Category Archives: Альтернативные источники энергии и энергосбережение

Солнечный коллектор из медных трубок

В этом разделе рассмотрена конструкция и методика изготовления летнего душа с солнечным коллектором из медных трубок. Установка рассчитана ее автором Е. Карповым на изготовление в домашних усло­виях и использование только широкодоступных материалов.

Солнечный коллектор — это основной элемент гелиоустановки. Решено было использовать медную трубу для систем отопления. Причина выбора — высокая коррозионная стойкость, простота сборки (пайка), разумно сделанные фитинги — практически без скач-

Переход угловой 020 мм -3/4"

Подпись:Переход 018 мм -3/4"

Заглушка медная 018 мм Труба медная 018 мм Лист металлический 0,8 мм Переход прямой 020 мм-3/4"

Тройник 3/4"

Подпись: Заглушка медная 018 мм Труба медная 018 мм Лист металлический 0,8 мм Переход прямой 020 мм-3/4" Тройник 3/4"

Заглушка 3/4"

Подпись: Заглушка 3/4" image193Труба медная 018 мм

Тройник 018 мм/15 мм

Утеплитель (минеральная вата 50 мм)

ков проходного сечения. Конструкция солнечного коллектора показа нарис. 2.13.

Трубы гидравлических коллекторов холодной и горячей воды изго­товлены из отрезков трубы диаметром 18 мм и тройников, нагреватель­ные трубки имеют диаметр 15 мм. Для подключения к системе исполь­зуются переходы на резьбу ЪА дюйма, два других конца заглушены.

К нагревательным трубкам припаян стальной лист толщиной 0,8 мм. На изготовление солнечного коллектора ушло 20 тройников, 5 м трубы 015 мм, 1,5 м трубы 018 мм, две заглушки и две переход­ные муфты. Кроме этих материалов понадобится роликовый трубо­рез, припой с флюсом и самая дешевая газовая горелка.

Изготовление нагревательной панели начинается с нарезки нуж­ного количества трубок, после этого в два тройника впаивается пер­вая нагревательная трубка и промежуточные трубки, далее на проме­жуточные трубки надеваются следующие два тройника с вставленной (но не припаянной) нагревательной трубкой, и все соединения про­паиваются, и так далее. В последнюю очередь впаиваются заглушки и переходные муфты.

Совет.

Сборку следует вести на ровной плоскости, то есть после уста­новки очередной пары тройников, всю конструкцию следует уло­жить на плоскость и выровнять, а потом уже паять (лучше паять прямо на плоскости, если она это выдержит).

Подпись:ІИ

Пайка производится следующим образом:

♦ на конец трубы наносится тонким слоем поясок флюс-припоя шириной 10—15 мм;

♦ труба вставляется в тройник (муфту);

♦ место спая прогревается горелкой до расплавления припоя.

После этого к нагревательным трубкам припаивается металличе­ский лист, это самая сложная и неприятная часть работы. Во-первых, следует запастись достаточным количеством обычного припоя. Во-вторых, наложив теплообменник на лист, следует отметить места, где проходят нагревательные трубки, и их облудить.

Совет.

Удобно паять, поставив всю конструкцию под углом и одновре­менно орудуя мощным (90 ватт) паяльником и газовой горелкой.

Перед пайкой, лист надо прижать к трубкам. Автор Е. Карпов использовал несколько струбцин, переставляя их по мере надобности. Можно просверлить в листе отверстия диаметром 1—1,5 мм и при­тянуть их проволокой. Трубки надо припаять по всей длине с обеих сторон, не жалея припоя.

Завершив пайку, следует провести гидравлические испытания, например, заглушив один выход, а второй подключив к водопроводу. Нигде и ничего не должно течь и капать. Готовую нагревательную панель окрашивают черной матовой термостойкой краской в два слоя, краска продается в аэрозольной упаковке. В последнюю очередь уста­навливают тройник и переход. Готовую панель помещают в деревян­ный ящик (рис. 2.14).

Ящик собран в шип из четырех досок толщиной 25 мм. Перед сбор­кой вдоль длинных сторон досок с обеих сторон выбирают рубанком паз глубиной 6 мм и шириной 6—8 мм. Для повышения жесткости коробки заподлицо с нижним краем пазов в углы коробки вклеиваются деревянные бруски 30×30 мм, два таких же бруска длиной 300—400 мм приклеивают (приблизительно по центру) изнутри вдоль длинной стороны коробки со стороны установки задней крышки. Они служат для крепления задней крышки ящика, изготовленной из куска фанеры толщиной 6 мм. Для про­хода входного и выходного патрубков, в ящике вырезают пазы.

■■ Совет.

