Возьмите полихлорвиниловую трубку длиной 60 см и диаметром 20 см. С помощью транспортира разметьте углы: 100°, 100°, 100° и 60° (рис. 1.48). Напротив каждой отметки прочертите на трубе верти­кальную линию. Распилите лобзиком трубу по вертикальным линиям. Куски по 100° получатся шириной примерно по 174 мм. Кусок 60° оста­ется лишним.

Нанесите на каждом куске метку на расстоянии от края 29 мм, а от другого края (на противоположной стороне) на расстоянии 145 мм (в сумме 145+29 и составят 174 мм). Нанесите карандашом линию между линия а этими метками и распилите

лобзиком кусок трубы по этой линии (рис. 1.49).

Получили 6 фрагментов лопастей. Далее каждый фрагмент нужно зачистить для получения желаемой формы. Лопасти стыку­ются между собой, обра­зуя переднюю и заднюю стенки, соответственно ведущий край и отстающий край. Ведущий край нужно закруглить, а отстающий край — заточить. Размещение краев и стенок показано на рис. 1.50.

Фрагменты лопастей скрепляются винтами. Лопасти в сборе при­винчиваются к втулке каждая 2 винтами. Полная комплектация ветроэлектростанции показана на рис. 1.51.

Солнечный модуль может работать при любой комбинации напря­жения и тока, расположенным на его вольтамперной характеристике (ВАХ). Однако в реальности модуль работает в одной точке в данное время. Эта точка выбирается не модулем, а электрическими харак­теристиками цепи, к которой данный модуль (или солнечная батарея) подключен (рис. 3.2).

Напряжение, при котором ток равен 0, называется напря­жением холостого хода (Voc). С другой стороны, ток, при кото­ром напряжение равно 0, назы­вается током короткого замыка­ния (IS£). В этих крайних точках ВАХ мощность модуля равна 0. На практике, система работает при комбинации тока и напряжения, когда вырабатывается достаточная мощность.

Лучше сочетание называется точкой максимальной мощности (ТММ, или МРР). Соответствующие напряжение и ток обозначаются как Vp (номинальное напряжение) и 1р (номинальный ток). Именно для этой точки определяются номинальная мощность и КПД солнеч­ного модуля.

Можно найти все эти параметры — (Voc, Isc, МРР, Vp, Ip) — на шиль­дике или прилагаемых к модулю характеристиках (заметьте, что Vp и 1р также называются номинальными значениями.

Примечание.

Однако не рассчитывайте получить номинальную мощность от вашей солнечной батареи — почти невозможно, чтобы собранная
система работала все время в точке максимальной мощности. Кроме изменений освещенности, на вырабатываемую мощность влияет температура солнечной батареи: чем выше температура солнечной батареи, тем ниже ее мощность.

Сотни литров воды используются сегодня в каждом городском доме. Независимо от того, расходуете ли вы ее, чтобы убрать в квар­тире, помыть посуду или просто для расслабляющегося душа, в конеч­ном счете, вся эта вода спускается в канализацию.

Новый концепт от Jinwoo Han позволит частично использовать энергию воды, текущую по трубам, для получения электроэнергии (рис. 4.10).

Мини-турбина Hydro разработана для получения электричества использую давление воды в трубах. Устройство может быть подключено
к любой трубе у вас в квартире. Вода, пробегая через устройство, активи­зирует гидроэлектрическую турбину, которая вырабатывает электричество и собирает его в аккумуляторе, кото­рый связан с отдельной розеткой.

Мини-турбина Hydro — это кон­цепт гаджета, позволяющего выраба­тывать электроэнергию для бытовых нужд используя давление воды в тру­бах (http://techvesti. ru/node/918).

Примечание.

Гидротурбина может устанавливаться, как на конец крана, так и промежуточным звеном.

Гидравлическое давление заставляет вращаться лопасти турбины, закрепленной на генераторе. Устройство оборудовано аккумулятором и розеткой на 220 В, в которую можно включать бытовые электро­приборы.

