პროცესი, რომელიც გამოიმუშავებს მზის ენერგიას. მზის ენერგიის გარდაქმნის პრინციპი, მისი გამოყენება და პერსპექტივები

ყოველდღიურად მცირდება ქვანახშირის, ნავთობის, გაზის მსოფლიო მარაგების რაოდენობა, ანუ ყველაფერი, რაც დღეს ენერგიის წყაროდ გვემსახურება. და უახლოეს მომავალში კაცობრიობა მივა იქამდე, რომ წიაღისეული საწვავი უბრალოდ აღარ დარჩება. ამიტომ, ყველა ქვეყანა აქტიურად ეძებს ხსნას იმ კატასტროფისგან, რომელიც სწრაფად გვიახლოვდება. და ხსნის პირველი საშუალება, რომელიც გონზე მოდის, რა თქმა უნდა, მზის ენერგიაა, რომელსაც ადამიანები უხსოვარი დროიდან იყენებდნენ ტანსაცმლის გასაშრობად, სახლების გასანათებლად და საჭმლის მოსამზადებლად. ამან წარმოშვა ალტერნატიული ენერგიის ერთ-ერთი მიმართულება - მზის ენერგია.

მზის ენერგიის ენერგიის წყაროა მზის ენერგია, რომელიც გარდაიქმნება სითბოს ან ელექტროენერგიაში სპეციალური სტრუქტურების გამოყენებით. ექსპერტების აზრით, მხოლოდ ერთ კვირაში დედამიწის ზედაპირი მზისგან იღებს ენერგიას, რომელიც აღემატება ყველა სახის საწვავის მსოფლიო მარაგის ენერგიას. და მიუხედავად იმისა, რომ ალტერნატიული ენერგიის ამ სფეროს განვითარების ტემპი სტაბილურად იზრდება, მზის ენერგიას მაინც აქვს არა მხოლოდ უპირატესობები, არამედ უარყოფითი მხარეებიც.

თუ ძირითადი უპირატესობები მოიცავს ხელმისაწვდომობას და რაც მთავარია ენერგიის წყაროს ამოუწურავლობას, მაშინ უარყოფითი მხარეები მოიცავს:

• მზისგან მიღებული ენერგიის დაგროვების საჭიროება,
• გამოყენებული აღჭურვილობის მნიშვნელოვანი ღირებულება,
• ამინდის პირობებზე და დღის დროზე დამოკიდებულება,
• ატმოსფერული ტემპერატურის მატება ელექტროსადგურების ზემოთ და ა.შ.

მზის გამოსხივების რიცხვითი მახასიათებლები

არსებობს ისეთი მაჩვენებელი, როგორიცაა მზის მუდმივი. მისი ღირებულებაა 1367 W. ზუსტად ეს არის ენერგიის რაოდენობა 1 კვ.მ. პლანეტა დედამიწა. მაგრამ ატმოსფეროს გამო, დაახლოებით 20-25% ნაკლები ენერგია აღწევს დედამიწის ზედაპირს. ამრიგად, მზის ენერგიის ღირებულება კვადრატულ მეტრზე, მაგალითად, ეკვატორზე არის 1020 W. ხოლო დღისა და ღამის ცვლილების, ჰორიზონტის ზემოთ მზის კუთხის ცვლილების გათვალისწინებით, ეს მაჩვენებელი დაახლოებით 3-ჯერ მცირდება.

მაგრამ საიდან მოდის ეს ენერგია? ამ საკითხის შესწავლა მეცნიერებმა ჯერ კიდევ მე-19 საუკუნეში დაიწყეს და ვერსიები სრულიად განსხვავებული იყო. დღეს, დიდი რაოდენობით კვლევების შედეგად, საიმედოდ ცნობილია, რომ მზის ენერგიის წყაროა 4 წყალბადის ატომის ჰელიუმის ბირთვად გადაქცევის რეაქცია. ამ პროცესის შედეგად გამოიყოფა ენერგიის მნიშვნელოვანი რაოდენობა. მაგალითად, ტრანსფორმაციის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია 1 გ. წყალბადი შედარებულია 15 ტონა ბენზინის წვის დროს გამოთავისუფლებულ ენერგიასთან.

მზის ენერგიის კონვერტაცია

ჩვენ უკვე ვიცით, რომ მზისგან მიღებული ენერგია სხვა ფორმაში უნდა გარდაიქმნას. ამის აუცილებლობა ჩნდება იმის გამო, რომ კაცობრიობას ჯერ არ აქვს ისეთი მოწყობილობები, რომლებსაც შეეძლოთ მზის ენერგიის მოხმარება მისი სუფთა სახით. აქედან გამომდინარე, შეიქმნა ენერგიის წყაროები, როგორიცაა მზის კოლექტორები და მზის პანელები. თუ პირველი გამოიყენება თერმული ენერგიის გამომუშავებისთვის, მაშინ მეორე პირდაპირ ელექტროენერგიას გამოიმუშავებს.

მზის ენერგიის გარდაქმნის რამდენიმე გზა არსებობს:

• ფოტოვოლტაიკა;
• თერმული ჰაერის ენერგია;
• მზის თერმული ენერგია;
• მზის ბალონების ელექტროსადგურების გამოყენებით.