ІУІ Делать это лучше по месту, закрепив предварительно нагрева — тельную панель. Для склеивания ящика следует использовать хоро­ший водостойкий клей, вполне подходят «Жидкие гвозди».

Шаг 1. На задней крышке крепят шурупами четыре деревянных проставки толщиной 50 мм (следует следить, чтобы проставка не попала под нагревательную трубку).

Шаг 2. На крышку укладывают слой стекловаты с припуском 90—100 мм, напротив проставок стекловату раздвигают.

Шаг 3. Устанавливают нагревательную панель на проставки, и кре­пят ее к ним шурупами.

Шаг 4. Вставляют заднюю крышку в ящик, и крепят крышку шуру­пами к брускам.

Шаг 5. Расправляют стекловату вдоль стенок ящика, и закрепляют ее в нескольких местах тонкими гвоздями с широкими шайбами.

Шаг 6. Устанавливают на силиконовом герметике защитное стекло.

Шаг 7. Задувают строительной пеной места прохода патрубков.

Эквивалентная площадь нагрева солнечного коллектора примерно составляет 0,5 м2.

Сборка гелиоустановки. Полная схема гелиоустановки показана на рис. 2.15. Гелиоустановка одноконтурная, термосифонного типа и рас­считана на постоянное подключение к магистрали питающей воды.

питающей воды 1/2"

Подпись:

Штуцер подвода горячей воды

Автоматический клапан Штуцер подвода

Выходной N I— патрубок горячей воды

Труба горячей воды

Запорный клапан Лейка

Тройник 3/4"

Солнечный Сливная пробка коллектор

_ патрубок 0 g

| питающей g

воды §

image199

Теплоизоляция

Такая схема многократно описана, и поэтому не будем повторяться, а основное внимание уделим ее техническому воплощению.

Бак-накопитель — это алюминиевая бочка, которая после пере­делки имеет емкость приблизительно 0,3 м3. Для теплоизоляции бак обернут двумя слоями минеральной ваты толщиной 50 мм. Поверх ваты уложено два слоя гидроизоляционной ткани, ткань закреплена тонкой вязальной проволокой. Сверху положен кружок рубероида (в виде юбочки) и тоже закреплен вязальной проволокой. Конечно, алюминиевая бочка — это роскошь (просто повезло), вполне подой­дет и стальная емкость, окрашенная изнутри водостойкой краской.

Можно попробовать и полиэтиленовую емкость, но при постоян­ном нахождении на улице их долговечность не очень велика. Общее требование к любому типу бака: он должен быть узким и высоким.

Резиновая шайба Металлическая шайба Переход на

Подпись: Резиновая шайба Металлическая шайба Переход на

Гайка 3/4”

Сгон 3/4”, длина 100-150 мм

Подпись: Гайка 3/4” Сгон 3/4”, длина 100-150 мм image203Штуцера в баке изготовлены из оцинкованных сгонов длиной 100— 150 мм. Для подключения солнечного коллектора используются сгоны на % дюйма, для штуцера подачи питающей воды —

металлопластиковую трубу 020 мм

У

Подпись:Уг дюйма. Конструкция штуцера показана на рис. 2.16. Отверстия в баке сначала сверлятся, а потом доводятся до необходимого диаметра напильником.

Трубопроводы ИЗГОТОВ — Рис. 2.16. Конструкция штуцера

лены из металлопластико­вой трубы. Работа с ней не вызывает каких-либо проблем и не требу­ется какой-то специальный инструмент. Она прекрасно режется роли­ковым труборезом. При больших радиусах сгиба можно обойтись и без гибочной пружины. Еще одно ее положительное свойство: малое гидравлическое сопротивление. Для теплоизоляции труб использу­ется стандартный теплоизоляционный рукав.

В качестве автоматического клапана питающей воды используется поплавковый клапан от сливного бачка унитаза. При выборе клапана не стоит экономить:

♦ во-первых, клапан должен быть надежным, чтобы не лазить каждую неделю наверх;

♦ во-вторых, при его открывании вода должна вытекать преиму­щественно из выходного отверстия, а не лететь во все стороны.

На выходной патрубок клапана надета пластиковая трубка, доста­ющая до дна бака. При отборе воды, холодная вода поступает на дно бака и вытесняет горячую воду наверх.

Выходной патрубок изготовлен из куска оцинкованной трубы с нарезанной на одном его конце резьбой Уг дюйма длиной 150 мм. Труба уплотняется в днище бака аналогично уплотнению штуцеров, на оставшийся конец резьбы накручивается стандартный шаровой клапан (желательно с длинной ручкой).

