CC BY
123
Сабанчин В.Р.
лаборант кафедры производства строительных материалов, изделий и конструкций Кумертауского филиала ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», Россия, г. Кумертау
Занина А.Ф.
студентка Кумертауского филиала ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», Россия, г. Кумертау
УДК 331
СОЛНЦЕ КАК АЛЬТЕРНАТИВА ТРАДИЦИОННОМУ ТОПЛИВУ
Солнечная энергетика - направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределенного производства энергии. В данной статье рассмотрено применение и преимущество альтернативных источников энергии взамен традиционных для эволюционного развития общества.
SUN AS AN ALTERNATIVE TO TRADITIONAL FUEL
Solar power engineering is a part of non-traditional power engineering based on using of solar radiation for the generation different kinds of energy. Solar power engineering uses renewable sources of power without pollutions and harmful wastes. Production of energy by means of solar power plants is coordinated with a distributed power production. This article reveals the application and advantages of alternative sources of power instead of traditionalfor the society evolution.
Солнце - центральная и единственная звезда Солнечной системы, вокруг которой обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метероиды, кометы и космическая пыль.
Солнце состоит из водорода, гелия и следующих входящих в его состав в малых концентрациях элементов: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома. Температура поверхности Солнца достигает 6000 К, поэтому Солнце светит почти белым светом, но из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый желтый оттенок.
Солнечная энергетика - направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределенного производства энергии.
Солнечная энергия - альтернатива нефти.
Полупроводниковые солнечные батареи имеют очень важное достоинство - долговечность. Притом что уход за ними не требует от персонала особенно больших знаний. Вследствие этого солнечные батареи становятся все более популярными в промышленности и быту.
Таким образом, правильное использование солнечной энергии в Республике Башкортостан позволяет обеспечить электроэнергией:
- производственные зоны;
- сельские хозяйства;
- дома и дачи;
- системы уличного освещения;
- телекоммуникации;
- насосные станции;
- системы навигации;
- системы сигнализации;
- сетевые энергосистемы;
- наружные рекламные щиты.
Преимущества солнечной энергии среди альтернативных источников энергии
Традиционная энергетика основана на применении ископаемого топлива, запасы которого ограничены. Она зависит от величины поставок и уровня цен на него, конъюнктуры рынка.
Возобновляемая энергетика базируется на самых разных природных ресурсах, что позволяет беречь невозобновляемые источники и использовать их в других отраслях экономики, а также сохранить для будущих поколений экологически чистую энергию.
ВИЭ экологично чисты: при их работе практически нет отходов, выброса загрязняющих веществ в атмосферу или водоемы. Отсутствуют экологические издержки, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой ископаемого топлива.
В большинстве случаев ВИЭ-электростанции легко автоматизируются и могут работать без прямого участия человека.
Bulletin USUES. Science. Education. Economy. Series: Economy. № 1 (7), 2014
201
Солнечные установки могут быть предназначены для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных помещений. Солнечные энергетические установки способны сэкономить дорогостоящее минеральное топливо благодаря разумному использованию энергии солнечного излучения.
Солнечная батарея (панель) является фотоэлектрическим генератором, принцип работы которого основан на физическом свойстве полупроводников. Срок службы солнечной батареи в основном достигает 25 лет.
Солнечные панели производят электричество не только в ясную солнечную погоду, но и в пасмурные дни. То есть электроэнергия вырабатывается каждый день. Единственное требование для солнечных панелей - это время от времени очищать поверхность от снега и пыли, тем самым значительно увеличивается производительность.
Солнечные модули мощностью от 40 до 250 Вт применяются в качестве источника электроэнергии для систем автономного или резервного электроснабжения. Солнечные модули передают электроэнергию на аккумуляторы через контроллеры заряда.
Солнечный водонагреватель состоит из короба со змеевиком, бака холодной воды, бака-аккумулятора и труб. Короб стационарно устанавливается под углом 30-50° с ориентацией на южную сторону. Холодная, более тяжелая вода постоянно поступает в нижнюю часть короба, там она нагревается и, вытесненная холодной водой, поступает в бак-аккумулятор. Она может быть использована для отопления общественных помещений. Дневная производительность на широте 50° примерно равна 2 кВт/ч с квадратного метра. Температура воды в баке-аккумуляторе достигает 60-70 °С. КПД установки - 40 %.
Рассматриваемый объект управления МБОУ СОШ д. Павловка располагается в Куюргазинском районе Республике Башкортостан, южный регион Российской Федерации. Для отопления в школе предусмотрена котельная, расположенная вблизи отапливаемого здания и работающая на твердом топливе (дрова). Электроснабжение школы будет осуществляться солнечными панелями.
Администрация Куюргазинского района в ближайшем будущем хочет установить ОАГВ, работающую на газовом топливе (природный газ), вместо обыкновенного котла, работающего на твердом топливе (дрова).
Для электроснабжения и теплогазоснабжения школы есть альтернативный выход - установки для генерирования электрической энергии - солнечные панели, а для отопления школы - вакуумные солнечные коллекторы. Получаем возможность использовать солнечную энергию для получения электричества с помощью солнечных панелей и для
получения теплоснабжения с помощью вакуумных коллекторов, тем самым снизим расходы на электричество и отопление.
Это альтернативный вариант теплоснабжения и электроснабжения школы. Так как с каждым днем тарифы на природный газ дорожают, то установки, работающие на солнце, позволят дать значительную экономию, а переход на альтернативные технологии в энергетике сохранит топливные ресурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности. Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии, получаемой из традиционных источников, да и сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существенно меньше.
В связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупиковой; для эволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенный переход на альтернативные источники энергии.