ყველაზე გავრცელებული მეთოდია ფოტოვოლტაიკა. ამ კონვერტაციის პრინციპია ფოტოელექტრული მზის პანელების, ანუ მზის პანელების გამოყენება, როგორც მათ ასევე უწოდებენ, რომლის მეშვეობითაც მზის ენერგია გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად. როგორც წესი, ასეთი პანელები მზადდება სილიკონისგან, ხოლო მათი სამუშაო ზედაპირის სისქე მილიმეტრის მხოლოდ რამდენიმე მეათედია. მათი განთავსება შესაძლებელია ნებისმიერ ადგილას, არსებობს მხოლოდ ერთი პირობა - დიდი რაოდენობით მზის არსებობა. შესანიშნავი ვარიანტია საცხოვრებელი და საზოგადოებრივი შენობების სახურავებზე ფოტოგრაფიული ფირფიტების დასაყენებლად.

გარდა ზემოთ განხილული ფოტოგრაფიული ფირფიტებისა, თხელფილიანი პანელები გამოიყენება მზის გამოსხივების ენერგიის გადასაქცევად. ისინი გამოირჩევიან კიდევ უფრო მცირე სისქით, რაც საშუალებას აძლევს მათ დამონტაჟდეს სადმე, მაგრამ ასეთი პანელების მნიშვნელოვანი ნაკლი არის მათი დაბალი ეფექტურობა. სწორედ ამ მიზეზით, მათი მონტაჟი გამართლებული იქნება მხოლოდ დიდ ფართობებზე. უბრალოდ გასართობად, თხელი ფირის პანელი შეიძლება განთავსდეს ლეპტოპის კორპუსზე ან ხელჩანთაზე.

თერმული ჰაერის ენერგიაში მზის ენერგია გარდაიქმნება ჰაერის ნაკადის ენერგიად, რომელიც შემდეგ იგზავნება ტურბოგენერატორში. მაგრამ მზის ბუშტის ელექტროსადგურების გამოყენების შემთხვევაში, წყლის ორთქლი წარმოიქმნება ბუშტის შიგნით. ეს ეფექტი მიიღწევა ბუშტის ზედაპირის გაცხელებით, რომელზედაც დატანილია სელექციური შთამნთქმელი საფარი, მზის სხივებით. ამ მეთოდის მთავარი უპირატესობაა ორთქლის საკმარისი მიწოდება, რაც საკმარისია ელექტროსადგურის მუშაობის გასაგრძელებლად ცუდ ამინდში და ღამით.

მზის ენერგიის პრინციპი არის ზედაპირის გათბობა, რომელიც შთანთქავს მზის სხივებს და ფოკუსირებს მათ შედეგად მიღებული სითბოს შემდგომ გამოყენებაზე. უმარტივესი მაგალითია წყლის გათბობა, რომელიც შემდეგ შეიძლება გამოყენებულ იქნას საყოფაცხოვრებო საჭიროებებისთვის, მაგალითად, კანალიზაციის ან ბატარეების მიწოდებისთვის, გაზის ან სხვა საწვავის დაზოგვისას. სამრეწველო მასშტაბით, ამ მეთოდით მიღებული მზის გამოსხივების ენერგია გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად სითბოს ძრავების გამოყენებით. ასეთი კომბინირებული ელექტროსადგურების მშენებლობა შეიძლება გაგრძელდეს 20 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში, მაგრამ მზის ენერგიის განვითარების ტემპი არ მცირდება, არამედ, პირიქით, სტაბილურად იზრდება.

სად შეიძლება მზის ენერგიის გამოყენება?

მზის ენერგიის გამოყენება შესაძლებელია სრულიად განსხვავებულ სფეროებში - ქიმიური მრეწველობისგან საავტომობილო ინდუსტრიამდე, სამზარეულოდან სივრცის გათბობამდე. მაგალითად, მზის პანელების გამოყენება საავტომობილო ინდუსტრიაში 1955 წლიდან იწყება. ეს წელი აღინიშნა პირველი მანქანის გამოშვებით, რომელიც მზის ბატარეებზე მუშაობდა. დღეს ასეთ მანქანებს BMW, Toyota და სხვა მსხვილი კომპანიები აწარმოებენ.

ყოველდღიურ ცხოვრებაში მზის ენერგია გამოიყენება ოთახების გასათბობად, განათებისთვის და სამზარეულოსთვისაც კი. მაგალითად, ფოლგასა და მუყაოსგან დამზადებულ მზის ღუმელებს, გაეროს ინიციატივით, აქტიურად იყენებენ ლტოლვილები, რომლებიც მძიმე პოლიტიკური ვითარების გამო იძულებულნი გახდნენ დაეტოვებინათ სახლები. უფრო რთული მზის ღუმელები გამოიყენება თერმული დამუშავებისა და ლითონების დნობისთვის. ერთ-ერთი ყველაზე დიდი ასეთი ღუმელი მდებარეობს უზბეკეთში.

ყველაზე საინტერესო გამოგონებები მზის ენერგიის გამოყენების შესახებ მოიცავს:

• ტელეფონის დამცავი ქეისი ფოტოცელით, რომელიც ასევე არის დამტენი.
• ზურგჩანთა, რომელზეც დამაგრებულია მზის პანელი. ის საშუალებას მოგცემთ დატენოთ არა მხოლოდ თქვენი ტელეფონი, არამედ თქვენი ტაბლეტი და კამერაც კი, ზოგადად, ნებისმიერი ელექტრონიკა, რომელსაც აქვს USB შეყვანა.
• მზის Bluetooth ყურსასმენები.

