Greenpix - огромный LED-дисплей на солнечных батареях

Перед вами - Greenpix Zero Energy Wall, гигантский LED-дисплей, который недавно установили на одной из стен пекинского развлекательного комплекса Xicui и который вне сомнения привлечет внимание туристов, которые посетят Олимпийские игры.

Дисплей площадью 1858 кв.м является наибольшим подобным дисплеем, состоит из множества LED-лампочек, управляемых компьютером. Но еще удивительнее то, что все эти лампочки питаются энергией солнца благодаря множеству солнечных панелей. Следовательно днем он накапливает энергию, а вечером и ночью устраивает световые шоу, используя ровно столько энергии, сколько удалось накопить на протяжении дня. Проект будет закончен в июне, как раз к Олимпийским играм.

SOLo Lounge - журнальный столик на солнечных батареях

Это уже не первый стол со встроенными солнечными панелями, который нам встречался. Но в отличие от предыдущего, этот кажется немножко более элегантный :) По размеру он сравнимый с журнальными столиками, но его преимущество перед ними в том, что он может накапливать солнечную энергию и заряжать любые ваши гаджети, от плееров к ноутбукам, через USB-порты. В нем самом есть также LED-подсветка, которая будет питаться от тех же солнечных батарей, и встроенный LCD-дисплей, который будет сообщать об уровне заряда батарей. Столик даже поддерживает Bluetooth, очевидно, для звязку с плеєрами/телефонами/ноутбуками, но зачем конкретно это необходимо, не уточняется.

Более того, он еще и водонепроницаемый, так что если его случайно забыть под дождем (например, на балконе), ему это никак не повредит. Сам стол сделан из нержавеющей стали, стекла, ну и, само собой, кремниевых солнечных панелей. Стоимость столов SOLo Lounge на сайте производителя не указана (очевидно чтобы сразу не шокировать потенциальных покупателей), не тем меньше, заказать такой у них уже можно.

Характеристика фотоэлектрического преобразователя

Всякий раз при работе с любым источником питания необходимо представлять себе, какова связь между собой напряжения и тока, а также зависимость их от нагрузки. В большинстве случаев взаимосвязь определяется законом Ома. К сожалению, кремниевые солнечные элементы являются нелинейными устройствами и их поведение нельзя описать простой формулой. Вместо нее для объяснения характеристик элемента можно пользоваться семейством простых для понимания кривых (рис. 1).

Исследовать вольтамперные характеристики (рис. 1) можно более детально с помощью схемы, представленной на рис. 2. В схеме измеряются выходные напряжения и ток, протекающий через переменную резистивную нагрузку. Будем предполагать, что интенсивность света в процессе измерения остается постоянной.




Сначала с помощью потенциометра установим максимальное значение сопротивления. При этом фактически в цепи нет никакого тока и результирующее выходное напряжение можно считать равным напряжению холостого хода, представляющему собой напряжение, которое генерирует элемент, когда к нему не подключено никакой нагрузки. Оно составляет около 600 мВ (0,6 В). Величина этого напряжения может слегка изменяться при переходе от одного элемента к другому в одной партии и от одной фирмы-изготовителя к другой.

При уменьшении сопротивления резистора элемент все более нагружается. Как и в случае обычной батарейки питания, это вызывает возрастание потребляемого тока. Одновременно выходное напряжение слегка падает, как это и должно произойти с нестабилизированным источником питания. Пока в этом нет ничего удивительного.

Затем происходит нечто странное. Достигается такое положение, когда с уменьшением сопротивления нагрузки выходной ток более не увеличивается. Ничто не может привести к увеличению тока — даже короткое замыкание. На практике этот ток вполне справедливо называют током короткого замыкания.



В сущности, солнечный генератор стал источником постоянного тока. Возникает вопрос: что же с напряжением? Напряжение будет постоянно уменьшаться пропорционально возрастанию нагрузки.

Как только сопротивление нагрузки станет равным нулю, напряжение упадет до нуля. Кстати, короткое замыкание фотоэлектрического преобразователя не приводит к выходу его из строя.

Сила тока, которую может развить элемент, зависит от интенсивности света. Для первого измерения мы произвольно выбрали самый высокий уровень облученности, которому соответствует верхняя кривая (рис. I). Каждая следующая кривая была получена на том же элементе при постепенном снижении интенсивности света.

Защита батареи

Теперь, когда батарея собрана, необходимо предохранить ее от механических повреждений и воздействия погодных условий.

Лучше всего поместить элементы лицевой поверхностью на чистый лист стекла или оргстекла. Предпочтительнее использовать защитное стекло, затем, в порядке убывания защитных свойств, идут упрочненное оконное стекло, акриловый пластик и обычное оконное стекло. Прозрачное покрытие предохраняет батарею от механических повреждений при ударах и скручивании, изгибах. Но оно плохо защищает от влаги.

