrem pro výpočet výkonu solárního tepelného systému.

Využití alternativního zdroje energie umožňuje vytápět dům a získávat teplou vodu bez tradičního příkonu energie - pouze prostřednictvím slunečního záření.

Instalace solárního termického systému je nákladná. Aby byly investiční náklady oprávněné, je nutné systém přesně propočítat a dodržet technologii instalace.

Příklad. Průměrná hodnota slunečního záření v Tule uprostřed léta je 4,67 kWh/m2*den, pokud je solární panel instalován pod úhlem 50°. Solární zisk solárního kolektoru o ploše 5 m2 se vypočítá takto: 4,67*4=18,68 kW tepla za den. To stačí na ohřátí 500 litrů vody z teploty 17 °C na 45 °C.

Jak ukazuje praxe, při použití solárního zařízení mohou majitelé chalup v letním období zcela přejít z elektrického nebo plynového ohřevu vody na solární způsob.

Když se hovoří o proveditelnosti zavedení nové technologie, je důležité vzít v úvahu technické vlastnosti konkrétního solárního kolektoru. Některé začínají pracovat s 80 W/m² sluneční energie, zatímco jiným stačí 20 W/m².

Ani v jižním klimatu se nevyplatí používat kolektorový systém pouze k vytápění. Pokud se zařízení používá výhradně v zimě, kdy je nedostatek slunečního svitu, náklady na zařízení se nevrátí ani za 15-20 let.

Aby bylo možné co nejlépe využít solární tepelný systém, musí být připojen k systému přípravy teplé vody. I v zimě sníží solární kolektor účty za energii na ohřev vody až o 40-50 %.

Odborníci odhadují, že solární tepelný systém se při použití v domácnosti vrátí přibližně za 5 let. S rostoucími cenami elektřiny a plynu se doba návratnosti zkrátí.

Kromě ekonomických výhod nabízí solární ohřev i další výhody:

1. Šetrnost k životnímu prostředí. Snižují se emise oxidu uhličitého. Za rok zabrání 1 m2 solárního kolektoru vypouštění 350-730 kg odpadu do atmosféry.
2. Estetika. V kompaktní koupelně nebo kuchyni lze ušetřit prostor od objemných kotlů nebo plynových sloupů.
3. Odolnost. Výrobci ujišťují, že při dodržení technologie instalace bude komplex sloužit přibližně 25-30 let. Mnoho společností nabízí záruku až 3 roky.

Argumenty proti využívání solární energie: výrazná sezónnost, závislost na počasí a vysoká počáteční investice.

Numerické charakteristiky slunečního záření

Existuje něco jako sluneční konstanta. To odpovídá 1367 wattům. Jedná se o množství energie na metr čtvereční planety Země. Až na to, že na zemský povrch dopadá díky atmosféře asi o 20-25 % méně energie. Proto je například hodnota sluneční energie na metr čtvereční na rovníku 1020 W. S ohledem na střídání dne a noci a změnu úhlu Slunce nad obzorem se tato hodnota snižuje přibližně 3krát.

Odkud se však tato energie bere? Na tuto otázku začali vědci poprvé odpovídat v 19. století a jejich verze byly velmi odlišné. V současné době řada studií prokázala, že zdrojem sluneční energie je reakce přeměny 4 atomů vodíku na jádro helia. Při tomto procesu se uvolňuje značné množství energie. Například energie uvolněná při přeměně 1 gramu vodíku je srovnatelná s energií uvolněnou při spalování 15 tun benzinu.

Tepelná čerpadla pro vytápění domácností

Tepelná čerpadla využívají všechny dostupné alternativní zdroje energie. Odebírají teplo z vody, vzduchu a země. Malé množství tohoto tepla je k dispozici i v zimě, takže tepelné čerpadlo ho shromažďuje a přesměrovává k vytápění domu.

Tepelná čerpadla využívají také alternativní zdroje energie - teplo země, vody a vzduchu.

Princip fungování

Čím jsou tepelná čerpadla tak atraktivní? Při vynaložení 1 kW energie na jeho čerpání získáte v nejhorším případě 1,5 kW tepla a nejúspěšnější implementace mohou dát až 4-6 kW. A to v žádném případě neodporuje zákonu zachování energie, protože energie se nevynakládá na výrobu tepla, ale na jeho čerpání. Neexistuje tedy žádný rozpor.

Schéma tepelného čerpadla pro využití alternativních zdrojů energie

Tepelná čerpadla mají tři pracovní okruhy: dva vnější a jeden vnitřní, dále výparník, kompresor a kondenzátor. Obvod funguje takto:

• V prvním okruhu cirkuluje teplonosné médium, které odebírá teplo z nízkopotenciálních zdrojů. Může být ponořen do vody, zakopán v zemi nebo může čerpat teplo ze vzduchu. Nejvyšší teplota, které lze v tomto okruhu dosáhnout, je přibližně 6 °C.
• Ve vnitřním okruhu cirkuluje chladicí kapalina s velmi nízkým bodem varu (obvykle 0 °C). Po zahřátí se chladivo odpařuje, páry vstupují do kompresoru, kde se stlačí na vysoký tlak. Při kompresi se uvolňuje teplo a páry chladiva se zahřívají na průměrnou teplotu +35 °C až +65 °C.
• V kondenzátoru se teplo předává teplonosnému médiu z třetího - topného - okruhu. Chladicí páry se zkondenzují a poté se dále uvolňují do výparníku. A pak se cyklus opakuje.

Topný okruh je nejvhodnější provést jako podlahové vytápění. Teploty jsou pro to ideální. Radiátorový systém by vyžadoval příliš mnoho sekcí, což je nevzhledné a nerentabilní.