და ყველაზე კრეატიული იდეა არის სპეციალური ქსოვილისგან დამზადებული ტანსაცმელი. ქურთუკი, ჰალსტუხი და საცურაო კოსტუმიც კი - ეს ყველაფერი შეიძლება გახდეს არა მხოლოდ თქვენი გარდერობის ნივთი, არამედ დამტენიც.

ალტერნატიული ენერგიის განვითარება დსთ-ს ქვეყნებში

ალტერნატიული ენერგია, მათ შორის მზის, მაღალი ტემპით ვითარდება არა მხოლოდ აშშ-ში, ევროპაში ან ინდოეთში, არამედ დსთ-ს ქვეყნებში, მათ შორის რუსეთში, ყაზახეთში და განსაკუთრებით უკრაინაში. მაგალითად, ყოფილ საბჭოთა კავშირში ყველაზე დიდი მზის ელექტროსადგური, პეროვო, აშენდა ყირიმში. მისი მშენებლობა 2011 წელს დასრულდა. ეს ელექტროსადგური გახდა ავსტრიული კომპანია Activ Solar-ის მე-3 ინოვაციური პროექტი. პეროვოს პიკური სიმძლავრე დაახლოებით 100 მეგავატია.

და იმავე წლის ოქტომბერში Activ Solar-მა აამოქმედა კიდევ ერთი მზის ელექტროსადგური, ოხოტნიკოვო, ასევე ყირიმში. მისი სიმძლავრე 80 მეგავატი იყო. ოხოტნიკოვომ ასევე მიიღო ყველაზე დიდი, მაგრამ ცენტრალურ და აღმოსავლეთ ევროპაში სტატუსი. შეიძლება ითქვას, რომ ალტერნატიულმა ენერგიამ უკრაინაში გადადგა უზარმაზარი ნაბიჯი უსაფრთხო და ამოუწურავი ენერგიისკენ.

ყაზახეთში სიტუაცია ცოტა სხვაგვარად გამოიყურება. ძირითადად, ალტერნატიული ენერგიის განვითარება ამ ქვეყანაში მხოლოდ თეორიულად ხდება. რესპუბლიკას აქვს უზარმაზარი პოტენციალი, მაგრამ ის ჯერ ბოლომდე არ არის რეალიზებული. რა თქმა უნდა, მთავრობა ამ საკითხს ეხება და ყაზახეთში ალტერნატიული ენერგიის განვითარების გეგმაც კი არის შემუშავებული, მაგრამ განახლებადი წყაროებიდან, კერძოდ მზისგან მიღებული ენერგიის წილი 1%-ზე მეტი არ იქნება. ქვეყნის მთლიან ენერგეტიკულ ბალანსში. 2020 წლისთვის იგეგმება მხოლოდ 4 მზის ელექტროსადგურის გაშვება, რომელთა ჯამური სიმძლავრე იქნება 77 მეგავატი.

ალტერნატიული ენერგეტიკა რუსეთშიც საკმაოდ დიდი ტემპით ვითარდება. მაგრამ, როგორც ენერგეტიკის მინისტრის მოადგილემ განაცხადა, ამ სფეროში აქცენტი ძირითადად შორეული აღმოსავლეთის რეგიონებზეა გამახვილებული. მაგალითად, იაკუტიაში, ყველაზე შორეულ ჩრდილოეთ სოფლებში მოქმედი 4 მზის ელექტროსადგურის მთლიანი გამომუშავება შეადგენდა 50 ათას კვტ/სთ-ზე მეტს. ამან შესაძლებელი გახადა 14 ტონაზე მეტი ძვირადღირებული დიზელის საწვავის დაზოგვა. მზის ენერგიის გამოყენების კიდევ ერთი მაგალითია ლიპეცკის რეგიონში მშენებარე მრავალფუნქციური საავიაციო კომპლექსი. მისი მუშაობისთვის ელექტროენერგიას გამოიმუშავებს პირველი მზის ელექტროსადგური, რომელიც ასევე აშენდა ლიპეცკის რეგიონში.

ეს ყველაფერი საშუალებას გვაძლევს გამოვიტანოთ შემდეგი დასკვნა: დღეს ყველა ქვეყანა, თუნდაც არა ყველაზე განვითარებული, ცდილობს მაქსიმალურად მიუახლოვდეს სანუკვარ მიზანს: ენერგიის ალტერნატიული წყაროების გამოყენებას. ყოველივე ამის შემდეგ, ელექტროენერგიის მოხმარება ყოველდღიურად იზრდება, ხოლო გარემოში მავნე გამონაბოლქვის რაოდენობა ყოველდღიურად იზრდება. და ბევრს უკვე ესმის, რომ ჩვენი მომავალი და ჩვენი პლანეტის მომავალი მხოლოდ ჩვენზეა დამოკიდებული.

