Орос дахь нарны коллекторыг ашиглах газарзүй, онцлог. Нарны коллекторын төрлүүд. Нарны цахилгаан станцын гарцыг дулаалгын утгыг үндэслэн тооцоолох
Нарны энерги бол манай гараг дээрх амьдралын эх үүсвэр юм. Нар нь агаар мандал болон дэлхийн гадаргууг халаана. Баярлалаа нарны эрчим хүчсалхи үлээж, усны эргэлт байгальд явагдаж, тэнгис, далай халж, ургамал хөгжиж, амьтад хоол хүнстэй болдог. Нарны цацрагийн ачаар дэлхий дээр чулуужсан түлш байдаг. Нарны энергийг дулаан, хүйтэн, хөдөлгөгч хүч, цахилгаан болгон хувиргах боломжтой.
НАРНЫ ЦАГААР
Нарны цацраг нь 0.28 ... 3.0 микрон долгионы уртад голчлон төвлөрдөг цахилгаан соронзон цацраг юм. Нарны спектр нь дараахь зүйлээс бүрдэнэ.
0.28 ... 0.38 микрон урттай хэт ягаан туяаны долгион, бидний нүдэнд үл үзэгдэх, нарны спектрийн ойролцоогоор 2% -ийг бүрдүүлдэг;
Спектрийн ойролцоогоор 49% -ийг бүрдүүлдэг 0.38 ... 0.78 микрон хүрээтэй гэрлийн долгион;
Нарны спектрийн үлдсэн 49% -ийг эзэлдэг 0.78 ... 3.0 микрон урттай хэт улаан туяаны долгион.
Спектрийн үлдсэн хэсгүүд нь дэлхийн дулааны тэнцвэрт байдалд ач холбогдолгүй үүрэг гүйцэтгэдэг.
НАРНЫ ЭРЧИМ ХЭР ХЭДИЙГ ДЭЛХИЙД ОРОХ ВЭ?
Нар гэрэлтдэг их хэмжээнийэрчим хүч - секундэд ойролцоогоор 1.1х10 20 кВт.ц. Киловатт цаг гэдэг нь 100 ваттын улайсдаг чийдэнг 10 цагийн турш ажиллуулахад шаардагдах эрчим хүчний хэмжээ юм. Дэлхийн агаар мандлын гаднах давхаргууд нь нарнаас ялгарах энергийн саяны нэгийг буюу жилд ойролцоогоор 1500 квадриллион (1.5 х 10 18) кВт.ц-ыг тасалдаг. Гэсэн хэдий ч агаар мандлын хий, аэрозолийн тусгал, тархалт, шингээлтийн улмаас нийт эрчим хүчний дөнгөж 47% буюу ойролцоогоор 700 квадриллион (7 х 10 17) кВт.цаг нь дэлхийн гадаргуу дээр хүрдэг.
Дэлхийн агаар мандал дахь нарны цацрагийг шууд цацраг гэж нэрлэдэг бөгөөд агаар мандалд агуулагдах агаар, тоос, ус гэх мэт тоосонцороор тархдаг. Тэдний нийлбэр нь нарны нийт цацрагийг бүрдүүлдэг. Нэгж хугацаанд нэгж талбайд унах энергийн хэмжээ нь хэд хэдэн хүчин зүйлээс хамаарна.
өргөрөг, орон нутгийн уур амьсгал, жилийн улирал, нартай харьцуулахад гадаргуугийн налуу өнцөг.
ЦАГ, ГАЗАР
Нарны хөдөлгөөнөөс болж дэлхийн гадаргуу дээр унах нарны энергийн хэмжээ өөрчлөгддөг. Эдгээр өөрчлөлтүүд нь өдөр, улирлын цаг хугацаанаас хамаарна. Нарны цацраг нь ихэвчлэн өглөө эрт эсвэл оройн цагаар үд дундаас илүү их нарны цацрагт тусдаг. Үд дунд нар тэнгэрийн хаяанаас өндөр байх ба дэлхийн агаар мандлаар дамжин өнгөрөх нарны цацрагийн замын урт багасдаг. Үүний үр дүнд нарны цацраг бага тархаж, шингэдэг бөгөөд энэ нь дэлхийн гадаргуу дээр илүү их хүрдэг гэсэн үг юм.
Дэлхийн гадаргад хүрч буй нарны энергийн хэмжээ нь жилийн дундаж утгаас ялгаатай байна өвлийн цаг- хойд хэсэгт (50˚ өргөрөгт) өдөрт 0.8 кВт.ц/м²-аас бага, өдөрт 4 кВт.ц/м²-ээс их. зун цагижил бүс нутагт. Экватор руу ойртох тусам ялгаа багасна.
Нарны эрчим хүчний хэмжээ нь тухайн газрын газарзүйн байршлаас хамаарна: экватор руу ойртох тусам илүү их байдаг. Жишээлбэл, хэвтээ гадаргуу дээрх нарны нийт цацрагийн жилийн дундаж хэмжээ: Төв Европ, Төв Ази, Канадад ойролцоогоор 1000 кВт.цаг/м²; Газар дундын тэнгист - ойролцоогоор 1700 кВт.ц / м²; Африк, Ойрхи Дорнод, Австралийн ихэнх цөлийн бүс нутагт ойролцоогоор 2200 кВт.цаг/м².
Тиймээс нарны цацрагийн хэмжээ нь тухайн жилийн хугацаа болон цаг хугацаанаас хамааран ихээхэн ялгаатай байдаг газарзүйн байршил(хүснэгт 1-ийг үзнэ үү). Нарны эрчим хүчийг ашиглахдаа энэ хүчин зүйлийг анхаарч үзэх хэрэгтэй.
Хүснэгт 1
| Европ ба Карибын тэнгис дэх нарны цацрагийн хэмжээ, өдөрт кВт.ц/м². | ||||
| Өмнөд Европ | Төв Европ | Хойд Европ | Карибын тэнгисийн бүс | |
| Нэгдүгээр сар | 2,6 | 1,7 | 0,8 | 5,1 |
| Хоёрдугаар сар | 3,9 | 3,2 | 1,5 | 5,6 |
| Гуравдугаар сар | 4,6 | 3,6 | 2,6 | 6,0 |
| Дөрөвдүгээр сар | 5,9 | 4,7 | 3,4 | 6,2 |
| Тавдугаар сар | 6,3 | 5,3 | 4,2 | 6,1 |
| Зургадугаар сар | 6,9 | 5,9 | 5,0 | 5,9 |
| долдугаар сар | 7,5 | 6,0 | 4,4 | 6,4 |
| Наймдугаар сар | 6,6 | 5,3 | 4,0 | 6,1 |
| Есдүгээр сар | 5,5 | 4,4 | 3,3 | 5,7 |
| Аравдугаар сар | 4,5 | 3,3 | 2,1 | 5,3 |
| Арваннэгдүгээр сар | 3,0 | 2,1 | 1,2 | 5,1 |
| Арванхоёрдугаар сар | 2,7 | 1,7 | 0,8 | 4,8 |
| ЖИЛ | 5,0 | 3,9 | 2,8 | 5,7 |
ҮҮЛ
Дэлхийн гадаргад хүрэх нарны цацрагийн хэмжээ нь янз бүрийн агаар мандлын үзэгдлүүд, өдрийн болон жилийн туршид нарны байрлалаас хамаардаг. Үүл бол дэлхийн гадаргууд хүрэх нарны цацрагийн хэмжээг тодорхойлдог агаар мандлын гол үзэгдэл юм. Дэлхийн аль ч цэгт үүлний бүрхэвч нэмэгдэхийн хэрээр дэлхийн гадаргууд хүрэх нарны цацраг буурдаг. Иймээс үүлэрхэг цаг агаар зонхилдог улс орнууд үүлгүй цөлтэй харьцуулахад нарны цацраг бага авдаг. Үүл үүсэхэд уул, далай, далай зэрэг орон нутгийн онцлог шинж чанарууд, мөн томоохон нуурууд нөлөөлдөг. Тиймээс эдгээр бүс нутаг болон тэдгээрийн зэргэлдээх бүс нутгуудад хүлээн авсан нарны цацрагийн хэмжээ өөр байж болно. Жишээлбэл, уулс багасч болно нарны цацрагзэргэлдээх уулын бэл, тал талаас илүү. Уул руу чиглэсэн салхи нь агаарын зарим хэсгийг дээшлүүлж, чийгийг хөргөж, үүл үүсгэдэг. Далайн эрэг орчмын бүс нутагт нарны цацрагийн хэмжээ эх газрын нутаг дэвсгэрт бүртгэгдсэнээс ялгаатай байж болно.
Өдрийн турш хүлээн авсан нарны эрчим хүчний хэмжээ нь орон нутгийн агаар мандлын үзэгдлээс ихээхэн хамаардаг. Үд дунд, цэлмэг тэнгэртэй, нарны нийт цацраг хэвтээ гадаргуу дээр унадаг (жишээлбэл, Төв Европт) 1000 Вт / м² (цаг агаарын маш таатай нөхцөлд энэ үзүүлэлт илүү өндөр байж болно), маш үүлэрхэг үед хүрч болно. цаг агаар - үд дунд хүртэл 100 Вт / м²-ээс бага.
