Использование солнечной энергии в загородном доме
Д.
А. УвароваБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Уварова
Д.
А. Использование солнечной энергии в загородном доме // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2017. – Т. 39. – С.
1396–1400. – URL:
http://e-koncept.ru/2017/970606.htm.
Аннотация. Рассмотрены солнечные батареи в качестве альтернативного источника электроэнергии в загородном доме. Описано устройство солнечной батареи, ее типы, достоинства и недостатки. Сформулированы условия, определяющие наиболее эффективную работу солнечных батарей.
Ключевые слова:
альтернативный источник энергии, солнечные батареи, солнечная черепица, солнечные окна
Текст статьи
Уварова Дарья Андреевна,студентка Архитектурностроительного факультета ФГБОУ ВО Пермская ГСХАChearry@yandex.ru
Научный руководитель:Зубарева Галина Ивановна, д.т.н., профессор ФГБОУ ВО Пермская ГСХА
Использование солнечной энергии в загородном доме
Аннотация.Рассмотрены солнечные батареи в качестве альтернативного источника электроэнергии в загородном доме. Описаны устройство солнечной батареи, ее типы, достоинства и недостатки. Сформулированы условия, определяющие наиболее эффективную работу солнечных батарей.Ключевые слова:альтернативный источник энергии, солнечные батареи, солнечная черепица, солнечные окна.
В современном обществе люди все чаше стали задумываться о загрязнении окружающей среды и исчерпании полезных ископаемых. Поэтому в последние годы актуальным стало изучение возможностей использования альтернативных источников энергии, в частности солнечных, таких как, солнечные батареи, солнечные коллекторы и даже солнечная черепица. За счетэтих устройств можно получить как тепловую, так и электрическую энергию. Наибольшее распространение получили солнечные панели.Солнечные панели это универсальные устройства, за счет которого можно не только обеспечивать электроэнергией большинство бытовых приборов в загородном доме, но и использовать в качестве источника питания для систем отопления. Для небольшого дома с газовым котлом и насосом потребуется около 250…300 Вт/ч мощности. Такой объем производства легко смогут обеспечить современные солнечные панели, которые устанавливаютсяна крыше или стенах загородного дома. Несмотря на то, что отопление, как правило, необходимо в зимний период времени, когда продолжительность дня значительно меньше ночи, системы солнечных батарей позволят эффективно работать системе отопления за счет аккумулирования электроэнергии
[2]. Солнечные панели являются действительно эффективным источником электроэнергии при соответствующих условиях. Последние десять лет разработки в этой области позволили настолько удешевить процесс производства солнечных панелей, что есть вероятность, что они скоро составят серьезную конкуренцию другим видам топлива.
В современных условиях рынка производители представляют все новые и новые типы солнечных панелей. Все производители стремятся получить наиболее эффективную солнечную панель свысоким коэффициентом полезного действия (КПД). Самые дешевые фотоэлементы имеют КПД в пределах 57%, современные и дорогие до 45%.Наиболеераспространенным типом солнечных фотоэлементов являются кремниевые батареи, для которых характерны средние показатели по эффективности 2025%. Кремниевые солнечные батареи, в свою очередь, делятся на несколько видов: тонкопленочные кремниевые батареи (КПД 710%), поликристаллические солнечные батареи (1720%) и монокристаллические солнечные батареи (2025%) [2].В общем случае солнечная панель представляет собой множество соединенных между собой фотоэлектрических элементов, которые преобразовывают энергию солнца в электрический ток (рис.1). Такие системы обеспечивают полную автономность потребителю, а также абсолютно безвредны для окружающей среды. Используя такие панели, можно преобразовывать до 40% солнечной энергии. А там, где большое количество солнечных дней, устройство этих батарей оправданно вдвойне.