რ აბდულინა

უკრაინა მზის ენერგიაზეა დამოკიდებული

ადამიანებს ვეღარ წარმოუდგენიათ ცხოვრება ელექტროენერგიის გარეშე და ყოველწლიურად ენერგიის მოთხოვნილება სულ უფრო და უფრო იზრდება, ხოლო ენერგეტიკული რესურსების მარაგი, როგორიცაა ნავთობი, გაზი და ქვანახშირი, სწრაფად მცირდება. კაცობრიობას სხვა გზა არ აქვს გარდა ენერგიის ალტერნატიული წყაროების გამოყენებისა. ელექტროენერგიის გამომუშავების ერთ-ერთი გზაა მზის ენერგიის გარდაქმნა ფოტოცელტების გამოყენებით. ხალხმა შეიტყო, რომ მზის ენერგიის გამოყენება შედარებით დიდი ხნის წინ არის შესაძლებელი, მაგრამ მისი აქტიური განვითარება მხოლოდ ბოლო 20 წლის განმავლობაში დაიწყეს. ბოლო წლებში, მიმდინარე კვლევების, ახალი მასალების გამოყენებისა და კრეატიული დიზაინის გადაწყვეტილებების წყალობით, შესაძლებელი გახდა მზის პანელების მუშაობის საგრძნობლად გაზრდა. ბევრს მიაჩნია, რომ მომავალში კაცობრიობა შეძლებს უარი თქვას ელექტროენერგიის გამომუშავების ტრადიციულ მეთოდებზე მზის ენერგიის სასარგებლოდ და მოიპოვოს იგი მზის ელექტროსადგურების გამოყენებით.

Მზის ენერგია

მზის ენერგია არატრადიციული გზით ელექტროენერგიის წარმოქმნის ერთ-ერთი წყაროა, ამიტომ იგი კლასიფიცირდება როგორც ენერგიის ალტერნატიული წყარო. მზის ენერგია იყენებს მზის გამოსხივებას და გარდაქმნის მას ელექტროენერგიად ან ენერგიის სხვა ფორმებად. მზის ენერგია არა მხოლოდ ეკოლოგიურად სუფთა ენერგიის წყაროა, რადგან... მზის ენერგიის გარდაქმნისას არ გამოიყოფა მავნე ქვეპროდუქტები, მაგრამ მზის ენერგია ასევე არის ალტერნატიული ენერგიის თვითგანახლებადი წყარო.

როგორ მუშაობს მზის ენერგია

თეორიულად, ძნელი არ არის გამოვთვალოთ რამდენი ენერგიის მიღება შესაძლებელია მზის ენერგიის ნაკადიდან; დიდი ხანია ცნობილია, რომ მზიდან დედამიწამდე მანძილის გავლისას და 1 მ² ფართობის ზედაპირზე დაცემით. 90°-ის კუთხით, მზის ნაკადი ატმოსფეროს შესასვლელთან ატარებს ენერგეტიკულ მუხტს, რომელიც უდრის 1367 W/m², ეს არის ე.წ. მზის მუდმივი. ეს არის იდეალური ვარიანტი იდეალურ პირობებში, რომლის მიღწევა, როგორც ვიცით, პრაქტიკულად შეუძლებელია. ამრიგად, ატმოსფეროში გავლის შემდეგ მაქსიმალური ნაკადი, რომელიც შეიძლება მივიღოთ, იქნება ეკვატორზე და იქნება 1020 ვ/მ², მაგრამ საშუალო დღიური მნიშვნელობა, რომელიც შეგვიძლია მივიღოთ, იქნება 3-ჯერ ნაკლები დღისა და ღამის ცვლილების გამო. და მზის ნაკადის დაცემის კუთხის ცვლილება. ხოლო ზომიერ განედებში დღისა და ღამის ცვლას ასევე ახლავს სეზონების ცვლა და მასთან ერთად დღის შუქის ხანგრძლივობის ცვლილება, ამიტომ ზომიერ განედებში მიღებული ენერგიის რაოდენობა კიდევ 2-ჯერ შემცირდება.

მზის ენერგიის განვითარება და განაწილება

როგორც ყველამ ვიცით, ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, მზის ენერგიის განვითარება ყოველწლიურად იძენს იმპულსს, მაგრამ შევეცადოთ მივყვეთ განვითარების დინამიკას. ჯერ კიდევ 1985 წელს, გლობალური მზის სიმძლავრე მხოლოდ 0,021 GW იყო. 2005 წელს მათ უკვე შეადგენდნენ 1656 გვტ. 2005 წელი ითვლება გარდამტეხად მზის ენერგიის განვითარებაში; სწორედ ამ წლიდან დაიწყეს ადამიანებმა აქტიური ინტერესი მზის ენერგიით მომუშავე ელექტრო სისტემების კვლევისა და განვითარების მიმართ. შემდგომი დინამიკა ეჭვს არ იწვევს (2008-15,5 გვტ, 2009-22,8 გვტ, 2010-40 გვტ, 2011-70 გვტ, 2012-108 გვტ, 2013-150 გვტ, 2014-203 გვტ). ევროკავშირის ქვეყნებსა და შეერთებულ შტატებს აქვთ ხელი მზის ენერგიის გამოყენებაში; თითოეულში 100 ათასზე მეტი ადამიანია დასაქმებული წარმოებისა და საოპერაციო სფეროში მხოლოდ შეერთებულ შტატებსა და გერმანიაში. ასევე, იტალიას, ესპანეთს და, რა თქმა უნდა, ჩინეთს შეუძლიათ დაიკვეხნონ თავიანთი მიღწევებით მზის ენერგიის განვითარებაში. წლიდან წლამდე.