Alternativní zdroje tepla: odkud a jak získávat teplo

Největší výzvou je však návrh prvního vnějšího obvodu, který sbírá teplo. Protože zdroje jsou nízkopotenciální (je v nich málo tepla), je k získání dostatečného množství tepla zapotřebí velká plocha. Existují čtyři typy obvodů:

• Prstence trubek položené ve vodě s teplonosným médiem. Nádrž může být jakákoli - řeka, rybník, jezero. Hlavní podmínkou je, aby nepromrzla ani při největších mrazech. Čerpadla, která odčerpávají teplo z řeky, pracují efektivněji, ve stojaté vodě se teplo přenáší mnohem méně. Takový zdroj tepla je nejjednodušší realizovat - hodit do trubek, přivázat závaží. Pouze pravděpodobnost náhodného poškození je vysoká.

• Tepelná pole s trubkami uloženými pod hloubkou pronikání mrazu. Nevýhodou je v tomto případě velký objem výkopových prací. Půdu je třeba odstranit na velké ploše a ve značné hloubce.

• Využití geotermálních teplot. Řada vrtů je vyvrtána do velké hloubky a okruhy výměníků tepla jsou do nich spuštěny. K čemu je tato varianta dobrá - vyžaduje málo místa, ale ne všude je možné vrtat do velké hloubky a také služby vrtáků jsou drahé. Je však možné vyrobit vrtnou soupravu samostatně, ale práce není snadná.

• Odběr tepla ze vzduchu. Takto fungují klimatizace s funkcí vytápění - odebírají teplo z venkovního vzduchu. Tyto jednotky fungují i při teplotách pod bodem mrazu, ale ne při velmi "hlubokých" teplotách pod bodem mrazu - do -15 °C. Pro intenzivnější práci je možné využít teplo z větracích šachet. Nalijte tam trochu chladicí kapaliny a čerpejte teplo odtud.

Hlavní nevýhodou tepelných čerpadel je vysoká cena samotného čerpadla a instalace sběrných polí není levná. Můžete ušetřit, pokud si čerpadlo vyrobíte sami a obvody položíte vlastníma rukama, ale i tak to bude hodně peněz. Výhodou je, že vytápění bude levné a systém bude mít dlouhou životnost.

Druhy

V současné době jsou stále populárnější různé typy solárních panelů. Na první pohled by se mohlo zdát, že všechny solární moduly jsou stejné: velké množství samostatných malých fotovoltaických článků spojených dohromady a pokrytých průhlednou fólií. Ve skutečnosti se však všechny moduly liší výkonem, konstrukcí a velikostí. V současné době výrobci rozdělili solární systémy na dva hlavní typy: křemíkové a fóliové.

Pro domácí účely se instalují solární panely s křemíkovými fotovoltaickými články. Jsou nejoblíbenější na trhu. Rozlišujeme také tři typy - polykrystalické, monokrystalické, které již byly v tomto článku podrobněji popsány, a amorfní, na které se zaměříme podrobněji.

Amorfní - jsou rovněž vyrobeny z křemíku, ale kromě toho mají také pružnou elastickou strukturu. Nejsou však vyrobeny z krystalů křemíku, ale ze silanu - jiného názvu pro oxid křemičitý. Mezi vlastnosti amorfních modulů patří jejich vynikající účinnost, a to i za oblačného počasí, a schopnost kopírovat jakýkoli povrch. Účinnost je však výrazně nižší - pouze 5 %.

Druhý typ solárních panelů - filmové panely - se vyrábí na bázi několika látek.

• Kadmium - tyto panely byly vyvinuty již v 70. letech a byly použity ve vesmíru. Dnes se však kadmium používá také při výrobě průmyslových a domácích solárních elektráren.
• Polovodičové moduly CIGS - vyvinuté ze selenidu mědi, india a jsou filmové. Indium se také hojně používá při výrobě monitorů z tekutých krystalů.
• Polymer - používá se také při výrobě solárních fóliových modulů. Tloušťka jednoho panelu je asi 100 nm, ale účinnost zůstává na 5 %. Pozitivní však je, že tyto systémy jsou cenově dostupné a nevypouštějí do ovzduší žádné škodlivé látky.

Na trhu jsou však dnes i méně objemné přenosné modely. Jsou speciálně navrženy pro použití při venkovních aktivitách. Tyto solární panely se často používají k dobíjení přenosných zařízení: malých přístrojů, mobilních telefonů, fotoaparátů a kamer.

Přenosné moduly se dělí na čtyři typy.

• Nízká spotřeba - poskytují minimální nabití, které stačí k dobití mobilního telefonu.
• Flexibilní - lze je srolovat a jsou lehké, což je činí velmi oblíbenými u turistů a cestovatelů.
• Podložené moduly - mají mnohem vyšší hmotnost, přibližně 7-10 kg, a proto poskytují vyšší výkon. Tyto moduly jsou speciálně navrženy pro použití na dlouhých cestách autem a lze je použít i pro částečné autonomní napájení chalupy.
• Univerzální - nepostradatelný pro turistiku, zařízení má několik adaptérů pro současné nabíjení různých zařízení, hmotnost může být až 1,5 kg.

Vhodné pro průměrnou domácnost

• Pro domácí použití je solární energie slibnou formou energie.
• Jako zdroj elektrické energie využívají obytné domy solární elektrárny, které vyrábí průmysl v Rusku i v zahraničí. Instalace jsou k dispozici v různých kapacitách a konfiguracích.
• Použití tepelného čerpadla - zajistí ohřev teplé vody v domě, ohřev vody v bazénu, ohřev topného média v topném systému nebo ohřev vzduchu v interiéru.
• Solární kolektory - lze je použít v systémech vytápění a ohřevu vody v domácnostech. Vakuové trubicové kolektory jsou v tomto případě účinnější.