Рис.1.Устройство солнечной панелиУстановлено, что различные типы солнечных батарей на загородном доме способны по разному реагировать на затенение. Исходя их этого, различают следующие виды солнечных батарей:панели, использующие поликристаллы в своей конструкции, понижают продуктивность собственной работы;оборудование на монокристаллах полностью, которое теряет свою работоспособность на время затемнения.Для эффективной работы солнечных батарей необходимо выполнение целого ряда условий. Установку солнечных батарей следует проводить с учетом расположения относительно сторон света и возможных преград, окружающих загородный дом. Не допускается проводить монтаж рядом с деревьями, так как на этом месте солнечные батареи должны простоять не один год. Важна ориентация и самой крыши при выборе места установки солнечной батареи. При оптимальных условиях модули должны быть ориентированы на юг. Если это невозможно на 100%, то действует принцип: чем ближе к южному направлению, тем выше производительность фотоэлектрической системы. Эффективность батареи зависит от наклона крыши. Выработка электроэнергии батареей будет наибольшей, когда солнце падает на солнечные элементы под прямым углом. Оптимальный угол наклона для фотоэлектрических панелей для умеренных широт находится в пределах 30 40°. Необходимо учитывать позицию в географическом плане. Не все участки на планете подходят для эффективного использования подобного оборудования. Степень проникновения солнечной радиации в разных областях в определенный период времени определяется термином ©инсоляция". Также важна правильность проектирования солнечной батареи. Неверно спроектированная или изготовленная установка может быть причиной снижения производительности или необратимого повреждения. Поэтому очень важно отнестись к выбору место расположения солнечных батарей для их эффективной работы профессионально [3].Преимуществами использования солнечных батарей для выработки электроэнергии для загородногодома являются: Доступность. Cолнечная батарея доступна в любой точке земного шара, где есть солнце. Она надежна, энергия ее бесплатна.Автономность. Отсутствует зависимость от производителей электроэнергии и энергия бесплатна. Работа батарей происходит даже в условиях облачности, используя при этом рассеянный солнечный свет.Невысокая стоимость. В отдаленные районы и поселки прокладка кабеля стоит немалых средств. Гораздо более выгодно использовать солнечные батареи.Длительный срок службы 25 лет иболее. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их необходимо заменять на новые.Модульность,увеличивающаямощностьбатареи.Вопрос упирается только в доступную для владельца загородного дома площадь. Экологичность. Солнечные батареи не загрязняют окружающую среду, не выделяют вредных отходов в процессе производства электроэнергии и безопасны.Конкурентоспособность. Уже сейчас энергия, вырабатываемая солнечными батареями, по стоимости вполне конкурентоспособна с другими традиционными видами топлива. Универсальность. Солнце и его свет может использовать любой житель планеты, а не только загородного дома.Солнечным батареям свойственны определённые недостатки: Необходимостьпервоначальныхбольшихинвестиций.НизкийуровеньКПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. Эффективностьработызависитотпогодныхусловийиклиматаместорасположениязагородного дома. Невозможностьиспользованиябатареивкачествеисточникаэнергиидлятехники.Безусловно, большая часть этих проблем уже решается или будет решена в ближайшее время. Поэтому их нельзя использовать как полностью автономный источник энергии, но как дополнительный безусловно. В настоящее время ведутсяновые разработки в данной отрасли. Об этом свидетельствует появление таких устройств, как солнечная черепица, солнечное окно и гибридные фотоэлементы.Солнечная черепица не испортит эстетику кровли дома и при этом владельцы имеют возможность получать бесплатную энергию солнца (рис.2). Этот отделочный материал состоит из прочного корпуса и встроенных фотоэлементов. Кровельное покрытие вырабатывает достаточно энергии для бытовых условий. При использовании такого оборудования можно питать отдельно выделенную электросеть или сбрасывать электроэнергию в общую сеть. В любом случае общие затраты на электроэнергию снижаются. Солнечную черепицу фактически невозможно отличить от обычного кровельного материала даже при близком расстоянии.
