Журнал Наука и Техника (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2006 № 05 (5)

Другим недостатком полупроводниковых солнечных батарей является их низкий коэффициент полезного действия, порядка 10–15 процентов, остальная энергия солнечного света либо отражается, либо уходит на нагрев элемента, а нагрев в свою очередь еще больше понижает КПД. Различные фирмы и группы ученых сейчас заявляют об изобретении новых материалов для солнечных батарей с более высоким КПД (более 30 %), но в массовом производстве они пока не замечены.

Наряду с непосредственным преобразованием солнечного света в электричество есть огромное количество проектов, где на солнце нагреваются вода или воздух, например, в одном из таких проектов предлагается часть пустыни Сахара покрыть крышей, под которой будет сильно нагреваться воздух, затем он будет выходить через огромной высоты трубу. При этом в трубе должна возникать мощная тяга, которая сможет вращать турбину. Это, конечно, сложнее обычных плоских панелей, но такие проекты могут быть гораздо выгоднее и экологически чище, к тому же их можно разместить в тех местах, которые могут быть непригодными для других видов хозяйства, например, в той же Сахаре или зоне радиоактивного заражения чернобыльской АЭС. О том, как солнце используется для нагрева воды, умолчим, ведь любой сельский житель об этом знает.

Также довольно широко используется, поскольку считается относительно дешевой. Целые леса ветрогенераторов можно встретить в Европе и Америке.

Возможность установки ветрогенераторов также зависит от климата, а конкретнее — от средней скорости ветра в данной местности. Трудно спрогнозировать, каковы будут скорость и направление ветра в определенный момент. Но если рассматривать большие временные промежутки, соизмеримые со сроком эксплуатации ветряка, то можно довольно точно сказать, что, например, в течение года в месте его установки будет 4000 часов со скоростью ветра более 4 м/с, что обеспечит гарантированную генерацию, условно говоря, 1000 КВт-ч в год. В частности, у нас средняя скорость ветра составляет около 5 м/с, что вполне пригодно для получения ветровой энергии, так как рекомендуемая скорость ветра для этих целей 4 м/с и более.

Для ветрогенератора с длиной лопасти три метра при скорости ветра 5 м/с полученная энергия составит 2280 Ватт-с, энергия при той же скорости ветра в течение часа — 2,28 КВт-ч. Однако воздушный винт ветрогенератора никогда не уловит всю эту энергию, поэтому реальная его мощность будет меньше в два-три раза.

Самый традиционный ветрогенератор изображен на рис. 3.

Рис. 3. Вид традиционного ветрогенератора

Конструкция установлена на мачте, высота которой в зависимости от типа и мощности генератора может составлять от нескольких до нескольких десятков метров. Под действием ветра приходит во вращение воздушный винт. Внутри корпуса находится сам генератор, редуктор, повышающий обороты, и другие элементы, обеспечивающие работу генератора. Он может вращаться на мачте, подстраиваясь под изменяющееся направление ветра. Генератор дополняется модулем, где располагается электронное оборудование, которое служит для создания стабильного напряжения, пригодного для питания всевозможных бытовых приборов, а также обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи.

Если говорить о ветровой энергетике для сельского подворья или дачи, то средняя мощность такого ветряка может быть равной одному киловатту. Это позволит включить несколько ламп, холодильник и телевизор, но для нагревательных приборов энергии может уже не хватить.

Недостатки ветряных электростанций — слабая отдача энергии при низких скоростях ветра и шум. Поскольку мощность ветрогенератора пропорциональна кубу скорости ветра, при ее уменьшении в два раза мощность уменьшится в восемь раз. Мощные же ветроэлектростанции излучают инфразвуковые волны, которые не слышны, но действуют отрицательно на человека, прежде всего, на его нервную систему, приводя к повышенной утомляемости и другим расстройствам.

Поскольку ветер дует не всегда, для постоянной работы ветровой энергетической установки нужны мощные аккумуляторы, которые накапливают энергию в ветреное время и отдают ее во время штиля. Это же касается и солнечных батарей.

Существует огромное множество прудов, созданных для разведения рыбы. Многие из них из-за невыгодности уже не используются по своему назначению. Они уже перегорожены плотинами, поэтому весь возможный ущерб природе здесь уже причинен и ничто не мешает установить на этих плотинах гидротурбины небольшой мощности. Правда, этому, как всегда, мешает недостаток денег, но при правильном расчете эти затраты обычно окупаются. Несмотря на относительно малую мощность, от единиц до десятков киловатт, у такой энергетической установки будут преимущества перед солнечной батареей или ветряком. Поток воды через нее достаточно стабилен во времени, что позволит отказаться от мощных аккумуляторных батарей.

Отдача от такой электростанции зависит от расхода воды в реке и от высоты падения воды.

Ее недостатками могут быть трудности работы зимой и при спуске воды в водоеме, а также повышенный шум.

Чтобы не тратить больших денег на приобретение водяной турбины, ее подобие вполне можно построить силами, скажем, местной МТС. Малая гидроэлектростанция, наверное, не покроет всех потребностей в электроэнергии, но сама себя окупит и послужит небольшим (а, возможно, и большим) подспорьем хозяйству.

Эго по сути альтернативный способ сжигания топлива биогенного происхождения, то есть древесины, соломы и просто бытовых отходов. Сейчас проектами получения биогаза интересуется промышленность, а использование его частными лицами и мелкими хозяйствами — большая редкость.

Биогаз получают в специальных реакторах, где отходы под действием бактерий разлагаются с выделением смеси метана и углекислого газа. Иногда не требуется даже постройка реакторов: отходы можно насыпать в большую яму, покрыть слоем грунта, не забыв при этом сделать устройства для вывода газа. Затем образовавшийся газ можно накапливать и сжигать на электростанциях как обыкновенный природный газ.

Плюсы такого альтернативного сжигания — получение относительно дешевого топлива, уменьшение вреда экологии, частичное решение проблемы бытовых отходов, ведь после откачки газа оставшуюся массу можно использовать в качестве удобрений, конечно, если она содержит в себе только биогенные отходы без токсичных компонентов.

Многим хотелось бы иметь у себя на даче солнечную батарею или, например, ветряк и не зависеть от энергетических компаний с их все повышающимися тарифами. Но в каждом конкретном случае, в зависимости от климата, возможностей и целей, нужно выбрать самый выгодный вариант. Если нужна большая мощность, например, для обогрева дома зимой, больше всего подойдет ветровой генератор, при этом аккумуляторы могут вообще не понадобиться. Если нужен резервный источник тока, то наоборот, главное — аккумулятор, а чтобы обрести некоторую независимость от энергетических компаний, придется комбинировать солнечные батареи с ветряками и аккумуляторами, а если есть возможность — обратить внимание на местный пруд, объединиться с соседями и установить миниатюрную гидроэлектростанцию.