Солнечные батареи для умного дома: основные виды и анализ их эффективности
Содержание
- Принцип работы солнечных батарей
- Классификация солнечных батарей
- Солнечная энергия для отопления
- Принцип работы панелей с фотоэлементами
- Эффективность использования фотоэлементов
- Виды солнечных батарей
- Монокристаллические
- Поликристаллические
- Тонколистовые
- Установка солнечных батарей на крыше
- Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы
Солнечная энергетика на сегодня является одним из наиболее экологически чистых способов получения электричества и тепла. Интерес к этой сфере растёт с каждым годом, в том числе и с точки зрения автономного энергообеспечения «умного дома». Разберём подробнее, выгодны ли солнечные батареи в частном доме, какие их виды имеются в продаже, каковы нюансы их использования для получения электричества и отопления помещений.
Принцип работы солнечных батарей
Принцип работы солнечной энергоустановки основывается на полупроводниковом эффекте. Впервые данный эффект был открыт французским физиком Беккерелем ещё в первой половине 19 века. Реально действующий полупроводник был создан в 1873г., однако, до середины ХХ века не удавалось создать эффективно работающей солнечной батареи, способной вырабатывать значительное количество электричества.
Основу конструкции составляет кремний, как один из наиболее эффективных полупроводников. Из него изготавливаются фотоэлементы, составляющие верхний слой пластин батареи. Под воздействием солнечных лучей в блоке преобразователя начинается высвобождение из атомов кремния отрицательно заряженных частиц. Высвободившиеся электроны захватываются атомами нижерасположенной пластины. В соответствии с физическими законами они стремятся вернуться в своё первоначальное положение.
Возвращаясь в верхнюю кремниевую пластину, они перемещаются по тонким проводам, при этом частью своей энергии заряжая аккумулятор, подключённый к фотоэлементам. Работа солнечных батарей, созданных на основании монокристаллической методики нанесения кремниевого слоя, намного эффективней. Это связано с тем, что в данном случае образуемая кремнием кристаллическая решётка имеет меньшее число граней, а это даёт электронам возможность прямолинейного передвижения.
Классификация солнечных батарей
На сегодня существует большое количество преобразователей солнечной энергии, которые условно классифицируются по нескольким признакам. По количеству вырабатываемой электроэнергии солнечные панели бывают:
- Маломощные, предназначаемые для электропитания и подзарядки различных гаджетов – ноутбуков, смартфонов, переносных приборов, небольших телевизоров и т.д.
- Универсальные. Способны обеспечить энергией не только маломощные устройства, но и некоторые бытовые приборы, например, лампы освещения.
- Собственно солнечные батареи, состоящие из целого ряда фотоэлементов, закреплённых на подложке. Такие панели могут применяться для энергообеспечения коттеджа , подсобных надворных построек, для дачи .
По своей конструкции электрогенераторы, работающие на солнечной энергии, подразделяют на:
- Фотоэлектрические. Представляют собой полупроводниковую конструкцию, в которой происходит преобразование тепловой энергии солнца прямиком в электроэнергию. Несколько фотоэлементов объединяются в единую батарею, действующую по принципу полупроводников, описанному выше.
- Гелиоэлектростанции. Генерирующие устройства данного типа концентрируют энергию солнца, направляя её на движение турбин или прочих устройств, вырабатывающих ток. Принцип концентрации состоит в использовании линз, либо зеркальных поверхностей вогнутой формы. Сфокусированный солнечный луч направляется на некую ёмкость с теплоносителем, который закипает и превращается в перегретый пар. Далее пар пропускается через турбины, вращая их, и вырабатывая электрический ток. В данном случае работа солнечных батарей менее эффективна, так как значительная часть энергии тратится на нагрев и испарение теплоносителя.
- Тепловые коллекторы – солнечные батареи для отопления частного дома . Относятся к классу низкотемпературных устройств. Принцип действия их прост: аккумулируемая энергия солнечного излучения преобразуется в тепловую, идущую на нагрев воды в системе горячего водоснабжения и отопительном контуре дома. Эффективность работы солнечных батарей подобного типа напрямую зависит от их площади: чем она больше, тем до высших показателей они разогревают воду.
Солнечная энергия для отопления
Одна из областей применения гелиоустановок в системе «умный дом», это отопление помещений в холодное время года, а также нагрев воды, используемой для бытовых нужд в системах горячего водоснабжения. Современные модели солнечных панелей и коллекторов могут функционировать и в зимнее время, когда температура воздуха опускается до -30о С. Таким образом, они могут составить достойную конкуренцию традиционным способам обогрева частного дома.
Принцип работы панелей с фотоэлементами
Отопление дома от солнечных батарей может производиться двумя способами:
- Методом непосредственного нагрева теплоносителя (воды, антифриза) в отопительной системе. Производится это с помощью концентрации солнечных лучей на баках-накопителях, или трубчатых контурах, по которым перемещается вода.
