Как добиться того, чтобы солнце всё время светило на солнечные батареи? Необходимо вести себя как планета или, по крайней мере, выглядеть как одна из них. Конструкция такого дома позволяет солнечным батареям следовать за солнцем, тем самым облегчая работу по получению энергии. Этот дом называет Близнецы как созвездие (Gemini Haus). Сконструированный Роландом Мослом (Roland Mösl) этот дом сочетает в себе инновационную технологию работы солнечных батарей и притягивающий взгляд внешний вид.

Эта цилиндрическая конструкция оборудована 150 квадратными метрами вращающихся солнечных батарей, внушительным слоем теплоизоляции и системой рекуператоров. При всем этом, такой дом производит электроэнергии больше, чем потребляет.

Уникальный дизайн и энергетические системы оставили место и для современных и технологичных внутренних помещений.

Концепт такого дома был представлен на выставке посвященной энергетическим вопросам в городе Вейз, Австрия (Weiz, Austria) в 2001 году.

Рекуператор

Рекуператор – это противоточный тепловой обменник, который использует тепловую энергию отработанного воздуха для нагрева входящего свежего воздуха. Так же термин рекуператор может относиться к процессу обмена тепла между использованной (исходящей) и свежей (входящей) водой.

Таким образом, существуют как воздушные рекуператоры, так и жидкостные. В принципе, существуют и другие типы рекуперационных систем, но в данном случае нас интересуют только системы связанные со строительством.

Системы с рекуператором применяется во многих областях промышленности и техники. К примеру, в газовой турбине воздух сжимается, смешивается с топливом и, сгорая, приводит двигатель в действие, при этом рекуператор, направляя часть использованных газов обратно в турбину, нагревает поступающий на смешение с топливом воздух. Благодаря этому энергия, получаемая при сжигании топлива, тратиться только на работу по вращению ротора двигателя, но не на, так же, прогрев смеси «воздух-топливо» до рабочей температуры. Таким образом, рекуператор, используя часть энергии, обычно «улетающей в трубу», делает работу двигателя более эффективной.

Тепловой обменник (теплообменник)

Тепловой обменник – это устройство, созданное для эффективной передачи тепловой энергии от одного вещества к другому.

Существует два типа теплообменников:

1. Взаимодействующие вещества не смешиваются (разделены между собой, к примеру, твердой перегородкой)

2. Взаимодействующие вещества смешиваются (находятся в прямом взаимодействии)

Один из наиболее распространенных теплообменников используется в автомобилях – радиатор. В нём специальная жидкость (тосол, антифриз) переносит тепло от двигателя к потоку входящего воздуха, протекающему через радиаторные пластины.

Теплообменники можно разделить на три группы по направлению течений взаимодействующих веществ:

1. Теплообменник с параллельным током (текут параллельно от одного конца обменника к другому)

2. Противоточный теплообменник (текут навстречу друг другу)

3. Теплообменник с перекрёстным (с поперечным) током (течения перпендикулярны друг другу)

Наиболее эффективным в смысле передачи тепловой энергии является противоточный обменник. Для повышения эффективности площадь поверхности взаимодействия веществ стремятся максимизировать, при этом минимизируя сопротивление потоку через теплообменник.

Вентиляция с системой рекуперации

Вентиляция с системой рекуперации – это вентиляция, которая использует теплообменник для нагрева входящего воздуха за счет тепловой энергии исходящего (отработанного) воздуха или грунта (земли).

Основным достоинством такой системы является экономия энергии, используемой для нагрева входящего воздуха.

Теплообменник «воздух-воздух»

Типы применяемых рекуператоров:

1. Пластинчатый рекуператор (кассета, потоки внутри которой разделены стальными или другими теплопроводящими листами) является наиболее распространенным благодаря невысокой цене и компактности. Недостаток – возможное замерзание конденсата в трубе воздуховода вытяжки. Является оптимальным решением для конструкций маленьких и средних размеров.

2. Роторный рекуператор (цилиндр, начиненный продольно расположенными пластинами). Более эффективен, чем пластинчатый рекуператор. Недостатки – большой размер. Применения такой системы оправдано только при больших объемах перекачиваемого воздуха.

3. Рекуператор с промежуточным теплоносителем. Достоинство - высокая эффективность. Недостаток – существенное усложнение и удорожание конструкции.

В среднем вентиляция с системой рекуперации может экономить порядка 20 – 40% тепловой энергии, «вылетающей в трубу».