Для подтверждения вышесказанного произведем расчеты системы электроснабжения, солнечными панелями (ТСМ 200) для МБОУ СОШ д. Павловка. В школе установлены два счетчика: первый для учета освещения, второй для учета потребления асинхронного двигателя (для циркуляции воды в системе отопления школы). Солнечные панели будут устанавливаться только для питания освещения школы.
Для этого посмотрим техническую характеристику солнечной панели:
- мощность: 200 Вт ± 5 %;
- напряжение холостого хода: 21 ± 5 % В;
- напряжение при работе на нагрузку: 17 ± 5 % В;
- ток при работе на нагрузку: 10,4 ± 5 % А;
- габариты: 1308 х 908 х 38 мм;
- температура эксплуатации и хранения: - 40.. + 50 °С;
В школе установлены 20 шт. ламп накаливания (вольфрамовые), потребляемая мощность равна 100 Вт. На работу ПК (компьютера) требуется 200 Вт:
20 шт. * 100 Вт + 200 Вт = 2200 Вт.
Для снабжения 2200 Вт электроэнергией нужно установить 11 солнечных панелей марки ТСМ 200:
2200 Вт = 11 шт.
200.
На сегодняшний день тариф за кВт энергии равен 2,40 руб. для общественных зданий. За 12 месяцев потребляется 3032 кВт электроэнергии. В денежном эквиваленте это составляет 7223,6 тыс. руб. В таблице 1 и в диаграмме 1 показаны расчеты потребления электрической энергии.
202;
Вестник УГУЭС. Наука. Образование. Экономика. Серия: Экономика. № 1 (7), 2014
Таблица 1
Полученные результаты потребления электрической энергии
Месяц кВтч 1 кВт =2,40 руб. Солн. панель, кВт 1 кВт =2,40 руб.
Январь 390 936 195 468
Февраль 350 840 175 420
Март 410 984 205 492
Апрель 300 720 0 0
Май 227 544,8 0 0
Июнь 143 343,2 0 0
Июль 12 28,8 0 0
Август 10 24 0 0
Сентябрь 160 384 0 0
Октябрь 300 720 0 0
Ноябрь 350 840 175 420
Декабрь 380 858,8 190 456
Итого 3032 7223,6 940 2256
Диаграмма 1. Разница потребления от сети и от солнечных панелей
Таким образом, для снабжения школы электроэнергией нужно установить 11 солнечных панелей марки ТСМ 200, тем самым получаем бесплатную электроэнергию.
Для теплоснабжения школы будем устанавливать вакуумные коллекторы.
Главным элементом вакуумного коллектора являются вакуумные трубки. Внешний слой трубки изготовлен из высокопрочного боросиликатного стекла, устойчивого к атмосферным воздействиям и увеличенной способностью пропускать солнечное излучение. Внутренняя же стенка стеклянной трубки имеет абсорбирующее покрытие, где и образуется тепло. Изоляция в виде вакуума позволяет избежать потерь тепла. Во внутренней вакуумной трубке находится медная трубка, заполненная реагентом. Полученное там тепло передается в заборный коллектор. Отбор тепла с наконечника приводит к тому, что реагент сжижается и перемещается обратно по трубке, где процесс снова повторяется. Температура на медном наконечнике может достигать 300 °С.
Произведем расчеты системы отопления, вакуумного коллектора [3] для МБОУ СОШ д. Павловка.
На сегодняшний день тариф за 1 м3 газа равен 4,63 руб. для общественных зданий. Отапливаемый период приблизительно длится с 1 октября по 30 апреля (7 месяцев).
Каждый месяц будут приблизительно сжигаться 3345 м3 (природного газа).
Площадь отапливаемого помещения 446 м2:
3345 м3 * 4,63 =15 487,35 руб.
За 7 месяцев:
15 487,35 * 7 = 108 411,45 руб.
Существуют 20-, 40-трубочные вакуумные коллекторы.
Находим общее количество вакуумных коллекторов:
446 = 11,15
40
Таким образом, выбираем вакуумный коллектор в количестве 11 шт. В таблице 2 и в диаграмме 2 показаны расчеты потребления природного газа.
ВЫИт USUES. Science. Education. Economy. Series: Economy. № 1 (7), 2014
203
Таблица 2
Полученные результаты потребления природного газа
Месяц 1 м3 = 4,63 Потребление газа После установки вакуумного коллектора
Октябрь 4,63 3345 335
Ноябрь 4,63 3742 374
Декабрь 4,63 4115 412
Январь 4,63 4341 434
Февраль 4,63 4745 475
Март 4,63 4524 452
Апрель 4,63 3876 388
Итого 132825,44 руб. 2869 руб.
Диаграмма 2. Потребления природного газа до и после установки вакуумного коллектора
Таким образом, для отопления школы нужно установить 11 шт. вакуумных коллекторов, тем самым получаем бесплатное отопление школы. Для подтверждения этого посмотрим на готовые решения. И еще раз убедимся, что ВИЭ можно использовать во всех сферах жизнедеятельности человека.
Заключение
То, что на смену традиционным видам энергии придут новые и очень скоро - это неоспоримый
факт. Ученые разрабатывают самые разные альтернативные виды энергии, но к любому новшеству нужно привыкать и перестраивать образ мышления. Для этого нужны время, поддержка государства и первопроходцы, которые первыми применят новые технологии.
Будем надеяться, что благодаря миллионам солнечных батарей, вакуумных коллекторов к 2030 году планета сможет полностью отказаться от нефти и перейти на возобновляемую энергию.
204
Вестник УГУЭС. Наука. Образование. Экономика. Серия: Экономика. № 1 (7), 2014
