Солнечные батареи были испытаны в полевых условиях на многих установках. Практика показала, что срок службы солнечных батарей превышает 20 лет. Фотоэлектрические станции, работающие в Европе и США около 25 лет, показали снижение мощности модулей примерно на 10%.

Таким образом, можно говорить о реальном сроке службы солнечных монокристаллических модулей 30 и более лет. Поликристаллические модули обычно работают 20 и более лет. Модули из аморфного крем­ния (тонкопленочные, или гибкие) имеют срок службы от 7 (первое поколение тонкопленочных технологий) до 20 (второе поколение тон­копленочных технологий) лет.

Более того, тонкопленочные модули обычно теряют от 10 до 40% мощности в первые 2 года эксплуатации. Поэтому, около 90% рынка фотоэлектрических модулей в настоящее время составляют кристал­лические кремниевые модули.

Другие компоненты системы имеют различные сроки службы: аккумуляторные батареи имеют срок службы от 2 до 15 лет, а силовая электроника — от 5 до 20 лет.

Мини-гидроэлектростанции (рис. 4.9) предназначены для обеспе­чения электроэнергией удаленных и отрезанных от внешнего мира удаленных объектов (подробности на http://alt-energy. org. Ua/2009/05/l 0/ mini-gidroelektrostancii/). Для успеш­ной и экономичной работы гидроэ­лектростанции достаточно иметь небольшой ручей (или иной водо­ток) с перепадом уровней в 1—2 м и расходом воды от 90 л/с.

В условиях холмистого рельефа мини-ГЭС просто незаменимы! В комплект поставки входят энергоблок, устройство автоматического регулирования, устройство возбуждения и водозаборный агрегат. Монтаж станции весьма прост.

Например, миниГЭС 7.5ПР можно смонтировать практически вручную: масса брутто (в упаковке) энергоблока не превышает 250 кг. Основные технические характеристики миниГЭС приведены в табл. 4.2. Параметры тока 230 В 50 Гц.

Как известно, за удовольствие надо платить, и в случае ветрогир — лянд это вопрос о мачте, — к чему подвешивать? Хорошо, если речь о даче, и можно натянуть горизонтальный несущий трос между парой деревьев или между деревом и шестом на крыше, чтобы цеплять одну или несколько гирлянд уже к нему. Для установок, претендующих на нечто более чем 50—100 Вт, понадобится специальное сооружение.

Очевидным плюсом является возможность использовать в каче­стве опоры мачту на растяжках, которая дешевле решетчатых башен как минимум в 2—2,5 раза. За счет потенциально высокой простран­ственной плотности размещения даже на одной мачте можно подве­сить гирлянды значительной суммарной ометаемой площади.

Но желательно как можно дальше разнести гирлянды друг от друга, и от ствола. Наверное, это будут (увы, быстро) понижающиеся от мачты кольца гирлянд, или одно кольцо в виде расходящегося шатра. К сожа­лению, максимально использовать жизненно необходимую ветроуста — новкам высоту в случае одной единственной опоры очень трудно.

Уже легче, если мачт будет две, можно выстроить ряд гирлянд, или лучше два параллельных ряда, обеспечив просвет между плоскостями с помощью горизонтальных распорок, вставленных между несущими торсами рядов. Вариантов расположения и для одной, и для двух мачт можно придумать множество, нужно только не забывать, что:

♦ во-первых, система несущих тросов должна быть опускаемой;

♦ во-вторых, нижний край гирлянд также лучше закреплять на не­сущих тросах, растянутых на достаточном расстоянии от земли.

■pa Совет.

1Н| Ветра у самой поверхности мало, и площадь под гирляндами лучше использовать в сельскохозяйственных целях.

Ясно, что действительно значительное количество гирлянд можно подвесить лишь на пространственных ячейках по 3 или 4 опоры. Тогда одна мачта сможет поддерживать утлы сразу нескольких сосед­
них ячеек с высокой плотностью заполнения гирляндами. Это суще­ственно увеличивает минимальные начальные затраты на ветроуста — новку с одной ячейкой, зато если мощность планируется постепенно наращивать, добавление следующей ячейки потребует дополнитель­ной установки уже только одной/двух, а не трех/четырех мачт.

Плоский солнечный коллектор — самый распространенный вид солнечных коллекторов, используемых в бытовых водонагреватель­ных и отопительных системах. Этот коллектор представляет собой теплоизолированную остекленную панель, в которую помещена пла­стина поглотителя. Пластина поглотителя изготовлена из металла, хорошо проводящего тепло (чаще всего меди или алюминия). Чаще всего используют медь, т. к. она лучше проводит тепло и меньше под­вержена коррозии, чем алюминий. Пластина поглотителя обработана специальным высокоселективным покрытием, которое лучше удер­живает поглощенный солнечный свет (www. atmosfera. ua).

Это покрытие состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическое основание, и отлича­ется высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрас­ной области.