Как известно, кремний слегка гигроскопичен; это означает, что он впитывает совсем немного воды. Однако после длительного периода времени наблюдается постепенное снижение выходных характеристик элемента, обусловленное влиянием влажности. Таким образом, срок службы батареи непосредственно зависит от качества влагоизоляции.

Влагоизоляцию можно обеспечить многими способами. В соответствии с одним из них тыльную сторону можно залить жидкой резиной. Для этого необходимо сделать рамку по периметру защитного стекла, чтобы жидкий полимер не перелился через край. Кроме того, прочная рамка хорошо предохраняет защитное стекло от бокового удара.

Согласно другому методу, тыльную сторону батареи покрывают толстым листом майларового пластика и нагревают всю батарею, например с помощью лампы накаливания, до расплавления майлара и его сцепления с передней защитной крышкой. Эта операция требует определенного навыка, особенно в случае больших батарей. Заднюю майларовую крышку можно просто приклеить. Часто упомянутая операция проще нагрева, но при этом ухудшаются изоляционные свойства.

Наконец, тыльную сторону элементов батареи можно покрыть несколькими слоями латекса. Это выглядит не так эстетично, но обеспечивает достаточно хорошие влагоизоляционные свойства.
Последним способом по порядку, по не по значимости является изготовление влагонепроницаемой герметично изолированной коробки для элементов. Это дорого, но обеспечивает необходимую влагоизоляцию.

Можно было бы долго продолжать рассказ о том, как пользоваться солнечными элементами. Но почему бы читателю не перевернуть страницу и не узнать это самому?

Пайка солнечных элементов

После того как солнечные элементы подобраны для работы, необходимо их спаять. Обычно в нашем распоряжении имеются серийные солнечные элементы, снабженные токосъемными сетками и тыльными контактами, которые предназначены для припайки к ним проводников.

При изготовлении контакты чаще всего покрываются припоем, содержащим небольшое количество серебра. Серебро предохраняет жало паяльника от разрушения и возможной адгезии тонких металлических контактов при пайке. Помните, что токосъемные сетки также хрупки, как металлические проводники печатных плат.
Изготовители солнечных элементов обычно используют особые припой, флюс и проводники для соединений. Припой, содержащий 2 % серебра, всегда можно приобрести в магазине. Вместо канифоли необходимо использовать обычный флюс на водной основе, чтобы его легко можно было смыть с поверхности элемента после пайки.

Труднее всего найти плоский, ленточный проводник, так как он редко бывает в продаже. Тем не менее можно изготовить нечто похожее, если взять медную проволоку и расплющить ее коней молотком. Вместо нее можно использовать медную фольгу или просто тонкую медную проволоку.




Сам процесс пайки несложен, но его необходимо выполнять быстро. Пластина кремния является очень хорошим теплоотводом, и если касаться паяльником элемента длительное время, жало паяльника остынет ниже температуры плавления припоя.
Сначала необходимо залудить проволоку, используя немного большее количество припоя, чем обычно, но не слишком. Солнечный элемент уже залужен при изготовлении.

Для работы рекомендуется использовать паяльник мощностью 30 или 40 Вт. Жало паяльника должно быть чистым и прогретым. Пока паяльник греется, на элемент наносится флюс и залуженная проволока прижимается к основанию контакта элемента. Теперь прикасаются горячим паяльником к поверхности проволоки. Необходимо, чтобы соединение «обволоклось» расплавленным припоем
и обеспечился надежный контакт проволоки с элементом. Пайка выполняется за одно касание: работать надо быстро, но аккуратно. Тыльный контакт припаивается аналогично. Для получения последовательной цепочки элементов лицевой контакт первого элемента соединяется проводом с тыльным контактом второго. Затем
другим отрезком провода соединяют лицевой контакт второго с тыльным третьего и т. д.

Лицевой контакт является отрицательным электродом, в то время как тыльный — положительным.

Другим широко распространенным способом является соединение элементов по типу черепичной крыши. Если вы когда-либо видели черепичную крышу, вы уже поняли идею.

Лицевой контакт одного элемента накрывается сверху тыльным контактом другого. Место касания прогревается паяльником, и таким образом два элемента соединяются друг с другом. Такое соединение показано на рис. 7.

Необходимо набрать на жало некоторое избыточное количество припоя, чтобы надежно спаять элементы. Будьте осторожны и не перегрейте элемент, иначе контакта вообще не будет.

Таким способом лучше паять небольшие элементы, у которых можно одновременно прогреть всю область контакта. Лучше всего пользоваться специальным прямоугольным наконечником для паяльника, предназначенным для выпайки интегральных микросхем из печатных плат. Равномерные нагрев и давление явятся залогом успеха.


Источник: http://sun-powers.blogspot.com/2008/09/20.html

Резка элементов на части

Не всегда серийные элементы в точности соответствуют вашему замыслу. Хотя вам пытаются предложить возможно больший выбор, нет способа удовлетворить все запросы.