Рис.2. Солнечная черепица
Преимущества солнечнойчерепицы состоят в следующем [4]:Полупроводниковый материал, который используется при соединении фотоэлементов, сокращен в 4 раза. Инновационная система фокусировки солнечного света позволяет получать в 5 раз больше энергии. Средний срок эксплуатации солнечной черепицы составляет 20 лет.Относительно небольшой вес черепицы не оказывает давления на кровлю загородного дома. Прочность солнечной черепицы позволяет ее использовать при любых погодных условиях. Черепица спокойно выдерживает град и другие осадки.Простота креплений позволяет надежно устанавливать черепицу в самые короткие сроки.Технология солнечных окон представляет собой использование фотоэлементов в виде кремниевых полос, встроенных между стеклами. Помимо того, что окна будут вырабатывать дополнительную электроэнергию, они защищают комнату от перегрева, задерживая солнечный свет. Внешне солнечные окна похожи на привычные жалюзи [4].Такие окна можно использовать не только в частном доме, но и в многоквартирных жилых домах.В 2015 году американскими конструкторами были разработаны гибридные фотоэлементы, позволяющие преобразовывать электроэнергию не только из солнечного света, но и тепла. Суть конструкции заключается в применении фотоэлементов из кремния и полимерной пленки ©PEDOTª. Тестирование новой гибридной технологии показало, что новая термическая пленка способна вырабатывать в 10 раз больше электроэнергии, чемстандартная солнечная панель [4] .Ввиду событий, происходящих в мировой экономике, очевидным становится факт, что будущее за альтернативными источниками получения энергии, в частности, энергии солнца. Вероятно, что солнечные панели уйдут на второй план, на их место придут более совершенные технологии,позволяющие преобразовать в электроэнергию солнечный свет и тепло.
Ссылки на источники1.1.Интернетжурнал “Построй сам”[Электронный ресурс].//Солнечные батареи для частного дома [сайт].[2015]. URL: http://postroysam.com/solnechnyebatareidlyachastnogodoma.html(дата обращения23.01.2017).2.Информационный ресурс энергетики[Электронный ресурс].//Солнечные батареи для частного дома [сайт]. URL:http://ukrelektrik.com/publ/solnechnye_batarei_dlja_chastnogo_doma/1101689(дата обращения 15.02.2017).3.Делаем отопление частного дома своими руками “PortalTepla” [Электронный ресурс]//Солнечные батареи для отопления дома [сайт].[2016]. URL: http://www.portaltepla.ru/elektricheskiekotli/solnechniebatareidlyadoma/
(дата обращения 24.01.2017).4.Teplo.guru: системы отопления для частного дома и квартиры [Электронный ресурс]//Солнечные батареи: описание различных видов и материалов нового поколения [сайт 2015]http://teplo.guru/eko/solnechnyiebatareinovogopokoleniya.html (дата обращения 24.01.2017).
Научный руководитель:Зубарева Галина Ивановна, д.т.н., профессор ФГБОУ ВО Пермская ГСХА
Использование солнечной энергии в загородном доме
Аннотация.Рассмотрены солнечные батареи в качестве альтернативного источника электроэнергии в загородном доме. Описаны устройство солнечной батареи, ее типы, достоинства и недостатки. Сформулированы условия, определяющие наиболее эффективную работу солнечных батарей.Ключевые слова:альтернативный источник энергии, солнечные батареи, солнечная черепица, солнечные окна.
В современном обществе люди все чаше стали задумываться о загрязнении окружающей среды и исчерпании полезных ископаемых. Поэтому в последние годы актуальным стало изучение возможностей использования альтернативных источников энергии, в частности солнечных, таких как, солнечные батареи, солнечные коллекторы и даже солнечная черепица. За счетэтих устройств можно получить как тепловую, так и электрическую энергию. Наибольшее распространение получили солнечные панели.Солнечные панели это универсальные устройства, за счет которого можно не только обеспечивать электроэнергией большинство бытовых приборов в загородном доме, но и использовать в качестве источника питания для систем отопления. Для небольшого дома с газовым котлом и насосом потребуется около 250…300 Вт/ч мощности. Такой объем производства легко смогут обеспечить современные солнечные панели, которые устанавливаютсяна крыше или стенах загородного дома. Несмотря на то, что отопление, как правило, необходимо в зимний период времени, когда продолжительность дня значительно меньше ночи, системы солнечных батарей позволят эффективно работать системе отопления за счет аккумулирования электроэнергии
[2]. Солнечные панели являются действительно эффективным источником электроэнергии при соответствующих условиях. Последние десять лет разработки в этой области позволили настолько удешевить процесс производства солнечных панелей, что есть вероятность, что они скоро составят серьезную конкуренцию другим видам топлива.
