Изобретения, использующие солнечную энергию

Солнечная кухня

Помните хмурую личность - Сундукова, из кинофильма "Три плюс два" и его персональную солнечную кухню? Впечатляет?

По своей сути солнечная кухня - это бытовая гелиоустановка, предназначенная для приготовления пищи. Ее основной элемент - гелиоконцентратор, (чаще всего в виде отражателя параболоидной формы), фокусирующий солнечные лучи на поверхности приёмника излучения (кастрюли, кипятильника и т.п.).

Для легкости применения, гелиоконцентраторы для солнечной кухни имеют невысокую точность фокусирования. Обычно концентрация солнечной энергии (относительное увеличение плотности лучистого потока) не превосходит 250, т.к. большая плотность энергии на поверхности приёмника делала бы солнечную кухню неудобной в обращении. Вращение гелиоконцентратора вслед за видимым движением Солнца осуществляется вручную. КПД достигает 55-60%.

Солнечная кухня незаменима в сельской местности и удаленных местах, где нет центрального газоснабжения. Она позволяет приготовить пищу, не разжигая костер. Не нужно использовать уголь и дрова, следить за очагом и беспокоиться о том, что дети могут пострадать от огня.

Например, всего за 15 минут на солнечной кухне можно вскипятить трехлитровый металлический чайник воды, сварить суп.

Так же, солнечные кухни очень удобны в походных условиях. После использования "зонтик" можно сложить и положить в багажник машины, нести в руках.

Использование солнечных кухонь сохраняет время, экономит деньги и "персональную" энергию, которую Вы можете с радостью потратить на своих близких.

Солнечная стена

Сразу скажем, новация появилась не вчера и уже успела завоевать энное число благодарных поклонников, равно как и ряд наград от разных журналов и организаций. Однако система периодически всплывает на ресурсах, посвящённых "зелёным" технологиям, и мы не могли пройти мимо - уж больно изящно работает эта вещица, стоящая, кстати, не таких уж больших денег, в сравнении с традиционными системами поддержания "правильной" температуры в зданиях, да и устроенная довольно просто.

Предназначена, главным образом, для офисных и промышленных сооружений среднего и большого "калибра", но, очевидно, не откажется поработать и в крупном коттедже.

Система называется "Солнечная стена" (Solarwall), и производится она транснациональной компанией Conserval Engineering с головным офисом в Канаде.

"Солнечная стена" - это вторая стена, устанавливаемая с зазором примерно в несколько сантиметров поверх южной стены здания. Этот дополнительный слой представляет собой тонкие панели из алюминия или стали, с чёрным покрытием и множеством маленьких отверстий по всей площади.

Верхняя часть образовавшейся между стенами полости соединяется с вентилятором, подающим воздух с улицы в здание.

В осенне-зимний период, когда есть солнце (а так бывает, во всяком случае, в США и Канаде - нередко), чёрные пластины "Солнечной стены" заметно нагреваются. Воздух с улицы втягивается в отверстия, нагревается в промежутке между стенами и попадает в помещение.

Более того, уходящее через настоящую стену (кирпич или та же сталь) здания, ту самую стену поверх которой смонтирована стена "Солнечная", внутреннее тепло прогретого помещения здесь не пропадает зря, а помогает нагревать поступающий внутрь свежий воздух.

Так существенно снижается необходимая мощность штатной системы обогрева здания.

Летом же, как ни странно, эта чёрная стена помогает зданию охлаждаться. Только теперь в системе переключаются заслонки, и нагретый в фальш-стене воздух сразу выбрасывается наружу, а вот его восходящий поток помогает засасывать в здание, через другие каналы, воздух с улицы. И та же стена мешает южному фасаду здания перегреваться.

Так снижается требуемая мощность штатной системы кондиционирования.

Установленные на ряде промышленных сооружений "Солнечные стены" экономят теперь своим владельцам тысячи долларов в год, а планете - тонны и тонны топлива для электростанций.