БОХИРДОЛ
Антропоген ба байгалийн үзэгдлүүдМөн дэлхийн гадаргууд хүрэх нарны цацрагийн хэмжээг хязгаарлаж чадна. Хотын утаа, ой хээрийн түймрийн утаа, агаар дахь галт уулын үнс нь нарны цацрагийн тархалт, шингээлтийг нэмэгдүүлснээр нарны эрчим хүчний хэрэглээг бууруулдаг. Өөрөөр хэлбэл, эдгээр хүчин зүйлүүд нь нийтээс илүү нарны шууд цацрагт илүү их нөлөө үзүүлдэг. At хүчтэй бохирдолагаар, жишээлбэл, утааны үед шууд цацраг туяа 40%, нийт нь ердөө 15-25% буурдаг. Хүчтэй галт уулын дэлбэрэлт нь дэлхийн гадаргуугийн томоохон талбайд нарны шууд цацрагийг 20%, нийт 10% -иар 6 сараас 2 жилийн хугацаанд бууруулж чаддаг. Агаар мандалд галт уулын үнсний хэмжээ багасч, үр нөлөө нь сулардаг боловч үйл явц бүрэн сэргээххэдэн жил болж магадгүй.
БОЛОМЖТОЙ
Нар дэлхий даяар хэрэглэж байгаагаас 10,000 дахин их үнэгүй энергийг бидэнд өгдөг. Дэлхийн арилжааны зах зээл дангаараа жилд 85 их наяд (8.5 x 10 13) кВт.цаг эрчим хүч худалдаж авч, борлуулдаг. Процессыг бүхэлд нь дагаж мөрдөх боломжгүй тул арилжааны бус эрчим хүч хүмүүс хэр их зарцуулдаг (жишээлбэл, хэр их мод, бордоо цуглуулж, шатаадаг, механик болон цахилгаан үйлдвэрлэхэд хэр их ус зарцуулдаг вэ) гэдгийг тодорхой хэлэх боломжгүй юм. эрчим хүч). Зарим шинжээчдийн тооцоолсноор ийм арилжааны бус эрчим хүч нь нийт хэрэглэж буй эрчим хүчний тавны нэгийг эзэлдэг. Гэхдээ ийм байсан ч гэсэн нийт эрчим хүчХүн төрөлхтний жилийн турш хэрэглэдэг эрчим хүч нь тухайн хугацаанд дэлхийн гадаргуу дээр унадаг нарны эрчим хүчний ердөө долоон мянганы нэг нь юм.
АНУ зэрэг өндөр хөгжилтэй орнуудад эрчим хүчний хэрэглээ жилд ойролцоогоор 25 их наяд (2.5 х 10 13) кВт.цаг буюу нэг хүнд ногдох өдөрт 260 кВт.ц-аас дээш эрчим хүч зарцуулдаг. Энэ үзүүлэлтЭнэ нь өдөр бүр зуу гаруй 100Вт улайсгасан чийдэнг бүтэн өдрийн турш ажиллуулахтай тэнцэх юм. АНУ-ын дундаж иргэн Энэтхэг хүнээс 33 дахин, Хятад хүнээс 13 дахин, Япон хүнээс хоёр дахин, Швед хүнээс хоёр дахин их эрчим хүч хэрэглэдэг.
Дэлхийн гадаргад хүрч буй нарны эрчим хүчний хэмжээ нь эрчим хүчний хэрэглээ асар их байдаг АНУ зэрэг орнуудад ч хэрэглээнээс хэд дахин их байдаг. Хэрэв тус улсын нийт нутаг дэвсгэрийн ердөө 1%-ийг нарны эрчим хүчний төхөөрөмж (фотовольтийн массив эсвэл нарны системхалуун усны хувьд) 10%-ийн үр ашигтай ажилладаг бол АНУ эрчим хүчээр бүрэн хангагдана. Бусад өндөр хөгжилтэй орнуудын тухайд ч мөн адил хэлж болно. Гэсэн хэдий ч тодорхой утгаараа энэ нь бодитой бус юм - нэгдүгээрт, фотоволтайк системийн өндөр өртөгтэй, хоёрдугаарт, экосистемд хохирол учруулахгүйгээр ийм том талбайг нарны төхөөрөмжөөр бүрхэх боломжгүй юм. Гэхдээ зарчим нь өөрөө зөв. Барилгын дээвэр, байшин, замын хажуу, урьдчилан тогтоосон газар гэх мэт суурилуулалтыг тараах замаар ижил талбайг хамрах боломжтой. Нэмж дурдахад, олон оронд нийт газрын 1% -иас илүүг эрчим хүч олборлох, хувиргах, үйлдвэрлэх, тээвэрлэх зориулалтаар хуваарилсан байдаг. Мөн энэ эрчим хүчний ихэнх хэсэг нь хүн төрөлхтний оршин тогтнох хэмжээнд сэргээгдэх боломжгүй байдаг тул ийм төрлийн эрчим хүчний үйлдвэрлэл нь нарны системээс хамаагүй илүү байгаль орчинд хор хөнөөл учруулдаг.
НАРНЫ ЭРЧИМ ХҮЧИЙГ АШИГЛАХ
Дэлхийн ихэнх хэсэгт барилгын дээвэр, хананд тусах нарны эрчим хүчний хэмжээ нь эдгээр барилгын оршин суугчдын жилийн эрчим хүчний хэрэглээнээс хамаагүй давдаг. Нарны гэрэл, дулааныг ашиглах нь бидэнд хэрэгтэй бүх төрлийн энергийг авах цэвэр, энгийн бөгөөд байгалийн арга юм. Тусламжаар нарны коллекторуудорон сууцны болон худалдааны барилгыг халаах ба/эсвэл халуун усаар хангах боломжтой. Нарны гэрэл, төвлөрсөнпараболик толь (цельсийн хэдэн мянган градус хүртэл температуртай) дулааныг бий болгоход ашигладаг. Үүнийг халаах эсвэл цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно. Үүнээс гадна нарны тусламжтайгаар эрчим хүч үйлдвэрлэх өөр нэг арга бий - фотоволтайк технологи. Фотоволтайк эсүүд нь нарны цацрагийг шууд цахилгаан болгон хувиргадаг төхөөрөмж юм.
Нарны цацрагийг идэвхтэй болон идэвхгүй нарны системийг ашиглан ашигтай энерги болгон хувиргаж болно. Идэвхтэй нарны системүүд нарны коллекторуудболон фотоволтайк эсүүд. Идэвхгүй системүүдбарилгын зураг төсөл, сонголтоор олж авсан барилгын материалнарны эрчим хүчийг дээд зэргээр ашиглах байдлаар .
Мөн нарны энергийг биомасс, салхи, усны энерги гэх мэт эрчим хүчний бусад хэлбэрт хувиргах замаар шууд бусаар ашигтай энерги болгон хувиргадаг. Нарны энерги нь дэлхий дээрх цаг агаарыг "хяндаг". Нарны цацрагийн ихээхэн хувийг далай, тэнгис шингээж, ус нь халж, ууршиж, бороо хэлбэрээр газарт унаж, усан цахилгаан станцуудыг "тэжээдэг". Салхин үүсгүүрт шаардагдах салхи нь агаарын жигд бус халалтын улмаас үүсдэг. Нарны эрчим хүчнээс үүссэн сэргээгдэх эрчим хүчний өөр нэг төрөл бол биомасс юм. Ногоон ургамал нарны гэрлийг шингээдэг бөгөөд фотосинтезийн үр дүнд тэдгээрийн дотор органик бодисууд үүсдэг бөгөөд үүнээс дулаан, цахилгаан энергийг олж авах боломжтой. Тиймээс салхи, ус, биомассын энерги нь нарны эрчим хүчний дериватив юм.
НАРНЫ ИДЭВХЭГ ЭРЧИМ ХҮЧ
Идэвхгүй нарны эрчим хүчний барилга гэдэг нь тухайн орон нутгийн цаг уурын нөхцөлийг аль болох харгалзах, нарны эрчим хүчийг ашиглан барилга байгууламжийг халаах, хөргөх, гэрэлтүүлэхэд тохиромжтой технологи, материалыг ашигласан барилга байгууламж юм. Эдгээрт дулаалга, цул шал, урагшаа харсан цонх зэрэг уламжлалт барилгын техник, материалууд орно. Ийм амьдрах байрыг зарим тохиолдолд нэмэлт зардалгүйгээр барьж болно. Бусад тохиолдолд барилгын ажлын явцад гарсан нэмэлт зардлыг эрчим хүчний бага зардлаар нөхөж болно. Идэвхгүй нарны барилга нь байгаль орчинд ээлтэй, эрчим хүчний бие даасан байдал, эрчим хүчний тэнцвэртэй ирээдүйг бий болгоход хувь нэмэр оруулдаг.
Идэвхгүй нарны системд барилгын бүтэц нь өөрөө нарны цацрагийн коллекторын үүргийг гүйцэтгэдэг. Энэ тодорхойлолт нь барилгын дулааныг хана, тааз, шалаар дамжуулан хадгалдаг хамгийн энгийн системүүдийн ихэнхтэй тохирч байна. Барилгын бүтцэд дулаан хуримтлуулах тусгай элементүүдийг суурилуулсан системүүд байдаг (жишээлбэл, чулуутай хайрцаг, сав эсвэл усаар дүүргэсэн шил). Ийм системийг мөн идэвхгүй нарны гэж ангилдаг. Идэвхгүй нарны барилга нь амьдрахад хамгийн тохиромжтой газар юм. Эндээс та байгальтай холбогдохыг илүү бүрэн дүүрэн мэдрэх болно, ийм байшинд байгалийн гэрэл маш их байдаг, энэ нь цахилгааныг хэмнэдэг.
