← All posts tagged энергетика

SamurXY

Помните нашу задачу? Накопить в июне солнечное тепло для того чтобы отдать его в декабре. Только в таком случае система с альтернативной энергетикой будет работать в Сибири.
Есть идея. Оптимальный аккумулятор это химический. Энергия солнца уже миллиарды лет заключена в нефти и угле. Дерево растет летом а зимой отдает нам солнечное тепло при горении дров. Только химия сколь угодно долго может держать энергию. Возможно электричество солнечных панелей нужно переводить в химический аккумулятор — водород.
Пока есть Солнце — разлагаем воду на кислород и водород. Водород собираем в емкость, кислород в атмосферу. А в декабре топим котел водородной горелкой. В качестве фантазии электричество из водорода можно получать напрямую через топливный элемент.
Как вам идея водородной энергетики как буферного аккумулятора для сглаживания пиков производства электричества из возобновляемых источников?

SamurXY

Продолжим расчеты.
Наша потребность в тепловой энергии составляет 30 КВ/ч или 720 КВ/сут
С одного метода коллектора в декабре снимается 2.64 Кв/сут (инсоляция 0,44 КВ*м2/ч*6 солнечных часов). 720/2,64 = 273 м2. Это с КПД коллектора 100% а оно зависит от температуры окружающего воздуха и в декабре составит всего 50%. Т.о нужно 545 м2 коллектора. Нужно засадить пять соток земли двойным четверным слоем стекла с откаченным воздухом, медными трубочками и алюминиевыми пластинами.
Поразительно! Но в Июле световой день у нас будет 17 часов. Инсоляция 5,22 КВ*м2/ч. Т.е в Июле с квадратного метра будет 88 КВ/день энергии. КПД батареи составит уже 90%. Т.е понадобится для получения 720 КВ энергии в день всего 8,54 м2 ,батареей. Наш зимний монструозный коллектор, вырабатывавший 720 КВ в день в декабре, в июле будет вырабатывать 88,74*545*0,9= 43 527 КВ энергии в день…. 44 МЕГАВАТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ!!!!! Т.е я могу кипятить небольшое озеро, превращая его в красивые облака…. Красиво, но бесполезно, как и тепловой солнечный коллектор.
P/S если мои расчеты не верны прошу указать на ошибку.

SamurXY

Итак, рассмотрев все варианты альтернативной энергетики, я решил поэкспериментировать с вакуумным солнечным коллектором.
Почему именно вакуумный, а не плоский? Дело в том, что тепло нам нужно именно зимой, при отрицательных температурах. Летом нам оно даром не сдалось.
Расчеты по инсоляции взял отсюда:
solbat.su
Из таблицы видно, что для горизонтальной площадки мы имеем в Екатеринбурге (от Тюмени 300 км по одной широте) :
Ноябрь — 0,72 кВт*ч/м2
Декабрь — 0,44 кВт*ч/м2
Январь — 0,64 кВт*ч/м2
Максимальное количество тепла приходится на июнь — 5,48 кВт*ч/м2, т.е более чем в 10 раз больше. Что делать с излишками этой энергии отдельный разговор.
Как ни странно ключевым элементом солнечного коллектора я считаю тепловой аккумулятор. Чтобы проект был жизнеспособен этот аккумулятор должен обеспечивать теплом дом даже в пасмурную погоду минимум 4 дня. Таблицы со статистикой говорят, что в Тюмени в ноябре-январе пасмурных дней – 13 в месяц. Итак 4 дня тепловой аккумулятор должен обеспечивать необходимую температуру. Термодинамические расчеты говорят, что для достижения поставленной задачи за 4 дня нам нужно избытком тепла нагреть бак парафина объемом 20 м3 до температуры 90 0С. Не хилая задача. Да?
Продолжение следует.

SamurXY

Часть 3. тепловые насосы.
В бытность мою еще студентом, рассказывали нам про тепловые насосы —
mojastroika13.ru
Эта штука отбирает тепло от водоема или грунта, или от воды из скважины и передает теплоностиелю. Фактически это холодильник наоборот.
При затратах на насос в 1 КВ можно получить до 10 КВ тепловой энергии даже из низкотемпературных источников (например почвы).
Преимущество в том, что энергия постоянна во времени. С ней нет перебоев. летом тепловой насос может работать как холодильник, охлаждая дом, зимой как отопитель.
Недостаток:
1. необходима электрическая энергия для работы компрессора
2. Большая металлоемкость конструкции. Для плоского коллектора нужно на отопление одного квадратного метра дома 4 метра трубы. Т.е на дом 200 квадратов нужно почти километр труб закопать на глубину 1.5 м... не хилая работенка, да?
Сами тепловые насосы продаются спокойно.
viessmann.ru — на нужную мощность стоят около 800 тыс.р.

SamurXY

Итак, я рассчитал, что общие потребности моего дома в энергии составляют летом – 10 КВт/час в пике нагрузки и 2 КВт/час в среднем за день, а зимой все 60 КВт/час в пике и 40 в среднем за день. Львиная доля приходится на отопление.
Нашел на форумах автономщиков замечательную вещь, называется – солнечный коллек-тор. Бывают двух видов, плоские и вакуумные. ru.wikipedia.org
Принцип очень прост, абсорбирующие покрытие поглощает излучение и нагревает воду. Причем очень хорошо нагревает. Это показано на этом видео: youtube.com
Умельцы делают такие коллекторы сами. Берут медную фольгу, припаивают к ней тру-бочки и окисляют до черного цевета. Но проблема плоского коллектора в том, что он не может работать зимой при сильно отрицательных температурах. А именно тогда нам нуж-но максимально количество энергии. Спасает вакуумный коллектор. В трубку, из которой откачен воздух помещают светопоглащающее покрытие, таким образом теплообмнена с окружающей средой нет, есть только теплообмен излучением. Такой коллектор способен вскипятить воду даже при -35 градусов.
youtube.com
Но стоимость таких коллекторов внушительна — solnechnye.ru
Солнечный коллектор 30 трубок обойдется в 56200 тыс.р. по расчетам таких нужно 10 штук. Дороговато, но проблему отопления решает полностью.

SamurXY

Продолжительность солнечного сияния представляет собой суммарное число часов в течение суток, месяца, года, когда Солнце в данной местности находится над горизонтом и не закрыто облаками. Она зависит от широты места, долготы дня и количества облаков. Посмотрите на эту карту, широте Тюмени соответствует примерно 2000 часов в год, это на 1/3 больше чем в Москве и Питере. Одна солнечная батарея площадью в 1 кв.м снимает в светлое время суток в тюмени 150 Вт энергии solnechnye.ru
Квадратный метр такой панели обойдется в 11 тыс.р. Т.е стоимость вата энергии будет 73 р/ватт. (без учета инвертора и аккумулятора).
Для питания моих приборов мне нужно в среднем 4 к.в энергии в час. т.е я затрачу минимум 293 тыс. р только на солнечные панели. Площадь остекления при этом должна быть 27 кв.м. И это только электричество. Львиную долю потребления энергии в доме занимает отопление. На один кубический метр нужно 20-40 ватт. Т.е на мой дом понадобится примерно 80 кв.ч энергии. Для отопления электричеством (солнечной энергией) уже будет необходимо площадь в 533 кв.м и сумма в 6... ШЕСТЬ миллионов рублей. И напомню, это без учета аккумуляторов инверторов и работ.