მზის ენერგიის გამოყენების უპირატესობები და უარყოფითი მხარეები

უპირატესობები: 1) ეკოლოგიურობა - არ აბინძურებს გარემოს; 2) ხელმისაწვდომობა - ფოტოუჯრედები ხელმისაწვდომია გასაყიდად არა მხოლოდ სამრეწველო გამოყენებისთვის, არამედ კერძო მინი მზის ელექტროსადგურების შესაქმნელად; 3) ენერგიის წყაროს ამოუწურვა და თვითგანახლებადობა; 4) ელექტროენერგიის წარმოების მუდმივად კლებადი ღირებულება.
ხარვეზები: 1) ამინდის პირობებისა და დღის დროის გავლენა პროდუქტიულობაზე; 2) ენერგიის შესანარჩუნებლად აუცილებელია ენერგიის დაგროვება; 3) დაბალი პროდუქტიულობა ზომიერ განედებში სეზონების ცვალებადობის გამო; 4) მზის ელექტროსადგურის ზემოთ ჰაერის მნიშვნელოვანი გათბობა; 5) ფოტოცელების ზედაპირის პერიოდულად გაწმენდის საჭიროება დაბინძურებისგან და ეს პრობლემატურია ფოტოცელების დამონტაჟებით დაკავებული უზარმაზარი ტერიტორიების გამო; 6) შეიძლება ვისაუბროთ აღჭურვილობის შედარებით მაღალ ფასზეც, თუმცა ყოველწლიურად ღირებულება იკლებს, ჯერჯერობით არ არის საჭირო მზის იაფ ენერგიაზე საუბარი.

მზის ენერგიის განვითარების პერსპექტივები

დღეს მზის ენერგიის განვითარებას დიდ მომავალს უწინასწარმეტყველებენ, ყოველწლიურად უფრო და უფრო მეტი ახალი მზის ელექტროსადგური შენდება, რომლებიც აოცებენ თავიანთი მასშტაბებითა და ტექნიკური გადაწყვეტილებებით. ასევე, არ ჩერდება სამეცნიერო კვლევები, რომლებიც მიმართულია ფოტოცელტების ეფექტურობის გაზრდაზე. მეცნიერებმა გამოთვალეს, რომ თუ პლანეტა დედამიწის ხმელეთს დავფარავთ 0,07%-ით, ფოტოცელტების ეფექტურობით 10%, მაშინ იქნება საკმარისი ენერგია 100%-ზე მეტი კაცობრიობის ყველა მოთხოვნილების დასაკმაყოფილებლად. დღეს უკვე გამოიყენება 30%-იანი ეფექტურობის ფოტოცელები. კვლევის მონაცემებით, ცნობილია, რომ მეცნიერთა ამბიციები მის 85%-მდე მიყვანას გვპირდება.

მზის ელექტროსადგურები

მზის ელექტროსადგურები არის სტრუქტურები, რომელთა ამოცანაა მზის ენერგიის ნაკადების ელექტრო ენერგიად გადაქცევა. მზის ელექტროსადგურების ზომები შეიძლება განსხვავდებოდეს, დაწყებული კერძო მინი-ელექტროსადგურებიდან რამდენიმე მზის პანელებით დამთავრებული უზარმაზარი, 10 კმ²-ზე მეტი ფართობის ოკუპაციამდე.

რა ტიპის მზის ელექტროსადგურები არსებობს?

პირველი მზის ელექტროსადგურების აშენებიდან საკმაოდ დიდი დრო გავიდა, რომლის დროსაც მრავალი პროექტი განხორციელდა და ბევრი საინტერესო საპროექტო გადაწყვეტა იქნა გამოყენებული. ჩვეულებრივია ყველა მზის ელექტროსადგურის დაყოფა რამდენიმე ტიპად:
1. კოშკის ტიპის მზის ელექტროსადგურები.
2. მზის ელექტროსადგურები, სადაც მზის პანელები არის ფოტოელექტრული უჯრედები.
3. კერძი მზის ელექტროსადგურები.
4. პარაბოლური მზის ელექტროსადგურები.
5. მზის ვაკუუმური ტიპის მზის ელექტროსადგურები.
6. შერეული ტიპის მზის ელექტროსადგურები.

კოშკის ტიპის მზის ელექტროსადგურები

ელექტროსადგურის დიზაინის ძალიან გავრცელებული ტიპი. ეს არის მაღალი კოშკის სტრუქტურა თავზე, წყლის რეზერვუარით, რომელიც შეღებილია შავად, რათა უკეთ მიიზიდოს არეკლილი მზის შუქი. კოშკის გარშემო არის დიდი სარკეები 2 მ²-ზე მეტი ფართობით, რომლებიც განლაგებულია წრეში, ისინი ყველა დაკავშირებულია ერთიან საკონტროლო სისტემასთან, რომელიც აკონტროლებს სარკეების კუთხის ცვლილებას ისე, რომ ისინი ყოველთვის ასახავდნენ მზის შუქს და პირდაპირ მიმართავენ მას. კოშკის თავზე მდებარე წყლის ავზამდე. ამრიგად, არეკლილი მზის შუქი ათბობს წყალს, რომელიც წარმოქმნის ორთქლს, შემდეგ კი ეს ორთქლი ტუმბოების გამოყენებით მიეწოდება ტურბოგენერატორს, სადაც წარმოიქმნება ელექტროენერგია. ავზის გათბობის ტემპერატურამ შეიძლება მიაღწიოს 700 °C-ს. კოშკის სიმაღლე დამოკიდებულია მზის ელექტროსადგურის ზომაზე და სიმძლავრეზე და, როგორც წესი, იწყება 15 მ-დან, ხოლო ყველაზე დიდის სიმაღლე დღეს არის 140 მ. მზის ამ ტიპის ელექტროსადგური ძალიან გავრცელებულია და სასურველია. მრავალი ქვეყნის მიერ მისი მაღალი ეფექტურობის 20%.

