Как это работает?

Ветровые электростанции

Открыть схему в новой вкладке

Автономные ветрогенераторы состоят из:

  1. генератора,
  2. хвостовика,
  3. мачты,
  4. контроллера,
  5. инвертора
  6. аккумуляторной батареи

У классических ветровых установок – 3 лопасти, закреплённых на роторе. Вращаясь ротор генератора создаёт трёхфазный переменный ток, который передаётся на контроллер, далее ток преобразуется в постоянное напряжение и подаётся на аккумуляторную батарею. Ток проходя по аккумуляторам одновременно и подзаряжает их и использует АКБ как проводники электричества. Далее ток подаётся на инвертор, где приводиться в наши привычные показатели: переменный однофазный ток 220В, 50 Гц. Если потребление небольшое то сгенерированного электричества хватает для электроприборов и освещения, если тока с ветряка мало и не хватает - то недостаток покрывается за счёт аккумуляторов. Такой же принцип в автомобилях: когда мы едем, генератор в машине заряжает аккумуляторы и снабжает электричеством все приборы в машине, когда машина останавливается, то аккумулированный ток идёт из АКБ.

Ничего сверхсложного в ветряках нет, в них используются все те изобретения которые мы постоянно используем каждый день, не подозревая об этом. Источник не работает напрямую на обеспечение бытовых электроприборов по нескольким причинам: во-первых, электрическая энергия генерируется источником тогда, когда есть ветер или солнечная погода; во-вторых, генерируемая электрическая энергия источником немного отличается от той, что привыкли получать бытовые электроприборы.

Аккумуляторные батареи (АКБ) – буфер для хранения и дальнейшего использования электрической энергии. АКБ накапливает электрическую энергию, когда в доме отключены приборы или их количество и потребляемая энергия не столь велеки. Во время пиковой нагрузки, когда электрической энергии необходимо больше чем может обеспечить источник, дополнительную мощность отдают АКБ. Как использовать энергию накопленную в электрической аккумуляторной батарее? Для этого разработано множество устройств получивших название инвертор, от понятия инвертирование – перевертывание. Проще говоря инвертор – электрическое устройство преобразующее постоянную энергию накопленную в аккумуляторе в переменное бытовое напряжение. Современные инвертора, управляемые микропроцессорами настолько совершенны, что могут производить напряжение с эталонной формой! Это означает, что о такой стабильности и качестве напряжения получаемой из обычной городской сети бытовым приборам и их хозяевам остается только мечтать!

Ветрогенераторы современных конструкций позволяют использовать экономически эффективно энергию ветра. С помощью ветрогенераторов сегодня можно не только поставлять электроэнергию в «сеть» но и решать задачи электроснабжения локальных или островных объектов любой мощности.

 

Солнечные коллекторы

Открыть схему в новой вкладке

Солнечный вакуумный коллектор СВК — это преобразователь тепловой энергии солнца. Обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов составляет 97%. Солнечные коллекторы устанавливают на крыше зданий с ориентацией на юг. Угол наклона относительно горизонта должен быть равен градусу широты местности. Для Северо-Запада России это значение равно 60°. При эксплуатации системы в зимний период рекомендуется угол наклона увеличить до 70º.

Типы солнечных водонагревателей

Солнечные вакуумные коллекторы подразделяются по способу нагрева воды на СВК прямого нагрева воды (сезонные) и косвенного (всесезонные)
Вакуумные коллекторы с прямой теплопередачей солнечной энергии воде.

В таких системах стеклянные вакуумные трубки и бак накопитель монтируются на одну раму под углом 40-60 градусов. Трубки входят непосредственно в накопительный бак через уплотнительное резиновое кольцо. Вода нагревается в вакуумных трубках и, в следствие естественной циркуляции, более горячие слои жидкости поднимаются в бак. Горячая вода из бака используется на бытовые нужды. Такие системы работают без давления. Подключение к водопроводу производится через запорный клапан, который поддерживает уровень воды в баке, по такому же принципу, как и в бачке унитаза. Т. к. в качестве теплоносителя используется вода, такие коллекторы называют сезонными. В европейской части России их можно использовать в период с апреля по сентябрь, т. е. до наступления ночных заморозков.
Преимуществами коллекторов данного типа являются простота, высокий КПД (до 95%), низкая стоимость и полная энергонезависимость.
Вакуумные коллекторы с косвенной теплопередачей солнечной энергии воде. Также такие системы называют всесезонными или раздельными. Принцип действия таких коллекторов напоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, которая может работать под давлением водопровода. Основные параметры таких установок:

  • Применяются вакуумные тепловые трубки (HP — Heate Pipe) Это более продвинутый тип трубки, который может работать при низких температурах до —50°С и давлении водопровода.
  • Коллектор и бак-накопитель расположены раздельно и соединены трубопроводом. Коллектор обычно монтируется на крыше, а бак накопитель внутри здания. Именно поэтому такие системы называют сплит-системами (от англ. Split — делить или раздельный).
  • Работа системы автоматизирована специализированным контроллером
  • Теплоноситель циркулирует в системе принудительно. Для этого применяется циркуляционный насос.
  • Вакуумная тепловая трубка — это двойная стеклянная вакуумная трубка с закрытой медной трубкой внутри.

Конструкция вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Внутренняя труба покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует (поглощает) солнечную энергию а вакуум препятствует потерям тепла. Медная трубка запаяна и содержит небольшой объем легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть — наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура (незамерзающей жидкости). Конденсат стекает вниз, и процесс «испарения-конденсации» повторяется. Данная трубка устойчива к замораживанию и работоспособна без повреждений до —50°С. Испарение жидкости начинается при достижении температуры внутри трубки +30°С. При меньшей температуре трубка «запирается» и дополнительно сохраняет тепло. Такие трубы функционируют и в пасмурную погоду, и при отрицательной температуре, они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло.

 

Фотоэлектрические панели (Солнечные батареи)

Открыть схему в новой вкладке

Солнечная электростанция – это фотоэлектрическая система, состоящая из нескольких солнечных панелей-модулей, аккумулятора, регулятора разряда-заряда аккумулятора и инвертора.

Солнечные электростанции, основным компонентом которых являются солнечные панели, предназначены для производства и накопления солнечной энергии. Благодаря своим электрическим свойствам, наиболее популярны фотоэлектрические панели. Работают такие панели по следующему принципу: солнечный свет попадает на элементы солнечных панелей, постоянный ток проходит через преобразователь, который преобразует его в переменный ток. Переменный ток может непосредственно использоваться потребителями и, при наличии в системе резервных батарей, накапливаться. Фотоэлектрические модули (панели) изготавливаются из кристаллического кремния. Широкое использование кремния для изготовления панелей объясняется тем, что это второй (после кислорода) по распространенности элемент в земной коре.

Кремниевые солнечные панели делятся на:

  • панели из монокристаллического кремния;
  • панели из поликристаллического кремния;
  • панели из аморфного кремния.

Панели на основе монокристаллического кремния отличаются высоким КПД (в среднем 15%), т.е. наиболее эффективно преобразовывают солнечную энергию в электрическую. Стоят они дороже панелей из поликристаллического кремния. КПД панелей изготовленных на основе поликристаллического кремния составляет в среднем 11%. Меньшая стоимость таких панелей объясняется более простой технологией получения поликристаллического кремния. Самой недорогой по сравнению с первыми двумя является технология получения аморфного кремния. Солнечные панели на основе некристаллического кремния отличаются более коротким сроком эксплуатации, а также низким КПД. В настоящее время имеются в наличии солнечные модули мощностью от 6.0 до 280Вт. Для увеличения мощности возможно объединение нескольких модулей. Солнечные панели производят электричество даже без попадания прямых солнечных лучей. Однако угол наклона солнечного света, изменяющийся в зависимости от времени года, влияет на эффективность работы фотоэлектрических модулей. Поэтому, если нет возможности изменения положения модуля, при установке выбирается оптимальный угол наклона. Некоторые заводы производят двухсторонние солнечные модули, преобразующие энергию света с фронтальной и тыльной стороны. Это позволяет увеличить объем получаемой энергии на 15-20% с заданной площади.