К счастью, этого и не требуется. Монокристаллическим солнечным элементам можно придать любую желаемую форму.
Что это обстоит именно так, вам следует знать, ибо монокристаллические солнечные элементы изготовлены из большого моиокристалла. Атом кремния имеет четыре валентных электрона и образует кубическую кристаллическую решетку. На рис. 6 представлен типичный круглый солнечный элемент с выделенной зернистой структурой.

Если приложить усилие к этой структуре из сильно связанных электронов, то вдоль дефектной линии появится трещина. Это очень похоже на трещину, возникающую в результате землетрясения. Структура кристалла известна, и, следовательно, направление трещины можно предсказать.

Если усилие приложено к краю изображенной на рис. 6 пластины в точке А, то механические силы, действующие внутри кристалла, расколют его на две половины. Теперь вместо одного элемента имеются два.

Скажем, необходимо расколоть такой элемент на четыре одинаковые части. Этого можно достичь, приложив усилие сначала вдоль вертикальной дефектной линии, а затем вдоль горизонтальной.
К счастью, это можно проделать одновременно. Большинство монокристаллических круглых элементов помечено крестиком в центре. Если нажать в этой точке ножом с крестообразным наконечником, элемент расколется на четыре аккуратные части.
Не страшно, если вы не попадете точно по центру. Элемент расколется, но не на равные части. Размеры осколков будут определяться точкой приложения усилия, но все они будут расколоты вдоль одинаковых плоскостей.



Линии скола всегда параллельны друг другу, и все пересечения происходят под прямым углом. Руководствуясь этими правилами, можно получить элементы любых необходимых размеров.

Пытаясь в первый раз расколоть элемент, необходимо быть предельно осторожным: нельзя работать на твердой поверхности. Прилагая большое усилие к элементу, лежащему на твердой плоской поверхности, можно лишь проделать в нем отверстие.

Для создания механического напряжения необходимо, чтобы
элемент прогнулся. Я установил, что пары листов бумаги (можно газетной) достаточно при расколе элемента.

Расколоть таким образом можно только монокристаллические элементы. Недавно появившиеся поликристаллические элементы (wacker cells) расколоть симметрично не удается. Если попытаться сделать это, солнечный элемент разлетится на миллион осколков.
Поликристаллический элемент легко отличить от монокристаллического. Монокристалл в результате обработки имеет ровную, гладкую структуру поверхности. Поликристалл выглядит как оцинкованная сталь с ее характерным видом поверхности.

Обратное смещение

При работе с солнечными батареями, как правило, сталкиваются с явлением, не имеющим места при использовании обычных источников питания. Это явление связано с так называемым обратным смещением. Чтобы попять, что это такое, обратимся к рис. 4.




На этом рисунке изображены 8 последовательно соединенных элементов. Полное выходное напряжение цепочки составляет 4 В, а в качестве нагрузки подключен резистор RL. Пока все хорошо.
Но давайте затемним фотоэлемент D непрозрачным предметом, например рукой, и посмотрим, что произойдет. Вероятно, вы думае¬те, что напряжение упадет до 3,5 В, не так ли? Ничего подобного!

Солнечный элемент, который не производит электрической энер¬гии, представляет собой звено с большим внутренним сопротивлени¬ем, а не закоротку. Происходит то же, что и при размыкании выклю¬чателя, но этот выключатель разомкнут не полностью — через него протекает небольшой ток.
В большинстве случаев эффективное сопротивление затемненного солнечного элемента во много раз больше величины нагрузочного резистора RL. Поэтому практически можно рассматривать RL как кусок проволоки, соединяющий отрицательный и положительный выводы.

Это означает, что функцию нагрузки выполняет теперь элемент D. Что же делают остальные элементы? Снабжают энергией эту нагрузку!



В результате элемент D разогревается и при достаточно сильном разогреве может выйти из строя (взорваться). В итоге у нас остается батарея из последовательно!"! цепочки с одним бездействующим элементом — незавидная ситуация.
Эффективный путь решения этой проблемы — параллельное подключение шунтирующих диодов ко всем элемента*, как это показано на рис. 5. Диоды подключены так, что при работе солнечного элемента они обратно смещены напряжением самого элемента. Поэтому через диод ток не протекает, и батарея функционирует нормально.

Предположим теперь, что один из элементов затеняется. При этом диод оказывается прямо смещенным и через него протекает в нагрузку ток в обход неисправного элемента. Конечно, выходное напряжение всей цепочки уменьшится на 0,5 В, но устранится источник саморазрушающей силы.

Дополнительное преимущество состоит в том, что батарея продолжает нормально функционировать. Без шунтирующих диодов она бы полностью вышла из строя.

На практике нецелесообразно шунтировать каждый элемент батареи. Необходимо руководствоваться соображениями экономии и использовать шунтирующие диоды, исходя из разумного компромисса между надежностью и стоимостью.