Солнечные аксессуары

Преобразование солнечной энергии в электрическую осуществляется при помощи фотоэлектрических модулей. Материалом для них служит один из самых распространенных в земной коре элементов - кремний, а "топливом" - солнечные лучи. Сегодня солнечные батареи вошли в повседневный быт многих миллионов людей прочно и навсегда. Они идеальны для путешествий и в вариантах мобильного использования.

Как известно, бывают такие моменты, когда зубная щетка недоступна. Но с этой проблемой достаточно легко справиться. А вот что делать, когда вам необходимо срочно зарядить батареи вашего мобильника или цифрового фотоаппарата, а ближайшая розетка находится от вас на расстоянии, скажем, километров 20, а то и больше?. Как вариант, можно приобрести дополнительные аккумуляторы для всех ваших устройств. Но есть более изящный выход – универсальные зарядные устройства, позволяющие получать электричество практически из воздуха.

Устройства представляют собой батарею солнечных элементов, монтированных в корпус, напоминающий записную книжку. Помимо рабочей поверхности, в корпусе уместился аккумулятор на 700 мА ч или на 600 мА ч, который может питать внешнее устройство, когда солнечного света нет. Зарядить аккумулятор можно как от солнца, так и от сети с помощью адаптера. Вы легко можете зарядить свой мобильный телефон или фотоаппарат!

Разместив солнечные батареи на поверхности походного рюкзака, производители солар-продукции, предлагают Вам идеальный вариант комфортной мини-электростанции, от которой можно зарядить радио, мобильный телефон или фотоаппарат.

Но пожалуй, наибольшее распространение получили калькуляторы и часы на солнечных батареях - эти устройства потребляют совсем небольшое количество энергии и та батарея, которую можно уместить на корпусе имеет достаточную Если любите походы и ведете активный образ жизни, или Вам просто нравиться слушать радио, то радиоприемник, работающий на солнечных батареях, создан специально для Вас. При солнечной погоде, Вы будете слушать его весь день. В пасмурную погоду, после 12-ти часов подзарядки радио может работать 6-8 часов. Обычно "походные" приемники включают: компас, термометр, сирену, часы, будильник и фонарик. Компактное радио, с наушниками, можно использовать каждый день.

Существует достаточно широкий выбор игрушек и сувениров на солнечных батареях. Солар-игрушки интресны для ребенка не только своим ярким внешним видом, но и не традиционным принципом работы. Их легко можно взять с собой на дачу в летний день и ребенку будет чем заняться.

Солнечные стирлинги

Прежде, чем рассказать о проекте американских энергетиков, нужно сказать пару слов о стирлинге - двигателе. В отличие от дизеля и бензинового ДВС это - двигатель внешнего сгорания. Его тепловой замкнутый цикл кардинально отличается от циклов Отто или Дизеля.

Так, нагрев рабочего газа в цилиндре стирлинга (при подводе тепла извне) происходит при практически постоянном объёме, затем идёт расширение при почти постоянной температуре, потом газ перемещается отдельным поршнем-вытеснителем в холодную зону, где происходит охлаждение при почти постоянном объёме.

Далее следует сжатие при постоянной температуре. Затем вытеснитель загоняет тот же газ в горячую область, и всё начинается сначала.

При этом в канале между горячей и холодной областью часто ставят пористый теплорегенератор, который ускоряет охлаждение и нагрев газа при его движении в ту или иную сторону.

Разумеется, машина, построенная непосредственно мистером Стирлингом, отличается от современных стирлингов так же сильно, как первые дизели, созданные самим Рудольфом Дизелем от дизельных моторов XXI века. Но принцип остался тем же.

Теоретически КПД Стирлинга может совпадать с физическим пределом, определяемым разностью температур "печки" и "холодильника", да и на практике можно получить от стирлингов КПД порядка 70%, что раза в два выше, чем у хорошего дизеля.

Почему же стирлинг "не пошёл"? Увы, чтобы получить от него сколь-нибудь приемлемую удельную мощность (по отношению к его размерам и весу), как и выжать весь потенциал цикла по КПД, нужно идти на ряд технологических ухищрений, которые сильно удорожают конструкцию.