ფოტოცელური ტიპის მზის ელექტროსადგურები

ფოტოცელი (მზის ბატარეები) გამოიყენება მზის ნაკადის ელექტროენერგიად გადაქცევისთვის. ამ ტიპის ელექტროსადგური ძალიან პოპულარული გახდა მცირე ბლოკებში მზის პანელების გამოყენების შესაძლებლობის გამო, რაც საშუალებას აძლევს მზის პანელების გამოყენებას ელექტროენერგია მიაწოდოს როგორც კერძო სახლებს, ასევე დიდ სამრეწველო ობიექტებს. უფრო მეტიც, ეფექტურობა ყოველწლიურად იზრდება და დღეს უკვე არსებობს 30%-იანი ეფექტურობის ფოტოცელი.

პარაბოლური მზის ელექტროსადგურები

ამ ტიპის მზის ელექტროსადგური ჰგავს უზარმაზარ სატელიტურ თეფშებს, რომელთა შიგნით სარკის ფირფიტებია დაფარული. პრინციპი, რომლითაც ხდება ენერგიის გარდაქმნა, მსგავსია კოშკების სადგურების მცირე განსხვავებებით: სარკეების პარაბოლური ფორმა განსაზღვრავს, რომ სარკის მთელი ზედაპირიდან არეკლილი მზის სხივები კონცენტრირებულია ცენტრში, სადაც მიმღები მდებარეობს. სითხე, რომელიც თბება, წარმოქმნის ორთქლს, რომელიც თავის მხრივ არის მცირე გენერატორების მამოძრავებელი ძალა.

ფირფიტა მზის ელექტროსადგურები

ელექტროენერგიის გამომუშავების მუშაობის პრინციპი და მეთოდი იდენტურია კოშკისა და პარაბოლური მზის ელექტროსადგურების. განსხვავება მხოლოდ დიზაინის მახასიათებლებშია. სტაციონარული სტრუქტურა, ოდნავ ჰგავს გიგანტურ მეტალის ხეს, უჭირავს მრგვალი ბრტყელი სარკეები, რომლებიც მზის ენერგიას კონცენტრირებენ მიმღებზე.

მზის ვაკუუმური ტიპის მზის ელექტროსადგურები

ეს არის მზის ენერგიისა და ტემპერატურის განსხვავებების გამოყენების ძალიან უჩვეულო გზა. ელექტროსადგურის სტრუქტურა შედგება მინის გადახურული, წრიული მიწის ნაკვეთისაგან, რომლის ცენტრშია კოშკი. კოშკი შიგნით ღრუა; მის ძირში არის რამდენიმე ტურბინა, რომლებიც ბრუნავს ჰაერის ნაკადის წყალობით, რომელიც წარმოიქმნება ტემპერატურის სხვაობისგან. შუშის სახურავის მეშვეობით მზე ათბობს მიწას და ჰაერს ოთახის შიგნით, შენობა კი გარე გარემოსთან ურთიერთობს მილის საშუალებით და ვინაიდან ოთახის გარეთ ჰაერის ტემპერატურა გაცილებით დაბალია, იქმნება ჰაერის ნაკადი, რომელიც ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება. განსხვავება. ამრიგად, ღამით ტურბინები უფრო მეტ ელექტროენერგიას გამოიმუშავებენ, ვიდრე დღისით.

შერეული მზის ელექტროსადგურები

ეს ხდება მაშინ, როდესაც გარკვეული ტიპის მზის ელექტროსადგურები იყენებენ, მაგალითად, მზის კოლექტორებს, როგორც დამხმარე ელემენტებს ობიექტებს ცხელი წყლით და სითბოს უზრუნველსაყოფად, ან შესაძლებელია კოშკის ტიპის ელექტროსადგურზე ერთდროულად გამოიყენონ ფოტოცელტების მონაკვეთები.

მზის ენერგია მაღალი ტემპით ვითარდება, ხალხი საბოლოოდ სერიოზულად ფიქრობს ენერგიის ალტერნატიულ წყაროებზე, რათა თავიდან აიცილოს გარდაუვალი მოახლოებული ენერგეტიკული კრიზისი და ეკოლოგიური კატასტროფა. მიუხედავად იმისა, რომ მზის ენერგიის ლიდერები ჯერ კიდევ შეერთებული შტატები და ევროკავშირია, ყველა სხვა მსოფლიო ძალა თანდათან იწყებს მზის ელექტროსადგურების წარმოებისა და გამოყენების გამოცდილების და ტექნოლოგიების მიღებას და გამოყენებას. ეჭვგარეშეა, რომ ადრე თუ გვიან მზის ენერგია გახდება ენერგიის მთავარი წყარო დედამიწაზე.