Как правило, один диод используют для защиты 1/4 батареи. Таким образом, на всю батарею требуется всего 4 диода. В этом случае эффект затенения будет приводить к 25%-ному (вполне допустимому) снижению выходной мощности.

Источник: http://sun-powers.blogspot.com/2008/09/20.html

Фотоэлектрические батареи

Можно догадаться, о чем пойдет речь. Действительно, чтобы использовать преимущества обоих способов включения, можно комбинировать последовательное и параллельное соединение элементов. Подобная комбинация называется батареей.
Батареи можно составлять в любой желаемой комбинации. Простейшей батареей является цепочка из последовательно включенных элементов. Можно также соединить параллельно цепочки элементов, отдельные элементы в цепочках или сочетать их в любой другой комбинации. На рис. 3 представлены лишь три примера из возможных комбинаций.

Различия в характере соединений элементов на рис. 3, хотя все они обладают одинаковыми выходными характеристиками, продиктованы различными требованиями к надежности. На рис. 3, а три последовательные цепочки элементов соединены параллельно. Такой способ используется, когда высока вероятность короткого замыкания отдельных элементов.

На рис. 3, б представлена схема параллельно-последовательного соединения элементов.
При таком соединении выход из строя одного из элементов, например, из-за появления трещины, не приводит к потере целой цепочки вследствие разрыва цепи. В последнем примере (рис. 3, в) приняты во внимание оба случая с минимумом соединений.




Возможны и другие типы соединений, и их выбор должен определяться конкретными условиями работы вашего устройства.

Следует помнить одно важное условие. Независимо от полета вашей фантазии параллельно подключаемые цепочки из элементов обязательно должны соответствовать друг другу по напряжению. Нельзя параллельно соединять цепочку из 15 элементов и короткую цепочку из 5 элементов. При таком соединении батарея не будет работать.

Источник: http://sun-powers.blogspot.com/2008/09/20.html

20 конструкций с солнечными элементами

Байере Т.
20 конструкций с солнечными элементами: Пер. с англ.— М.: Мир, 1988.— 197 с, ил.
ISBN 5—03—000407—6

В книге американского специалиста описаны разнообразные устройства, позволяющие обеспечить использование энергии солнечных батарей в быту. Основное внимание уделено конкретным конструкциям для освещения и вентиляции помещений, управления потоками воды в фонтанах, зарядки аккумуляторов, стимуляции роста растений, электропитания музыкальных инструментов и т. п.

Дня читатетелей, увлекающихся самодеятельным техническим творчеством.

Это означает, что при любом числе 2-амперных солнечных элементов в цепи 1-амперный элемент будет определять величину полного выходного тока, т. е. 1 А

Солнечные элементы использовались бы очень редко, если бы эксплуатировались в пределах упомянутых параметров. Лишь в некоторых случаях требуется такое низкое напряжение (0,5 В) при произвольных требованиях к величине потребляемого тока.
К счастью, здесь нет ограничений. Солнечные элементы можно соединять последовательно и параллельно с целью увеличения выходных характеристик.

Будем рассматривать солнечные элементы как обычные батарейки. Известно, что для увеличения яркости фонаря используют несколько батареек. В сущности, при последовательном включении батареек увеличивается полное напряжение (рис. 1).

То же самое можно проделать с солнечными элементами. Соединяя положительный вывод одного элемента с отрицательным выводом другого, от двух элементов можно получить напряжение величиной 1 В. Подобным образом три элемента дадут 1,5 В, четыре — 2 В и т. д. Теоретически напряжение, развиваемое последовательно соединенными солнечными элементами, при условии, что имеется достаточное их количество, может достичь тысячи вольт!

К сожалению, с точки зрения увеличения выходного тока последовательное соединение обладает присущим ему недостатком. При последовательном соединении элементов питания выходной ток не превосходит уровня, характерного для худшего элемента в цепи. Это справедливо для всех источников питания независимо от того, являются ли они батареей, блоком питания или солнечными элементами.




Это означает, что при любом числе 2-амперных солнечных элементов в цепи 1-амперный элемент будет определять величину полного выходного тока, т. е. 1 А. Следовательно, если вы стремитесь достичь максимальных характеристик, необходимо согласовать токи всех элементов цепи.

Хорошо, с напряжением все ясно. Но как увеличить выходной ток солнечного элемента? Ведь солнце светит с определенной яркостью.

Выходной ток зависит от площади поверхности элемента, и поэтому естественный путь повышения тока — это увеличение площади элемента (или элементов). Элементов? Именно!



Если взять четыре элемента размером 5x5 см² каждый и соединить их параллельно, как показано на рис. 2, то можно достичь такого же результата, как при замене четырех элементов одним размером 10x10 см² (в обоих случаях площадь поверхности одинакова и составляет 100 см²).

Необходимо усвоить, что при параллельном соединении увеличивается лишь величина тока, а не напряжения. Независимо от количества параллельно соединенных элементов (4 или 50) генерируемое напряжение составит не более 0,5 В.