- С помощью солнечных панелей, вырабатывающих электроэнергию. В данном случае работа солнечных батарей по обогреву жилья аналогична действию электроэнергии из общей энергосети.
Действуют панели с фотоэлементами при нагреве воды в отопительном контуре по следующему принципу — комплекты солнечных батарей, превращая энергию лучей солнца в электроэнергию, заряжают аккумуляторные батареи. От них ток поступает в инверторы, преобразующие его по напряжению, частоте, силе. Оттуда электричество подаётся непосредственно на нагревательные приборы, например, на электрокотел.
Эффективность использования фотоэлементов
Преимущество солнечных панелей перед гелиоколлекторами состоит в возможности аккумуляции электричества. А это, в свою очередь, позволяет интегрировать водонагревательную систему, основанную на солнечных батареях, в комплекс «умный дом». Для этого можно использовать датчики и реле, самостоятельно запускающие электроподогрев отопительной системы при снижении температуры ниже установленных показателей.
Также возможно подключение внешнего управления процессом поддержания тепла в доме при помощи интернет-соединения и любого гаджета, имеющего выход во всемирную паутину – смартфона, ноутбука, ПК. Эффективность использования фотоэлементов, по сравнению с гелиоколлекторами состоит в возможности автономной или управляемой регулировки их работы. Наличие заряжаемой аккумуляторной батареи позволяет меньше зависеть от капризов погоды, всегда поддерживать комфортную температуру во внутренних помещениях.
Виды солнечных батарей
Сегодня существует несколько видов солнечных батарей, различающихся по своей конструкции и эксплуатационно-техническим показателям.
Источник
Вариант 6
Проверочная работа включает в себя 17 заданий. На выполнение работы по географии отводится 1 час 30 минут (90 минут).
Эффективность работы солнечных панелей, используемых для энергоснабжения жилых домов, во многом зависит от продолжительности светового дня. Запишите названия перечисленных городов в порядке уменьшения продолжительности светового дня 1 января, начиная с города с наибольшей продолжительностью светового дня.
Одним из крупных железорудных месторождений является Качканарское. В его границах добыча ведется открытым способом. Какую географическую карту необходимо выбрать, чтобы найти информацию о названиях субъектов Федерации, в пределах которых расположено Качканарское месторождение?
Производство целлюлозы энергоемко, поэтому ЦБК ориентированы на крупные реки и дешевую энергию ГЭС. Определите, в каких трех из перечисленных регионов России выгодно размещать крупные ЦБК? Запишите цифры, под которыми указаны эти регионы.
1) Республика Карелия
2) Сахалинская область
3) Калининградская область
4) Пермский край
5) Иркутская область
6) Оренбургская область
Карта прогноза погоды на 1 мая
С антициклонами весной обычно связана ясная солнечная погода. Назовите один (любой) город, из числа показанных на карте, погоду в котором 1 мая будет определять антициклон.
Запишите названия городов России в порядке увеличения численности населения в них.
Потенциал российских регионов для развития туризма огромен. Каждый из них имеет рекреационные ресурсы, способные привлечь тысячи туристов из России и зарубежных стран. Определите субъект Российской Федерации по описанию его рекреационного потенциала:
Один из популярнейших объектов туризма — водопад Кивач; его вода падает каскадами с небольших уступов высотой в 11 метров. На побережье Белого моря и Онежского озера сохранились наскальные изображения периода неолита и бронзового века. К выдающимся памятникам русского деревянного зодчества относятся Успенская церковь в Кондопоге (XVIII в.) и комплекс деревянных сооружений Кижского погоста на острове Кижи в Онежском озере. Основу курортных ресурсов региона составляют минеральные воды и лечебные грязи. Железистые источники, обнаруженные близ Петрозаводска в XVIII веке, послужили базой для создания первого в России курорта — Марциальные Воды.
В каких из перечисленных городов России местное время отличается от московского на пять часов? Запишите цифры, под которыми указаны эти регионы.
Прочитайте приведенный ниже текст, в котором пропущен ряд слов (словосочетаний). Выберите из предлагаемого списка слова (словосочетания), которые необходимо вставить на места пропусков, обозначенных буквами. Обратите внимание на то, что слов (словосочетаний) в списке больше, чем Вам потребуется для заполнения пропусков. Каждое слово (словосочетание) может быть использовано только один раз. Запишите в текст номера выбранных слов (словосочетаний).
В этой стране на португальском языке говорит в 20 раз больше людей, чем в самой Португалии. Название страны почти совпадает с названием столицы — городом _________(А). Это государство — самое большое по площади на материке.