Соответственно, в клапан вворачивается лейка. По-видимому, луч­шим решением было бы использование плавающего водозаборника и отбор воды из верхних слоев. Выяснилось, что в жаркий день темпера­тура воды для мытья слишком высока, поэтому выпускной патрубок был слегка модифицирован. Между выпускным патрубком и клапа­ном был установлен тройник. В него от дополнительного штуцера, установленного в днище бака, через гибкий шланг и кран подается более холодная вода. Получилось некое подобие смесителя.

Солнечный коллектор установлен под утлом 45° и направлен точно на юг. Конструкция душевой кабинки — произвольная, но она должна выдержать суммарный вес полного бака и ваш. Автор (Е. Карпов) сва­рил каркас кабинки из трубы 040 мм и угольника 40×40 мм, пол и крыша сделаны из доски толщиной 40 мм. Конструкция имеет значи­тельный излишний запас прочности, но у меня есть дальнейшие виды на перспективы ее использования.

Чтобы система хорошо работала надо выполнить три главных условия:

♦ обеспечить хорошую теплоизоляцию всех частей установки;

♦ обеспечить минимальные гидравлические сопротивления;

♦ обеспечить максимальный перепад высот между входным па­трубком солнечного коллектора и штуцером горячей воды, уста­новленном на баке (отмечает Е. Карпов на http://www. next-tube. com/articles/sunny/sunny. pdf).

Выбор места установки ветродвигателя

Наилучшим местом установки ветроэлектростанции является уча­сток с наименьшей затеняемостью от ветра большими деревьями и постройками с минимальным расстоянием от их 25—30 м. Высота ее должна превышать высоту ближайших строений на 3—5 м. По линии господствующего направления ветра деревьев быть не должно.

Ветроэлектростанция WE3000 на 3 кВт

WE3000 является ВЭС второй величины с позаимствованными эле­ментами самого лучшего у WE1500. Но, в то же время, WE3000 явля­ется принципиально новой машиной с большим диаметром турбины, иной конструкцией лопастей и мощным генератором очень надежной конструкции.

Установка WE3000 представляет собой высокоэффективную, бес­шумную, самоориентирующуюся систему способную работать в автономном режиме при минимальных скоростях ветра от 2 м/с. При

Ветяная

электрическая станция

image118

Рис. 1.53. Система с использованием WE1500

ветре 10 м/с WE3000 может производить электроэнергию мощностью более 3 кВт.

Использование генератора без повышающего редуктора (мульти­пликатора) позволяет во много раз увеличить срок необслуживаемого использования, и позволяет в течение срока службы эксплуатировать WE3000, не прибегая к плановой замене деталей или узлов. Отсутствие редуктора позволяет добиться старта ВЭС при самом слабом ветре и делает работу наших ветряков бесшумной.

Характеристики электростанции WE3000:

♦ TOC o "1-5" h z номинальная мощность генератора, кВт…………………………….. 3,0

♦ максимальная мощность генератора, кВт……………………………. 5,1

♦ максимальные обороты ротора, об/мин……………………………… 260

♦ выходное напряжение………………………. переменное трехфазное

♦ макс. вых. напряжение в цепи АКБ, VDC…………………………… 285

♦ частота, Гц………………………………………………………………….. 0—35

♦ диаметр ротора, м……………………………………………………………. 4,5

♦ количество лопастей, штук…………………………………………………… 3

♦ стартовая скорость ветра, м/с…………………………………………….. 2,0

♦ номинальная скорость ветра, м/с……………………………………….. 10

♦ ориентация по ветру………………………………………………………… есть

♦ защита от ураганных ветров…………………………………………….. есть

♦ тормоз ротора…………………………………………………………………. есть

♦ шкаф управления — микропроцессорный——- Control Box СВ20

♦ высота мачты не менее, м………………………………………………….. 12

♦ напряжение аккумулятора, В…………………………………………….. 240

♦ TOC o "1-5" h z максимальный ток заряда, А……………………………………………… 20;

♦ минимальные аккумуляторы…………………….. 20 штукх12 В 26 Ач;

♦ конструкция мачты…………………………………………………… сборная;

♦ масса WE3000, кг……………………………………………………………. 154;

♦ уровень шума (на расстоянии 10 м), дБ, не более……………….. 45;

Самодельная солнечная батарея

Можно сделать простейшие собственные солнечные батареи в кухне из материалов из хозяйственного магазина (www. scitoys. com). Предлагаемая солнечная батарея будет сделана из оксида меди вместо кремния. Окись меди — один из первых материалов, в котором ученые открыли фотоэ­лектрический эффект, в котором свет заставляет электричество течь в материале. Фото и подробности см. на http://electro-shema. ru/zll. htm.