Источник: http://sun-powers.blogspot.com/2008/09/20.html

Основные принципы работы солнечного элемента

Принцип работы солнечного элемента достаточно прост и заключается в следующем.

При освещении кремниевый солнечный элемент генерирует электрическое напряжение величиной 0,5 В. Независимо от типа и схемы
включения все (большие и малые) кремниевые солнечные элементы генерируют напряжение 0,5 В.

По-иному обстоит дело с выходным током элемента. Он зависит от интенсивности света и размера элемента, под которым подразумевается площадь поверхности. Ясно, что элемент площадью 10 х 10 см² в 4 раза превосходит элемент площадью 5x5 см², следовательно, он выдает в 4 раза больший ток.

Сила тока зависит также от длины волны света и его интенсивности, причем она прямо пропорциональна интенсивности излучения. Чем ярче свет, тем больший ток генерируется солнечным элементом.

Источник материала: http://sun-powers.blogspot.com/2008/09/20.html

Солнечный обогреватель

Идея использовать солнечную энергию не новая, но практическое ее использование в Украине еще не распространено. Вот я начал работать над системой, которая будет давать теплую воду, при этом тепло будет нахаляву.

Вот схема:



Самый сложный элемент - это солнечный коллектор (collector). Для него использую совецкий плоский радиатор для отопления помещений; коробка будет из дерева и обитая тонкой бляхой и герметизированная силиконом; и все накроется двумя слоями стекла.

Солнечная энергия на службе у изобретателя

Севастопольский изобретатель Дмитрий Чулков (на снимке) на международный форум "Экологические технологии и новации", что 3-5 апреля проходит в Национальном комплексе "Экспоцентр Украины", привез свое ноу-хау - "Тепловую панель Чулкова". Изобретение Дмитрия Вячеславовича, рожденный его же таки "Ателье технических решений", дает возможность экономить на отоплении жилья. Оно, говорят, предельно простое - в стандартный оконный стеклопакет вставляют черную светопоглощающую поверхность и устанавливают две газоотводных трубки. В феврале, например, когда морозы в Севастополе достигали 10 градусов, изобретатель в собственной квартире с помощью солнца получал воздух, нагретый до 70 градусов тепла.

04.04.08 Микола МАГДИЧ, Голос Украины
Фото Андрея НЕСТЕРЕНКА.

Современные технологии и солнечная энергия превращают одежду в источник питания для смартфонов

Известный итальянский дизайнерский дом ZEGNA представил первую коммерчески доступную куртку со встроенными солнечными батареями, которая была представлена на показе мод Pitti Uomo, что проходит сейчас в Флоренции (с 20 по 23 июня этого года).


Рис. - куртка со встроенными солнечными батареями

Показ данного произведения проходил под девизом "Будущее верхней одежды здесь" (The future of outerwear is here!). Производитель утверждает, что эта солнечная куртка "Solar JKT" - первая ласточка в премиум сегменте верхней одежды, которая позволяет заряжать мобильные телефоны, музыкальные плееры iPod и другие устройства, используя солнечную энергию. Солнечная куртка от ZEGNA Sport, разработанная в эксклюзивном сотрудничестве с Interactive Wear, будет выпущена на рынок в рамках весенне-летней коллекции компании в 2008 году.

Модули солнечных батарей в этой куртке вмонтированы в неопреновый воротник; электричество, что генерируется, от этих батарей передается через токопроводящую ткань в аккумуляторную батарею или непосредственно в подключенное устройство.

Частные солнечные фермы

Мы давно привыкли, что крупные энергокомпании, просто фирмы и правительственные организации, институты и университеты создают солнечные электростанции из обширнейших полей солнечных батарей. С другой стороны, частники нередко покрывают солнечными панелями крыши своих домов, чтобы покрыть собственные энергетические расходы. А теперь быстро набирает силу третье направление в солнечной энергетике, в некотором роде, промежуточное.

С недавних пор обычные фермеры начали отводить свои поля (или их часть) под собственные солнечные электростанции, чтобы зарабатывать на продаже электроэнергии. Во всей Европе таких примеров пока — считанные единицы, однако, они показывают любопытный и, что важно, рентабельный путь развития альтернативной энергетики.

New York Times рассказывает замечательную историю одного из первых "солнечных" фермеров Европы — немца Хайнера Гёртнера (Heiner Gärtner). Когда в 2002-м он принял от своего отца свиноферму, дела шли ужасно. Так что встал даже вопрос о продаже 150-летней 200-акровой фермы, основанной ещё прадедом Хайнера.

В 2004-м Гёртнер-младший заинтересовался альтернативной энергетикой и вместе со своим бывшим одноклассником Ове Петерсеном (Ove Petersen), пройдя кучу инстанций, взял $5-миллионный кредит в банке и ещё ряд ссуд. Друзья установили на поле Гёртнера 10 тысяч 50 солнечных батарей, добившись от властей своего родного городка Буттенвизена разрешения подключить их к местной энергосети.

