La energía solar como fuente de energía alternativa: tipos y características de los sistemas solares

La historia del desarrollo de la energía solar.

Intentaron "domar" el sol en los días de Arquímedes. Hasta el día de hoy, la leyenda de quemar barcos con la ayuda de un gran espejo ha sobrevivido: los habitantes de Siracusa dirigieron un rayo enfocado a la flota enemiga.

En la historia del desarrollo de la energía solar, hay hechos sobre el uso de la energía solar:

• para calentar palacios de piedra;
• evaporación del agua de mar para producir sal.

Los calentadores de agua mejoraron cuando Lavoisier usó una lente para concentrar los rayos infrarrojos. Así se fundía el hierro. Más tarde, los franceses comenzaron a utilizar agua calentada hasta el estado de vapor para impulsar mecánicamente los equipos de impresión. Los científicos comenzaron a hablar sobre las perspectivas de la energía solar después de la creación de los semiconductores. Sobre esta base, se crearon las primeras fotocélulas.

Desarrollo de fuentes no tradicionales

Las fuentes de energía no tradicionales incluyen:

• energía del sol;
• energía eólica;
• geotermia;
• energía de las mareas y olas del mar;
• biomasa;
• energía de bajo potencial del medio ambiente.

Su desarrollo parece posible debido a la distribución ubicua de la mayoría de las especies; también se puede notar su respeto por el medio ambiente y la ausencia de costos operativos para el componente de combustible.

Sin embargo, existen algunas cualidades negativas que impiden su uso a escala industrial. Se trata de una baja densidad de flujo, lo que obliga al uso de instalaciones "interceptantes" de gran superficie, así como a la variabilidad en el tiempo.

Todo esto lleva al hecho de que tales dispositivos tienen un alto consumo de material, lo que significa que las inversiones de capital también aumentan. Bueno, el proceso de obtención de energía debido a algún elemento de aleatoriedad asociado con las condiciones climáticas causa muchos problemas.

El otro problema más importante es el “almacenamiento” de esta materia prima energética, ya que las tecnologías existentes para almacenar electricidad no permiten que se haga en grandes cantidades.Sin embargo, en las condiciones domésticas, las fuentes de energía alternativas para el hogar son cada vez más populares, así que conozcamos las principales plantas de energía que se pueden instalar en propiedad privada.

energía geotérmica

Tipos inexplorados de fuentes alternativas de energía acechan en las entrañas del globo. La humanidad conoce la fuerza y ​​la escala de las manifestaciones naturales. El poder de la erupción de un volcán es incomparable con cualquiera de las plantas de energía hechas por el hombre.

Desafortunadamente, la gente todavía no sabe cómo usar esta gigantesca energía para el bien, pero el calor natural de la Tierra o energía geotérmica llama la atención de los científicos, ya que es un recurso inagotable.

Se sabe que nuestro planeta irradia anualmente una enorme cantidad de calor interno, que es compensado por la desintegración radiactiva de los isótopos en la corteza del globo. Hay dos tipos de fuente de energía geotérmica.

Piscinas subterráneas

Son piscinas naturales de agua caliente o mezcla vapor-agua - fuentes hidrotermales o termo-vapor. Los recursos de estas fuentes se extraen a través de pozos, luego la energía se utiliza para las necesidades de la humanidad.

rocas

El calor de las rocas calientes se puede utilizar para calentar agua. Para hacer esto, se bombea hacia los horizontes para su uso posterior con fines energéticos.

Una de las desventajas de este tipo de energía es su débil concentración. Sin embargo, en condiciones en las que, al bucear cada 100 metros, la temperatura aumenta entre 30 y 40 grados, se puede garantizar su uso económico.

La tecnología de utilizar esta energía en prometedoras "áreas geotérmicas" tiene claras ventajas:

• reservas inagotables;
• limpieza ecológica;
• la ausencia de grandes costos para el desarrollo de fuentes.

Un mayor desarrollo de la civilización es imposible sin la introducción de nuevas tecnologías en el campo de la energía. En este camino hay tareas intratables que la humanidad aún tiene que resolver.

Sin embargo, el desarrollo de esta dirección juega un papel importante, y hoy en día ya existen equipos que pueden ahorrar significativamente recursos, las fuentes de energía tradicionales y alternativas son una excelente alternativa para ellos. Implementar tales ideas requiere paciencia, manos hábiles, así como algunas habilidades y conocimientos.