Теплообменник «земля-воздух»

Обычно, в системе вентиляции с рекуператором на основе теплообменника «воздух-воздух» так же используется теплообменник «земля-воздух».

Зимой температура грунта на глубине 1-2 метров (в зависимости от климатических условий) не опускается ниже 0 °C. Эту низкотемпературную энергию можно использовать для нагрева поступающего воздуха. Чаще всего применяется труба длинной порядка 30-40 м и 20 см в диаметре. Таким образом, температура воздуха поднимается от отрицательных значений до нуля. После этого воздух попадает в обычный воздушный рекуператор, где нагревается почти до комфортной температуры. При сильных морозах в такую систему может подключаться обычный радиатор для окончательного подогрева воздуха.

Достоинством такой система так же является летний режим работы, когда жаркий уличный воздух остужается за счет температуры грунта, которая остается практически постоянной на протяжении всего года.

Ещё одним преимуществом перед традиционным проветриванием помещений с помощью открытия окон является наличие воздушного фильтра, который останавливает пыль и насекомых. Для людей, страдающих аллергией, условия в таком доме идеальные.

Таким образом, в доме, оборудованном системой вентиляции с рекуператором без дополнительных затрат на энергию достигаются комфортные условия существования. Воздух чистый, комфортной температуры, всегда свежий.

Рекуператор в системе водоснабжения

Рекуператоры так же применяются в системе водоснабжения, используя часть тепловой энергии отработанной воды для подогрева свежей.

Такое оборудование позволяет восстанавливать до 60% энергии сливных вод.

Температура воды, поступающей в дом, порядка составляет 5 – 12 °C и нагревается до 50 – 70 градусов в системе ГВС (горячего водоснабжения). Температура использованной воды из ванной порядка 35 – 37 градусов Цельсия. Именно эту энергию можно использовать.

Введение

Солнечная батарея (батарея солнечных элементов) – это устройство преобразующее энергию солнечного излучения в электричество. Она состоит из фотоэлектрических преобразователей или «солнечных элементов» (полупроводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию в электричество). В наши дни солнечная энергетика получила наибольшее распространение в местах, где малодоступность других источников энергии в совокупности с изобилием солнечного излучения оправдывает её экономически.

Некое распространение также получила идеологическая подоплека использования солнечных батарей (Энвайронментали́зм или инвайронментализм (англ. environmentalism от environment — окружающая среда, природа) — социальное экологическое движение, распространившееся в XX веке в европейских странах, направленное на усиление мер по защите окружающей среды). Отдельные лица и организации используют такие технологии, особо подчеркивая экологичность солнечной энергии.

Эффективность солнечной батареи

Мощность потока солнечного излучения на квадратный метр, без учёта потерь в атмосфере, составляет около 1350 ватт. При этом, удельная мощность такого излучения в Европе в облачный день может быть менее 100 Вт/м². Наиболее распространённые солнечные батареи имеют КПД преобразования этой энергии в электричество равный 9-24 %. При этом стоимость солнечной батареи начинается примерно от 200-250 рублей за Ватт номинальной мощности. При промышленном использовании такой технологии стоимость 1 Ватта может быть существенна снижена.

В лабораторных условиях были созданы батареи с КПД порядка 45-55%, но большого распространения такие элементы пока не получили. Основной причиной этого является высокая себестоимость этих опытных образцов. При совершенствовании технологии, использовании технологии создания батарей в промышленных масштабах стоимость будет снижаться.

Достоинства солнечной энергетики:

• возобновляемый, общедоступный источник энергии

• экологичность технологии

Недостатки солнечной энергетики

1. Фундаментальные проблемы

• Необходимость использования больших площадей. Низкая значение солнечной постоянной и необходимость производства большего количества электроэнергии вынуждает строить большие по площади электростанции (для 100 МВт необходима площадка в 200 га). Правда, в сравнении с той же гидроэнергетикой эти значения не так велики. А с учетом того, что солнечные батареи устанавливаются на высоту порядка 2 – 3 метров, земли под ними можно использовать, к примеру, в с/х нуждах (выпас скота).

Некоторой альтернативой так же могут служить аэростатные солнечные электростанции, которые можно так же устанавливать над водным пространством.

• Серьезная зависимость производительности солнечных батарей от широты и климата делает их повсеместное применение относительно мнимым. В разных местах среднее количество солнечных дней существенно отличается.

Рекомендуем прочитать книгу:

Основные положения по проектированию пассивных домов | Вольфганг Файст | Gestaltungsgrundlagen Passivhauser