А теперь Хайнер получает более $600 тысяч ежегодно только от продажи солнечного электричества. Причём, отмечает фермер, ценность этой энергии для близлежащих сотен и сотен домов заключается не столько в киловатт-часах самих по себе, сколько в том, что эта дополнительная мощность позволяет непринуждённо покрывать резкий пик расхода электричества, когда жаркими летними днями все врубают кондиционеры на полную.

Тут нужно сказать, что по германским законам электроэнергия, полученная от солнечных ферм, выкупается по очень высоким расценкам, дабы поощрять развитие альтернативной энергетики. Так что два немца рассчитывают возвратить все свои долги лет за 15.

Любопытно, что Хайнер не отказался полностью от свиноводства, оставив у себя 1 тысячу голов, на случай, если цены на свинину вдруг пойдут вверх. Зато "солнце есть всегда", смеётся Гёртнер.

«СОЛНЕЧНЫЕ ГОРОДА»

В настоящее время существует несколько относительно новых проектов «солнечных городов».
Наиболее известны из них два — проф. Джованни Франчия (Генуя) и проф. Ги Ротье (Ницца).

В проекте «солнечного города» на 100 тыс. жителей, созданного авторским коллективом под руководством проф. Франчия в составе Америфеса, Берталотта, Мареско, Пагано, все энергетические потребности, такие, как горячее водоснабжение, отопление помещений и кондиционирование воздуха, должны осуществляться с помощью солнечной энергии. Солнечные лучи отражаются системой зеркал во внутренние помещения, которые таким образом освещаются. Размеры предлагаемых аккумуляторов обеспечивают независимость здания от любой формы внешней энергии, даже при отсутствии солнца в пасмурные дни.

Проект «Экополис» Ги Ротье, осуществленный с помощью проф. Мориса Туше и инженера по солнечной энергии Анри Бу-тье, впервые был представлен в 1971 г. конгрессу Средиземноморской кооперации по солнечной энергии. Проектируемый город состоит из расположенных на холме террас, внутренние пространства освещаются через «световые коридоры». Фокусирующие солнечные коллекторы, расположенные в наружных концах коридоров, направляют солнечные лучи внутрь зданий, где они используются для освещения и отопления помещений. «Экопо-лис» — город, где внутренние пространства освещаются направленными солнечными лучами. Жилье, которое занимает треть объема сооружения, расположено на наружной поверхности холма. Внутри зданий размещены сады, общественные и рабочие помещения, торговые предприятия, магазины, службы и транспортные коммуникации. Эти два проекта содержат немало фантазии, но они заслуживают серьезного обсуждения среди архитекторов, так как демонстрируют возможности и проблемы, которые существуют в строительстве «солнечных городов».

Для того чтобы разработать планы строительства городов для следующего столетия, необходимо содружество ученых, инженеров, архитекторов, политиков, законодателей, подрядчиков и общественности. Задача трудная, но решение должно быть и будет найдено.

Сабади П.Р.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Во многих «солнечных домах» к солнечной тепловой системе добавляется важный вспомогательный элемент — тепловой насос.

Тепловой насос, используя свободные источники тепла и другие возможности, уменьшает нагрузку на солнечную тепловую систему.

Принцип теплового насоса описан английским физиком лордом Келвином в 1852 г.

Насосная установка берет тепло из окружающей воды при низких температурах. Источником могут быть грунтовые воды, реки, ручьи, озера, почва, воздух и дренажные воды. Это свободное тепло превращается в тепло с высокой температурой и таким образом может использоваться для отопления и подогрева воды. В пасмурные дни эта система помогает солнечной установке. Тепловые насосы делают солнечные дома более независимыми в холодные периоды года, хотя нельзя забывать, что они требуют внешнего энергетического снабжения.

Первый «солнечный дом» с тепловыми насосами был построен в Новой Гаване (США) в 1950 г. «Солнечный дом» в Альбюкерке (США, 1956) также обогревается с помощью тепловых насосов. Сейчас многие современные «солнечные дома», такие, как экспериментальный «солнечный дом» (Делавер, США), снабжены системами насосов.
Однако многие специалисты выражают сомнения в целесообразности применения тепловых насосов для солнечных установок.

Сабади П.Р.

СОЛНЦЕ КАК ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

«Перевозчик» солнечной энергии — излучение. Оно состоит из видимых световых лучей и невидимого ультрафиолетового и инфракрасного излучения (рис. 5). Видимые световые лучи имеют длину волны от 0,4 мкм до 0,8 мкм, длина волны ультрафиолетовых лучей меньше 0,4 мкм, а инфракрасных — больше 0,8 мкм

Примерно 9% солнечного излучения лежит в полосе теплового излучения. Солнце, ярко светящийся газовый шар, состоит в основном из водорода (70%) и гелия (27%). Энергия — это результат термоядерных реакций. При этом Солнце теряет миллионы тонн своей массы каждую секунду. Интенсивность излучения на поверхности Солнца 70—80 тыс. кВт/м² при температуре 6000° С. Наша Земля получает небольшую, но значительную часть этой энергии — приблизительно 180 000 млрд. кВт. Это примерно в 18 тыс. раз больше, чем то количество энергии, которое человечество выработало к сегодняшнему дню на всей Земле.