მზე არის ამოუწურავი, ეკოლოგიურად სუფთა და იაფი ენერგიის წყარო. როგორც ექსპერტები ამბობენ, მზის ენერგიის რაოდენობა, რომელიც აღწევს დედამიწის ზედაპირს ერთი კვირის განმავლობაში, აღემატება ნავთობის, გაზის, ქვანახშირისა და ურანის ყველა მსოფლიო მარაგის ენერგიას 1 . აკადემიკოს ჟ.ი. ალფეროვა, ”კაცობრიობას აქვს საიმედო ბუნებრივი თერმობირთვული რეაქტორი - მზე. ეს არის "F-2" კლასის ვარსკვლავი, ძალიან საშუალო, რომელიც გალაქტიკაში 150 მილიარდამდეა. მაგრამ ეს არის ჩვენი ვარსკვლავი და ის აგზავნის უზარმაზარ ძალას დედამიწაზე, რომლის ტრანსფორმაცია შესაძლებელს ხდის კაცობრიობის თითქმის ნებისმიერი ენერგეტიკული მოთხოვნილების დაკმაყოფილებას მრავალი ასეული წლის განმავლობაში. უფრო მეტიც, მზის ენერგია "სუფთაა" და არ ახდენს უარყოფით გავლენას პლანეტა 2-ის ეკოლოგიაზე.

მნიშვნელოვანი პუნქტია ის ფაქტი, რომ მზის უჯრედების წარმოებისთვის ნედლეული ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ელემენტია - სილიციუმი. დედამიწის ქერქში სილიციუმი მეორე ელემენტია ჟანგბადის შემდეგ (მასით 29,5%) 3 . მრავალი მეცნიერის აზრით, სილიციუმი არის „ოცდამეერთე საუკუნის ზეთი“: 30 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში, ერთი კილოგრამი სილიციუმი ფოტოელექტროსადგურში იმდენივე ელექტროენერგიას გამოიმუშავებს, რამდენიც 75 ტონა ზეთს თბოელექტროსადგურში.

ამასთან, ზოგიერთი ექსპერტი თვლის, რომ მზის ენერგიას არ შეიძლება ეწოდოს ეკოლოგიურად სუფთა, იმის გამო, რომ ფოტო ბატარეებისთვის სუფთა სილიკონის წარმოება ძალიან "ბინძური" და ძალიან ენერგო ინტენსიური წარმოებაა. ამასთან, მზის ელექტროსადგურების მშენებლობა მოითხოვს ჰიდროელექტროსადგურების რეზერვუარების ფართობით შედარებული ფართო მიწების გამოყოფას. მზის ენერგიის კიდევ ერთი მინუსი, ექსპერტების აზრით, მაღალი არასტაბილურობაა. ენერგეტიკული სისტემის ეფექტური მუშაობის უზრუნველყოფა, რომლის ელემენტებიც მზის ელექტროსადგურებია, შესაძლებელია იმ პირობით, რომ:
- მნიშვნელოვანი სარეზერვო სიმძლავრის არსებობა ტრადიციული ენერგიის წყაროების გამოყენებით, რომელთა დაკავშირება შესაძლებელია ღამით ან მოღრუბლულ დღეებში;
- ელექტრული ქსელების მასშტაბური და ძვირადღირებული მოდერნიზაციის განხორციელება 4.

მიუხედავად ამ ნაკლისა, მზის ენერგია აგრძელებს განვითარებას მთელ მსოფლიოში. უპირველეს ყოვლისა, იმის გამო, რომ რადიაციული ენერგია იაფდება და რამდენიმე წელიწადში გახდება ნავთობისა და გაზის მნიშვნელოვანი კონკურენტი.

ამჟამად მსოფლიოში არსებობს ფოტოელექტრული დანადგარები, მზის ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადაქცევა პირდაპირი კონვერტაციის მეთოდის საფუძველზე და თერმოდინამიკური დანადგარები, რომელშიც მზის ენერგია ჯერ სითბოდ გარდაიქმნება, შემდეგ გადაიქცევა მექანიკურ ენერგიად სითბოს ძრავის თერმოდინამიკურ ციკლში და გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად გენერატორში.

მზის უჯრედები ენერგიის წყაროდ შეიძლება გამოყენებულ იქნას:
- ინდუსტრიაში (საავიაციო მრეწველობა, საავტომობილო ინდუსტრია და ა.შ.),
- სოფლის მეურნეობაში,
- საშინაო სფეროში,
- სამშენებლო ინდუსტრიაში (მაგალითად, ეკო სახლები),
- მზის ელექტროსადგურებში,
- ავტონომიურ ვიდეოთვალთვალის სისტემებში,
- ავტონომიური განათების სისტემებში,
- კოსმოსურ ინდუსტრიაში.

ენერგეტიკის სტრატეგიის ინსტიტუტის თანახმად, რუსეთში მზის ენერგიის თეორიული პოტენციალი 2300 მილიარდ ტონაზე მეტი სტანდარტული საწვავია, ეკონომიკური პოტენციალი 12,5 მილიონი ტონა ექვივალენტური საწვავია. მზის ენერგიის პოტენციალი, რომელიც რუსეთის ტერიტორიაზე სამი დღის განმავლობაში შედის, აღემატება ჩვენს ქვეყანაში ელექტროენერგიის მთელი წლიური წარმოების ენერგიას.
რუსეთის მდებარეობიდან გამომდინარე (ჩრდილოეთის გრძედის 41-დან 82 გრადუსამდე), მზის რადიაციის დონე მნიშვნელოვნად იცვლება: შორეულ ჩრდილოეთ რეგიონებში წელიწადში 810 კვტ.სთ/მ2-დან სამხრეთ რეგიონებში წელიწადში 1400 კვტ.სთ/მ2-მდე. მზის რადიაციის დონეზე გავლენას ახდენს აგრეთვე დიდი სეზონური რყევები: 55 გრადუსის სიგანეზე მზის გამოსხივება იანვარში შეადგენს 1,69 კვტ.სთ/მ2, ხოლო ივლისში – 11,41 კვტ/სთ/მ2 დღეში.

