Дмитрий Калюжный - Третий путь цивилизации, или Спасет ли Россия мир?

Расчеты показывают, что в средней полосе России двухэтажный коттедж, занимающий в плане 100 м~ за год получает от солнца более 160 мегаваттчас энергии, что превышает всю его годовую потребность даже при нынешнем расточительном ее потреблении. Энергию солнечного излучения с помощью солнцеприемных устройств возможно уловить и превратить в электрическую, химическую или тепловую. Это превращение может быть как прямым, так и многоступенчатым. У каждого способа есть свои достоинства и недостатки.

Уже сегодня разработаны эффективные тепловые солнечные коллекторы, превращающие энергию солнечного

излучения непосредственно в тепло, их КПД до 45-60%. Эффективность термальных гелиоприемников повышается, если они снабжены теми или иными концентрирующими излучение зеркальными поверхностями.

Тепло от термальных установок отводится по трубопроводам каким-либо теплоносителем, это может быть воздух, вода или какая-либо незамерзающая жидкость. Последние установки могут работать и при минусовых температурах, подавая тепло в дом зимой.

К настоящему времени создано большое количество разнообразных солнечно-термальных абсорберов, целесообразность применения их, по крайней мере для горячего водоснабжения домов, признана повсеместно. В некоторых странах уже едва ли не вся горячая вода для бытовых нужд нагревается Солнцем.

Различные виды энергии имеют разную ценность. Это происходит из-за того, что не любую энергию можно эффективно преобразовывать в другой вид энергии. Наименее качественной считается тепловая энергия, а самую высокую ценность имеет электрическая энергия.

Первые опыты по преобразованию солнечной энергии непосредственно в электрическую проводились более ста лет назад. Но эффективные преобразователи удалось создать лишь после применения для этой цели полупроводников в середине XX века. Первоначально солнечные полупроводниковые батареи в силу их дороговизны применялись только на уникальных объектах, где стоимостной фактор отходил на второй план, например, на космических аппаратах. Однако теперь тенденция повышения их КПД и снижения стоимости сделала их доступными для бытового применения. Сегодня их КПД достигает 10-12%. В лабораториях созданы двухслойные фотоэлектрические преобразователи с КПД 35%, и это не предел, поскольку возможно появление преобразователей, использующих красную часть спектра. Срок жизни солнечных элементов достигает несколько десятков лет, что вполне удовлетворительно для применения в экодоме.

В последнее время получили развитие гибридные солнечные батареи, совмещающие в одном элементе свойства тепловых и электрических преобразователей солнечной энергии. Такие батареи весьма перспективны для использования, поскольку в экодоме необходимы одновременно как тепловые, так и электрические гелио-приемники. Использование гибридных батарей позволит более рационально использовать площадь южного фасада и в том числе позволит оптимизировать конструкцию пристроенной теплицы.

Правда, нерегулярность поступления энергии и несовпадение этих поступлений с графиком основных потребностей в ней делают необходимым использование энергоаккумуляторов.

Другим доступным источником энергии является энергия ветра. Строго говоря, она порождается энергией солнца и представляет одну из ее разновидностей. Впервые ветряная установка была использована для получения электроэнергии в Дании в 1890 году.

Ветроэнергоресурсы достаточно распространены. В особенности они велики в прибрежных районах и на акваториях. Особую ценность им придает то, что во многих районах, в частности, в России, они имеют зимний максимум. Таким образом, они оказываются в состоянии компенсировать зимний минимум солнечной энергии и давать, в отличие от гелиоустановок, энергию в период максимальной потребности в ней. Образно говоря, они являются той ложкой, которая дорога к обеду.

Ветроустановки во многих случаях целесообразно размещать группами на отдельных площадках, достаточно удаленных от жилья и с хорошими аэродинамическими условиями. Они способны превратить в электрическую энергию более 30% энергии ветрового потока. Основной энергетический показатель ветрового режима местности — средняя многолетняя скорость ветра, и для применения ветроэнергоисточника она должна составлять не менее 4-5 м/сек для обычных установок и не менее 3 м/сек для многолопастных.

Можно использовать и энергию биомассы. В биомассе растений, создаваемой в процессе фотосинтеза, солнечная энергия запасается в химическом, «законсервированном» виде. Существуют породы быстрорастущих однолетних и многолетних растений, которые уже сейчас рентабельно выращивать для топливных нужд. Например, в Дании уже разработана технология производства «кирпичей» из соломы для отопления. Очень важно, что используются однолетние растения. При этом не нарушается баланс биосферы по углекислому газу.

В экодоме энергия биомассы выделяется также в виде вырабатываемого биотуалетом тепла. В сельской местности при наличии достаточного количества органических отходов экодом может иметь биогазовую установку. Так, в России разработана установка, которая позволяет фермерскому хозяйству при наличии трех коров полностью обеспечивать дом теплом и светом, и вдобавок получать экологически чистое удобрение.

Можно использовать энергию движущейся воды, устраивая микрогэс как источник возобновимой энергии, поскольку они, в отличие от больших ГЭС, могут быть выполнены в достаточной мере экологически безвредными. Применима энергия термальных источников там, где они есть. Короче говоря, для разных мест можно выбрать оптимальную конфигурацию внешних возобновляемых источников.

Как это ни странно может показаться на первый взгляд, можно отапливать дом, отбирая тепло от холодного воздуха, воды или льда. Все вещество вокруг нас имеет температуру значительно выше абсолютного нуля. В нем содержится тепловая энергия, но при низкой температуре. Тепло самопроизвольно перетекает от горячих тел к холодным, однако с помощью затраты энергии, например, электрической или механической, можно его заставить течь от холодных тел к горячим. Это подобно тому, как насос заставляет течь воду вверх. Такие устройства называются тепловыми насосами, и мы видим их каждый день. Это обычные холодильники. Выделяемое ими тепло больше, чем затраченная на их работу

электроэнергия. Холодильник отбирает тепло у тел внутри холодильной камеры и отдает его при более высокой температуре через заднюю радиаторную решетку комнатному воздуху.

Так же устроены тепловые насосы. Используя небольшую внешнюю энергию, они могут перекачивать тепло с улицы в комнату, даже если за окном минусовая температура, а в доме плюсовая. Отсюда видна принципиальная нерациональность прямого использования электричества для обогрева. Коэффициент трансформации (отношение полученной энергии к затраченной) достигает у современных теплонасосов 5, таким образом, затратив 1 квтчас электрический, можно получить 5 квтчас тепла, в то время как при прямом электронагреве получится тот же 1 квтчас.