За пределами земной атмосферы поток излучения составляет 1394 Вт/м², или 2 кал/см² в мин. Эта величина называется солнечной постоянной. Проходя через атмосферу, огромное количество этого излучения (30—40%) рассеивается, и поверхность Земли на уровне моря в ясный день получает 0,855 кВт/м² — 1кВт/м² прямой радиации. Естественно, что часть (около 50%) рассеянного в атмосфере света достигает поверхности Земли также в виде энергии.

Продолжительность солнечного излучения и его интенсивность зависят от времени года, погодных условий и, конечно, от географического положения местности. Около 25% поверхности Земли получает солнечный свет, т. е. прямое солнечное излучение, в течение всего дня. В большинстве стран продолжительность действия прямого солнечного света и интенсивность излучения измеряются десятками дней. Для технических расчетов пользуются среднегодовыми показателями, из которых выводятся средние величины для каждого часа дня и каждого месяца.

Эти величины определяются отдельно для горизонтальных и различным образом ориентированных вертикальных поверхностей. Пользуясь такими данными, можно получить соответствующие значения эффекта радиации для каждого часа дня.

Сабади П. Р.

Солнечная энергетика

В настоящее время фотоэлектрическая энергетика - самый гибкий способ производства энергии. Его применение варьируется от микросистем, рассредоточенных по обширным территориям, до крупномасштабных электростанций. Эту технологию можно использовать в любых регионах мира - безотносительно к географии и климатическим условиям. Тем не менее это одновременно и наиболее высокозатратная из "солнечных" технологий. Вероятно, именно по этой причине все политические инициативы прошлого, направленные на внедрение фотоэлектрических процессов генерирования энергии, были в большей или меньшей степени убыточны.

Долгое время основу финансирования сектора составляли прямые субсидии или кредиты с низкими процентными ставками. В большинстве случаев добиться подобных субсидий было весьма непросто - это было сопряжено с преодолением огромного количества бюрократических рогаток. Кроме того, этот источник инвестиций всегда был крайне ограничен - обычно денег хватало не более чем на несколько недель. При этом объем финансирования на каждый последующий год был еще и весьма неопределенным, что крайне затрудняло планирование. Отрасль не имела возможности разрабатывать долгосрочные инвестиционные программы и маркетинговые стратегии.

Позднее был запущен механизм льготного налогообложения предприятий, которые выпускали и устанавливали солнечные батареи. Однако эта система была отменена, когда развитие солнечной энергетики достигло уровня, на котором эта сфера деятельности оказалась достаточно инвестиционно привлекательной и без предоставления налоговых льгот. И все же данный сектор энергетики пока еще остается высокозатратным и не способен обходиться без внешней поддержки. С точки зрения производителей отрасли, одной из форм такой поддержки может быть предоставление фиксированных субсидий, предназначенных для покрытия затрат на установку солнечных батарей при строительстве новых зданий. Кроме того, большую пользу могла бы принести система предоставления займов с льготными процентными ставками.

Запущенная в Германии программа "Сто тысяч крыш" может значительно ускорить процесс перемещения технологии от рыночных ниш к массовому производству фотоэлектрических систем, предназначенных для широкого применения. Впервые в истории эта программа обеспечивает отрасли надежную базу для долгосрочного планирования инвестиций. Ее основная цель - дать сектору толчок, необходимый для перехода на качественно новый уровень: от развития на основе субсидий к рыночной системе финансирования за счет заказчиков. При этом очевидно, что подобная задача может быть решена только объединенными усилиями производителей солнечных элементов, сборочно-монтажных фирм, банков и заказчиков. Авторы программы рассчитывают, что ее осуществление значительно ускорит промышленное внедрение солнечных систем, что позволит обеспечить экономию на масштабах. В свою очередь, это создаст стимул для широкого распространения технологии как в развивающихся, так и в индустриальных странах и послужит средством мотивирования других правительств к разработке аналогичных или даже более масштабных программ.

В Великобритании тоже наблюдается ощутимый прогресс в секторе фотоэлектрических технологий, но развитие идет другим путем - проблема выживания отрасли решается на рыночной основе. Например, одна из крупнейших частных компаний сектора производства солнечных батарей, Intersolar, разработала несколько необычную маркетинговую стратегию. Ее основная идея - продавать фотоэлектрические источники на этапе строительства зданий, что будет обходиться потребителям значительно дешевле, чем приобретать их дополнительно как самостоятельный товар.

