Солнечная энергетика: теория и практика

Я не верю в 10 летний срок службы аккумуляторов. Практика развеяла мои иллюзии. Солнечная энергетика на деле оказалась достаточно дорогим удовольствием.
10 лет наше поселение Милёнки жило в автономном режиме. 10 лет эксплуатировались различные инверторы, контролеры, генераторы, ветряки и солнечные панели. Это достаточный срок, чтобы отделить рекламную чепуху от реальности и сделать трезвые выводы. Выводы следующие.

Первое - Очень важно ГДЕ вы живёте. В Краснодаре это одно, в Калужской области - совсем другое. У нас, (особенно осенью и зимой) мало солнечных дней. Поэтому в самое тёмное время года, (когда как раз и нужно электричество в максимальном объёме), заряжать аккумуляторы солнцем не получается. В это время года работает схема Генератор - зарядное устройство- аккумулятор. Т.е по факту жить приходится на бензине и генераторе, что в общем то не так уж и экологично. Шум, вонь, постоянная заливка бензина, точно не радуют.

Второе - Самым слабым звеном в солнечной энергетике по прежнему остаются аккумуляторы. Максимальный срок их службы, (тот, что я видел в нашем поселении), шесть лет. У других хозяев в том числе и у меня, аккумуляторы выходили из строя значительно раньше в среднем за 3-5 лет. Гелевые аккумуляторы полностью разочаровали. Бешеная дороговизна при сомнительных преимуществах. Поэтому многие перешли на обычные автомобильные аккумуляторы. Я использую сейчас Варту Super Heavy Duty на 225 а.ч. Очень доволен соотношением цены на а.ч. и возможностью восстановления батареи. Плюс Варта не боится морозов. Главное, при эксплуатации аккумуляторов, не опускать в них напряжение ниже 12 вольт. Врежьте в цепь вольтметр и смотрите на него постоянно, как на градусник зимой. Дошло до 12 вольт - вперёд на улицу. Заводим генератор, подключаем зарядное устройство.

Третье - Не покупайте фирменные разрекламированные контролерры Morningstar, Xantrex. Они бессмысленно дороги и ни чем не лучше Китайских собратьев - EPsolar. Покупать контролеры нужно на Али бабе или E-BAY. Мне нравится модель на 20 ампер - EP Solar Tracer 2215. Хотя у китайцев есть модели на 30 и 45 ампер, но я считаю, что лучше купить два контролера на 20 ампер и иметь две независимые системы, чем одну большую. С большой, как раз я и начал. Глупо потратив свои деньги.

Чевёртое - Не гонитесь за мощностью. Не пытайтесь обмануть себя покупкой мощного инвертора. Инвертор на три киловатта уже бессмыслен. (Тем более на 6 квт). Он быстро высосет всю жизнь из аккумулятора когда солнце зайдёт за тучки, а нагрузку вы снять забудете. Забудете так три четыре раза и начнётся сульфатация аккумулятора. Лучше сразу привыкнуть к тому, что серьёзную нагрузку - Насос в колодце свыше 800 ватт, пылесос, стиральную машинку с нагревом воды, утюг, электрочайник, циркулярку на 1500 вт, электропилу, триммер, газанокосилку, придётся запитывать от генератора. Мне больше нравится в доме два инвертора по 600 ватт. В компании Сибконтакт есть симпатичный инвертор на 300 ватт. Его особенность - у него нет вентилятора. Поэтому и холостой ход мал и шума нет. И ещё чистый синус выдаёт. Кросота - рекомендую.

Пятое - Зарядное устройство. Его лучше брать помощнее. Желательно от 40 ампер. 50 ампер ещё лучше. Я купил на E BAY Promariner ProNautic C3. У них есть модели на 40,50 и 60 ампер. До этого пользовался массой отечественных зарядных устройств. Главная грусть была в долгой зарядке. Генератор тарахтит, дымит, раздражает. Promariner заряжает гораздо быстрее. Очень большой плюс. (Расход бензина меньше и генератор дольше живёт).