Diseño de un sistema de calefacción sobre colectores

En primer lugar, trataremos en detalle las diferencias en la estructura y funcionamiento de las baterías y los colectores.

El panel consta de varias células solares interconectadas en un marco hecho de materiales no conductores de energía.

Los convertidores fotovoltaicos son estructuras bastante complejas, que son una especie de sándwich de placas con diferentes características y propósitos.

Además de los módulos solares y fijaciones especiales, el sistema consta de los siguientes elementos:

• baterías, para el almacenamiento de energía;
• un controlador que monitoreará el grado de carga de la batería;
• inversor - para convertir la corriente continua en corriente alterna.

Los colectores son de dos tipos: de vacío y planos.

Los colectores de vacío consisten en tubos de vidrio huecos con tubos de menor diámetro en su interior que contienen un absorbedor de energía. Los tubos más pequeños están conectados al refrigerante. En el espacio libre entre ellos hay un vacío que retiene el calor.

El principio de funcionamiento del colector solar.

Los colectores de placa plana consisten en un marco y vidrio reforzado con una capa fotoabsorbente.La capa absorbente está conectada a los tubos con el refrigerante.

Ambos sistemas consisten en un circuito de intercambio de calor y un acumulador de calor (tanque de líquido).

Desde el tanque, el agua ingresa al sistema de calefacción mediante una bomba. Para evitar la pérdida de calor, el tanque debe estar bien aislado.

Dichas instalaciones deben ubicarse en la pendiente sur del techo. El ángulo de inclinación debe ser de 30-45 grados. Si la ubicación de la casa o la estructura del techo no permite instalar paneles solares en el techo, puede instalarlos en marcos reforzados especiales o en bastidores fijados a la pared.

La cantidad de energía solar liberada en diferentes épocas del año varía mucho. El valor del coeficiente de insolación para tu lugar de residencia lo puedes encontrar en el mapa de actividad solar. Conociendo el coeficiente de insolación, puedes calcular el número de módulos que necesitas.

Por ejemplo, consume energía 8 kW/h, la insolación es en promedio 2 kW/h. Potencia del panel solar - 250 W (0,25 kW). Hagamos los cálculos: 8 / 2 / 0.25 \u003d 16 piezas: esta es la cantidad de paneles que necesitará.

Plantas de biogás

El gas se forma como resultado del procesamiento de productos de desecho de aves y animales. Los residuos reciclados se utilizan para fertilizar el suelo en las parcelas domésticas. El proceso se basa en una reacción de fermentación en la que intervienen bacterias que viven en el estiércol.

El estiércol de ganado se considera la mejor fuente de biogás, aunque también son adecuados los desechos de aves u otros animales.

La fermentación se produce sin acceso al oxígeno, por lo que es recomendable utilizar recipientes cerrados, que también se denominan biorreactores.La reacción se activa si la masa se agita periódicamente, para esto se utilizan trabajos manuales o varios dispositivos electromecánicos.

También será necesario mantener la temperatura en la instalación de 30 a 50 grados para asegurar la actividad de las bacterias mesófilas y termófilas y su participación en la reacción.

fabricación de la construcción

La planta de biogás más simple es un barril agitado con tapa. El gas del barril ingresa al tanque a través de una manguera, se hace un orificio en la tapa para este propósito. Este diseño proporciona gas a uno o dos quemadores de gas.

Para la obtención de grandes volúmenes de gas se utiliza un búnker de superficie o subterráneo, el cual es de hormigón armado. Es recomendable dividir todo el contenedor en varios compartimentos para que la reacción se produzca con un cambio en el tiempo.

El contenedor no está completamente lleno de masa, en aproximadamente un 20 por ciento, el resto del espacio sirve para acumular gas. Dos tubos están conectados a la tapa del recipiente, uno se dirige al consumidor y el otro al sello de agua, un recipiente lleno de agua. Esto asegura la purificación y el secado del gas, y se suministra gas de alta calidad al consumidor.

¿Es todo tan suave?

Parecería que una tecnología de este tipo para el suministro de energía de una casa privada debería haber sido expulsada del mercado durante mucho tiempo por los métodos tradicionales centralizados de suministro de energía. ¿Por qué no sucede esto? Hay varios argumentos que no dan testimonio a favor de la energía alternativa. Pero su importancia se determina de forma individual: para algunos propietarios de casas de campo, algunas deficiencias son relevantes y otras no tienen ningún interés.