ТҮҮХ
Түүхийн хувьд барилгын дизайнд орон нутгийн нөлөөлөл бий болсон цаг уурын нөхцөлмөн барилгын материалын хүртээмж. Хожим нь хүн төрөлхтөн байгалиасаа салж, түүнийг захирч, захирах замаар явсан. Энэ зам нь бараг бүх газарт ижил төрлийн барилгын хэв маягт хүргэсэн. МЭ 100 онд д. Түүхч Плиний Бага Италид зуны байшин барьсан бөгөөд өрөөний нэг нь нимгэн гялтгануураар хийсэн цонхтой байв. Өрөө нь бусдаасаа илүү дулаахан байсан тул халаахад мод бага шаардагдана. I-IV урлагийн алдартай Ромын ваннд. n. д. тусгайлан суурилуулсан том цонхнуудурагшаа илүү их нарны дулаанбарилга руу орлоо. VI Урлагаар. Орон сууц, олон нийтийн барилга байгууламжийн нарны зайн өрөөнүүд маш энгийн зүйл болж, Жастинианы код нь наранд хүрэх эрхийг баталгаажуулахын тулд "нарны эрх"-ийг нэвтрүүлсэн. 19-р зуунд хүлэмжүүд маш их алдартай байсан бөгөөд энэ нь өтгөн ургамлын навчны халхавч дор алхах загварлаг байв.
Дэлхийн 2-р дайны үед цахилгаан тасарсаны улмаас 1947 оны эцэс гэхэд АНУ-д барилга байгууламж идэвхгүй ашиглаж эхэлсэн. нарны эрчим хүчмаш их эрэлт хэрэгцээтэй байсан тул Либбей-Оуэнс-Форд Шилэн компани 49-ийг багтаасан "Таны нарны гэр" нэртэй ном хэвлүүлжээ. шилдэг төслүүднарны эрчим хүчний барилга. 1950-иад оны дундуур архитектор Фрэнк Бриджерс дэлхийн анхны идэвхгүй нарны оффисын барилгыг зохион бүтээжээ. Түүнд суурилуулсан халуун усны нарны систем тэр цагаас хойш тасралтгүй ажиллаж байна. Бриджерс-Пакстоны барилга өөрөө тус улсын үндэсний түүхийн бүртгэлд дэлхийн анхны нарны эрчим хүчээр ажилладаг оффисын барилга гэдгээрээ бүртгэгдсэн байдаг.
Дэлхийн 2-р дайны дараа газрын тосны үнэ бага байгаа нь олон нийтийн анхаарлыг нарны эрчим хүчээр ажилладаг барилга байгууламж, эрчим хүчний хэмнэлтийн асуудлаас холдуулсан. 1990-ээд оны дунд үеэс эхлэн зах зээл экологи, байгаль орчны хэрэглээнд хандах хандлагаа өөрчилсөн. сэргээгдэх эрчим хүч, барилгын чиг хандлага нь ирээдүйн барилгын төслийг хүрээлэн буй байгальтай хослуулснаар тодорхойлогддог.
ИДЭВХЭГ НАРНЫ СИСТЕМ
Идэвхгүй ашиглах хэд хэдэн үндсэн арга байдаг нарны эрчим хүчархитектурт. Тэдгээрийг ашигласнаар та олон янзын схемүүдийг үүсгэж, улмаар янз бүрийн барилгын дизайныг олж авах боломжтой. Нарны эрчим хүчийг идэвхгүй ашиглах барилга байгууламж барихад тэргүүлэх чиглэлүүд нь: байшингийн сайн байршил; олон тооныөвлийн улиралд нарны гэрлийг илүү ихээр оруулахын тулд урд зүг рүү харсан цонхнууд (хойд хагас бөмбөрцөгт) (мөн эсрэгээр, зуны улиралд хүсээгүй нарны гэрлийг хязгаарлахын тулд зүүн эсвэл баруун тийш харсан цөөн тооны цонхнууд); Хүсээгүй температурын хэлбэлзлээс зайлсхийх, шөнийн цагаар дулаан байлгахын тулд дотоод засал дээрх дулааны ачааллыг зөв тооцоолох, сайн дулаалгатай барилгын бүтэц.
Байршил, дулаалга, цонхны чиглэл, байрны дулааны ачаалал нь нэг системтэй байх ёстой. Дотоод температурын хэлбэлзлийг багасгахын тулд дулаалгыг барилгын гадна талд байрлуулна. Гэхдээ дотоод халаалт хурдан, дулаалга бага шаарддаг, дулааны багтаамж багатай газруудад дулаалга нь дотор талд байх ёстой. Дараа нь барилгын дизайн нь ямар ч бичил цаг уурын хувьд оновчтой байх болно. Байшин дахь дулааны ачаалал ба тусгаарлагчийн хоорондох зөв тэнцвэр нь зөвхөн эрчим хүч хэмнэхээс гадна барилгын материалыг хэмнэхэд хүргэдэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
ИДЭВХИЙН НАРНЫ СИСТЕМ
Барилгын зураг төслийг боловсруулах явцад нарны идэвхтэй системийг ашиглах, тухайлбал нарны коллекторуудболон фотоволтайк батерейнууд. Энэ төхөөрөмжийг барилгын урд талд суурилуулсан. Өвлийн улиралд дулааны хэмжээг нэмэгдүүлэхийн тулд нарны коллекторуудЕвропт болон Хойд америкхэвтээ хавтгайгаас 50°-аас дээш налуу өнцгөөр суурилуулсан байх ёстой. Тогтмол фотоволтайк массив нь тэнгэрийн хаяанд хамаарах налуу өнцөг нь тухайн барилга байрлах газарзүйн өргөрөгтэй тэнцүү байх үед жилийн туршид нарны цацрагийг хамгийн их хэмжээгээр авдаг. Барилгын зураг төслийг боловсруулахдаа барилгын дээврийн өнцөг, түүний урд зүг рүү чиглэсэн чиглэл нь чухал ач холбогдолтой. Халуун ус хангамжийн нарны коллектор, фотоволтайк хавтанг эрчим хүчний хэрэглээний газартай ойрхон байрлуулах нь зүйтэй. Тоног төхөөрөмжийг сонгох гол шалгуур бол түүний үр ашиг юм.
НАРНЫ ЭРЧИМ ХОЛБОГЧИД
Эрт дээр үеэс хүн төрөлхтөн нарны эрчим хүчийг ус халаахад ашиглаж ирсэн. Олон нарны зүрхэнд эрчим хүчний системүүдпрограм оршино нарны коллекторууд. Коллектор нь нарны гэрлийн энергийг шингээж, дулаан болгон хувиргаж, хөргөлтийн шингэн (шингэн эсвэл агаар) руу шилжүүлж, дараа нь барилга байгууламжийг халаах, ус халаах, цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх, хөдөө аж ахуйн бүтээгдэхүүнийг хатаах, хоол хийх зэрэгт ашигладаг. Нарны коллекторыг дулааныг ашигладаг бараг бүх процесст ашиглаж болно.
Европ, Хойд Америкийн ердийн орон сууцны барилга, орон сууцны хувьд халаалтын ус нь эрчим хүч их шаарддаг дотоодын хоёр дахь процесс юм. Олон тооны байшингийн хувьд энэ нь хамгийн их эрчим хүч шаарддаг. Нарны эрчим хүчийг ашигласнаар ахуйн хэрэглээний ус халаах зардлыг 70% бууруулах боломжтой. Коллектор нь усыг урьдчилан халааж, дараа нь уламжлалт багана эсвэл бойлер руу тэжээгддэг бөгөөд усыг халаадаг. хүссэн температур. Үүний үр дүнд зардал ихээхэн хэмнэнэ. Энэ системийг суулгахад хялбар бөгөөд бараг засвар үйлчилгээ шаарддаггүй.
Өнөөдөр нарны ус халаах системийг хувийн орон сууц, орон сууцны барилга, сургууль, машин угаалгын газар, эмнэлэг, ресторан, хөдөө аж ахуйболон аж үйлдвэр. Эдгээр бүх байгууллагуудад нийтлэг зүйл байдаг: халуун ус хэрэглэдэг. Нарны эрчим хүчээр ус халаах систем нь эдийн засгийн хувьд хэмнэлттэй, дэлхийн аль ч бүс нутгийн халуун усны хэрэгцээг хангах чадвартай гэдгийг орон сууцны эзэд болон бизнесийн удирдагчид аль хэдийн олж харсан.
ТҮҮХ
Дэлхийн эрчим хүчний салбарт чулуужсан түлш тэргүүлэх байр суурь эзлэхээс өмнө эрт дээр үеэс хүмүүс нарны тусламжтайгаар ус халааж ирсэн. Нарны халаалтын зарчмууд олон мянган жилийн туршид мэдэгдэж байсан. Хараар будсан гадаргуу нь наранд маш их халдаг бол цайвар өнгөтэй гадаргуу нь бусад бүхнээс бага, цагаан гадаргуу нь бага халдаг. Энэ өмчийг нарны энергийг шууд ашигладаг хамгийн алдартай төхөөрөмжүүд болох нарны коллекторуудад ашигладаг. Цуглуулагчдыг хоёр зуун жилийн өмнө боловсруулсан. Эдгээрээс хамгийн алдартай нь болох хавтгай цуглуулагчийг 1767 онд Швейцарийн эрдэмтэн Горац де Соссюр бүтээжээ. Сэр Жон Хершель 1930-аад онд Өмнөд Африкт хийсэн экспедицийн үеэр үүнийг хоол хийхэд ашиглаж байжээ.