Пятое - Генератор. Сейчас у меня уже третий генератор. Теперь остановился на Вепре 2.7 квт. с хондовским движком. Доволен. Главное преимущество - зимой заводится надёжно. Плюс потребление бензина достаточно скромное. До этого имел Макиту и Hitachi. Странно, но самая капризным оказался Hitachi, зимой заводился тяжело. На морозе выдавило сальники. Да и расход бензина у 5-ти киловатной модели был большой. Генератор лучше иметь с оптимальной мощностью, чтобы и стиральную машинку потянул и пылесос. А это чуть больше, чем 2 квт. Даже 3.5 квт, как например у меня Макита - это уже немного перебор и трата лишних денег.

Шестое - Лампочки. Сейчас, это уже очевидно они должны быть светодиодными. Но когда мы начинали их ещё не было. Потом они появились с ужасным спектром света, (как в морге). Сейчас же всё в порядке. Свет тёплый, и цена наконец-то снизилась. Я закупаю лампочки в Икее. Служат надёжно и долго. Этой весной там появились уже модели на 1000 лм. по цене 399 руб. При цветности 2700 к. К лампочкам, которые стоят в коридорах и других мало используемых местах (прихожая, туалет) хорошо бы добавить датчик движения. Многие у нас так и сделали. Особенно радует такой датчик на крыльце. Подходишь тёмным вечером к дому - БАХ! и у тебя крыльцо цивилизованно сияет светом. Мелочь, но как радует.

Седьмое - Солнечные панели. Это как раз то, на что все обращают внимание. Водят умные разговоры о монокристалических и поликристалических преимуществах и недостатках. Ерунда. В солнечный день любая панель забьёт ваш аккумулятор очень быстро и энергию льющуюся через край будет отсекать контроллер. Т.е в солнечный день панели большую часть времени будут работать вхолостую. Ну а зимой в пасмурную погоду, любая панель будет беспомощна. В любом случае длинным зимним вечером (ноутбуком и освещением) вы высадите ваш аккумулятор и придётся идти дёргать генератор. Я остановился на мощности (какой тип не важно) панелей в 400 ватт. С моей точки зрения это оптимально. Можно и больше мощность поставить, но это опять перерасход денег. Больше панелей ставить тогда целесообразно, когда вы подключены через счётчик к общей энергосистеме и ваши зелёные квт - часы бережно засчитываются. Но это не для нашей страны. А жаль. Громадное количество энергии тупо отсекается. При установке панелей ставьте их повертикальней, чтобы потом зимой не мучатся с очисткой снега. Тем более, если панели расположены высоко на крыше. Снег практически отсекает весь свет.

Восьмое - Солнечные коллекторы. Вот это то, где солнечная энергия используется по полной. Никакие контроллеры ничего не отсекают. ВСЯ энергия солнца используется на обогрев воды. И нагревается у меня целых два бака по 200 литров. Нагревается до 90-92 градусов. Когда я мою посуду горячей водой или принимаю тёплый душ, чувствую себя счастливым. Разбор воды у меня большой. Особенно, когда когда начинаются заготовки на кухне. И нагреть такое количество воды газом это очень долго и достаточно затратно. А здесь каждый день 400! литров. Горячей воды так много, что часть её я отвожу на батареи отопления. Весной (когда много солнца), а ночи ещё холодные, протапливать дом расточительно. И пара батарей справляется с обогревом очень неплохо. (В жару батареи просто закрываются). Поэтому рекомендую начинать пользоваться энергией солнца с солнечных коллекторов. Плюс, ваша жена вам ещё спасибо скажет. А хорошее настроение жены дорогого стоит.

С прошлого года наше поселение начало подключение к ЛЭП. Сейчас уже около 20-ти участков, забыли об генераторах. Начали пользоваться электрическими чайниками и пылесосами. В поселении стало тише. Теперь больше слышно петухов, чем шума от многочисленных генераторов. В окнах стало больше света. А в некоторых дворах зимой горели гирлянды на елках. Стало практичней, спокойней, светлее.

Солнечная энергетика это хорошо. Особенно она хороша летом, в Сочи и Краснодаре или в маленьком дачном домике. Зимой же на широте Тульской, Тверской, Ленинградской или Калужской области; при ПОСТОЯННОМ проживании многодетной семьи. Когда нужно постоянно стирать, готовить, убираться, солнечной энергии не хватает - Приходится пользоваться генератором. А это достаточно дорого, неудобно, не очень экологично. Идеальной была бы ситуация, когда летом наши солнечные установки, вырабатывая излишнюю мощность отдавали бы её в сеть. А зимой эти бы киловатт часы шли бы зачётом обратно. Без всяких денег. Простой взаимозачёт. Другой вариант был бы неплох, если в продаже появились бы действительно большие накопительные аккумуляторы. 1000 а.ч. 5000 а.ч. Причём, чтобы цена была у них адекватной.