В современных условиях рынка производители представляют все новые и новые типы солнечных панелей. Все производители стремятся получить наиболее эффективную солнечную панель свысоким коэффициентом полезного действия (КПД). Самые дешевые фотоэлементы имеют КПД в пределах 57%, современные и дорогие до 45%.Наиболеераспространенным типом солнечных фотоэлементов являются кремниевые батареи, для которых характерны средние показатели по эффективности 2025%. Кремниевые солнечные батареи, в свою очередь, делятся на несколько видов: тонкопленочные кремниевые батареи (КПД 710%), поликристаллические солнечные батареи (1720%) и монокристаллические солнечные батареи (2025%) [2].В общем случае солнечная панель представляет собой множество соединенных между собой фотоэлектрических элементов, которые преобразовывают энергию солнца в электрический ток (рис.1). Такие системы обеспечивают полную автономность потребителю, а также абсолютно безвредны для окружающей среды. Используя такие панели, можно преобразовывать до 40% солнечной энергии. А там, где большое количество солнечных дней, устройство этих батарей оправданно вдвойне.
Рис.1.Устройство солнечной панелиУстановлено, что различные типы солнечных батарей на загородном доме способны по разному реагировать на затенение. Исходя их этого, различают следующие виды солнечных батарей:панели, использующие поликристаллы в своей конструкции, понижают продуктивность собственной работы;оборудование на монокристаллах полностью, которое теряет свою работоспособность на время затемнения.Для эффективной работы солнечных батарей необходимо выполнение целого ряда условий. Установку солнечных батарей следует проводить с учетом расположения относительно сторон света и возможных преград, окружающих загородный дом. Не допускается проводить монтаж рядом с деревьями, так как на этом месте солнечные батареи должны простоять не один год. Важна ориентация и самой крыши при выборе места установки солнечной батареи. При оптимальных условиях модули должны быть ориентированы на юг. Если это невозможно на 100%, то действует принцип: чем ближе к южному направлению, тем выше производительность фотоэлектрической системы. Эффективность батареи зависит от наклона крыши. Выработка электроэнергии батареей будет наибольшей, когда солнце падает на солнечные элементы под прямым углом. Оптимальный угол наклона для фотоэлектрических панелей для умеренных широт находится в пределах 30 40°. Необходимо учитывать позицию в географическом плане. Не все участки на планете подходят для эффективного использования подобного оборудования. Степень проникновения солнечной радиации в разных областях в определенный период времени определяется термином ©инсоляция". Также важна правильность проектирования солнечной батареи. Неверно спроектированная или изготовленная установка может быть причиной снижения производительности или необратимого повреждения. Поэтому очень важно отнестись к выбору место расположения солнечных батарей для их эффективной работы профессионально [3].Преимуществами использования солнечных батарей для выработки электроэнергии для загородногодома являются: Доступность. Cолнечная батарея доступна в любой точке земного шара, где есть солнце. Она надежна, энергия ее бесплатна.Автономность. Отсутствует зависимость от производителей электроэнергии и энергия бесплатна. Работа батарей происходит даже в условиях облачности, используя при этом рассеянный солнечный свет.Невысокая стоимость. В отдаленные районы и поселки прокладка кабеля стоит немалых средств. Гораздо более выгодно использовать солнечные батареи.Длительный срок службы 25 лет иболее. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их необходимо заменять на новые.Модульность,увеличивающаямощностьбатареи.Вопрос упирается только в доступную для владельца загородного дома площадь. Экологичность. Солнечные батареи не загрязняют окружающую среду, не выделяют вредных отходов в процессе производства электроэнергии и безопасны.Конкурентоспособность. Уже сейчас энергия, вырабатываемая солнечными батареями, по стоимости вполне конкурентоспособна с другими традиционными видами топлива. Универсальность. Солнце и его свет может использовать любой житель планеты, а не только загородного дома.Солнечным батареям свойственны определённые недостатки: Необходимостьпервоначальныхбольшихинвестиций.НизкийуровеньКПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. Эффективностьработызависитотпогодныхусловийиклиматаместорасположениязагородного дома. Невозможностьиспользованиябатареивкачествеисточникаэнергиидлятехники.Безусловно, большая часть этих проблем уже решается или будет решена в ближайшее время. Поэтому их нельзя использовать как полностью автономный источник энергии, но как дополнительный безусловно. В настоящее время ведутсяновые разработки в данной отрасли. Об этом свидетельствует появление таких устройств, как солнечная черепица, солнечное окно и гибридные фотоэлементы.Солнечная черепица не испортит эстетику кровли дома и при этом владельцы имеют возможность получать бесплатную энергию солнца (рис.2). Этот отделочный материал состоит из прочного корпуса и встроенных фотоэлементов. Кровельное покрытие вырабатывает достаточно энергии для бытовых условий. При использовании такого оборудования можно питать отдельно выделенную электросеть или сбрасывать электроэнергию в общую сеть. В любом случае общие затраты на электроэнергию снижаются. Солнечную черепицу фактически невозможно отличить от обычного кровельного материала даже при близком расстоянии.