1908 онд Уильям Бэйли дулаан тусгаарлагдсан их бие, зэс хоолой бүхий коллектор зохион бүтээснээр нарны коллектор үйлдвэрлэх технологи бараг орчин үеийн түвшинд хүрсэн. Энэхүү коллектор нь орчин үеийн термосифон системтэй маш төстэй байв. Дэлхийн 1-р дайны төгсгөлд Бэйли эдгээр цуглуулагчаас 4000 ширхэгийг зарсан бөгөөд түүнээс патент худалдаж авсан Флоридагийн бизнесмэн 1941 он гэхэд бараг 60,000 цуглуулагч заржээ. Дэлхийн 2-р дайны үед АНУ-д зэсийн хэрэглээг нэвтрүүлсэн нь нарны халаагуурын зах зээлийг огцом бууруулахад хүргэсэн.
1973 онд дэлхийн нефтийн хямрал хүртэл эдгээр төхөөрөмжүүдийг үл тоомсорлож байсан. Гэсэн хэдий ч хямрал сэрлээ шинэ сонирхолэрчим хүчний өөр эх үүсвэрүүдэд . Үүний үр дүнд эрэлт ихэссэн нарны эрчим хүч. Олон улс орон энэ салбарыг хөгжүүлэх сонирхолтой байдаг. Коллекторыг бүрхэхэд төмрийн агууламж багатай (энгийн шилнээс илүү нарны энергийг дамжуулдаг) шилийг ашигласан, дулаан тусгаарлалтыг сайжруулж, удаан эдэлгээтэй сонгомол бүрхүүлтэй болсны ачаар нарны халаалтын системийн үр ашиг 1970-аад оноос хойш тасралтгүй нэмэгдэж байна.
НАРНЫ ЭРЧИМ ХОЛБОГЧИДЫН ТӨРЛҮҮД
Ердийн нарны коллектор нь нарны энергийг барилгын дээвэр дээр суурилуулсан хоолой, металл хавтангийн модулиудад хадгалдаг бөгөөд цацрагийг хамгийн их шингээх зорилгоор хараар буддаг. Тэдгээрийг шилэн эсвэл хуванцараар бүрж, нарны гэрлийг дээд зэргээр авахын тулд урд зүг рүү хазайлгана. Тиймээс коллектор нь шилэн хавтангийн доор дулааныг хуримтлуулдаг бяцхан хүлэмж юм. Нарны цацраг нь гадаргуу дээр тархдаг тул коллектор нь том талбайтай байх ёстой.
Хэрэглээнээс хамааран янз бүрийн хэмжээ, загвар бүхий нарны коллекторууд байдаг. Тэд айл өрхүүдийг угаалга, усанд орох, хоол хийх зориулалтаар халуун усаар хангах эсвэл одоо байгаа ус халаагчийн усыг урьдчилан халаахад ашиглаж болно. Зах зээл одоогоор олон зүйлийг санал болгож байна янз бүрийн загваруудцуглуулагчид. Тэдгээрийг хэд хэдэн төрөлд хувааж болно. Жишээлбэл, тэдгээрийн өгсөн температурын дагуу хэд хэдэн төрлийн коллектор байдаг.
Бага температурт коллекторууд нь 50 ˚C-ээс бага дулааныг үүсгэдэг. Эдгээр нь усан сан дахь ус халаах, хэт халуун ус шаардагдахгүй бусад тохиолдолд ашиглагддаг.
Дунд температурын коллекторууд нь өндөр ба дунд боломжит дулаан (50˚C-ээс дээш, ихэвчлэн 60-80˚C) үүсгэдэг. Ихэвчлэн эдгээр нь дулаан дамжуулалтыг шингэнээр гүйцэтгэдэг шилтэй хавтгай коллекторууд эсвэл дулааныг агуулсан баяжуулах коллекторууд юм. төвлөрсөн. Сүүлчийн төлөөлөгч нь цуглуулагч юм нүүлгэн шилжүүлсэн хоолой, энэ нь ихэвчлэн орон сууцны салбарт ус халаахад ашиглагддаг.
Өндөр температурт коллекторууд нь параболик хавтан бөгөөд голчлон эрчим хүч үйлдвэрлэдэг компаниуд эрчим хүчний сүлжээнд цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
Нэгдсэн олон талт
Нарны коллекторын хамгийн энгийн төрөл нь "багтаамжтай" эсвэл "термосифон коллектор" бөгөөд коллектор нь мөн усны "нэг удаагийн" хэсгийг халааж, хадгалдаг дулаан хадгалах сав учраас ийм нэрийг авсан. Ийм коллекторууд нь усыг урьдчилан халаахад ашигладаг бөгөөд дараа нь хийн ус халаагч гэх мэт уламжлалт суурилуулалтанд хүссэн температур хүртэл халаадаг. Нөхцөл байдалд өрхурьдчилан халаасан ус хадгалах саванд ордог. Энэ нь дараагийн халаалтанд зарцуулах эрчим хүчний зарцуулалтыг бууруулдаг. Ийм коллектор нь хөдөлгөөнт эд анги (насос) ашигладаггүй, хамгийн бага засвар үйлчилгээ шаарддаг, үйл ажиллагааны зардалгүй байдаг идэвхтэй нарны ус халаах системийн хямд хувилбар юм. Нэгдсэн агуулах коллекторууд нь усаар дүүргэсэн нэг буюу хэд хэдэн хар савнаас бүрдэх ба шилэн таглаатай дулаан тусгаарлагч хайрцагт байрлуулсан. Заримдаа хайрцганд нарны цацрагийг нэмэгдүүлдэг цацруулагч байрлуулдаг. Гэрэл нь шилээр дамжин усыг халаана. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь нэлээд хямд боловч хүйтэн цаг агаар эхлэхээс өмнө тэдгээрээс ус зайлуулах эсвэл хөлдөхөөс хамгаалагдсан байх ёстой.
Хавтгай коллекторууд
Хавтгай хавтан коллекторууд нь ахуйн хэрэглээний ус халаалт, халаалтын системд ашиглагддаг нарны коллекторуудын хамгийн түгээмэл төрөл юм. Ихэвчлэн энэ коллектор нь шилэн эсвэл хуванцар таглаатай дулаан тусгаарлагчтай металл хайрцаг бөгөөд дотор нь хар өнгөтэй шингээгч (шингээгч) хавтанг байрлуулсан байдаг. Шилэн бүрхүүл нь ил тод эсвэл царцсан байж болно. Хавтгай хавтан цуглуулагчид ихэвчлэн царцсан, зөвхөн хөнгөн, төмөр багатай шилийг ашигладаг (энэ нь коллекторт орж буй нарны гэрлийн ихэнх хэсгийг дамжуулдаг). Нарны гэрэл нь дулаан хүлээн авах хавтан дээр тусч, шиллэгээний ачаар дулааны алдагдал багасдаг. Коллекторын доод ба хажуугийн ханыг дулаан тусгаарлагч материалаар бүрхсэн бөгөөд энэ нь дулааны алдагдлыг улам бүр бууруулдаг.
Шингээгч хавтанг ихэвчлэн хараар буддаг, учир нь харанхуй гадаргуутодоос илүү нарны энергийг шингээдэг. Нарны туяа шиллэгээг дайран өнгөрч, шингээгч хавтанг цохиж, халж, нарны цацрагийг дулааны энерги болгон хувиргадаг. Энэ дулааныг хөргөлтийн шингэн рүү шилжүүлдэг - хоолойгоор эргэлдэж буй агаар эсвэл шингэн. Ихэнх хар гадаргуу нь цацрагийн 10 орчим хувийг тусгадаг тул зарим шингээгч хавтанг нарны гэрлийг илүү сайн шингээж, ердийн хар будгаас илүү удаан хадгалдаг тусгай сонгомол бүрхүүлээр эмчилдэг. Нарны хавтанд ашигладаг сонгомол бүрхүүл нь металл субстрат дээр тогтсон аморф хагас дамжуулагчийн маш бат бөх нимгэн давхаргаас бүрддэг. Сонгомол бүрээс нь спектрийн харагдах хэсэгт өндөр шингээлт, алс хэт улаан туяаны цацрагт бага ялгаруулах чадвараараа тодорхойлогддог.
Шингээх хавтанг ихэвчлэн дулааныг сайн дамжуулдаг металлаар хийдэг (ихэнхдээ зэс эсвэл хөнгөн цагаан). Зэс нь илүү үнэтэй боловч хөнгөн цагаанаас илүү дулаан дамжуулдаг бөгөөд зэврэлтэнд өртөмтгий байдаг. Усанд хуримтлагдсан энергийг хамгийн бага дулаан алдагдлаар дамжуулахын тулд шингээгч хавтан нь өндөр дулаан дамжуулалттай байх ёстой. Хавтгай коллекторуудшингэн ба агаарт хуваагдана. Хоёр төрлийн коллектор нь бүрхүүлтэй эсвэл бүрхүүлгүй байдаг.