За несколько лет эксплуатации солнечной энергии я пришёл к выводу, что лучше иметь две, а то и три параллельных небольших системы, чем одну большую. Одна небольшая, но эффективная система может выглядеть например так - Один аккумулятор на 225 а.ч. Варта Super Heavy Duty - 17 т.руб. Одна солнечная панель на 300 ватт - 20 т.руб., Контролер на 20 А. ( EP Solar) - 8 т.руб. Инвертор на 600 ватт - 4 т.руб. Итого - 49 т.руб. Это очень и очень достойная система. На неё например сажаете ноутбуки. Параллельно ставите (такой же конфигурации) вторую систему и подключаете на неё например холодильник и освещение. Итого, ваша система стоит 98 т.руб.
Киловатт час сейчас для Милёнок стоит в районе 6 руб. Значит потребляя по 10 квт.ч. в день, можно жить так 1633 дня. Четыре с половиной года. Но за четыре с половиной года я лично уже расстался с аккумулятором. Значит опять затраты. Срок окупаемости опять отодвигается.

Солнечной энергетика безусловно имеет свои плюсы, тем более когда вы находитесь в безысходной ситуации, когда к ЛЭП подключится в принципе нельзя. Нужно просто ювелирно тратить свои деньги, покупая действительно нужные и практичные элементы системы. И не возлагать на неё чрезмерные надежды в осенне - зимний период.








источник

Солдаты солнца: солнечная энергия на службе России

Солнце – штука полезная. Когда-то люди считали его богом. Теперь мы знаем, что это огромный термоядерный реактор. Более 2000 лет назад Архимед изобрёл много хитрых механизмов и способ использования солнечных лучей для поджога вражеского флота. Теперь российские инженеры изобретают экзоскелеты и способы его электропитания при помощи Солнца. Уже через пять лет мы сможем увидеть на параде наших солдат, облачённых в «Ратники» и экзоскелеты с солнечными батареями, которые будут работать в любую погоду.

Солнце – это жизнь, свет и тепло. В конечном счёте, Солнце является источником почти всех остальных видов энергии. Но люди давно искали способ прямого использования солнечной энергии. Согласно легенде во время осады Сиракуз в 212 году до н.э. защитники города по указанию изобретателя Архимеда подожгли вражеский флот, сфокусировав на кораблях солнечные лучи при помощи отполированных до блеска медных листов и щитов. А в наше время учёные работают над способами мирного использования нашего светила. Участвуют в этом и российские специалисты.

Нагреем воду

Неизвестно, насколько достоверна легенда об Архимеде и сожжённом флоте у берегов Сиракуз, но такой метод концентрации солнечной энергии нашёл применение. При помощи зеркал солнечное излучение фокусируется на баке-испарителе с водой. Вода нагревается, превращается в пар, а пар уже вращает турбину электрогенератора, и получается электричество. Всё та же тепловая электростанция.

Недостаток такой электростанции очевиден.

Во-первых, она может работать в ограниченном числе мест на Земле, где почти круглый год ясная погода.

Во-вторых, именно в этих местах воды нужной для работы такой солнечной электростанции как раз и не хватает.

И, в-третьих, это очередное громоздкое и дорогостоящее сооружение, требующее обслуживания и ухода. А хочется чего-нибудь лёгкого и мобильного. Нужен способ прямого преобразования света в электричество.

С чего начнем?

О том, что под действием света в некоторых материалах образуется электрический ток, стало известно ещё в XIX веке. Это явление было названо фотоэффектом. В конце века профессор МГУ Александр Григорьевич Столетов систематически изучал этот эффект и сформулировал закон, носящий его имя. В 1905 году Альберт Эйнштейн дал объяснение фотоэффекту, за что позже получил Нобелевскую премию.

Пройдёт ещё пятьдесят лет прежде, чем фотоэффект найдёт практическое применение.