Материалы:

♦ лист меди из хозяйственного магазина. Он обычно стоит при­близительно 150 руб. за 1 м2. Нам нужно примерно 45 см2;

♦ два зажима «крокодильчика»;

♦ чувствительный микроамперметр, который может измерить промежутки между 10 и 50 микроамперами. Можно использо­вать и обычный;

♦ электрическая печь не меньше 1100 Вт, чтобы горелка станови­лась красной;

♦ пластиковая 2-литровая бутылка с отрезанным горлышком;

♦ пара столовых ложек столовой соли;

♦ вода из-под крана;

♦ наждачная бумага или дрель с насадкой (абразивной);

♦ листовой металл.

Сначала нужно отрезать часть меди, чтобы она была размером с электрическую плиту. Помойте руки, чтобы не оставлять жирных или других пятен. Также вымойте медный лист с моющим средством, чтобы смыть с него жир. Используйте наждачную бумагу или абразив­ную щетку, чтобы полностью убрать медное защитное покрытие так, чтобы любой сульфид или другая легкая коррозия были удалены.

Затем положите чистый медный лист на плитку (электрическую) и включите ее на максимум.

Медь начнет нагреваться и окисляться, вы увидите красивые красно-оранжевые пятна на ее поверхности. Когда медь нагреется еще больше, разноцветные пятна станут заменяться черным цветом — оксидом меди. Все цвета исчезают, когда спираль уже красная.

Когда горелка будет пылать, лист меди будет покрыт черным мед­ным оксидом.

image245Совет.

Позвольте ей пожариться еще полчаса, таким образом, черное покры­тие будет толстым. Это важно, так как толстое покрытие отсло­ится легко, в то время как тонкое останется, прилипнув к меди.

После получаса «кулинарии» выключите горелку. Оставьте горя­чую медь на горелке, чтобы медленно охлаждаться. Если вы охладите ее слишком быстро, то черная оксидная пленка прилипнет к меди.

Поскольку медь охлаждается, она сжимается. Черная медная окись также сжимается. Но они сжимаются с разной скоростью, что застав­ляет черную медную окись отслоиться.

Когда медь охладилась до комнатной температуры (это занимает приблизительно 20 мин.), большая часть черной оксидной пленки уйдет.

Легкое очищение вашими руками под проточной водой удалит большинство маленьких кусочков. Не пытайтесь отдирать неподдаю — щиеся пятнышки и не сгибайте лист — можете повредить тонкий слой окиси меди, а как раз он нам и нужен.

Остальная часть сборки очень быстрая и простая. Обрежьте вто­рой лист меди под размер с первым (нагретым). Аккуратно согните обе части, таким образом они войдут в пластмассовую бутылку, не касаясь друг друга.

Прицепите «крокодильчики» к обеим пластинам. Соедините провод от чистой меди к плюсу, а провод от пластины с оксидом — к минусу. Теперь смешайте пару столовых ложек соли в небольшом количестве горячей воды из-под крана. Размешивайте, пока вся соль не раство­рится. Аккуратно вылейте смесь в бутылку (где пластины), оставив примерно 2,5 см от краев пластин.

Оксид меди — полупроводник. Он является промежуточным про­водником, где электричество может течь свободно, и изолятор, где электроны сильно связаны с их атомами, и не текут свободно.

В полупроводнике есть промежуток, названный запрещенной зоной между:

♦ электронами, которые связаны сильно с атомом;

♦ электронами, которые более далеки от атома, который может переместиться свободно и провести электричество.

Электроны не могут остаться в запрещенной зоне. Электрон может дать только немного энергии и переехать от ядра атома в запрещенную зону. Электрон должен получить достаточно энергии переместиться дальше от ядра, за Пределами запрещенной зоны.

Точно так же электрон вне запрещенной зоны не может проиграть немного энергии и упасть только немного ближе к ядру. Это должно потерять достаточно энергии упасть мимо запрещенной зоны в область, где можно электронам.

Когда солнечный свет поражает электроны в оксиде меди, некото­рые из электронов получают достаточно энергии от солнечного света, чтобы подскочить мимо запрещенной зоны и стать свободными про­вести электричество. Батарея производит 50 мА в 0,25 В.

Свободные электроны перемещаются в соленую воду, затем в чистую медную пластину, в провод, через амперметр, и назад к окис­ленной пластине. Поскольку электроны перемещаются через ампер­метр, мы видим работу (ампер). Когда тень падает на солнечную бата­рею, электроны движутся медленнее и миллиампер меньше.

Буфер на гелиевом аккумуляторе 12 В, 4,5 А-ч, 7 А-ч и 9 А-ч

Мощный буферный аккумулятор (рис. 3.16), который можно непо­средственно подключать к 12 В солнечным батареям (8 Вт, 11 Вт и 15 Вт).