Примечание.

Единственный недостаток гаджета, это падение давления в выход­ной трубе.

Вырабатываемое турбиной электричество, может использоваться для подзарядки аккумуляторов от различных устройств, что, в конеч­ном итоге, ведет к экономии электричества. Просто и эффективно!

SHAPE * MERGEFORMAT

По данным метеорологических наблюдений среднегодовая ско­рость ветра на большей части территории России редко достигает даже 5 м/с. Для Подмосковья средний ветер составляет 3,2 м/с летом и 4,2 м/с зимой. Казалось бы, какие уж тут ветроустановки, — гоняться за несколькими ваттами с квадратного метра. Но не все так плохо:

♦ во-первых, по оценкам самих метеорологов скорость ветра на многих городских метеостанциях систематически занижается на 1—2 м/с;

♦ во-вторых, в приземном слое почти всегда имеется значитель­ная горизонтальная турбулентность, — те самые порывы ветра.

Примечание.

Вертикальноосевые турбины прекрасно работают в непостоян­ном по направлению потоке, а ротор Савониуса эффективно реа­гирует и на резкие скачки в силе ветра, — при внезапном падении быстроходности его крутящий момент только растет.

Нетрудно понять, что при слабом ветре его энергия в основном заключена именно в порывах. Так, ветер со средней скоростью 4 м/с, периодически на 15% времени возрастающий еще на 4 м/с (классифи­цируется в метеорологии как ровный, а не порывистый!), будет содер­жать в 2 раза больше энергии, чем ламинарный поток 4 м/с.

В условиях городской застройки, когда сильные порывы череду­ются с полным затишьем, эта разница будет еще большей. Обычное ветроколесо в подобных условиях, скорее всего, даже не сможет стар­товать, не то что выработать электроэнергию. Так же, из этих сооб­ражений установка отдельных генераторов под каждой гирляндой выглядит несколько предпочтительней механического суммирования (и тем самым усреднения) моментов.

Можно возразить, что соответствующую турбулентным возмуще­ниям пульсацию электрической мощности на выходе ветроэлектро­
станции трудно утилизировать, и даже не стоит за ней гнаться. Да, эта проблема существенна, причем для любых ветроустановок, включая и классические пропеллеры. Для ветряков в составе систем автоном­ного питания удаленных от сети централизованного энергоснабжения фермерских хозяйств и поселков обычно предусматривают разделе­ние потребителей на группы по требовательности к качеству электро­питания. По крайней мере, в зимнее время скачки мощности всегда пригодятся для отопления помещений.

Можно надеяться, что проблема запасания энергии впрок, актуаль­ная для всех установок на возобновляемых источниках энергии, все — таки обретет в недалеком будущем приемлемые по стоимости реше­ния. Технологический прогресс в этой области налицо, включая бес­численные варианты топливных элементов, тепловые аккумуляторы для коттеджей, и даже механические маховики.

Например, вот этот проект (http://www. membrana. ru/articles/ technic/2006/08/ЗО/ 133800.html) составит неплохую компанию ветро — парку гирлянд для сглаживания кратковременных пульсаций.

Относительно простой способ накопления энергии в серьезных объемах, — гидроаккумулирующие электростанции. Однако, их соо­ружение требует особых географических условий и значительных затрат.

Рассмотрим устройство коллектора. В каждую вакуумированную^ трубку встроен медный поглотитель с гелиотитановым покрытием, гарантирующим высокий уровень поглощения солнечной энергии и малую эмиссию теплового излучения.

Вакуумированное пространство позволяет практически полностью устранить теплопотери. На поглотителе установлен коаксиальный трубчатый прямоточный теплообменник, выходящий в коллектор. Протекающий через него теплоноситель забирает тепло от поглотителя.

К преимуществам этой системы можно отнести непосредственную передачу тепла воде, что позволяет сократить теплопотери. Так как полный коэффициент потерь в вакуумном коллекторе мал, теплоно­ситель в нем можно нагреть до температур 120—160 °С.