Para casas de campo grandes, la eficiencia no demasiado alta de las instalaciones de energía alternativa puede convertirse en un problema. Naturalmente, los sistemas solares locales, las bombas de calor o las instalaciones geotérmicas no pueden compararse con la productividad de las centrales hidroeléctricas, las centrales térmicas y más aún las centrales nucleares más antiguas, pero este inconveniente suele minimizarse instalando dos o incluso tres sistemas, utilizando más energía. La consecuencia de esto puede ser otro problema: para su instalación, se requerirá un área más grande, que no es posible asignar en todos los proyectos de casas.

Para garantizar el suministro ininterrumpido de la cantidad de electrodomésticos y el sistema de calefacción familiar para un hogar moderno, se requiere mucha energía. Por lo tanto, el proyecto debe prever tales fuentes que puedan producir tal energía. Y esto requiere una inversión sólida: cuanto más potente es el equipo, más caro es.

Además, en algunos casos (por ejemplo, cuando se usa energía eólica), la fuente puede no garantizar la constancia de la producción de energía. Por lo tanto, es necesario equipar toda la comunicación con dispositivos de almacenamiento. Por lo general, las baterías y los colectores se instalan para este propósito, lo que conlleva los mismos costos adicionales y la necesidad de asignar más metros cuadrados en la casa.

El principio de funcionamiento de una planta de energía solar en el hogar.

Una planta de energía solar es un sistema que consta de paneles, un inversor, una batería y un controlador. El panel solar transforma la energía radiante en electricidad (como se mencionó anteriormente). La corriente continua ingresa al controlador, que distribuye la corriente a los consumidores (por ejemplo, una computadora o iluminación).Un inversor convierte la corriente continua en corriente alterna y alimenta la mayoría de los electrodomésticos. La batería almacena energía que se puede utilizar durante la noche.

Descripción del video

Un buen ejemplo de cálculos que muestran cuántos paneles se necesitan para proporcionar una fuente de alimentación autónoma, vea este video:

Cómo se utiliza la energía solar para generar calor

Los sistemas solares se utilizan para calentar agua y calentar el hogar. Pueden proporcionar calor (a pedido del propietario) incluso cuando la temporada de calefacción ha terminado, y proporcionar agua caliente a la casa de forma gratuita. El dispositivo más simple son los paneles de metal que se instalan en el techo de la casa. Acumulan energía y agua caliente, que circula a través de tuberías ocultas debajo de ellas. El funcionamiento de todos los sistemas solares se basa en este principio, a pesar de que pueden ser estructuralmente diferentes entre sí.

Los colectores solares consisten en:

• tanque de almacenamiento;
• gasolinera;
• controlador
• tuberías;
• guarniciones.

Según el tipo de construcción, se distinguen los colectores planos y de vacío. En el primero, el fondo está cubierto con material termoaislante y el líquido circula a través de tuberías de vidrio. Los colectores de vacío son muy eficientes porque las pérdidas de calor se mantienen al mínimo. Este tipo de colector proporciona no solo el calentamiento solar de una casa privada, sino que también es conveniente usarlo para sistemas de agua caliente y calefacción de piscinas.

El principio de funcionamiento del colector solar.

Fabricantes populares de paneles solares.

La mayoría de las veces, los productos de Yingli Green Energy y Suntech Power Co. se encuentran en los estantes.Los paneles HiminSolar (China) también son populares. Sus paneles solares producen electricidad incluso en tiempo de lluvia.

La producción de baterías solares también ha sido establecida por un fabricante nacional. Las siguientes empresas hacen esto:

• Hevel LLC en Novocheboksarsk;
• "Telecom-STV" en Zelenograd;
• Sun Shines (Autonomous Lighting Systems LLC) en Moscú;
• JSC "Planta de Ryazan de dispositivos de metal-cerámica";
• CJSC "Termotron-zavod" y otros.

Siempre se puede encontrar una opción adecuada por el precio. Por ejemplo, en Moscú para paneles solares para una casa, el costo variará de 21 000 a 2 000 000 de rublos. El costo depende de la configuración y potencia de los dispositivos.