Шингэний олон талт
Шингэн коллекторт нарны энерги нь шингээгч хавтан дээр бэхлэгдсэн хоолойгоор урсах шингэнийг халаана. Хавтанд шингэсэн дулааныг тэр даруй шингэн рүү шилжүүлнэ.
Хоолойг бие биентэйгээ зэрэгцээ байрлуулж болох бөгөөд тус бүр нь оролт, гаралттай, эсвэл ороомог хэлбэртэй байдаг. Хоолойн могойн зохион байгуулалт нь холболтын цооногоор дамжин урсах боломжийг арилгаж, шингэний жигд урсгалыг хангадаг. Нөгөөтэйгүүр, хөлдөхгүйн тулд шингэнийг шавхах үед муруй хоолойд ус үлдэж болох тул энэ нь хэцүү байж болно.
Хамгийн энгийн шингэний системийг ашигладаг энгийн ус, коллекторт шууд халааж, угаалгын өрөө, гал тогоо гэх мэт орно. Энэ загварыг "нээлттэй" (эсвэл "шууд") систем гэж нэрлэдэг. Хүйтэн уур амьсгалтай бүс нутагт температур нь хөлдөх цэг хүртэл буурах үед хүйтэн улиралд шингэн цуглуулагчийг зайлуулах шаардлагатай; эсвэл антифриз шингэнийг дулаан зөөгч болгон ашигладаг. Ийм системд дулаан зөөгч нь коллекторт хуримтлагдсан дулааныг шингээж, дулаан солилцуураар дамждаг. Дулаан солилцуур нь ихэвчлэн байшинд суурилуулсан усны сав бөгөөд дулааныг ус руу шилжүүлдэг. Энэ загварыг "хаалттай систем" гэж нэрлэдэг.
Бүрхүүлтэй шингэн коллекторыг халаахад ашигладаг ахуйн усмөн түүнчлэн орон зайг халаах зориулалттай. Бүрээсгүй коллекторууд нь ихэвчлэн усан санд зориулж усыг халаадаг. Ийм цуглуулагчид өндөр температурыг тэсвэрлэх шаардлагагүй тул хямд үнэтэй материал ашигладаг: хуванцар, резин. Тэд дулаан улиралд ашиглагддаг тул хүйтэн жавараас хамгаалах шаардлагагүй.
Агаар цуглуулагч
Агаар цуглуулагч нь шингэний системд заримдаа тохиолддог хөлдөх, буцалгах асуудлаас зайлсхийх давуу талтай. Агаар манифольд дахь хөргөлтийн шингэн алдагдлыг илрүүлэх, засахад хэцүү байдаг ч энэ нь шингэн алдагдахаас хамаагүй бага асуудал юм. Агаарын систем нь ихэвчлэн шингэн системээс хямд материалыг ашигладаг. Жишээлбэл, хуванцар шиллэгээ, учир нь ажлын температурТэдгээрийн доор.
Агаар коллектор нь энгийн хавтгай цуглуулагч бөгөөд голчлон орон зайг халаах, хөдөө аж ахуйн бүтээгдэхүүнийг хатаахад ашигладаг. Агаар коллекторт шингээх хавтан нь металл хавтан, олон давхаргат дэлгэц, түүний дотор металл бус материалаар хийгдсэн байдаг. Байгалийн конвекцийн улмаас эсвэл сэнсний нөлөөгөөр агаар шингээгчээр дамждаг. Агаар нь шингэнийг бодвол дулаан дамжуулагч чанар муутай тул шингээгч рүү дулаан дамжуулах шингэнээс бага дулаан дамжуулдаг. Зарим нарны агаар халаагч нь агаарын тогтворгүй байдлыг нэмэгдүүлж, дулаан дамжуулалтыг сайжруулахын тулд шингээгч хавтан дээр сэнстэй байдаг. Энэхүү дизайны сул тал нь сэнсийг ажиллуулахад эрчим хүч зарцуулдаг тул системийн ашиглалтын зардлыг нэмэгдүүлдэг. Хүйтэн цаг агаарт агаар нь шингээгч хавтан ба тусгаарлагчийн хоорондох зай руу чиглэнэ арын ханаколлектор: ингэснээр шиллэгээгээр дулаан алдагдахаас сэргийлнэ. Гэсэн хэдий ч, хэрэв агаарыг гаднах температураас 17 ° С-ээс ихгүй халаавал дулаан зөөгч нь үр ашгийн алдагдалгүйгээр шингээгч хавтангийн хоёр талд эргэлдэж болно.
Агаар цуглуулагчийн гол давуу тал нь тэдний энгийн, найдвартай байдал юм. Ийм цуглуулагчид энгийн төхөөрөмжтэй байдаг. Тохиромжтой арчилгаа хийснээр чанартай цуглуулагч нь 10-20 жил ажиллах боломжтой бөгөөд удирдахад маш хялбар байдаг. Агаар хөлддөггүй тул дулаан солилцуур шаардлагагүй.
Нарны хоолой хэлбэрийн вакуум коллектор
Уламжлалт энгийн хавтгай нарны коллекторуудыг нарлаг дулаан уур амьсгалтай бүс нутагт ашиглахаар зохион бүтээсэн. Тэд сөрөг өдрүүдэд - хүйтэн, үүлэрхэг, салхитай цаг агаарт үр нөлөөгөө эрс алддаг. Үүнээс гадна цаг агаарын нөлөөгөөр конденсац, чийгшил нь дотоод материалын дутуу элэгдэлд хүргэдэг бөгөөд энэ нь системийн гүйцэтгэл муу, доголдолд хүргэдэг. Эдгээр дутагдлыг нүүлгэн шилжүүлсэн коллектор ашиглан арилгадаг.
Вакуум коллектор нь усыг халаадаг ахуйн хэрэглээхалуун ус хэрэгтэй газар. Нарны цацраг нь гадна талын шилэн хоолойгоор дамжин шингээгч хоолойд хүрч, дулаан болж хувирдаг. Энэ нь хоолойгоор урсах шингэнээр дамждаг. Коллектор нь хэд хэдэн эгнээ зэрэгцээ шилэн хоолойноос бүрдэх ба тэдгээр нь тус бүрт сонгомол бүрээстэй гуурсан хоолойн шингээгч (хавтгай хавтангийн коллекторт шингээгч хавтангийн оронд) залгагдсан байдаг. Халаасан шингэн нь дулаан солилцуураар эргэлдэж, хадгалах саванд байгаа усанд дулааныг өгдөг.
Вакуум коллекторууд нь модульчлагдсан, i.e. халуун усны хэрэгцээнээс хамааран хоолойг шаардлагатай бол нэмж эсвэл арилгаж болно. Энэ төрлийн коллекторыг үйлдвэрлэх явцад хоолойн хоорондох зайнаас агаарыг соруулж, вакуум үүсдэг. Үүний ачаар агаарын дулаан дамжуулалт, түүний эргэлтээс үүдэлтэй конвекцтэй холбоотой дулааны алдагдлыг арилгадаг. Үлдсэн зүйл бол цацрагийн дулааны алдагдал юм ( дулааны энергивакуумд ч гэсэн дулаанаас хүйтэн гадаргуу руу шилждэг). Гэсэн хэдий ч энэ алдагдал нь шингээгч хоолой дахь шингэн рүү шилжсэн дулааны хэмжээтэй харьцуулахад бага бөгөөд ач холбогдолгүй юм. Шилэн хоолой дахь вакуум - коллекторын хамгийн сайн дулаан тусгаарлагч нь дулааны алдагдлыг бууруулж, шингээгч болон дулааны хоолойг сөрөг нөлөөллөөс хамгаалдаг. гадны нөлөө. Үр дүн нь бусад төрлийн нарны коллектороос давсан гайхалтай гүйцэтгэл юм.
Олон төрлийн вакуум коллекторууд байдаг. Зарим, өөр, гурав дахь шилэн хоолой нь шингээгч хоолойн дотор дамждаг; дулаан дамжуулах сэрвээ, шингэний хоолойн бусад загварууд байдаг. Хоолой бүрт 19 литр ус багтаах вакуум коллектор байдаг бөгөөд ингэснээр тусдаа ус хадгалах сав шаардлагагүй болно. Мөн нарны цацрагийг коллекторт төвлөрүүлэхийн тулд вакуум хоолойн ард тусгагчийг байрлуулж болно.
Өндөр температурын зөрүүтэй бүс нутагт эдгээр коллекторууд нь хэд хэдэн шалтгааны улмаас хавтгай коллекторуудаас хамаагүй илүү үр ашигтай байдаг. Нэгдүгээрт, тэд нарны шууд болон сарнисан цацрагийн нөхцөлд сайн ажилладаг. Энэ шинж чанар нь вакуум нь гаднах дулааны алдагдлыг багасгах чадвартай хослуулан эдгээр коллекторуудыг хүйтэн, үүлэрхэг өвлийн улиралд зайлшгүй шаардлагатай болгодог. Хоёрдугаарт, вакуум хоолойн дугуй хэлбэртэй тул нарны гэрэл өдрийн ихэнх хугацаанд шингээгч рүү перпендикуляр тусдаг. Харьцуулбал, суурин хавтгай коллекторт нарны гэрэл зөвхөн үд дундын үед түүний гадаргуутай перпендикуляр тусдаг. Вакуум коллектор нь усны температур, үр ашиг нь хавтгай коллектортой харьцуулахад өндөр байдаг ч тэдгээр нь илүү үнэтэй байдаг.
