Солнечная энергетика и архитектура будущего

Практически любой человек на вопрос «что значит для Земли Солнце?» — ответит, что оно жизнь, свет, тепло и будет прав. Но это лишь часть ответа на вопрос, потому как свет и тепло это ощущаемые нами проявления солнечной энергии, которой светило щедро одаривает землю уже не один миллион лет. Причём количество её таково, что превышает суммарные запасы, которые можно получить при использовании всех остальных источников: нефть, уголь, газ, торф и прочие энергетические ресурсы.

солнечная энергетика

Урбанистический фото-лес

Из этого мощного потока планета получает только часть, равную 47%, 19% «съедает атмосфера», 34% уходят обратно в космическое пространство. Чтобы иметь представление о том, какая мощь скрывается за цифрами достаточно сказать: для обеспечения потребностей всей мировой энергетики нам достаточно 0.0125%, а пол процента покроют эту надобность с большим запасом на будущее.

Используя малую часть, мы не только перестанем тратить невосполнимые ресурсы, избежим опасности ядерного заражения, но и очистим и сохраним воздух и воду, основу жизни планеты. Несомненные плюсы технологий, для использования солнечной энергии, заключены в том, что нет химического и механического загрязнения воздуха, теплоотдача в приземный слой атмосферы минимальна, отсутствует тепличный эффект.

солнечная энергетика

Использовать солнечную энергию возможно разными способами, основными являются два из них: фототермический и фотоэлектрический. Фототермический метод работает через применение различных термосистем для захвата тепловой энергии. В основе фотоэлектрического лежат фотохимические реакции.

солнечная энергетика

На данный момент большее распространение получили технологии, использующие тепловой поток энергии солнца, поскольку они могут работать и на низкотемературной составляющей. Подобные системы и установки подразделяются на пассивный и активный тип действия.

Пассивные системы собирают тепловую энергию непосредственно через саму строительную конструкцию, с небольшим добавлением вспомогательной части или без неё. В качестве примера можно привести такую: южная стена здания получает окраску в чёрный цвет, перед стеной располагают поверхность с остеклением. Воздушная прослойка, получающаяся внутри межстенового пространства будет прогревать здание за счёт естественной циркуляции и конвенции.

солнечная энергетика

Солнечные панели в Мельбурне

Активная система работает на коллекторах, которые преобразуют энергию солнца в тепловую. Коллекторы могут быть плоскими или изогнутыми. Первый тип имеет стационарное закрепление, конструктивно это поглощающая энергию плита, остекление и трубы проложенные внутри, по которым перемещается насосом нагревающаяся жидкость. Подходит для низкотемпературных процессов.

солнечная энергетика

Здание-яйцо появится в индийском городе Мумбаи

Изогнутые коллекторы (параболические, сферические) работаю на принципе концентрации и отражения солнечной энергии. Они подвижны и следуют за солнцем. Линза или зеркало коллектора концентрирует солнечный свет на центральном приёмнике, в результате нагревается жидкость, прокачиваемая насосом. В составе системы есть бак-аккумулятор для прогретой жидкости. Этот тип коллекторов обеспечивает высокую температуру и совершение механической работы.

Использование тепловых солнечных установок позволяет обеспечить энергией районы удалённые от централизованного энергоснабжения и подходит как для местного применения, так и для обеспечения работы в системе ряда таких солнечных электростанций.

солнечная энергетика

Vertical Village в ОАЭ

СЭС могут обеспечивать часть потребностей в теплоснабжении и частично применяться для производства электроэнергии, используя преобразование через механическую работу. Конечно, это повышает стоимость полученного солнечного киловатт-часа, поэтому более рентабельно непосредственное преобразование энергии солнца в электрическую с помощью фотоэлементов.

солнечная энергетика

Стадион Kaohsiung в Тайване

Фотоэлемент — это светочувствительная пластина, сделанная из полупроводникового материала ( кремний, селен, галлий). Световой поток, попадающий на поверхность преобразуется внутри материала в электричество, которое собирается и накапливается аккумуляторами. Затем энергия передаётся на инвертор, происходит преобразование постоянного тока в переменный, заданного уровня напряжение, который уже может передаваться конечному потребителю.

Мощность солнечной батареи может находиться в пределах от нескольких ватт — в портативной установке, до многоваттных станций, имеющих огромную площадь.

солнечная энергетика

Almeisan Tower в Дубае

Учитывая зависимость получения солнечной энергии от факторов суточных и сезонных солнечных циклов, состояния атмосферы, применяют накопление, используя электрохимическое, механическое и водородное аккумулирование. Возможно сочетание с ветрогенераторами и традиционными системами.

солнечная энергетика

Chicago Solar Tower в Чикаго

Как любая другая технология, солнечная энергетика имеет свои плюсы. Солнечные батареи и коллекторы работают на общедоступном и неисчерпаемом источнике — солнечной энергии. Они надёжны, безопасны, служат продолжительное время, эксплуатация и обслуживание отличаются простотой. Цена на коллекторы невысокая.

Естественно есть и минусы. К ним относится зависимость от погодных условий и продолжительности светового дня, со временем появляется снижение эффективности работы, первоначальные затраты на солнечные батареи пока относительно высоки.

солнечная энергетика

Solar City Tower в Бразилии

Тем не менее, рост производства коллекторов и фотоэлементов во всём мире идёт значительными темпами. Общая площадь работающих систем превышает уже 21 млн. квадратных метров. Капиталовложения в сегмент солнечной энергетики в 2012 году достигли 142 миллиардов долларов.

 
 

Тэги: история техники, солнечная энергетика

 

Недавние записи в рубрике Архитектура