4 октября 1957 года запуск советского Спутника открыл эру освоения космоса. Радиопередатчик первого спутника работал от батарейки, но для длительной работы спутников на орбите требуется что-то более долгоиграющее.

Вот тогда конструкторы по-новому посмотрели на Солнце. Очевидно, что солнечные батареи – оптимальный источник питания для космических аппаратов.

У нас разработкой солнечных батарей занимался Ленинградский физико-технический институт, который добился в этом деле больших успехов. Основу успеха заложили работы тогда ещё будущего нобелевского лауреата Жореса Алфёрова. С началом 90-х работы по солнечной энергетике в Физтехе фактически прекратились. Но трудные времена прошли, и физтеховцы взялись за старое.

И что получилось?

Основой солнечной энергетики является кремний. Раньше его наносили методом плазмохимического напыления на стеклянные пластины. Понятно, что такие солнечные панели тяжелы, громоздки и хрупки. Кроме того, использование кристаллического кремния позволяет использовать лишь небольшую долю света для преобразования в электричество – всего 10% максимум.

В Физтехе научились делать гибкие плёнки с использованием наноструктурированного кремния. Они уже способны преобразовывать в электричество 22% света. При этом они работают не только под прямыми солнечными лучами, но и в рассеянном свете при пасмурной погоде. Даже в ясную лунную ночь они будут вырабатывать электричество. Санкт-Петербург, где находится институт, – идеальное место для тестирования этих новых преобразователей солнечной энергии.

В шаге от промышленного производства

Насколько быстро можно будет довести эту научную разработку до промышленного производства? Очень быстро. В самом институте установлена опытная линия, на которой можно отработать весь технологический процесс получения готового изделия и отдавать производственникам уже протестированный «рецепт». В феврале этого года в Новочебоксарске был запущен в эксплуатацию первый в России завод полного цикла по производству солнечных батарей. Вот с этим заводом питерский Физтех и сотрудничает.

Электропитание для «Ратника»

Тонкоплёночные солнечные батареи, разработанные в Санкт-Петербурге, могут найти самое разнообразное применение. Наверное, они будут очень интересны оборонной промышленности.

В комплект боевой экипировки военнослужащего «Ратник» входят разные электроприборы: система управления «Стрелец», коммуникатор, видеосистема для стрельбы из укрытия, набор тепловизионных прицелов для ведения боя ночью и в условиях плохой видимости, система определения «свой-чужой» и активные наушники.

Всё это электрохозяйство питается от переносной аккумуляторной батареи с ресурсом 12-14 часов активной работы. Аккумуляторная батарея в защитном корпусе – это ещё несколько килограммов веса на бойце. Всё это снижает мобильность бойца и делает его зависимым от источников тока для подзарядки аккумуляторов.

Тонкоплёночные солнечные батареи решат эту задачу. Они могут быть использованы и как первичные источники питания, и для подзарядки всё тех же аккумуляторов в зависимости от погоды. Толщина плёнки – всего 7 микрометров. Её можно нанести на ранец, каску и бронежилет бойца. Можно сделать палатки, покрытые этой плёнкой. Такая палатка будет служить источником питания.

Экзоскелеты

Это то, что уже можно делать прямо сейчас. Но к 2020 году планируется наладить производство экзоскелетов для наших солдат. И это не научная фантастика. Осенью прошлого года на форуме «Дни робототехники в Сочи» компания «Экзороботикс», являющаяся проектом «Сколково», впервые продемонстрировала медицинский экзоскелет. Опять же вопрос электропитания для этого устройства – один из ключевых. Аккумуляторы и суперконденсаторы имеют ограниченный заряд. Плёночные солнечные батареи – это идеальное решение для экзоскелета.

Крым

Но если мы вернёмся к мирным делам, то солнечные электростанции на основе новой питерской разработки будут очень востребованы в Крыму. Если уж в вечно пасмурном Питере они работают (на крыше Физтеха установлены солнечные батареи, экономящие институту плату за электричество), то в солнечном Крыму, как говорится, сам Бог велел использовать энергию Солнца.

А в целом по России планируется через пять лет ввести в строй полтора гигаватта солнечных электростанций.

источник

Можно ли научить человека фотосинтезу?

Представьте, что было бы, если бы люди, как растения, могли питаться напрямую солнечной энергией.