Хабууд
Фокус цуглуулагч (баяжуулагч) нарны энергийг шингээгч дээр төвлөрүүлэхийн тулд толин тусгал гадаргууг ашигладаг бөгөөд үүнийг "дулаан шингээгч" гэж нэрлэдэг. Тэдний хүрдэг температур нь хавтгай коллекторуудаас хамаагүй өндөр боловч нарны шууд цацрагийг л төвлөрүүлж чаддаг. гүйцэтгэл мууманантай эсвэл үүлэрхэг цаг агаарт. Толин тусгал гадаргуу нь том гадаргуугаас туссан нарны гэрлийг шингээгчийн жижиг гадаргуу дээр төвлөрүүлж, улмаар өндөр температурт хүрдэг. Зарим загварт нарны цацраг нь фокусын цэг дээр төвлөрдөг бол зарим загварт нарны цацраг нь нимгэн фокусын шугамын дагуу төвлөрдөг. Хүлээн авагч нь фокусын цэг дээр эсвэл фокусын шугамын дагуу байрладаг. Дулаан зөөгч нь хүлээн авагчаар дамжин дулааныг шингээдэг. Ийм коллектор-баяжуулах үйлдвэрүүд нь хэт дулаалгатай бүс нутагт - экваторын ойролцоо, эх газрын эрс тэс уур амьсгалтай, цөлийн бүс нутагт хамгийн тохиромжтой байдаг.
Хабууд нь нар руу шууд харсан үед хамгийн сайн ажилладаг. Үүнийг хийхийн тулд өдрийн цагаар коллекторын "нүүрийг" нар руу эргүүлдэг хянах төхөөрөмжийг ашигладаг. Нэг тэнхлэгт трекерүүд зүүнээс баруун тийш эргэдэг; хоёр тэнхлэгт - зүүнээс баруун тийш, тэнгэрийн хаяанаас дээш өнцөг (жилийн туршид нарны тэнгэрийн хөдөлгөөнийг дагах). Хабуудыг ихэвчлэн үйлдвэрлэлийн суурилуулалтанд ашигладаг, учир нь тэдгээр нь үнэтэй бөгөөд трекер шаардлагатай байдаг байнгын анхаарал халамж. Зарим орон сууцны нарны эрчим хүчний системүүд параболик баяжуулагчийг ашигладаг. Эдгээр нэгжүүд нь халуун ус хангамж, халаалт, ус цэвэрлэх зориулалттай. Дотоодын системд нэг тэнхлэгт хянах төхөөрөмжийг ихэвчлэн ашигладаг - эдгээр нь хоёр тэнхлэгтэй харьцуулахад хямд бөгөөд хялбар байдаг.
ОХУ-д эрчим хүчний үнэ нэмэгдэж байгаа нь хямд эрчим хүчний эх үүсвэрийг сонирхоход хүргэж байна. Хамгийн хямд нь нарны эрчим хүч юм. Дэлхий дээр унах нарны цацрагийн энерги нь хүн төрөлхтний үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний хэмжээнээс 10000 дахин их байдаг. Эрчим хүч цуглуулах технологи, нарны цахилгаан станцуудыг эрчим хүчээр жигд бус нийлүүлэхтэй холбоотой асуудал үүсдэг. Тиймээс нарны коллектор, нарны батерейг эрчим хүчний хуримтлалтай хамт эсвэл үндсэн цахилгаан станцын нэмэлт тэжээлийн хэрэгсэл болгон ашигладаг.
Манай улс өргөн уудам нутагтай бөгөөд нарны эрчим хүчийг нутаг дэвсгэртээ түгээх дүр зураг маш олон янз байдаг.
Нарны эрчим хүчний оролтын дундаж өгөгдөл
Нарны эрчим хүчний оролтын эрчим
Нарны цацрагийн хамгийн их эрчимтэй бүсүүд. 1 квадрат метр тутамд 5 кВт-аас дээш эрчим хүч өгдөг. цаг. өдөрт нарны эрчим хүч.
ОХУ-ын өмнөд хилийн дагуу Байгаль нуураас Владивосток хүртэл, Якутск мужид, Бүгд Найрамдах Тува, Буриад улсын өмнөд хэсэгт, хачирхалтай нь, Хойд туйлын тойргийн цаана Северная Землягийн зүүн хэсэгт байдаг.
4-4.5 кВт хүртэл нарны эрчим хүчний оролт. кв тутамд цаг. өдөрт метр
Краснодар муж, Хойд Кавказ, Ростов муж, Ижил мөрний өмнөд хэсэг, Новосибирскийн өмнөд бүс, Эрхүү муж, Буриад, Тува, Хакас, Приморский болон Хабаровск муж, Амур муж, Сахалин арал, Красноярскийн хязгаараас Магадан хүртэлх өргөн уудам нутаг дэвсгэр, Северная Земля, Ямало-Ненецкийн автономит тойргийн зүүн хойд хэсэг.
2.5-аас 3 кВт хүртэл. кв тутамд цаг. өдөрт метр
Баруун нумын дагуу - Нижний Новгород, Москва, Санкт-Петербург, Салехард, Чукоткийн зүүн хэсэг, Камчатка.
3-аас 4 кВт хүртэл. кв тутамд цаг. өдөрт метр
бусад улс.
Жилд нарны туяа үргэлжлэх хугацаа
Эрчим хүчний урсгал 5, 6, 7-р сард хамгийн их эрчимтэй байна. Энэ хугацаанд Оросын төв хэсэгт 1 кв. метр гадаргуу нь 5 кВт-ыг эзэлдэг. өдөрт нэг цаг. Хамгийн бага эрчим нь 12-р сараас 1-р саруудад 1 кв. метр гадаргуу нь 0.7 кВт-ыг эзэлдэг. өдөрт нэг цаг.
Суурилуулалтын онцлогууд
Хэрэв та нарны коллекторыг гадаргуу дээр 30 градусын өнцгөөр суурилуулсан бол 1 мкв тутамд 4.5 ба 1.5 кВт цаг эрчим хүчийг хамгийн их ба хамгийн бага горимд зайлуулах боломжтой. метр. нэг өдрийн дотор.
Оросын төв хэсэгт нарны цацрагийн эрчмийг сараар хуваарилах
Дээрх мэдээлэлд үндэслэн хувийн байшинд 4 хүнтэй гэр бүлийг халуун усаар хангахад шаардагдах хавтгай нарны коллекторын талбайг тооцоолох боломжтой. 6-р сард 5 хэмээс 55 хэм хүртэл 300 литр ус халаах 5.4 квадрат метр талбай бүхий коллекторууд, 12-р сард 18 метр квадрат ус халаах боломжтой. метр. Хэрэв илүү үр ашигтай вакуум коллектор ашигладаг бол коллекторын шаардагдах талбайг хоёр дахин багасгадаг.
Нарны DHW хамрах хүрээ
Практикт нарны коллекторыг халуун усны гол эх үүсвэр биш, харин халаалтын төхөөрөмжид орж буй усыг халаах төхөөрөмж болгон ашиглах нь зүйтэй юм. Энэ тохиолдолд түлшний зарцуулалт эрс багасдаг. Энэ нь байнгын оршин суух зориулалттай байшин бол халуун усаар хангах, халуун ус хангамж, байшинг халаахад мөнгө хэмнэх боломжийг олгодог. Зуны улиралд зуслангийн байшинд халуун ус авахын тулд ашигладаг янз бүрийн төрөлнарны коллекторууд. Үйлдвэрийн цуглуулагчаас эхлээд хиймэл материалаар хийсэн гэрийн төхөөрөмж хүртэл. Тэд үндсэндээ үр ашгийн хувьд ялгаатай байдаг. Үйлдвэрийнх нь илүү үр ашигтай, гэхдээ илүү үнэтэй байдаг. Бараг үнэ төлбөргүй, та хуучин хөргөгчнөөс дулаан солилцогчтой коллектор хийж болно.
ОХУ-д нарны коллектор суурилуулах ажлыг RD 34.20.115-89 "-аар зохицуулдаг. Удирдамжнарны халаалтын системийн тооцоо, дизайны тухай", VSN 52-86 (RTF форматаар, 11 Mb) "Нарны халуун ус хангамжийн суурилуулалт. Зураг төслийн стандартууд". 2002 онд Хөдөө аж ахуйн яамны хүсэлтээр боловсруулсан мал аж ахуй, тэжээлийн үйлдвэрлэл, тариачны ферм, хөдөөгийн орон сууцны салбарт уламжлалт бус эрчим хүчний эх үүсвэрийг ашиглах зөвлөмжүүд байдаг. ГОСТ Р 51595 "Нарны коллектор. Техникийн шаардлага", ГОСТ R 51594 " нарны эрчим хүч. Нэр томьёо, тодорхойлолт",
Эдгээр баримт бичигт ашигласан нарны коллекторуудын схем, цаг уурын янз бүрийн нөхцөлд ашиглах хамгийн үр дүнтэй аргуудыг нарийвчлан тодорхойлсон болно.
Герман дахь нарны коллекторууд
ХБНГУ-д нарны коллектор суурилуулах зардлыг төрөөс татаас олгодог тул тэдгээрийн хэрэглээ тогтвортой өсч байна. 2006 онд 1 сая 300 мянган метр квадрат коллектор суурилуулсан. Үүний 10 орчим хувь нь илүү үнэтэй, үр ашигтай вакуум коллектор юм. Өнөөдрийг хүртэл суурилуулсан нарны коллекторуудын нийт талбай нь ойролцоогоор 12 сая хавтгай дөрвөлжин метр юм.