Los paneles solares no siempre son planos: hay varios modelos que enfocan la luz en un punto

Pasos de instalación de la batería

1. Para instalar los paneles, se elige el lugar más iluminado; en la mayoría de los casos, estos son los techos y las paredes de los edificios. Para que el dispositivo funcione de la manera más eficiente posible, los paneles se montan en un cierto ángulo con respecto al horizonte. También se tiene en cuenta el nivel de oscuridad del territorio: los objetos circundantes que pueden crear una sombra (edificios, árboles, etc.)
2. Los paneles se instalan utilizando sistemas de fijación especiales.
3. Luego, los módulos se conectan a la batería, el controlador y el inversor, y se ajusta todo el sistema.

Para la instalación del sistema, siempre se desarrolla un proyecto personal, que tiene en cuenta todas las características de la situación: cómo se llevará a cabo la instalación paneles solares en techo de la casa, precio y condiciones. Dependiendo del tipo y alcance del trabajo, todos los proyectos se calculan de forma individual. El cliente acepta el trabajo y recibe una garantía por el mismo.

La instalación de paneles solares debe ser realizada por profesionales y respetando las medidas de seguridad.

Como resultado, las perspectivas para el desarrollo de tecnologías solares.

Si en la Tierra el funcionamiento más eficiente de los paneles solares se ve obstaculizado por el aire, que hasta cierto punto dispersa la radiación del Sol, entonces en el espacio no existe tal problema. Los científicos están desarrollando proyectos de satélites gigantes en órbita con paneles solares que funcionarán las 24 horas del día. Desde ellos, la energía se transmitirá a los dispositivos receptores de tierra. Pero esto es una cuestión del futuro, y para las baterías existentes, los esfuerzos se dirigen a mejorar la eficiencia energética y reducir el tamaño de los dispositivos.

energía geotérmica

Tipos inexplorados de fuentes alternativas de energía acechan en las entrañas del globo. La humanidad conoce la fuerza y ​​la escala de las manifestaciones naturales. El poder de la erupción de un volcán es incomparable con cualquiera de las plantas de energía hechas por el hombre.

Desafortunadamente, la gente todavía no sabe cómo usar esta gigantesca energía para el bien, pero el calor natural de la Tierra o energía geotérmica llama la atención de los científicos, ya que es un recurso inagotable.

Se sabe que nuestro planeta irradia anualmente una enorme cantidad de calor interno, que es compensado por la desintegración radiactiva de los isótopos en la corteza del globo. Hay dos tipos de fuente de energía geotérmica.

Piscinas subterráneas

Son piscinas naturales de agua caliente o mezcla vapor-agua - fuentes hidrotermales o termo-vapor. Los recursos de estas fuentes se extraen a través de pozos, luego la energía se utiliza para las necesidades de la humanidad.

rocas

El calor de las rocas calientes se puede utilizar para calentar agua. Para hacer esto, se bombea hacia los horizontes para su uso posterior con fines energéticos.

Una de las desventajas de este tipo de energía es su débil concentración. Sin embargo, en condiciones en las que, al bucear cada 100 metros, la temperatura aumenta entre 30 y 40 grados, se puede garantizar su uso económico.

La tecnología de utilizar esta energía en prometedoras "áreas geotérmicas" tiene claras ventajas:

• reservas inagotables;
• limpieza ecológica;
• la ausencia de grandes costos para el desarrollo de fuentes.

Un mayor desarrollo de la civilización es imposible sin la introducción de nuevas tecnologías en el campo de la energía. En este camino hay tareas intratables que la humanidad aún tiene que resolver.

Sin embargo, el desarrollo de esta dirección juega un papel importante, y hoy en día ya existen equipos que pueden ahorrar significativamente recursos, las fuentes de energía tradicionales y alternativas son una excelente alternativa para ellos. Implementar tales ideas requiere paciencia, manos hábiles, así como algunas habilidades y conocimientos.

Tipos de energía alternativa

Según la fuente de energía que, como resultado de la transformación, permite a una persona recibir energía eléctrica y térmica utilizada en la vida cotidiana, las energías alternativas se clasifican en varios tipos que determinan los métodos de su generación y los tipos de instalaciones que sirven para este.

energía del sol

La energía solar se basa en la conversión de la energía solar, que da como resultado energía eléctrica y térmica.

La producción de energía eléctrica se basa en procesos físicos que ocurren en los semiconductores bajo la influencia de la luz solar, la producción de energía térmica se basa en las propiedades de los líquidos y gases.