У стирлинга есть сильные козыри. Это не только КПД, но и почти полное отсутствие шума (никаких взрывов) и возможность работать на любом топливе - от бензина и солярки, до угля, Солнца или атомной энергии.

Собственно, всё, что требуется - это нагревать чем-то определённый узел этого мотора - верхнюю часть закрытого цилиндра.

Потому стирлинги нашли ограниченное применение (на некоторых подлодках или как вспомогательные генераторы). Очевидно, преимущества этих двигателей становятся особо выгодными при стационарном использовании, когда собственный вес двигателя не важен. Например, при выработке энергии из солнечного излучения.

Об этом инженеры думали давно, да и кое-какие установки такого типа уже строились. Но, кажется, никто ещё не осмеливался строить солнечные фермы на двигателях стирлинга, чтобы производить электроэнергию в хоть каких-то промышленных масштабах.

И вот американская национальная лаборатория Сандия (Sandia National Laboratories), один из крупнейших научных центров, специализирующийся на энергетике, объединила свои усилия с американской компанией Stirling Energy Systems, и начала строить первые "солнечные фермы", основанные на двигателях Стирлинга.

Собственно, солнечные стирлинги были разработаны компанией Stirling Energy Systems, а учёные из лаборатории Сандия помогают их совершенствовать.

Было испытано шесть солнечных генераторов, которые обеспечивают электричеством боле 40 домов. Пять новых систем смонтированы в испытательном центре Сандии. Они присоединяются к первому такому опытному образцу, который был создан в 2004 году, и вместе образуют электростанцию с выходной электрической мощностью 150 киловатт (в дневные часы, конечно).

Солнечный свет концентрируется на двигателях с помощью зеркал, каждое из которых пос-троено из 82 отдельных секций.

"Это будет наибольшая группа солнечных установок стирлинга в мире, - утверждает лидер проекта со стороны Сандии Чак Андрака (Chuck Andraka). - В конечном счёте, проект предполагает создание 20 тысяч систем, которые будут размещены на нескольких солнечных фермах и будут поставлять электричество юго-западным распределительным компаниям".

Каждая установка работает автоматически. Без вмешательства оператора или даже присутствия человека. Она запускается каждое утро на рассвете и работает в течение дня, отслеживая солнце и переходя "ко сну" на закате. Параметры системы могут быть проверены и изменены через Интернет. Исследователи хотят заставить шесть систем плодотворно сотрудничать с тем же самым уровнем автоматизации.

Сам двигатель - замкнутая система, заполненная водородом, который и циркулирует в ней, нагреваясь и охлаждаясь. Изменение в его давлении двигает поршни, которые вращают вал, связанный с электрогенератором. Полный КПД, рассчитанный от солнечного света и до электричества в выходных проводах, составляет 30%, что немного выше, чем у обычных солнечных батарей.

Стоимость каждой установки - приблизительно $150 тысяч. При серийном выпуске цена на эти стирлинги может быть снижена более чем втрое, что доведёт стоимость электричества, произведённого таким способом, до уровня классических топливных технологий.

Большая сложность самих стирлингов - это подход при проектировании и постройке. Здесь требуется более, так сказать, деликатный подход , чем в случае с дизелем, и он отпугивает многих. Может, и зря. По расчётам авторов проекта, в теории одна ферма солнечных стирлингов, под которую отвели бы территорию всего-то 160 х 160 километров на юге США, покрыла полностью всю потребность страны в электроэнергии.

Но почему-то когда люди говорят об альтернативной энергетике, имеют в виду лишь солнечные батареи, ветрогенераторы, приливные и волновые станции, иногда - геотермальное тепло. Может пора рассмотреть и эту часть альтернативной энергетики?

Светильники на солнечных батареях

Еще недавно использование энергии солнца для ночного освещения улиц, парков, автострад было недоступно. Но прогресс не стоит на месте и на сегодняшний день существуют фотоэлектрические системы освещения территорий, основанные на принципе солнечных технологий.

Системы имеют автономное электроснабжение на базе солнечного модуля, что позволяет с наименьшими затратами решить проблему освещения территорий, не имеющих централизованного электроснабжения.