Страна относится к ключевым развивающимся. Входит в группу государств, составляющих_________(Б). Члены этой группы стран характеризуются как крупные и наиболее быстро развивающиеся. Выгодное положение этим странам обеспечивает наличие в них как мощной и развивающейся экономики, так и большого количества важных для мировой экономики ресурсов.
Большую часть электроэнергии страна вырабатывает на __________(В). Крупнейшая из них — «Итайпу», построенная и эксплуатируемая совместно с соседним государством.
Список слов (словосочетаний):
На уроке учащиеся анализировали приведенные в таблице данные о развитии сельского хозяйства в двух странах. Был сделан вывод, что доля объема сельскохозяйственного экспорта в общем объеме экспорта в стране 1 выше, чем в стране 2. Правильный ли вывод сделали учащиеся? Ответ обоснуйте.
Социально-экономические показатели развития стран
Ольга включила телевизор, когда в выпуске новостей передавалось сообщение о лесном пожаре. В семи регионах страны введен режим чрезвычайного положения из-за лесных пожаров. Огонь полностью уничтожил городок Санта-Ольга. Еще 4000 человек остались без крыши над головой. Есть человеческие жертвы.
Помимо лесных бедствий, на вулкане Сабанкая сегодня произошли взрывы и выбросы пепла на высоту до 5 км и до 7 тонн диоксида серы в сутки, распространившиеся на расстояние 40 км от кратера.
Территория страны входит в Тихоокеанское огненное кольцо, и страна привычна к стихийным бедствиям. Землетрясения, извержения вулканов здесь не редки. Службы быстрого реагирования и местные жители обычно знают, что делать в таких ситуациях. Однако, по мнению ученых, нынешнее бедствие по интенсивности и охвату превысило прошлогодние пожары в десятки раз.
Помощь в страну отправили Мексика, Португалия, Перу, Россия, Аргентина, Франция, Испания. Обстановку ухудшает сильный ветер и жара.
Ольга не слышала начала сообщения и не поняла, на территории какой страны произошел лесной пожар. Определите, о какой стране говорится в сообщении информационного агентства.
Каждая страна имеет соседей. С одними из них устанавливаются дружеские отношения, с другими — не очень. Установите соответствие между страной и ее соседом: к каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго столбца.
Объемы добычи нефти влияют на величину валютных поступлений в страну. Назовите три страны, являющиеся лидерами по объемам добычи нефти.
За последние 10 лет показатель обеспеченности лесом на душу населения в Китае увеличился с 0,13 до 0,142 га. Используя данные таблицы и знания по географии, объясните, с чем связано увеличение данного показателя в Китае.
| 2005 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | |
| Площадь лесопокрытых территорий, в млн га | 168,3 | 170,2 | 176,5 | 180,9 | 185,7 | 190,5 | 195 |
| Численность населения, млрд чел. | 1,3 | 1,335 | 1,341 | 1,347 | 1,354 | 1,368 | 1,375 |
Довольно длительное время земли Арктики считались непригодными для жизни людей и передвижений как по суше, так и по воде. Тем не менее освоение Арктики человеком насчитывает уже не одну сотню лет.
Русские мореплаватели в XI веке вышли в моря Северного Ледовитого океана. А карта океанского ледовитого бассейна была составлена в первой половине XVI века по чертежу Дмитрия Герасимова. Другими словами, присутствие России в этом регионе ощущается уже на протяжении ряда столетий, но наибольшая активность освоения ею Арктики происходила на территориях, которые мы сегодня относим к Северному морскому пути.
В настоящее время освоение Российской Арктики ведется в направлении увеличения хозяйственного использования потенциала региона: добыча энергоносителей; защита северных границ в Арктике; безопасность центральных регионов; добыча рыбы и морепродуктов; осуществление мониторинга изменения климата.
По оценкам экспертов из разных стран, потепление климата планеты уже к 2030 году приведет к тому, что арктические территории будут освобождены ото льдов в летний период, а это откроет новые перспективы для развития судоходства и хозяйственной деятельности в Арктике.
Назовите один (любой) субъект Российской Федерации, имеющий выход к побережью Северного Ледовитого океана.
В каких направлениях ведется освоение Российской Арктики?
Объясните, почему развитие Северного морского пути является приоритетным в условиях освоения Арктики.
Развитие современной промышленности усиливает антропогенную нагрузку на окружающую среду. В начале XX в. из природной среды извлекалось около 20 элементов Периодической системы Менделеева, а в начале XXI в. — уже 92. При этом степень рационального использования ресурсов катастрофически низкая. Например, на каждые два обручальных кольца приходится 6 тонн отходов в Неваде или Киргизии.
Используя географические знания, сформулируйте и обоснуйте Вашу точку зрения относительно оценки данной ситуации при взаимодействии природы и общества.
Сформулируйте и обоснуйте свою точку зрения на проблему рационального природопользования. Запишите рассуждения, подтверждающие Вашу точку зрения.
Источник