Благодаря остеклению (в плоских коллекторах обычно использу­ется матовое, пропускающее только свет, стекло с низким содержа­нием железа) снижаются потери тепла. Дно и боковые стенки кол­лектора покрывают теплоизолирующим материалом, что еще больше сокращает тепловые потери. Устройство плоского солнечного кол­лектора показано на рис. 2.1.

Рассмотрим принцип действия. Солнечный свет проходит через остекление и попадает на поглощающую пластину, которая нагрева­ется, превращая солнечную радиацию в тепловую энергию. Это тепло передается теплоносителю — воде или антифризу, циркулирующему через солнечный коллектор. Теплоноситель нагревается и отдает затем тепловую энергию через теплообменник воде в емкостном водонагре­вателе. В нем горячая вода находится до момента ее использования.

Совет.

Также в емкостном водонагревателе можно установить электри­ческую вставку, чтобы в случае понижения температуры ниже установленной (например, из-за продолжительной пасмурной погоды) она догревала воду до заданной температуры.

Солнечные батареи (SunCharger)
на гибких фотоэлементах 4/6/8/11/15 Вт

Солнечные батареи, представленные на сайте www. vampirchik-sun. nm. ru, позволяют зарядить почти все мобильные устройства в поле­вых условиях. Электроника облег­чает выполнение этой задачи. Часто их приобретают для создания своих автономных устройств мобильного электропитания.

Почти все представленные сол­нечные батареи изготовлены из аморфного кремния, поэтому они имеют минимальный вес на еди­ницу мощности, а также являются гибкими, т. е. не ломаются при изгибе, что важно в походных усло­виях (рис. 3.13).

Н Примечание.

На сегодняшний день солнечные батареи без электроники практи­чески не используются.

Электроника выполняет две задачи:

♦ согласование нестабильных выходных параметров солнечной батареи с требуемыми для мобильного потребителя;

♦ накопление энергии от солнечной батареи.

Как выбрать? Если кратко, то вначале определяемся с необходимой мощностью солнечной батареи, затем выбираем электронику, кото­рая лучше всего подходит под наши задачи. Разновидности солнечных батарей будут рассмотрены после табл. 3.1.

Примечание.

Хотя, как ни странно, с развитием электроники, эта последова­тельность меняется: сначала выбираем накопитель, который бы подошел по мощности под наши устройства, а потом ищем источник (солнечная батарея или что-то еще), который бы «про­кормил» наш накопитель.

Заметим, если солнечная батарея питает потребителей непо­средственно, то ее мощность должна быть не меньше, чем текущие запросы потребителя (плюс запас в пару-тройку раз, на «неидеаль — ность» погоды).

Однако если использовать накопитель, то требуемая мощность солнечной батареи может быть в несколько раз меньше, чем в слу­чае непосредственного питания от нее. Т. е., образно говоря, солнеч­ная батарея целый день заряжает аккумулятор, а вечером в течение пары часов этот аккумулятор питает, например, КПК. Это позволяет использовать менее мощную, т. е. более легкую и дешевую солнечную батарею и иметь запас энергии на «темный день».

Для выбора агрегата необходимо точно определить преимуще­ственное направление и среднюю скорость ветров в том месте, где предполагается установить ветрогенератор. Следует помнить, что начальная скорость вращения лопастей ветрогенераторов равна 2 м/с, а скорость, при которой генератор работает с максимальной эффек­тивностью, — 9… 12 м/с. Еще одно замечание. Мощность ветрогенера­тора зависит только от скорости ветра и диаметра винта.

В специальной литературе имеется множество формул расчета мощности ветроустановок. Приведу две, самые простые. Обе они дают примерно одинаковый результат.

Р = D2V3/7000, кВт,

где Р — мощность;

D — диаметр винта в метрах;

V — скорость ветра в м/с.

Р = 0,6SV3,

где Р — это мощность, в ваттах;

S — площадь (м2), на которую перпендикулярно дует ветер;

V — скорость ветра, в метрах в секунду (в формуле — в кубе). Получается, при известной средней скорости ветра, выбор заклю­чается в диаметре винта установки. Ну и еще, сравним расчеты с потребной мощностью. Если она нас устраивает, то хорошо. А если нет, то:

♦ либо надо искать другой источник энергии;

♦ либо строить несколько ветряков.

Во что же обошлась такая самодельная ветроэлектростанция автору этой конструкции в США? Примерно в 150 долларов. Не так уж плохо. Промышленная турбина соизмеримой мощности, промыш­ленные контроллер и мачта обошлись бы $750—$1000.

Дальнейшие пути по усовершенствованию этой системы:

♦ смонтировать электронику в водонепроницаемом корпусе.

♦ подключить приборы для контроля напряжения батарей и тока заряда/разряда.

♦ подключить тахометр для измерения скорости вращения.

♦ увеличить количество аккумуляторов.

♦ добавить еще одну турбину или солнечную батарею.

♦ приобрести более мощный инвертор.