Принцип действия системы прост и надежен. В течении светлого времени суток, фотоэлектрический элемент, превращает солнечную энергию в электрическую и заряжает ею аккумуляторы. С наступлением темноты светильник автоматически включается и обеспечивает мягкое освещение до наступления рассвета.

Для зарядки аккумуляторов, не обязательны прямые солнечные лучи, солнечная батарея способна улавливать солнечную энергию даже в пасмурную погоду и зимнее время суток.

Фотоэлектрическая система освещения состоит из:

• Фотоэлектрического модуля, который преобразует солнечный свет в электроэнергию.
• Аккумулятора-накопителя энергии. Используются герметичные, необслуживаемые аккумуляторы, срок службы которых в среднем от 5 до 15 лет, в зависимости от модели.
• Контроллера - оптимизатора зарядки/разрядки аккумулятора, помогающего продлить эксплуатационный период аккумулятора. Контроллер автоматически включает и выключает освещение на рассвете и закате, но так же имеет в комплекте таймер для настройки режима включение/выключение в заданное время.
• Инвертора, который служит для преобразования постоянного тока, в переменный (220В).
• Осветительного блока, включающего: плафон и лампу.

Контроллер и аккумулятор помещают в верхней или нижней части столба, а так же возможно расположение под землей.

Все электронные приборы, входящие в состав фотоэлектрической системы, имеют защиту от короткого замыкания, перегрева и перегрузки. Это обеспечивает надёжность системы и эффективную поддержку ее работы.

Светильники для освещения дорог и автострад

В настоящее время возросла потребность установки осветительных систем на автотрассах, что значительно увеличивает безопасность водителей и пешеходов. Существуют фотоэлектрические системы, предназначенные специально для освещения дорог и автотрасс. Для обеспечения требуемого освещения система устанавливается на столбах высотой 10- 12 метров.

Декоративные садово-парковые светильники

Светильники и фонари на солнечных батареях удобны и практичны, они не требуют ухода, экономят электричество. Они позволяют подсвечивать территорию, создать необходимый уют и комфорт на лоджии, балконе или открытой веранде Вашего дома, на территории загородного участка.

При установке светильников с солнечной панелью нет необходимости выполнять земляные работы, прокладывать траншеи, протягивать электрический кабель, рискуя превратить ухоженный загородный участок в строительную площадку, достаточно просто установить его в нужном месте. Единственное условие: располагать светильники так, чтобы в течение светлого времени суток они не были в тени.

Надежность и простота конструкции, использование слабых токов делают прибор абсолютно безопасным для человека и домашних питомцев.

Светильники мобильны и легко переносимы. Их вес составляет в среднем 400-600 гр. Имеют защищенную от осадков конструкцию.

Модельный ряд, способен удовлетворить любые вкусы и запросы. От простых и "сдержанных" форм до стиля "модерн", "хай-тек" и стилизации "под старину".

Светильник на солнечных батареях - это оригинальный и практичный подарок. Вместе с добрыми пожеланиями дорогому или уважаемому человеку можно подарить частицу солнечного света и тепла. Что может быть приятнее?

Опреснитель

В первую очередь ученые направили свои усилия на получение с помощью солнечной энергии воды. Вода в пустыне есть, да и найти ее сравнительно нетрудно — расположена она неглубоко. Но использовать эту воду нельзя — слишком много в ней растворено различных солей, она обычно еще более горькая, чем морская. Чтобы применить подпочвенную воду пустыни для полива, для питья, ее нужно обязательно опреснить. Если это удалось сделать, можно считать, что рукотворный оазис готов: здесь можно жить в нормальных условиях, пасти овец, выращивать сады, причем круглый год — солнца достаточно и зимой. По расчетам ученых, только в Туркмении может быть построено семь тысяч таких оазисов. Всю необходимую энергию для них будет давать солнце.

Принцип действия солнечного опреснителя очень прост. Это сосуд с водой, насыщенной солями, закрытый прозрачной крышкой. Вода нагревается солнечными лучами, понемногу испаряется, а пар конденсируется на более холодной крышке. Очищенная вода (соли-то не испарились!) стекает с крышки в другой сосуд.