Рекомендуется, но не обяза­тельно, использовать 4,5 А-ч с сол­нечными батареями: 7 А-ч 8 Вт или 9 А-ч с 11 Вт, 15 Вт.

От буфера можно питать любые устройства, которые могут рабо­тать от прикуривателя автомобиля.

Можно заряжаться как от солнеч­ной батареи, так и от прикуривателя автомобиля — в соединительных проводах встроен дополнительный

ДИОД И токоограничивающий рези — Рис. 3.16. Внешний вид буфера на

СТОр ДЛЯ безопасной зарядки. гелиевом аккумуляторе в комплекте

image293Примечание.

При зарядке от солнечных батарей SunCharger контроля зарядки не требуется. А при зарядке от солнечных батарей с рабочим напряжением 17 В нужно использовать контроллер заряда или муль­тиметр для контроля состояния аккумулятора.

Сумка служит для переноски и дополнительной защиты аккумуля­тора. В ней внутри стенок проложена тонкая «пенка». Также, есть пара перегородок, которые крепятся на липучке.

Сумка и провода могут быть куплены без аккумулятора. Вообще, это очень мощный и простой буфер, который рекомендуется. тем, кому вес зарядного комплекта не слишком важен.

Надежность его весьма высока, т. к. нет никакой электроники и ломаться просто нечему.

Рассмотрим характеристики:

♦ напряжение используемых аккумуляторов, В……………………… 12;

♦ емкость аккумуляторов, А-ч……………………………………….. 4,5, 7,9;

♦ входной разъем — прикуриватель (папа) с предохранителем и светодиодом;

Подпись: Рассмотрим характеристики: ♦ напряжение используемых аккумуляторов, В 12; ♦ емкость аккумуляторов, А-ч 4,5, 7,9; ♦ входной разъем — прикуриватель (папа) с предохранителем и светодиодом;

Также, в отличие от буфера на литиевых аккумуляторах, свинцо­вый буфер может работать при отрицательных температурах.

♦ длина зарядного провода, м……………………………………………….. 1,5;

♦ выходной разъем — прикуриватель (мама);

♦ рабочая температура, °С……………………………………………. -20—+50;

♦ зарядка от солнечных батарей

и прикуривателя автомобиля………………………………………………. да;

♦ размеры аккумулятора 4,5А-ч, мм…………………………. 102x90x70;

♦ размеры аккумулятора 7 А-ч и 9 А-ч, мм………………… 151x94x65;

♦ вес 4,5 А-ч / 7А-ч /9А-ч, кг………………………………………. 1,5/2,2/2,7.

Альтернативные источники энергии и энергосбережение

Истощение месторождений нефти, угля и газа может привести к глобальной энергетиче­ской катастрофе. Ведь традиционные источники энергии иссекаемы. А ветер, Солнце, реки, океаны и моря обладают неисчерпаемыми запасами энергии. Доступна в неограниченных количествах и биомасса, и вторсырье.

В книге рассматриваются устройства, с помощью которых можно получать энергию из неисчерпаемых или возобновляемых природных ресурсов. Такие устройства снижают за­висимость от традиционного сырья. Повсеместный переход на альтернативную энергетику может эту зависимость полностью исключить.

В ряде случаев использование традиционных источников или дорого, или они расположены так далеко от загородного дома, что коммуникации проложить невозможно. В этих случаях стоит задача электроэнергию и тепло получить на месте его использования. Это совершенно реально, да и экономически выгодно.

Книга рассказывает об использовании солнечного излучения, механической энергии ветра, течения рек, приливов и отливов морей и океанов, геотермальной энергии Земли, биомассы для получения электроэнергии и тепла.

Книга предназначена для широкого круга домашних мастеров.

ПВХ лопасти для ветровой турбины

Следующий шаг — изготовление лопастей и ступицы. Многие вырезают лопасти из дерева. Такой вариант является чрезмерно тру­доемким.

Лопасти можно вырезать из секций ПВХ і трубы. Сначала вы должны решить для себя, какого размера лопасти нужны. Затем можете отправляться в магазин. Само собой разуме­ется, вы должны купить отрезок трубы такой I же длины, какими будут лопасти.

В

Примечание.

Диаметр трубы должен быть в 5 раз меньше длины лопасти.

Например, для лопастей 50 см надо купить трубу диаметром 10 см. Из одного отрезка трубы можно сделать 4 лопасти.

Итак, вы принесли домой ПВХ трубу. В нашем примере, для лопастей 50 см. Этапы соз­дания лопастей представлены на рис. 1.26.