Para generar energía eléctrica, se completan las plantas de energía solar, cuya base son baterías solares (paneles) hechas a base de cristales de silicio.

La base de las instalaciones térmicas son los colectores solares, en los que la energía del sol se convierte en energía térmica del refrigerante.

La potencia de dichas instalaciones depende del número y la potencia de los dispositivos individuales que forman parte de las centrales térmicas y solares.

Energía eólica

La energía eólica se basa en la conversión de la energía cinética de las masas de aire en energía eléctrica utilizada por los consumidores.

La base de los aerogeneradores es un aerogenerador.Los aerogeneradores difieren en parámetros técnicos, dimensiones generales y diseño: con eje de rotación horizontal y vertical, diferentes tipos y números de palas, así como su ubicación (tierra, mar, etc.). ).

el poder del agua

La energía hidroeléctrica se basa en la conversión de la energía cinética de las masas de agua en energía eléctrica, que también es utilizada por el hombre para sus propios fines.

Los objetos de este tipo incluyen centrales hidroeléctricas de varias capacidades instaladas en ríos y otros cuerpos de agua. En tales instalaciones, bajo la influencia del flujo natural del agua, o mediante la creación de una presa, el agua actúa sobre las palas de una turbina que genera electricidad. La hidroturbina es la base de las centrales hidroeléctricas.

Otra forma de obtener energía eléctrica mediante la conversión de la energía del agua es el aprovechamiento de la energía mareomotriz, mediante la construcción de estaciones mareomotrices. El funcionamiento de tales instalaciones se basa en el aprovechamiento de la energía cinética del agua de mar durante las mareas que se producen en los mares y océanos bajo la influencia de los objetos del sistema solar.

El calor de la tierra

La energía geotérmica se basa en la conversión del calor irradiado por la superficie terrestre, tanto en los lugares donde se liberan aguas geotérmicas (áreas sísmicamente peligrosas), como en otras regiones de nuestro planeta.

Para el aprovechamiento de las aguas geotérmicas se utilizan instalaciones especiales, mediante las cuales se convierte el calor interno de la tierra en energía térmica y eléctrica.

El uso de una bomba de calor le permite obtener calor de la superficie de la tierra, independientemente de su ubicación. Su trabajo se basa en las propiedades de los líquidos y gases, así como en las leyes de la termodinámica.

biocombustible

Los tipos de biocombustibles difieren en las formas en que se obtienen, su estado de agregación (líquido, sólido, gaseoso) y tipos de uso. El indicador que une a todos los tipos de biocombustibles es que la base para su producción son los productos orgánicos, mediante cuyo procesamiento se obtiene energía eléctrica y térmica.

Los biocombustibles sólidos son la leña, las briquetas o los gránulos de combustible, los gaseosos son el biogás y el biohidrógeno, y los líquidos son el bioetanol, el biometanol, el biobutanol, el éter dimetílico y el biodiésel.

Pros y contras de las plantas de energía solar.

ventajas:

• La energía solar es una fuente de energía renovable. Al mismo tiempo, está disponible públicamente y es gratuito.
• Las instalaciones solares son bastante seguras de usar.
• Tales plantas de energía son completamente autónomas.
• Son económicos y tienen un período de amortización rápido. Los costos principales ocurren solo por el equipo necesario y requieren una inversión mínima en el futuro.
• Otra característica distintiva es la estabilidad en el trabajo. Prácticamente no hay subidas de tensión en tales estaciones.
• No son caprichosos en el mantenimiento y son bastante fáciles de usar.
• Además, para los equipos SPP, es característico un largo período de funcionamiento característico.

Defectos:

• Como fuente de energía, el sistema solar es muy sensible al clima, las condiciones meteorológicas y la hora del día. Tal planta de energía no funcionará de manera eficiente y productiva durante la noche o en un día nublado.
• Menor productividad en latitudes con temporadas fuertes. Son más efectivos en áreas donde la cantidad de días soleados por año es más cercana al 100%.
• Coste muy elevado e inaccesible de los equipos para instalaciones solares.
• La necesidad de limpieza periódica de paneles y superficies de contaminación. De lo contrario, se absorbe menos radiación y la productividad cae.
• Un aumento significativo en la temperatura del aire dentro de la planta de energía.
• La necesidad de utilizar el terreno con un área enorme.
• Otras dificultades en el proceso de eliminación de los componentes de la planta, en particular las fotocélulas, después del final de su vida útil.