Принцип действия таков. Солнечная радиация проходит сквозь вакуумированную стеклянную трубку, попадает на поглотитель и пре­вращается в тепловую энергию. Тепло передается жидкости, протека­ющей по коаксиальному трубчатому прямоточному теплообменнику. Каждая трубка теплообменника соединена с накопительным баком так называемым «коллектором» системой из 2 медных труб. По одной из них нагретая вода передается в бак-накопитель, по другой — холод­ная вода из бака-накопителя поступает на нагрев в вакуумированные трубки.

— В коллектор

Вакуумированные

трубки

Труба с теплоносителем

Медный поглотитель

с гелиотитановым Коаксиальный трубчатый

покрытием прямоточный теплообменник

Рис. 2.2. Устройство прямоточного вакуумированного
трубчатого солнечного коллектора

В табл. 3.1 приведены примеры комплектаций для решения неко­торых типовых задач. Указанное в таблице оборудование рассмотрено после таблицы.

Примеры комплектаций для решения типовых задач электропитания Таблица 3.1

Почему вообще важно знать скорость ветра?

Скорость ветра — это самый важный фактор, который влияет на количество энергии, вырабатываемой ветрогенератором.

Глава 1. Используем энергию ветра для выработки электроэнергии

Утром солнце нагревает землю быстрее, чем воду, поэтому ветер дует в направлении побережья. Вечером же земля остывает быстрее, чем вода, поэтому ветер дует от побережья.

Характер земной поверхности. Холмы или горные хребты, нахо­дящиеся на открытом ландшафте, обычно считаются превосходным местом для ветряка. На холмах скорость ветра выше по сравнению с окружающей равнинной территорией. Необходимо помнить, что ветер может менять свое направление прежде, чем достигнет холма, так как область высокого давления фактически расширяется на неко­тором расстоянии перед холмом. Также необходимо помнить, что тур­булентность, значение которой резко увеличивается в случае крутого холма или его неровной поверхности, может свести на нет преимуще­ства более высокой скорости ветра (см. рис. 1.2).

Сайт автора этой ветроэлектростанции стал очень популярным. Ответы на наиболее часто задаваемые вопросы он размещает на сайте. Некоторые помещу в книгу (http://www. radiolocman. com/shem/ schematics. html? di=61775).

Вопрос 1:

Что вы делаете, чтобы защитить силовой кабель внутри мачты от закручивания?

Ответ:

Этот вопрос мне задают чаще всего. Отвечаю лаконично: ничего не делаю. Ничего страшного с кабелем не происходит. Ветер разворачи­вает турбину то в одну сторону, то в другую, и никаких тенденций к закручиванию кабеля не наблюдается. В конце концов, если потребу­ется, совсем несложно отключить кабель внизу и раскрутить его вруч­ную. Впрочем, у меня есть идея, как легко сделать кольцевой токосъ­емник, который исключил бы малейшую возможность закручивания кабеля. Но, повторю, большой необходимости в этом нет. Может быть, я испытаю токосъемник на следующей турбине.

Вопрос 2:

Можете ли вы помочь мне сконструировать такую турбину, кото­рая снабжала бы электричеством весь мой дом (ферму), чтобы я мог уйти из-под опеки энергетической компании?

Ответ:

Короткий ответ: нет. И не только потому, что у меня мало свободного времени, а прежде всего, потому, что моя система никогда не конструиро­валась для электроснабжения целого дома или фермы. Она хороша там, где в условиях полного отсутствия электрических сетей вам надо полу­чить несколько сотен ватт мощности. Я работаю над созданием новых турбин, и даже солнечных батарей, чтобы увеличить производство элек­троэнергии. Но, даже в случае успешного завершения моих разработок, их мощности никогда не хватит на дом или ферму. Моя конечная цель только в том, чтобы питать небольшой автоприцеп и обсерваторию на участке в Аризоне, где потребность в электроэнергии возникает лишь время от времени. Если вам нужна более мощная система, помочь сможет только человек с опытом конструирования больших турбин.