Как Intersolar, так и другие производители этого профиля, в том числе AstroPower из США, намереваются продвигать свою продукцию на рынок путем создания совместных предприятий с компаниями, которые специализируются на строительстве жилых зданий. По словам менеджеров Intersolar, практика свидетельствует, что покупать более дорогие солнечные батареи готовы многие, но в будущем для их производителей будет выгоднее продавать не батареи, а энергию. В долгосрочной перспективе эти компании намереваются устанавливать фотоэлектрические источники за свой счет и сами же будут обеспечивать их нормальное функционирование, а произведенное электричество поставлять владельцам зданий.

Плоские коллекторы.

Этот тип коллекторов имеет плоскую поглощающую поверхность, его работа основана на парниковом эффекте. Плоские коллекторы состоят из каркаса (пластикового, стеклянного или деревянного), прозрачного покрытия (одинарного, двойного, тройного, стеклянного или пластикового), поглощающих поверхностей (избирательных или неизбирательных), изоляции и средств передачи тепла (воздух, вода, масло, бензин и т. д.).

Характерные особенности избирательных наружных поверхностей в современных солнечных коллекторах были экспериментально изучены проф. Табором, который определил оптимальную комбинацию двух тонких слоев прозрачного покрытия, которая обеспечивает 94% поглощения солнечной радиации при 6% соответствующей эмиссии. Все элементы плоского коллектора образуют вместе устройство для поглощения солнечной радиации, которое охлаждается средствами теплопередачи. Однако получаемая солнечная энергия может быть использована лишь частично, так как часть ее теряется при отражении, поглощении или утечке через конструктивные элементы.
Оптимальный по КПД плоский коллектор с температурной шкалой до 100° С должен обладать следующими качествами: прочными конструкциями; при потребности в средней температуре эффективностью не ниже 50—60%; при низких температурах—70—80%, высоких температурах —20—30%.

Материалы, используемые для изоляции, а также облицовки плоского коллектора должны обладать возможно более низкой теплопроводностью. При коротком периоде солнечной радиации рабочая температура коллектора должна достигаться в минимальные сроки. Наружная поверхность теплоизоляции должна быть устойчива при любых атмосферных условиях.

Главные теплопотери коллекторов происходят вследствие загрязнения, затенения от стоек и перемычек каркаса, отражения от стеклянных покрытий, а также при передаче тепла сквозь стекло. Кроме того, существуют потери радиации, передаваемой стеклянными покрытиями, возникающие в результате теплопотерь через водосточные желоба в поглощающих поверхностях (они пропорциональны разности в температурах наружных и поглощающих слоев и, следовательно, могут быть представлены. значением К для коллектора), а также потери тепла от поглощения холодной воды, конвекции в воздушных слоях между поверхностью коллектора и стеклянным покрытием, потери тепла, проводимого через стойки или изоляцию стеклянного покрытия и через воздух между коллектором и стеклянным покрытием.

Соотношение между энергией поступающей радиации и полезной тепловой производительностью определяет эффективность коллектора. Самая высокая температура, которая может быть получена коллектором, достигается тогда, когда добавочное полезное тепло не уходит через средства теплопередачи, т. е. когда полученная энергия радиации равна потерям коллектора плюс извлеченное полезное тепло. Это называется непроизводительной, или уравновешенной, температурой.

Различные непроизводительные температуры соответствуют проекту и качеству коллектора, интенсивности радиации и окружающим условиям. Например, в средней Европе солнечная радиация в 800 ккал/ч может считаться нормальной величиной. При такой радиации коллектор с одинарным остеклением может
выработать температуру до 100° С, в то время как коллектор с тройным остеклением может дать температуру до 190° С, а обычный коллектор с плоским покрытием обеспечивает нагрев лишь до 70—80° С.

Эффективность коллектора может быть увеличена специальной обработкой стеклянного покрытия, панелей, листового материала и поглощающих поверхностей.




Наиболее известными «классическими» коллекторами считаются: водяной тип — MIT (рис. 40); воздушный тип — Денован-Блисс (рис. 41); воздушный тип —Лёф (рис. 42); масляный тип — Александров (рис. 43); воздушный тип — Франция (рис. 44).





Не считая этих ставших уже классическими коллекторов, в сегодняшней практике используются и другие модели, снабженные интересными усовершенствованиями. Солнечные коллекторы, работающие летом и зимой в суровых климатических и тепловых режимах, подвергаются различным опасностям, которые могут быть учтены в проекте.

Основные проблемы, встречающиеся при эксплуатации солнечных коллекторов, следующие: перегрев, опасность замерзания, коррозия, загрязнение, повреждение, тепловое расширение (сужение), утечка тепла.

Эти проблемы могут изменяться в зависимости от климатических условий, средства их устранения меняются от одной модели к другой. Фирма-изготовитель гарантирует работу коллекторов, обеспечивает такие технические характеристики, как эффективность, тепловые величины и т. д., в соответствии со стандартом.

Сабади П.Р.