Рис.2. Солнечная черепица
Преимущества солнечнойчерепицы состоят в следующем [4]:Полупроводниковый материал, который используется при соединении фотоэлементов, сокращен в 4 раза. Инновационная система фокусировки солнечного света позволяет получать в 5 раз больше энергии. Средний срок эксплуатации солнечной черепицы составляет 20 лет.Относительно небольшой вес черепицы не оказывает давления на кровлю загородного дома. Прочность солнечной черепицы позволяет ее использовать при любых погодных условиях. Черепица спокойно выдерживает град и другие осадки.Простота креплений позволяет надежно устанавливать черепицу в самые короткие сроки.Технология солнечных окон представляет собой использование фотоэлементов в виде кремниевых полос, встроенных между стеклами. Помимо того, что окна будут вырабатывать дополнительную электроэнергию, они защищают комнату от перегрева, задерживая солнечный свет. Внешне солнечные окна похожи на привычные жалюзи [4].Такие окна можно использовать не только в частном доме, но и в многоквартирных жилых домах.В 2015 году американскими конструкторами были разработаны гибридные фотоэлементы, позволяющие преобразовывать электроэнергию не только из солнечного света, но и тепла. Суть конструкции заключается в применении фотоэлементов из кремния и полимерной пленки ©PEDOTª. Тестирование новой гибридной технологии показало, что новая термическая пленка способна вырабатывать в 10 раз больше электроэнергии, чемстандартная солнечная панель [4] .Ввиду событий, происходящих в мировой экономике, очевидным становится факт, что будущее за альтернативными источниками получения энергии, в частности, энергии солнца. Вероятно, что солнечные панели уйдут на второй план, на их место придут более совершенные технологии,позволяющие преобразовать в электроэнергию солнечный свет и тепло.
Ссылки на источники1.1.Интернетжурнал “Построй сам”[Электронный ресурс].//Солнечные батареи для частного дома [сайт].[2015]. URL: http://postroysam.com/solnechnyebatareidlyachastnogodoma.html(дата обращения23.01.2017).2.Информационный ресурс энергетики[Электронный ресурс].//Солнечные батареи для частного дома [сайт]. URL:http://ukrelektrik.com/publ/solnechnye_batarei_dlja_chastnogo_doma/1101689(дата обращения 15.02.2017).3.Делаем отопление частного дома своими руками “PortalTepla” [Электронный ресурс]//Солнечные батареи для отопления дома [сайт].[2016]. URL: http://www.portaltepla.ru/elektricheskiekotli/solnechniebatareidlyadoma/
(дата обращения 24.01.2017).4.Teplo.guru: системы отопления для частного дома и квартиры [Электронный ресурс]//Солнечные батареи: описание различных видов и материалов нового поколения [сайт 2015]http://teplo.guru/eko/solnechnyiebatareinovogopokoleniya.html (дата обращения 24.01.2017).