Вопрос 3:

Над чем вы работаете сейчас?

Ответ:

Если позволит время, я переделаю контроллер заряда. Он будет спрятан в водонепроницаемый контейнер и оснащен автомобиль­ными приборами для контроля тока и напряжения. У меня есть все, что нужно для этого, не хватает только времени. Кроме того, я кон­струирую турбину, которая автоматически отворачивалась бы от слишком сильного ветра, чтобы не допустить ее разрушения. Я начал, также, работу по созданию солнечных батарей из дешевых фоточув — ствительных панелей и легкодоступных материалов.

Воздушный солнечный коллектор своими руками

Так как же простому самоделыцику использовать даровое солнеч­ное тепло? Для начала, давайте вспомним самую распространенную установку по использованию солнечного тепла — теплицу. Это фак­тически большой солнечный коллектор. Роль абсорбера в нем выпол­няют растения и поверхность грунта, роль защитного стекла — сте­клянное или полиэтиленовое покрытие. Там работает тот же парни­ковый эффект. Цель такого коллектора в нагреве самого себя, чтобы растения чувствовали себя комфортнее.

А если мы начнем «забирать» теплый воздух из теплицы? Теплица превратиться в… воздушный солнечный коллектор.

Это, наверное, одна из самых про­стых конструкций, которая совер­шенно не требовательна ни к мате­риалам, ни к технологии изготовле­ния (рис. 2.8).

Теплоизолированная снизу зачер­ненная поверхность является дном плоского ящика. Ящик можно сде­лать из любого подручного матери­ала — доски, фанера и т. д. Сверху этот ящик закрыт стеклом или дру­гим прозрачным материалом. Очень

хорошие результаты дает покрытие из сотового поликарбоната. Получается легкое двухслойное пластиковое покрытие с хорошим светопропусканием и теплоизоляцией.

Видимый свет поглощается зачерненной поверхностью, нагревает ее, а она, в свою очередь, нагревает воздух в коллекторе. Нагретый воздух в такой системе сам является теплоносителем, он забирается из обогреваемого помещения, нагревается в коллекторе и подается обратно. Все воздуховоды (подводящие и отводящие воздух от кол­лектора) должны быть теплоизолированы.

Для увеличения длины пути, проходимого воздухом, внутри ящика можно установить переборки. Воздух через коллектор прогоняется вентилятором.

Совет.

Подобную систему необходимо снабжать датчиками темпера­туры, чтобы отключать вентиляторы, когда на коллектор не падает солнечный свет. Иначе в пасмурную погоду и ночью вы вме­сто нагрева получите эффективное охлаждение помещения.

В специальных контроллерах применяются дифференциальные датчики, сравнивающие температуру в помещении и внутри коллек­тора. Они включают вентиляторы только, когда воздух в коллекторе достаточно прогреется.

Но в домашних условиях место датчиков температуры проще при­менить небольшую солнечную батарею, от которой будет питаться вентилятор. Напряжение и мощность этой солнечной батареи надо подбирать так, чтобы вентилятор, прогоняющий воздух через коллек­тор, начинал работать, только если на него падает достаточное коли­чество света, при котором нагревается коллектор.

Например, в пасмурную погоду воздушный солнечный коллектор работать практически не будет, а, значит, и вентилятор при таком освещении вращаться не должен. А вот если на улице светит яркое солнце, коллектор нагревается очень быстро, значит и вентилятор должен работать «на всю катушку». Собрав такую систему, вы полу­чите пассивное отопление вашего дома или дачи в солнечные дни. Преимущества воздушных солнечных коллекторов:

♦ воздушные системы выглядят привлекательнее жидкостных, так как требуют меньше трубопроводов и деталей и поэтому менее дороги;

♦ в воздушных солнечных коллекторах отсутствует опасность протечек и замерзания теплоносителя;

♦ изготовление воздушных солнечных коллекторов и связанных с ними узлов и систем сравнительно просто;

♦ сравнительная простота воздушных систем притягательна для людей, желающих построить свою собственную систему.