Первым делом надо разрезать трубу вдоль на четыре одинаковых секции. Размечать цилин­дрическую поверхность трубы без каких-либо приспособлений сложно. Лучше всего взять большой лист бумаги и плотно обмотать его вокруг трубы. Край листа поможет провести прямую линию на трубе.

Рис. 1.26. Этапы
создания лопастей

Подпись: Рис. 1.26. Этапы создания лопастей Ширина листа будет равна, длине окруж­ности. Затем сложите лист бумаги пополам

и отметьте половину окружности трубы. Наконец, сложите лист в четыре раза. Таким методом вы сможете аккуратно провести прямые линии по всей длине трубы. А теперь берите пилу, и разрезайте трубу на две половины. А теперь каждую половину еще раз пополам.

Обработайте четыре заготовки. Теперь, с каждой из четырех заго­товок, мы должны проделать следующее:

♦ сделать прямоугольные вырезы длиной порядка 5 см у основа­ния будущих лопастей. Прежде чем резать заготовки, надо про­сверлить в углах отверстия, чтобы не нарушать структурную целостность материала. Вырезы следует делать аккуратно, ста­раясь не задеть пилой просверленные отверстия;

♦ обрезать заготовки наискосок от конца к основанию.

Следуя общему рецепту (рис. 1.26), кое-

6

Рис. 7.27. Вариант методики создания лопастей

Подпись: 6 Рис. 7.27. Вариант методики создания лопастей что можно сделать по-другому (рис. 1.27).

Купить трубу из ABS, а не ПВХ. Диаметр трубы взять 150 мм, вместо 100 мм. И уве­личить длину лопастей с 50 см до 61 см.

Разрезать трубу вдоль на четыре части.

Вырезать одну лопасть и дальше использо­вать ее как шаблон для вырезания осталь­ных. В результате получаться три рабочие лопасти и одну запасную.

Затем, используя шкурильную машину, снять с лопастей заусенцы и сгладить края, стараясь придать им лучшую аэродина­мическую форму. Не знаю, насколько это улучшает их свойства, но уж точно, портит (рис. 1.27, б).

Классификация гелиосистем

Гелиосистемы подразделяются на два типа (активные и пассив­ные) в зависимости от способа циркуляции нагреваемой жидкости и имеют два варианта исполнения (прямые и косвенные) в зависимо­сти от наличия или отсутствия теплоносителя. Рассмотрим эти гелио­системы.

Пассивные гелиосистемы — циркуляция жидкости осуществля­ется за счет конвективных потоков. В основе этого процесса лежит явление естественной конвекции — стремление теплых масс воды вверх. При нагреве воды ее объем несколько увеличивается, а плот­
ность и удельная масса снижаются — вода становиться легче и восхо — дящими потоками поднимается по коллектору в верхнюю часть бака.

В свою очередь, холодная вода постепенно перетекает в коллектор, где также нагревается. Так происходит циркуляция водных масс в системе. С этим явлением мы сталкиваемся в жаркую погоду, коща влага испаря­ется с поверхности Земли, достигая верхних слоев тропосферы, водные массы собираются в облака, охлаждаются и выпадают в виде дождя. Достоинства и недостатки пассивных систем приведены с табл. 2.1.

Достоинства и недостатки пассивных систем Таблица 2.1

Достоинства

Недостатки

1. Меньшая стоимость и затраты при эксплуатации и обслуживании.

2. Независимость от наличия электрической энергии, используемой для работы циркуляционного насоса и контроллера.

3. Надежность, долговечность и легкость в эксплуатации

1. Меньшая производительность за счет пассивной циркуляции жидкости.

2. Бак имеет строгое размещение — выше коллектора и непосредственно примыкает к нему

Активные гелиосистемы для циркуляции жидкости через коллек­тор используют электрический насос, дополнительным оборудова­нием является контроллер и клапаны. При этом насос используется в случае необходимости интенсификации производства горячей воды, часто достаточно только естественной конвекции. Достоинства и недостатки активных систем приведены с табл. 2.2.

Достоинства и недостатки активных систем Таблица 2.2

Достоинства

Недостатки

1. Большая производительность за счет активной циркуляции жидкости.

2. Расположение бака не требует строгого размещения, поэтому системы легче модифицируются, чем пассивные

1. Большая стоимость и затраты при эксплуатации и обслуживании.

2. Зависимость от наличия электрической энергии, используемой для работы циркуляционного насоса и контроллера.

3. Более требовательны в эксплуатации

Малые и микрогидроэлектростанции

Малые гидроэлектростанции обычно обладают всеми преимуще­ствами больших ГЭС, но при этом предоставляют возможность пода­вать энергию децентрализовано. Кстати малые ГЭС выгодно отлича­ются и отсутствием некоторых недостатков, присущих большим стан­циям. Это, например, уменьшение или полное отсутствие негативного влияния на окружающую среду.