Como en cualquier campo industrial, el procesamiento y conversión de energía solar tiene sus fortalezas y debilidades.

Es muy importante que las ventajas cubran las desventajas, en cuyo caso el trabajo estará justificado.

Hoy en día, la mayoría de los desarrollos en esta industria están dirigidos a optimizar y mejorar el funcionamiento y uso de los métodos existentes y desarrollar otros nuevos que sean más seguros y productivos.

La conveniencia de usar un sistema solar.

Sistema solar: un complejo para convertir la energía de la radiación solar en energía térmica, que luego se transfiere a un intercambiador de calor para calentar el refrigerante de un sistema de calefacción o suministro de agua.

La eficiencia de una instalación solar térmica depende de la insolación - la cantidad de energía recibida durante un día de luz por 1 m2 de una superficie situada en un ángulo de 90 ° con respecto a la dirección de los rayos del sol. El valor de medición del indicador es kWh / m2, el valor del parámetro varía según la temporada.

El nivel medio de insolación solar para la región de clima continental templado es de 1000-1200 kWh/m2 (por año). La cantidad de sol es el parámetro determinante para calcular el rendimiento de un sistema solar.

El uso de una fuente de energía alternativa le permite calentar la casa, obtener agua caliente sin costos de energía tradicionales, exclusivamente a través de la radiación solar.

Instalar un sistema de calefacción solar es una tarea costosa. Para que los gastos de capital se justifiquen, es necesario un cálculo preciso del sistema y la adherencia a la tecnología de instalación.

Ejemplo. El valor promedio de la insolación solar para Tula en pleno verano es de 4,67 kV/m2*día, siempre que el panel del sistema esté instalado en un ángulo de 50°. El rendimiento de un colector solar con un área de 5 m2 se calcula de la siguiente manera: 4,67 * 4 = 18,68 kW de calor por día. Este volumen es suficiente para calentar 500 litros de agua desde una temperatura de 17°C a 45°C.

Como muestra la práctica, al usar una instalación solar, los propietarios de cabañas en el verano pueden cambiar completamente del calentamiento de agua eléctrico o de gas al método solar.

Hablando de la conveniencia de introducir nuevas tecnologías, es importante tener en cuenta las características técnicas de un colector solar en particular. Algunos comienzan con 80W/m2 de energía solar, otros comienzan con 20W/m2

Incluso en un clima del sur, el uso de un sistema colector únicamente para calefacción no dará resultado. Si la instalación se usa exclusivamente en invierno con escasez de sol, el costo del equipo no se cubrirá incluso durante 15-20 años.

Para utilizar el complejo solar de la manera más eficiente posible, debe incluirse en el sistema de suministro de agua caliente. Incluso en invierno, el colector solar le permitirá "recortar" las facturas de energía para calentar agua hasta en un 40-50%.

Según los expertos, para uso doméstico, el sistema solar se amortiza en unos 5 años. Con un aumento en los precios de la electricidad y el gas, el período de recuperación del complejo se reducirá

Además de los beneficios económicos, la "calefacción solar" tiene ventajas adicionales:

1. Amabilidad con el medio ambiente. Reducción de las emisiones de dióxido de carbono. Durante un año, 1 m2 de colector solar evita que entren 350-730 kg de minería a la atmósfera.
2. Estética. El espacio de un baño o una cocina compactos se puede salvar de calderas voluminosas o calentadores de agua a gas.
3. Durabilidad. Los fabricantes afirman que si se sigue la tecnología de instalación, el complejo durará entre 25 y 30 años. Muchas empresas ofrecen una garantía de hasta 3 años.

Argumentos en contra del uso de la energía solar: marcada estacionalidad, dependencia del clima y alta inversión inicial.

Características numéricas de la radiación solar

Existe un indicador como la constante solar. Su valor es de 1367 vatios. Esta es la cantidad de energía por 1 m2. planeta Tierra. Eso es solo alrededor de un 20-25% menos de energía que llega a la superficie de la tierra debido a la atmósfera. Por lo tanto, el valor de la energía solar por metro cuadrado, por ejemplo, en el ecuador es de 1020 vatios. Y tengo en cuenta el cambio de día y noche, el cambio en el ángulo del sol sobre el horizonte, esta cifra disminuye aproximadamente 3 veces.