К недостаткам воздушных солнечных коллекторов можно отне­сти узкий спектр их применения. Теплый воздух обычно необходим в холодное время года для обогрева, но зимой солнечные дни — ред­кость, да и их продолжительность недостаточна.

А вот летом, когда солнечного тепла в избытке, получаемое тепло можно использовать только для сушки кормов или древесины, напри­мер. Никому не придет в голову обогревать дом в летний зной. Вот
и получается, что воздушный солнечный коллектор будет большую часть года просто простаивать.

Именно поэтому большее распространение получили солнечные коллекторы с жидким теплоносителем (водяные).

Солнечный коллектор типа «бочка»

Наверняка многие из вас видели, а некоторые возможно и приме­няют этот тип солнечного коллектора. Конструкция весьма простая — железная бочка, окрашенная в черный цвет и заполненная водой. Вода в такой бочке за день нагревается на солнце, а вечером можно принять теплый душ (рис. 2.9).

Проблем у такой конструкции множество.

Нагревание происходит медленно из-за малой пло­щади, на которую падает солнечный свет. Из-за отсутствия теплоизоляции такая бочка очень быстро остывает. Так что если захотите принять душ поздним вечером или утром, то только холодный.

Если у кого-то уже имеется такая бочка, вы можете ее усовершенствовать. Бочка заключается в стеклянный ящик, который не будет препят­ствовать ее нагреванию, но будет существенно замедлять остывание. Северную сторону бочки, на которую никогда не попадает солнце, можно утеплить более основательно, например, мине­ральной ватой. Такое простейшее усовершен­ствование также значительно ускоряет нагрев воды и существенно повышает максимальную температуру. Не обожгитесь!

Для повышения разности уровней воды, особенно в нижних тече­ниях рек, сооружаются плотины.

Определение.

Плотина — это массивная перемычка, цель которой удерживать водный поток, это незаменимый инструмент при практическом использовании водных ресурсов.

Кстати, в течение долгого времени теории строительства плотин не существовало. Только в 1853 году французский инженер Сазилли обо­сновал некоторые теоретические постулаты. Плотины обеспечивают повышение уровня воды в реке или ее отвода. В последнем случае пло­тины обеспечивают судоходство или орошение земель.

Плотины могут отличаться в зависимости от конструкции и раз­деляться на две группы:

♦ гравитационные плотины выглядят как каменные или бетонные заграждения и препятствуют поступлению воды своим весом;

♦ арочные плотины выполняют свои обязанности благодаря осо­бой конструкции.

Успешное функционирование арочных плотин завйсит от трех показателей:

♦ сопротивления вертикальных элементов сооружения;

♦ массы и особенностей арочной конструкции, которая опирается на береговые устои.

При возведении плотины необходимо учитывать воздействие некоторых внешних факторов. Это так называемые сдвигающие силы, появление которых обусловлено воздействием воды, ветра, ударами волн, перепадами температуры. Пренебрежение строителей к выше­перечисленным факторам может привести к разрушению плотины. Поэтому производятся определенные расчеты, позволяющие воспре­пятствовать негативному действию сдвигающих сил.

Например, горизонтальная составляющая давления воды увеличи­вается с глубиной и равна:

Prop=Wxh

где w — вес единицы объема воды; h — глубина.

Очень важно и вместе с тем достаточно сложно точно рассчитать фильтрационное давление, которое воздействует на подошву кон­струкции из-за того, что под нее просачивается вода. Чтобы опреде­лить степень вероятности таких процессов, необходимо проведение исследований. При этом многое зависит от грунтового ложа. Если фундамент плотины установлен на гальке, речном песке, пористой породе, то давление на основание конструкции будет равно полному гидростатическому напору.

В том случае, когда основание плотины соединено со скальными породами при помощи цемента и щели практически отсутствуют, можно получить давление, равное всего лишь 10—40 процентам гидростатического напора.