Малая энергетика позволяет каждому региону использовать соб­ственные ресурсы. На сегодняшний день в мире эксплуатируется несколько тысяч малых гидроэлектростанций. Малые станции произво­дят электроэнергию в тех случаях, когда уровень воды в реке достаточен для этого. Если малая гидроэлектростанция дополнена аккумуляторной системой, то существует возможность накопления полученной энергии, что помогает избежать перебоев в подаче электричества. Особый инте­рес малая гидроэнергетика представляет для развивающихся стран, поскольку не требует сложного и дорогостоящего оборудования.

В России зоны децентрализованного энергоснабжения составляют более 70% территории страны. До сих пор у нас можно встретить насе­ленные пункты, в которых электричества не было никогда. Причем не всегда это поселения Крайнего Севера или Сибири. Электрификация не затронула, например, некоторые уральские поселки — края, кото­рый вряд ли назовешь неблагополучным с точки зрения энергетики.

Между тем, электрификация отдаленных и труднодоступных насе­ленных селений — дело не такое уж и сложное. Так, в любом уголке России найдется речка или ручей, где можно установить микроГЭС.

Малые и микроГЭС — объекты малой гидроэнергетики. Эта часть энергопроизводства занимается использованием энергии водных ресурсов и гидравлических систем с помощью гидроэнергетических установок малой мощности (от 1 до 3000 кВт).

Малая энергетика получила развитие в мире в последние десятиле­тия, в основном из-за стремления избежать экологического ущерба, наносимого водохранилищами крупных ГЭС, из-за возможности обе­спечить энергоснабжение в труднодоступных и изолированных райо­нах, а также, из-за небольших капитальных затрат при строительстве станций и быстрого возврата вложенных средств (в пределах 5 лет).

Поэтому разумен курс на использование именно малых и микро­гидроэлектростанций в связи с тем, что они:

♦ являются альтернативным, надежным и экологически чистым источником электрической энергии;

♦ просты в изготовлении;

♦ не загрязняют водоемы и окружающую среду;

♦ имеют максимально упрощенную конструкцию с минимальным числом регулирующих органов.

♦ полностью автоматизированы, т. е. не требуют присутствия че­ловека при эксплуатации;

♦ требуют минимум затрат на установку и обслуживание в про­цессе эксплуатации;

♦ вырабатываемый ими электрический ток соответствует требо­ваниям ГОСТа по частоте и напряжению, причем станции могут работать как в автономном режиме, т. е. вне электросети энерго­системы области, так и в составе этой электросети;

♦ полный ресурс работы станции — не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта).

Н

Примечание.

Ну а главное достоинство: объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим зато­плением территории и колоссальным материальным ущербом.

По характеру используемых гидроресурсов МГЭС можно разде­лить на следующие категории:

♦ новые русловые или приплотинные станции с небольшими во­дохранилищами;

♦ станции, использующие скоростную энергию свободного тече­ния рек;

♦ станции, использующие существующие перепады уровней воды в самых различных объектах водного хозяйства — от судоход­ных сооружений до водоочистных комплексов.

Использование энергии небольших водотоков с помощью малых ГЭС является одним из наиболее эффективных направлений развития возобновляемых источников энергии и в нашей стране.

0

Примечание.

МикроГЭС (мощностью до 100 кВт) можно установить практиче­ски в любом месте.

Гидроагрегат малой ГЭС (МГЭС) состоит из турбины, генератора и системы автоматического управления.

Гидроагрегат состоит из трех частей:

♦ энергоблока;

♦ водозаборного устройства;

♦ устройства автоматического регулирования.

Используются микроГЭС как источники электроэнергии для дач­ных поселков, фермерских хозяйств, хуторов, а также для небольших производств в труднодоступных районах — там, где прокладывать сети невыгодно.

В

Примечание.

Технико-экономический потенциал малой гидроэнергетики в нашей стране превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер, Солнце и биомасса, вместе взятых.

В настоящее время он определен в размере 60 млрд. кВт-ч в год. Но используется этот потенциал крайне слабо: всего на 1%. Не так давно, в 1960-х годах, у нас действовало несколько тысяч МГЭС. Сейчас — всего лишь несколько сотен — сказались результаты перекосов в ценовой поли­тике и недостаточное внимание к совершенствованию конструкций обо­рудования, к применению более совершенных материалов и технологий.

Природа дает нам самый неприхотливый способ добычи энергии. Увы, мы им почти не пользуемся. Остается только надеяться, что в дальнейшем, при развитии малого производства, необходимость в использовании энергии бесчисленного количества естественных водоемов России все-таки возникнет.