Конструкции этого типа известны довольно давно. Богатейшие залежи селитры в засушливых районах Чили в прошлом веке почти не разрабатывались из-за отсутствия питьевой воды. Тогда в местечке Лас-Сали-нас по такому принципу был построен опреснитель площадью 5 тысяч квадратных метров, который в жаркий день давал по 20 тысяч литров пресной воды.

Но только сейчас работы по использованию солнечной энергии для опреснения воды развернулись широким фронтом. В туркменском совхозе «Бахарден» впервые в мире запустили самый настоящий «солнечный водопровод», обеспечивающий потребности людей в пресной воде и дающий воду для полива засушливых земель. Миллионы литров опресненной воды, полученной из солнечных уста¬новок, намного раздвинут границы совхозных пастбищ.

Солнечная печь

Согласно расчетам, солнце должно помочь в решении не только энергетических проблем, но и задач, которые поставил перед специалистами наш атомный, космический век. Чтобы построить могучие космические корабли, громадные ядерные установки, создать электронные машины, совершающие сотни миллионов операций в секунду, нужны новые материалы — сверхтугоплавкие, сверхпрочные, сверхчистые. Получить их очень сложно. Традиционные методы металлургии для этого не годятся. Не подходят и более изощренные технологии, например плавка электронными пучками или токами сверхвысокой частоты. А вот чистое солнечное тепло может оказаться здесь надежным помощником.

Некоторые гелиостаты при испытаниях легко пробивают своим солнечным зайчиком толстый алюминиевый лист. А если таких гелиостатов поставить несколько десятков? А затем лучи от них пустить на вогнутое зеркало концентратора? Солнечный зайчик такого зеркала сможет расплавить не только алюминий, но и почти все известные материалы.

Специальная плавильная печь, куда концентратор передаст всю собранную солнечную энергию, засветится ярче тысячи солнц.

Новый солнечный модуль

Нью-Йоркская компания Prism Solar Technologies разработала концепт солнечного модуля, который использует голограммы для фокусировки света, что может сократить стоимость солнечных модулей на 75%. Это сделает вырабатываемое ими электричество конкурентоспособным в противостоянии с электричеством, вырабатываемым из ископаемого топлива.

В настоящее время, достижением компании для получения преимущества в цене солнечных батарей, базирующихся на кремнии, является фокусировка солнечного света при помощи зеркал или линз, и таким образом сокращение общей площади кремния, необходимого для создания нужного количества электричества.

Обычные световые концентраторы являются довольно громоздкими и непривлекательными, а также они далеко не идеальны для установки на крышах пригородных домов. Новая технология заменяет неприглядные концентраторы аккуратными панелями. Рик Левандовски, президент и исполнительный директор компании говорит, что панели можно устанавливать на крыши и даже встраивать в окна и стеклянные двери.

Системе необходимо на 25-85% меньше кремния, чем в панели из кристаллического кремния сопоставимой мощности, потому что фотоэлектрическим материалом не нужно покрывать всю поверхность солнечной панели, говорит Левандовски. Вместо того, фотоэлектрический материал располагается в несколько рядов. Слой голограмм (созданная при помощи лазера структура, которая преломляет свет) направляет свет на слой стекла, где он продолжает отражаться от внутренней поверхности стекла до тех пор, пока не найдет свой путь к одному из участков фотоэлектрического кремния. Сокращение фотоэлектрического материала необходимо для снижения цены с, приблизительно, $4 за ватт до $1.50.

Компания собирается начать выпуск первого поколения своих модулей уже в конце этого года, продавая их по цене $2.40 за ватт. Последующие поколения модулей с более прогрессивной технологией должны будут сопутствовать дальнейшему снижению цены.

В своих способностях концентрировать свет голограммы не так мощны как обычные концентраторы. Они могут умножать количество света, падающего на ячейки на коэффициент 10, в то время как системы, базирующиеся на линзах, увеличивают этот коэффициент на 100, а некоторые даже на 1000.