Pero, ¿de dónde viene esta energía? Los científicos comenzaron a tratar este problema por primera vez en el siglo XIX, y las versiones eran completamente diferentes. Hoy, como resultado de una gran cantidad de estudios, se sabe con certeza que la fuente de energía solar es la reacción de transformación de 4 átomos de hidrógeno en un núcleo de helio. Como resultado de este proceso, se libera una cantidad significativa de energía. Por ejemplo, la energía liberada durante la transformación de 1 gr. el hidrógeno es comparable a la energía que se libera durante la combustión de 15 toneladas de gasolina.

Bombas de calor para calefacción doméstica

Las bombas de calor utilizan todas las fuentes de energía alternativas disponibles. Toman calor del agua, aire, suelo. En pequeñas cantidades, este calor está ahí incluso en invierno, por lo que la bomba de calor lo recoge y lo redirige a la calefacción de la casa.

Las bombas de calor también utilizan fuentes de energía alternativas: el calor de la tierra, el agua y el aire.

Principio de funcionamiento

¿Por qué las bombas de calor son tan atractivas? El hecho de que habiendo gastado 1 kW de energía para su bombeo, en el peor de los casos, recibirá 1,5 kW de calor, y las implementaciones más exitosas pueden dar hasta 4-6 kW.Y esto no contradice de ninguna manera la ley de conservación de la energía, porque la energía no se gasta en obtener calor, sino en bombearlo. Así que no hay inconsistencias.

Esquema de una bomba de calor para el uso de fuentes de energía alternativas.

Las bombas de calor tienen tres circuitos de trabajo: dos externos y uno interno, así como un evaporador, un compresor y un condensador. El esquema funciona así:

• En el circuito primario circula un refrigerante que toma calor de fuentes de bajo potencial. Puede sumergirse en el agua, enterrarse en el suelo o puede tomar calor del aire. La temperatura máxima alcanzada en este circuito es de unos 6°C.
• El circuito interno hace circular un medio de calentamiento con un punto de ebullición muy bajo (típicamente 0°C). Cuando se calienta, el refrigerante se evapora, el vapor ingresa al compresor, donde se comprime a alta presión. Durante la compresión, se libera calor, el vapor refrigerante se calienta a una temperatura promedio de +35°C a +65°C.
• En el condensador, el calor se transfiere al refrigerante desde el tercer circuito, el de calefacción. Los vapores de enfriamiento se condensan y luego ingresan al evaporador. Y luego el ciclo se repite.

El circuito de calefacción se realiza mejor en forma de piso cálido. Las temperaturas son las mejores para esto. El sistema de radiadores requerirá demasiadas secciones, lo cual es feo y poco rentable.

Fuentes alternativas de energía térmica: dónde y cómo obtener calor

Pero la mayor dificultad es el dispositivo del primer circuito externo, que acumula calor. Dado que las fuentes son de bajo potencial (hay poco calor en el fondo), se requieren grandes áreas para recolectarlo en cantidades suficientes. Hay cuatro tipos de contornos:

• Anillos colocados en tuberías de agua con refrigerante.El cuerpo de agua puede ser cualquier cosa: un río, un estanque, un lago. La condición principal es que no se congele incluso en las heladas más severas. Las bombas que extraen calor del río funcionan de manera más eficiente; se transfiere mucho menos calor en el agua estancada. Tal fuente de calor es la más fácil de implementar: tirar tuberías, atar una carga. Solo hay una alta probabilidad de daño accidental.

• Campos térmicos con tuberías enterradas por debajo de la profundidad de congelación. En este caso, solo hay un inconveniente: grandes volúmenes de movimiento de tierras. Tenemos que remover el suelo sobre un área grande, e incluso hasta una profundidad sólida.

• Uso de temperaturas geotérmicas. Se perforan varios pozos profundos y se introducen circuitos de refrigeración en ellos. Lo bueno de esta opción es que requiere poco espacio, pero no en todas partes es posible perforar a grandes profundidades, y los servicios de perforación cuestan mucho. Sin embargo, puede hacer una plataforma de perforación usted mismo, pero el trabajo aún no es fácil.