♦ придумать что-то для автоматического флюгирования или тор­можения турбины при сильном ветре.

♦ сделать для мачты бетонный фундамент

♦ увеличить высоту мачты и заменить нейлоновые растяжки стальными тросами.

На сегодняшний день производители предлагают садоводам боль­шое количество различных вариантов дачных душей — разнообраз­ных по своим свойствам, качеству и цене:

♦ во-первых, души, в которых вода нагревается естественным пу­тем — под воздействием солнечных лучей — чрезвычайно попу — лярны, так как занимают очень немного места на участке и удоб­ны в использовании;

♦ во-вторых, душ педальный. Или топтун, топтышка. Для тех, кто постоянно ездит на дачный участок или проводит время в похо­дах на природе, наилучшим вариантом будет педальный душ — благодаря простоте конструкции, он может быть помещен в обычный пакет. Он состоит из педалей, при нажатии на которые из шланга начинает литься вода и душевой лейки. Он настолько просто в обращении, что использовать его самостоятельно смо­гут даже маленькие дети. Самые простые в использовании дач­ные души. Один конец шланга опускается в емкость с водой, на втором конце душевая лейка, переминаясь на специальных пе­далях вы перекачиваете воду снизу вверх;

♦ в-третьих, души, в которых вода нагревается электронагревате­лем. Он состоит из бака, объем которого может достигать 200 л, а также кабины, оснащенной специальным местом, где можно раздеться и повесить свои вещи. Встроенный терморегулятор поддерживает заданный уровень температуры воды, поэтому таким душем можно пользоваться в любую погоду. Каркас душа обычно покрывают краской, препятствующей появлению ржав­чины, поэтому он с легкостью переживет зимний период на ва­шем участке. Такие души очень надежны, прослужат вам долгий срок, их очень просто установить самостоятельно в любом месте вашего участка.

♦ в-четвертых, бочка с электроподогревом. Если у вас уже есть конструкция душа, или вы хотите использовать уже готовое по­мещение для душевой, например, сарай или бытовку, то вам не­обходима бочка с электроподогревом, вы устанавливаете бак на крыше, а душевую лейку выводите над местом помывки. Нали­чие в бочке с электроподогревом терморегулятора позволяет по­лучать воду именно той температуры, которая вам необходима.

Что такое гидроэнергетика

Определение.

Гидроэнергия — энергия, сосредоточенная в потоках водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего использу­ется энергия падающей воды.

До середины XIX века для этого применялись водяные колеса, пре­образующие энергию движущейся воды в механическую энергию вра­щающегося вала. Позднее появились более быстроходные и эффек­тивные гидротурбины.

До конца XIX века энергия вращающегося вала использовалась непосредственно, например:

♦ для размола зерна на водяных мельницах;

♦ для приведения в действие кузнечных мехов и молота.

Но когда наступил золотой век электричества, произошло возрож­дение водяного колеса, правда, уже в другом обличье (в виде водяной турбины). Электрические генераторы, производящие энергию, необ­ходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся.

Примечание.

Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году.

Сейчас практически вся механическая энергия, создаваемая гидро­турбинами, преобразуется в электроэнергию.

Альтернативной энергетике последнее время уделяется присталь­ное внимание во всем мире. Заинтересованность в использовании возобновляемых источников энергии — ветра, солнца, морского при­лива и речной воды, — легко объяснима: нет нужды закупать доро­гостоящее топливо, имеется возможность использовать небольшие станции для обеспечения электроэнергией труднодоступных райо­нов. Последнее обстоятельство особенно важно для стран, в которых имеются малонаселенные районы или горные массивы, где прокладка электросетей экономически нецелесообразна.

Широкое распространение получил гидропривод, включающий в себя и гидропередачи. Гидропередачи используют для передачи момента вращения от ветродвигателя на вал ротора электрогенера­тора. В гидропередачах энергия передается за счет движения жидко­сти, находящейся под большим давлением (см. рис. 1.18).

Наверху мачты монтируется гидронасос объемного действия, например:

♦ или шестеренчатый марки НШ-10У на давление 10 МПа;

♦ или аксиально-поршневой марки 210.12 на давление 16 МПа, или др.

Напорная линия от него в виде стальной трубки диаметром 1/2" или гибкого шланга опускается в полость мачты, такой же шланг или трубка опускается вниз из всасывающего отверстия насоса на глубину 0,5—0,7 м.

Внизу на платформе, приваренной к трубе мачты, монтируется гидродвигатель с электрогенератором, валы которых сочлены обыч­ными муфтами. Напорный патрубок гидродвигателя присоединяется к напорному шлангу гидронасоса, а сбросный патрубок соединяется с внутренней полостью трубы мачты, которая заливается минеральным маслом.

Примечание.

Если рабочий объем гидродвигателя меньше рабочего объема насоса, то частота вращения гидродвигателя будет больше частоты вращения насоса, т. е. пропеллера.