Наука и техника, 2006 № 05 (5) - [13]
Эффективность обычных плоских солнечных панелей заметно повышается, если снабдить их устройством слежения, которое направляет их точно на Солнце. Батареи с параболическими концентраторами вообще без такого устройства работать не будут.
Преимущество солнечных батарей состоит в том, что они превращают свет непосредственно в электрическую энергию, здесь нет ни нагрева воды, ни движущихся элементов, если не считать относительно простых устройств слежения, они бесшумны и не выбрасывают вредных веществ. Однако с их экологической чистотой можно поспорить: для изготовления материалов солнечных элементов требуется напряженная работа химической промышленности.
Другим недостатком полупроводниковых солнечных батарей является их низкий коэффициент полезного действия, порядка 10–15 процентов, остальная энергия солнечного света либо отражается, либо уходит на нагрев элемента, а нагрев в свою очередь еще больше понижает КПД. Различные фирмы и группы ученых сейчас заявляют об изобретении новых материалов для солнечных батарей с более высоким КПД (более 30 %), но в массовом производстве они пока не замечены.
Наряду с непосредственным преобразованием солнечного света в электричество есть огромное количество проектов, где на солнце нагреваются вода или воздух, например, в одном из таких проектов предлагается часть пустыни Сахара покрыть крышей, под которой будет сильно нагреваться воздух, затем он будет выходить через огромной высоты трубу. При этом в трубе должна возникать мощная тяга, которая сможет вращать турбину. Это, конечно, сложнее обычных плоских панелей, но такие проекты могут быть гораздо выгоднее и экологически чище, к тому же их можно разместить в тех местах, которые могут быть непригодными для других видов хозяйства, например, в той же Сахаре или зоне радиоактивного заражения чернобыльской АЭС. О том, как солнце используется для нагрева воды, умолчим, ведь любой сельский житель об этом знает.
Также довольно широко используется, поскольку считается относительно дешевой. Целые леса ветрогенераторов можно встретить в Европе и Америке.
Возможность установки ветрогенераторов также зависит от климата, а конкретнее — от средней скорости ветра в данной местности. Трудно спрогнозировать, каковы будут скорость и направление ветра в определенный момент. Но если рассматривать большие временные промежутки, соизмеримые со сроком эксплуатации ветряка, то можно довольно точно сказать, что, например, в течение года в месте его установки будет 4000 часов со скоростью ветра более 4 м/с, что обеспечит гарантированную генерацию, условно говоря, 1000 КВт-ч в год. В частности, у нас средняя скорость ветра составляет около 5 м/с, что вполне пригодно для получения ветровой энергии, так как рекомендуемая скорость ветра для этих целей 4 м/с и более.
Для ветрогенератора с длиной лопасти три метра при скорости ветра 5 м/с полученная энергия составит 2280 Ватт-с, энергия при той же скорости ветра в течение часа — 2,28 КВт-ч. Однако воздушный винт ветрогенератора никогда не уловит всю эту энергию, поэтому реальная его мощность будет меньше в два-три раза.
Самый традиционный ветрогенератор изображен на рис. 3.
Рис. 3.Вид традиционного ветрогенератора
Конструкция установлена на мачте, высота которой в зависимости от типа и мощности генератора может составлять от нескольких до нескольких десятков метров. Под действием ветра приходит во вращение воздушный винт. Внутри корпуса находится сам генератор, редуктор, повышающий обороты, и другие элементы, обеспечивающие работу генератора. Он может вращаться на мачте, подстраиваясь под изменяющееся направление ветра. Генератор дополняется модулем, где располагается электронное оборудование, которое служит для создания стабильного напряжения, пригодного для питания всевозможных бытовых приборов, а также обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи.
Если говорить о ветровой энергетике для сельского подворья или дачи, то средняя мощность такого ветряка может быть равной одному киловатту. Это позволит включить несколько ламп, холодильник и телевизор, но для нагревательных приборов энергии может уже не хватить.
Недостатки ветряных электростанций — слабая отдача энергии при низких скоростях ветра и шум. Поскольку мощность ветрогенератора пропорциональна кубу скорости ветра, при ее уменьшении в два раза мощность уменьшится в восемь раз. Мощные же ветроэлектростанции излучают инфразвуковые волны, которые не слышны, но действуют отрицательно на человека, прежде всего, на его нервную систему, приводя к повышенной утомляемости и другим расстройствам.
Поскольку ветер дует не всегда, для постоянной работы ветровой энергетической установки нужны мощные аккумуляторы, которые накапливают энергию в ветреное время и отдают ее во время штиля. Это же касается и солнечных батарей.
Существует огромное множество прудов, созданных для разведения рыбы. Многие из них из-за невыгодности уже не используются по своему назначению. Они уже перегорожены плотинами, поэтому весь возможный ущерб природе здесь уже причинен и ничто не мешает установить на этих плотинах гидротурбины небольшой мощности. Правда, этому, как всегда, мешает недостаток денег, но при правильном расчете эти затраты обычно окупаются. Несмотря на относительно малую мощность, от единиц до десятков киловатт, у такой энергетической установки будут преимущества перед солнечной батареей или ветряком. Поток воды через нее достаточно стабилен во времени, что позволит отказаться от мощных аккумуляторных батарей.