• Extracción de calor del aire. Así es como funcionan los acondicionadores de aire con posibilidad de calefacción: toman calor del aire "exterior". Incluso a temperaturas bajo cero, estas unidades funcionan, aunque a un nivel negativo no muy "profundo", hasta -15 ° C. Para que el trabajo sea más intenso, puede utilizar el calor de los conductos de ventilación. Lanza unas eslingas con refrigerante allí y bombea calor desde allí.

La principal desventaja de las bombas de calor es el alto precio de la bomba en sí, y la instalación de campos de recolección de calor no es barata. En este caso, puede ahorrar dinero haciendo la bomba usted mismo y también colocando los contornos con sus propias manos, pero la cantidad seguirá siendo considerable. La ventaja es que la calefacción será económica y el sistema funcionará durante mucho tiempo.

Tipos

Hoy en día, varios tipos de paneles solares están ganando cada vez más popularidad. A primera vista, puede parecer que todos los módulos solares son iguales: una gran cantidad de pequeñas células solares individuales están interconectadas y cubiertas con una película transparente. Pero, en realidad, todos los módulos difieren en potencia, diseño y tamaño. Y por el momento, los fabricantes han dividido los sistemas solares en dos tipos principales: silicio y película.

Para uso doméstico se instalan paneles solares con fotocélulas de silicio. Son los más populares del mercado. De los cuales también se pueden distinguir tres tipos: estos son policristalinos, monocristalinos, ya se han descrito con más detalle en el artículo, y amorfos, en los que nos detendremos con más detalle.

Amorfo: también están hechos a base de silicio, pero, además, también tienen una estructura elástica flexible. Pero no están hechos de cristales de silicio, sino de silano, otro nombre para el hidrógeno de silicio. De las características de los módulos amorfos, se puede notar una excelente eficiencia incluso en tiempo nublado y la capacidad de repetir cualquier superficie. Pero la eficiencia es mucho menor: solo el 5%.

El segundo tipo de paneles solares, la película, se produce a base de varias sustancias.

• Cadmio: estos paneles se desarrollaron en los años 70 del siglo pasado y se usaron en el espacio. Pero hoy en día, el cadmio también se usa en la producción de plantas de energía solar industriales y domésticas.
• Módulos basados ​​en semiconductores CIGS, desarrollados a partir de seleniuro de cobre, indio y paneles de película. El indio también se usa ampliamente en la fabricación de monitores de cristal líquido.
• Polímero: también se utiliza en la producción de módulos de película solar. El grosor de un panel es de aproximadamente 100 nm, pero la eficiencia permanece en el nivel del 5%. Pero de las ventajas se puede notar que tales sistemas tienen un precio asequible y no emiten sustancias nocivas a la atmósfera.

Pero también hoy en día, están en el mercado modelos portátiles menos voluminosos. Están especialmente diseñados para su uso durante actividades al aire libre. A menudo, estos paneles solares se utilizan para recargar dispositivos portátiles: pequeños aparatos, teléfonos móviles, cámaras y videocámaras.

Los módulos portátiles se dividen en cuatro tipos.

• Bajo consumo: proporcione una carga mínima, que es suficiente para recargar un teléfono móvil.
• Flexible: se puede doblar en un rollo y tiene poco peso, debido a esto y a la gran popularidad entre los turistas y viajeros.
• Fijados en un sustrato: tienen un peso mucho mayor, alrededor de 7-10 kg y, en consecuencia, dan más energía. Dichos módulos están especialmente diseñados para su uso en viajes en automóvil de larga distancia y también se pueden usar para suministrar energía de forma parcialmente autónoma a una casa de campo.
• Universal: indispensable para el senderismo, el dispositivo tiene varios adaptadores para la carga simultánea de varios dispositivos, el peso puede alcanzar los 1,5 kg.

¿Es adecuado para un hogar ordinario?

• Para uso doméstico, la energía solar es un tipo de energía prometedor.
• Como fuente de energía eléctrica para edificios residenciales, se utilizan estaciones de energía solar, que son producidas por empresas industriales en Rusia y en el extranjero. Las instalaciones son producidas de distinta potencia y el completamiento.
• El uso de una bomba de calor: proporcionará agua caliente a un edificio residencial, calentará el agua de la piscina, calentará el refrigerante en el sistema de calefacción o el aire dentro de las instalaciones.
• Colectores solares: se pueden usar en sistemas de calefacción y agua caliente para el hogar. Más eficientes, en este caso, los colectores de tubos de vacío.