Упрощенная схема работы ветрогенератора

На сегодня существует два основных варианта работы ветрогене — раторов.

Рис. 1.5. Упрощенная несетевая схема ветроэлектростанции

Подпись: Рис. 1.5. Упрощенная несетевая схема ветроэлектростанции

Классическая несетевая схема: работа с аккумуляторными бата­реями и обычным инвертором. Этот вариант позволяет полностью или частично использовать автономное энергообеспечение. Для него неважно наличие общественной электросети (рис. 1.5).

Сетевая схема: работа с сетевым инвертором без аккумуляторных батарей (рис. 1.6). В этой схеме можно частично или полностью ком­пенсировать расходы на электроэнергию. Также возможна продажа электроэнергии по «зеленому тарифу». Наличие общественной сети необходимо.

Существует также множество комбинированных и второстепенных по значимости вариантов работы ветровых станций и солнечных пане­лей (без инвертора, с источником бесперебойного питания и т. д.)

На рис. 1.5 представлена классическая схема работы ветрового электрогенератора (http://blog. ae. net. ua).

Аккумуляторные батареи (АКБ или АБ) — это накопитель­ная емкость для произведенного ветрогенератором электричества. Электроэнергия направляется в аккумуляторы и находится в батареях до того момента, пока потребитель не воспользуется ею.

!

Подпись: !Примечание.

Задача аккумуляторов состоит в сохранении электроэнергии в промежутке между ее производством и потреблением.

image031

Рис. 1.6. Упрощенная сетевая схема ветроэлектростанции

Если объем аккумуляторной батареи будет мал, то она будет быстро заполняться, а излишки энергии будут пропадать. Объем аккумуля­торной батареи должен быть большим, иначе потерь электроэнергии не избежать. Но большая батарея стоит дороже, занимает больше места и требует большего ухода. А если купить батарею огромного объема, то она никогда не будет заполняться на полную емкость, что будет элементарным расточительством средств. Необходимо учесть также и саморазряд батарей в течение очень длительного хранения энергии.

Объем аккумуляторной батареи должен быть таким, чтобы при выработке ветряного электрогенератора или фотомодулей на мак­симальной мощности или при максимальном потреблении электро­энергии процесс заряда-разряда аккумуляторной батареи составлял не менее 10 часов (это обязательное условие для всех свинцовых, кис­лотных, AGM, щелочных и гелевых батарей). К примеру, если номи­нальная мощность нашего ветряка 5 кВт, то объем аккумуляторной батареи должен составлять не менее 50 киловатт-часов.

Инвертор, преобразовывающий постоянный ток из аккумулятор­ных батарей в переменный ток, необходимый для домашней сети. Именно к нему уже подключаются потребители и электроприборы.

В

Примечание.

Мощность инвертора (он же частотный преобразователь) огра­ничивает максимальную мощность всех электроприборов, кото­рые могут работать от вашей системы одновременно.

То есть, если инвертор ограничен по мощности 3 кВт, то вы никак не сможете одновременно использовать оборудование на 5 кВт. Таким образом, вы не сможете подключить одновременно:

♦ электрочайник (2 кВт);

♦ электробойлер (3 кВт);

♦ две-три лампочки (по 100 ватт каждая).

Тут у вас есть выход: использовать эти приборы поочередно или наращивать количество/мощность инверторов. Можно установить более мощный инвертор на 6—7 кВт.

image033Совет.

Если инвертора такой мощности не окажется, то можно доба­вить к системе еще один инвертор 3 кВт и разделить между ними электроприборы: первый инвертор будет для чайника и лампочек, а второй—для электробойлера.

Но не забываем, что все инверторы потребляют на свои нужды 5—10% электроэнергии! Это означает, что при получении на выходе 5 киловатт-часов, инвертор потребит из аккумуляторной батареи 5,2—5,5 киловатт-часа. Тут вывод аналогичен: необходим инвертор или группа инверторов, которые по мощности смогут обеспечить одновременное подключение всех потенциальных потребителей. Таким образом, систему характеризуют следующие элементы:

♦ сила ветра (энергетический потенциал);

♦ мощность ветрогенератора (вырабатывает электроэнергию);

♦ емкость аккумуляторной батареи (накапливают электроэнер­гию);

♦ мощность инвертора (выдают электроэнергию потребителю). Каждый компонент энергетической системы работает независимо

от других, но определяет тот или иной важный параметр. Каждый параметр критичен и от него зависит общая работоспособность системы возобновляемой энергетики (ветрового генератора).

image035Вывод.

Для того чтобы система ветрогенератора функционировала пра­вильно, необходимо четко сформулировать задачи, которые надо достичь и предоставить исходные данные для расчета. В таком случае успех гарантирован.