Материал, графикийг Viessmann-аас авав
Дэлхий дээр ирж буй нарны гэрлийн эрч хүч нь өдрийн цаг, жил, байршил, цаг агаарын нөхцөл байдлаас хамаарч өөр өөр байдаг. Өдөрт эсвэл жилд тооцсон нийт энергийн хэмжээг цацраг гэж нэрлэдэг (эсвэл өөр аргаар "нарны цацрагийн ирэлт") бөгөөд нарны цацраг ямар хүчтэй байсныг харуулдаг. Цацрагийг өдөрт эсвэл бусад хугацаанд W*h/m²-ээр хэмждэг.
Дэлхий ба нарны хоорондох дундаж зайтай тэнцүү зайд чөлөөт орон зайд нарны цацрагийн эрчмийг нарны тогтмол гэж нэрлэдэг. Үүний утга нь 1353 Вт / м². Агаар мандалд орохдоо хэт улаан туяаны цацрагийг усны уураар шингээх, хэт ягаан туяаг озоноор шингээх, агаар мандлын тоосны тоосонцор, аэрозолоор цацрах зэргээс шалтгаалан нарны туяа сулардаг. Дэлхийн гадаргад хүрэх нарны цацрагийн эрчмэд атмосферийн нөлөөллийн үзүүлэлтийг "агаарын масс" (AM) гэж нэрлэдэг. AM нь нар ба оргилын хоорондох өнцгийн секант гэж тодорхойлогддог.
Зураг 1-д нарны цацрагийн эрчмийн спектрийн тархалтыг харуулав янз бүрийн нөхцөл. Дээд муруй (AM0) нь дэлхийн агаар мандлын гаднах нарны спектртэй тохирч байна (жишээлбэл, хөлөг дээрх сансрын хөлөг), i.e. тэг агаарын масстай үед. Энэ нь 5800 К-ийн температурт хар биетийн цацрагийн эрчмийн тархалтаар ойролцоогоор тооцоологддог. AM1 ба AM2 муруйнууд нь нар дээд цэгт, нар ба оргилын хоорондох өнцөгт байх үед дэлхийн гадаргуу дээрх нарны цацрагийн спектрийн тархалтыг харуулж байна. 60°-ийн тус тус. Энэ тохиолдолд нийт цацрагийн хүч нь ойролцоогоор 925 ба 691 Вт / м² байна. Дэлхий дээрх цацрагийн дундаж эрчим нь AM=1.5 дахь цацрагийн эрчтэй ойролцоогоор давхцдаг (Нар тэнгэрийн хаяанд 45 ° өнцгөөр байрладаг).
Дэлхийн гадаргын ойролцоо хүн авч болно дундаж утганарны цацрагийн эрчим 635 Вт/м². Маш цэлмэг нартай өдөр энэ утга 950 Вт/м²-аас 1220 Вт/м² хооронд хэлбэлздэг. Дундаж утга нь ойролцоогоор 1000 Вт / м² байна. Жишээ: Цюрих дэх цацрагийн перпендикуляр гадаргуу дээрх цацрагийн нийт эрчим (47°30′ N, далайн түвшнээс дээш 400 м): 15-р сарын 12:00 1080 Вт/м²; 12-р сарын 21-ний 12:00 930 Вт/м².
Нарны эрчим хүчний тооцоог хялбарчлахын тулд үүнийг ихэвчлэн 1000 Вт/м² эрчимтэй нарны цагаар илэрхийлдэг. Тэдгээр. 1 цаг нь 1000 Вт*ц/м² нарны цацраг ирэхтэй тохирч байна. Энэ нь нарны туяатай перпендикуляр гадаргуу дээр нарлаг үүлгүй өдрийн дундуур зуны улиралд нар тусах үетэй ойролцоо байна.
Жишээ
Хурц нарны туяа нарны туяатай перпендикуляр гадаргуу дээр 1000 Вт / м² эрчимтэй гэрэлтдэг. 1 цагийн турш 1 кВт.ц эрчим хүч 1 м² талбайд унана (эрчим хүч нь хүч ба цаг хугацааны үржвэртэй тэнцүү). Үүний нэгэн адил, өдөрт дунджаар 5 кВт.цаг/м² нарны эрчим хүчний хэрэглээ нь өдрийн нарны оргил 5 цагтай тохирч байна. Оргил цагийг бодит үргэлжлэх хугацаатай андуурч болохгүй өдрийн цагаар. Өдрийн цагаар нар янз бүрийн эрч хүчээр тусдаг ч нийтдээ 5 цагийн турш хамгийн их эрчимтэй гэрэлтдэгтэй ижил хэмжээний энерги өгдөг. Энэ нь нарны цахилгаан станцуудын тооцоололд ашигладаг нарны оргил цаг юм.
Нарны цацраг өдрийн цагаар болон газар бүрт, ялангуяа уулархаг нутагт өөр өөр байдаг. Цацрагийн хэмжээ хойд Европын орнуудад жилд дунджаар 1000 кВт.ц/м², цөлийн хувьд 2000-2500 кВт.ц/м² хүртэл хэлбэлздэг. Цаг агаарын нөхцөл байдал, нарны хазайлт (энэ нь тухайн газрын өргөрөгөөс хамаарна) нарны цацрагийн ирэлтийн ялгааг үүсгэдэг.
Орос улсад түгээмэл итгэл үнэмшлээс ялгаатай нь нарны эрчим хүчийг ашиглан цахилгаан эрчим хүч болгон хувиргах ашигтай газар олон байдаг. ОХУ-ын нарны эрчим хүчний нөөцийн газрын зургийг доор харуулав. Таны харж байгаагаар Оросын ихэнх хэсэгт үүнийг улирлын горимд амжилттай ашиглаж болох бөгөөд жилд 2000 цагаас илүү нарны гэрэлтэй газар нутагт - бүх жилийн турш. Мэдээжийн хэрэг, in өвлийн улиралНарны эрчим хүчний үйлдвэрлэл мэдэгдэхүйц багассан ч цахилгаан эрчим хүчний зардал хэвээр байна нарны цахилгаан станцдизель эсвэл бензин генератороос хамаагүй доогуур хэвээр байна.
Ялангуяа төвлөрсөн цахилгаан сүлжээ байхгүй, эрчим хүчийг дизель генератороор хангадаг газар ашиглах нь ашигтай. Орос улсад ийм бүс нутаг маш олон байдаг.
Түүгээр ч барахгүй, сүлжээ байгаа газарт ч нарны зайн хавтангуудыг сүлжээтэй зэрэгцүүлэн ашиглах нь эрчим хүчний зардлыг мэдэгдэхүйц бууруулах боломжтой юм. ОХУ-ын байгалийн эрчим хүчний монополь компаниудын тарифыг нэмэгдүүлэх хандлагатай байгаа өнөө үед нарны зай хураагуур суурилуулах нь ухаалаг хөрөнгө оруулалт болж байна.
"Стандарт нар"(үүлгүй үдээс хойш экваторын ойролцоо далайн түвшинд дэлхийн гадаргуу дээр хүрдэг цацрагийн оргил хүч): 1000 Вт / м 2 эсвэл 1 кВт / м 2.
Энэ утгыг ихэвчлэн фотоволтайк системийн шинж чанарт ашигладаг. Энд болон доор өргөргийн дагуу нартай (цацрагт перпендикуляр) хамгийн оновчтой байрлалтай гадаргуугийн бүх тоон үзүүлэлтүүдийг өгсөн болно. Хэвтээ гадаргуугийн хувьд нарны гэрэл бага байх болно: экватороос хол байх тусам нарны эрчим хүчний нягтрал бага байх болно.
Тусгаарлалт(өдөрт "стандарт нар"-ын дундаж тоо): АНУ-ын зүүн хойд хэсгээр 4-5 цаг нартай байхаас баруун өмнөд хэсэгт 5-7 цаг хүртэл. Дулаан тусгаарлалтыг ихэвчлэн 1 кВт-ын "стандарт нар"-ын утгаас тоон утгаараа кВтц-аар мэдээлдэг.
Нарны цацрагийн нийт энергийн хэмжээДалайн түвшний м 2 тутамд өдөрт: (өдөрт эрчим хүч) \u003d 1 кВт.ц × (цагийн дулаалга). АНУ-ын дундаж нарны цацрагийг 5 цаг гэж үзвэл энэ утга нь ихэвчлэн 5 кВт.ц/м 2 байна.
нарны эрчим хүч, бүтэн өдрийн дундажаар: Ватт дундаж = (нэг өдрийн эрчим хүч) / 24. 5 кВт.ц-ийн дулаалгын хувьд бүтэн өдрийн дундаж эрчим хүч нь 5000 Вт / 24 = 208 Вт / м 2 байна. Энэ эрчим хүчний зөвхөн багахан хэсгийг цахилгаан эрчим хүч болгон хувиргах боломжтой гэдгийг анхаарна уу өндөр үр ашигтайфотоволтайк систем.
Фотоволтайк системийн ердийн шинж чанарууд
Дундаж бүтээмжэнгийн арилжааны нарны хавтан: талст цахиур (CSI) - 12-17%; нимгэн хальс (аморф цахиур болон бусад материалаас) - 8-12%.
Хүчнэг квадрат метр хавтангаар үүсгэгддэг: PVwatts = (нарны эрчим хүч) × (дундаж үр ашиг), үр ашгийг аравтын тоо болгон хувиргадаг.
Оргил хүчүүлгүй үдээс хойш: PVwatts-оргил = 1000 Вт × үр ашиг. Ерөнхийдөө оргил хүч нь CSi-ийн хувьд 120170 Вт/м 2, нимгэн хальс (TF) нь 80-120 Вт/м 2 байна.
Эрчим хүчний нийт дундаж хэмжээӨдөрт нэг м2 хавтангаар үйлдвэрлэдэг: PVday = PVwatts-peak × (цагаар дулаалга). 5 цагт дулаалгын хувьд энэ утга нь CSi-ийн хувьд 0.6-0.85 кВт/м2, ТФ-ийн хувьд 0.4-0.6 кВт/м2 байна.
Үүсгэсэн энергихавтангийн бүтэн өдрийн дундаж үзүүлэлт: PVwatts-дундаж = PVday/24. Энэ нь CSi-ийн хувьд ойролцоогоор 25-35 Вт/м2, ТФ-ийн хувьд 17-25 Вт/м2 байна.
Нийт эрчим хүчЖилд м2 тутамд фотоволтайк модулийн үүсгэсэн: PVyear = ( нийт эрчим хүчөдөрт) × 365, энэ нь CSi-д ойролцоогоор 219-310 кВт.ц, ТФ-д 146-219 кВт.ц болно. Инвертер нь 95-97% үр ашигтай байдаг тул бодит цахилгаан 5% бага байх болно гэдгийг анхаарна уу.
Хүлээгдэж буй цахилгаан эрчим хүчний зардалжилд хэмнэгдсэн нэг м 2-аас: хэмнэлт = PVyear × 0.95 × (кВт.ц зардал), энд 0.95 нь хөрвүүлэгчийн үр ашиг ба утаснуудын алдагдал юм.
АНУ-д дунджаар нэг кВт.ц цахилгаан эрчим хүчний өртөг 0.12 доллар байдаг бөгөөд энэ нь CSi-д жилд 24-35 доллар, нимгэн хальсанд 17-24 доллар өгдөг. Тиймээс хамгийн сайн тохиолдолд 1 м2 хавтан тутамд жилд 35 доллар хэмнэх боломжтой болно. Энэ үзүүлэлт нь 170 Вт / м 2 нэрлэсэн чадалтай өндөр үр ашигтай системийг хэлнэ. Ердийн фотоволтайк систем нь одоогоор 1000 Вт тутамд 8000 долларын үнэтэй байдаг тул ийм суурилуулалт нь 1 м2 тутамд 170/1000 × 8000 $ = 1360 долларын үнэтэй байх болно. Энэ нь бидний жишээн дээр таамаглаж буй нөхөх хугацаа нь 1360/35 = 39 жил байна гэсэн үг юм. Ямар ч тоног төхөөрөмж ийм удаан ажиллах боломжгүй. Хөнгөлөлт, зээл нь энэ хугацааг хагасаас илүү хувиар бууруулах боломжтой ч дундаж өрхийн хувьд нарны зай хураагуур суурилуулах нь үр дүнгээ өгөхгүй байх магадлалтай. Мэдээжийн хэрэг, энэ бол зүгээр л нэг жишээ юм. Дулаан тусгаарлалт болон бусад суурилуулах зардал өөр өөр газар нутагт нөхөх хугацаа урт эсвэл богино байж болно.
Нарны тухай товч мэдээлэл
- Диаметр: 1,392,000 км;
- Масс: 1,989.100 × 1024 кг;
- Гадаргуугийн температур: ~5,700 °С;
- Дэлхийгээс Нар хүртэлх дундаж зай: 150 сая км;
- Массын найрлага: 74% устөрөгч, 25% гели, 1% бусад элементүүд;
- Гэрэлтүүлэг (бүх чиглэлд ялгарах эрчим хүчний нийт хэмжээ): 3.85 × 10 26 Вт (~ 385 тэрбум МВт);
- Нарны гадаргуу дээрх цацрагийн эрчим хүчний нягт: 1 квадрат метр тутамд 63,300 кВт.
Нарны зай нь нарны энергийг цахилгаан болгон хувиргаж, электродыг ашиглан бусад хөрвүүлэгч төхөөрөмж рүү дамжуулдаг нарны модулиудын цуврал юм. Сүүлийнх нь шууд гүйдэлээс хувьсах гүйдэл үүсгэхийн тулд шаардлагатай бөгөөд үүнийг мэдрэх боломжтой. гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэл. Нарны энергийг нарны эсүүд хүлээн авч, фотоны энергийг цахилгаан гүйдэл болгон хувиргах үед шууд гүйдэл үүсдэг.
Фотоэлелд хэдэн фотон хүрэх нь нарны зай хэр их энерги өгөхийг тодорхойлдог. Энэ шалтгааны улмаас батерейны гүйцэтгэл нь зөвхөн фотоэлементийн материалаас гадна хэмжээ нь нөлөөлдөг нартай өдрүүджилд, тусгалын өнцөг нарны цацрагбатерей болон хүний хяналтаас гадуур бусад хүчин зүйлс дээр.
Нарны хавтан хэр их эрчим хүч үйлдвэрлэхэд нөлөөлдөг талууд
Юуны өмнө нарны хавтангийн гүйцэтгэл нь үйлдвэрлэлийн материал, үйлдвэрлэлийн технологиос хамаарна. Зах зээл дээр байгаа батерейгуудаас та 5-аас 22% -ийн хүчин чадалтай батерейг олох боломжтой. Бүх нарны эсүүд нь цахиур ба хальсанд хуваагддаг.
Цахиур модулийн гүйцэтгэл:
- Нэг талст цахиур хавтан - 22% хүртэл.
- Поликристал хавтан - 18% хүртэл.
- Аморф (уян хатан) - 5% хүртэл.
Кино модулийн гүйцэтгэл:
- Кадми теллурид дээр суурилсан - 12% хүртэл.
- Мели-инди-галийн селенид дээр суурилсан - 20% хүртэл.
- Полимер суурь дээр - 5% хүртэл.
Мөн түүнчлэн холимог төрөлнэг төрлийн давуу талтай хавтангууд нь нөгөө төрлийн сул талыг нөхөх боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр модулийн үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.
Жилийн цэлмэг өдрүүдийн тоо нь нарны батарей хэр их энерги өгөхөд нөлөөлдөг. Жилд 200 хүрэхгүй өдөр танай нутагт нар бүтэн өдөр харагддаг бол нарны зай хураагуур суурилуулах, ашиглах нь ямар ч ашиггүй гэдгийг мэддэг.
Үүнээс гадна хавтангийн үр ашиг нь батерейны халаалтын температураас хамаарна. Тиймээс, 1̊С-ээр халаахад гүйцэтгэл 0.5% -иар буурч, 10̊С-ээр халаахад үр ашиг нь хагас буурдаг. Ийм бэрхшээлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд хөргөлтийн системийг суурилуулсан бөгөөд энэ нь эрчим хүчний хэрэглээг шаарддаг.
Өдрийн турш өндөр гүйцэтгэлтэй байхын тулд нарны хавтангийн цацрагийг зөв өнцгөөр байлгахад туслах нарны хяналтын системийг суурилуулсан. Гэхдээ эдгээр системүүд нь батерейг дурдахгүй байхын тулд нэлээд үнэтэй байдаг тул хүн бүр байшингаа тэжээхийн тулд тэдгээрийг суулгах боломжгүй байдаг.
Нарны батерей хэр их эрчим хүч үйлдвэрлэх нь суурилуулсан модулиудын нийт талбайгаас хамаарна, учир нь фотоэлел бүр хязгаарлагдмал хэмжээгээр хүлээн авах боломжтой.
Нарны хавтан таны гэрт хэр их эрчим хүч өгдөгийг хэрхэн тооцоолох вэ?
Нарны хавтан худалдаж авахдаа анхаарах ёстой дээрх зүйлүүд дээр үндэслэн бид нэг модуль хэр их эрчим хүч үйлдвэрлэхийг тооцоолох энгийн томъёог гаргаж болно.
Та 2 м2 талбай бүхий хамгийн бүтээмжтэй модулиудын нэгийг сонгосон гэж бодъё. Ердийн нартай өдөр нарны эрчим хүчний хэмжээ нь м2 талбайд ойролцоогоор 1000 ватт байдаг. Үүний үр дүнд бид дараах томъёог авна: нарны эрчим хүч (1000 Вт / м2) × бүтээмж (20%) × модулийн талбай (2 м2) = хүч (400 Вт).
Хэрэв та орой болон үүлэрхэг өдөр нарны энергийг батарейгаар хэр их эрчим хүч авдагийг тооцоолохыг хүсвэл дараах томьёог ашиглаж болно: цэлмэг өдрийн нарны энергийн хэмжээ × нарны гэрлийн өнцгийн синус ба гадаргуу. самбарын × үүлэрхэг өдөр хувиргасан эрчим хүчний хувь = нарны эрчим хүчний батарейг хэр их хэмжээгээр хувиргах. Жишээлбэл, оройн цагаар цацрагийн тусгалын өнцөг 30̊ байна гэж бодъё. Бид дараах тооцоог авна: 1000 Вт / м2 × sin30̊ × 60% = 300 Вт / м2, хамгийн сүүлийн тоог хүчийг тооцоолох үндэс болгон ашигладаг.