მზის ენერგიის პოტენციალი ყველაზე დიდია სამხრეთ-დასავლეთში (ჩრდილოეთი კავკასია, შავი და კასპიის ზღვები) და სამხრეთ ციმბირსა და შორეულ აღმოსავლეთში.

მზის ენერგიის გამოყენების თვალსაზრისით ყველაზე პერსპექტიული რეგიონები: ყალმიკია, სტავროპოლის ტერიტორია, როსტოვის ოლქი, კრასნოდარის მხარე, ვოლგოგრადის ოლქი, ასტრახანის ოლქი და სხვა რეგიონები სამხრეთ-დასავლეთით, ალტაი, პრიმორიე, ჩიტას რეგიონი, ბურიატია და სამხრეთ-აღმოსავლეთის სხვა რეგიონები. . უფრო მეტიც, დასავლეთ და აღმოსავლეთ ციმბირის და შორეული აღმოსავლეთის ზოგიერთი რაიონი აღემატება მზის რადიაციის დონეს სამხრეთ რეგიონებში. მაგალითად, ირკუტსკში (ჩრდილოეთის განედზე 52 გრადუსი) მზის რადიაციის დონე 1340 კვტ/სთ/მ2 აღწევს, ხოლო იაკუტია-სახას რესპუბლიკაში (ჩრდილო განედის 62 გრადუსი) ეს მაჩვენებელი 1290 კვტ/სთ/მ2-ს შეადგენს. 5

ამჟამად რუსეთს აქვს მოწინავე ტექნოლოგიები მზის ენერგიის ელექტროენერგიად გადაქცევისთვის. არსებობს მთელი რიგი საწარმოები და ორგანიზაციები, რომლებმაც შეიმუშავეს და აუმჯობესებენ ფოტოელექტრული გადამყვანების ტექნოლოგიებს: როგორც სილიკონის, ისე მრავალკავშირის სტრუქტურებზე. მზის ელექტროსადგურებისთვის კონცენტრაციის სისტემების გამოყენებაში მრავალი განვითარება არსებობს.

რუსეთში მზის ენერგიის განვითარების მხარდაჭერის საკანონმდებლო ბაზა საწყის ეტაპზეა. თუმცა, პირველი ნაბიჯები უკვე გადაიდგა:
- 2008 წლის 3 ივლისი: მთავრობის დადგენილება No426 „განახლებადი ენერგიის წყაროების გამოყენების საფუძველზე მოქმედი გენერატორის კვალიფიკაციის შესახებ“;
- 2009 წლის 8 იანვარი: რუსეთის ფედერაციის მთავრობის ბრძანება №1-რ „სახელმწიფო პოლიტიკის ძირითადი მიმართულებების შესახებ ელექტროენერგეტიკის ენერგოეფექტურობის გაუმჯობესების სფეროში, განახლებადი ენერგიის წყაროების პერიოდის განმავლობაში გამოყენების საფუძველზე. 2020 წლამდე”

დამტკიცდა მიზნები, რომ განახლებადი ენერგიის წყაროების წილის გაზრდა რუსეთის ენერგეტიკული ბალანსის საერთო დონეზე 2.5%-მდე და 4.5%-მდე შესაბამისად 2015 და 2020 წლებისთვის 6 .

სხვადასხვა შეფასებით, ამ დროისთვის რუსეთში დაყენებული მზის გენერაციის სიმძლავრის მთლიანი მოცულობა არ აღემატება 5 მეგავატს, რომელთა უმეტესობა ოჯახებზე მოდის. რუსეთის მზის ენერგიის ყველაზე დიდი სამრეწველო ობიექტი არის მზის ელექტროსადგური ბელგოროდის რეგიონში, რომლის სიმძლავრეა 100 კვტ, რომელიც ექსპლუატაციაში შევიდა 2010 წელს (შედარებისთვის, მსოფლიოში ყველაზე დიდი მზის ელექტროსადგური მდებარეობს კანადაში, რომლის სიმძლავრეა 80,000 კვტ). .

ამჟამად რუსეთში ორი პროექტი ხორციელდება: მზის პარკების მშენებლობა სტავროპოლის ტერიტორიაზე (სიმძლავრე - 12 მგვტ) და დაღესტნის რესპუბლიკაში (10 მგვტ) 7 . განახლებადი ენერგიის მხარდაჭერის არარსებობის მიუხედავად, არაერთი კომპანია ახორციელებს მცირე მასშტაბის მზის ენერგიის პროექტებს. მაგალითად, Sakhaenergo-მ დაამონტაჟა იაკუტიაში 10 კვტ სიმძლავრის პატარა სადგური.

მოსკოვში არის მცირე დანადგარები: ლეონტიევსკის შესახვევში და მიჩურინსკის პროსპექტზე, რამდენიმე სახლის შესასვლელი და ეზო განათებულია მზის მოდულების გამოყენებით, რამაც განათების ხარჯები 25%-ით შეამცირა. ტიმირიაზევსკაიას ქუჩაზე, ერთ-ერთი ავტობუსის გაჩერების სახურავზე დამონტაჟებულია მზის პანელები, რომლებიც უზრუნველყოფენ საცნობარო და საინფორმაციო სატრანსპორტო სისტემის და Wi-Fi-ს მუშაობას.

მზის ენერგიის განვითარება რუსეთში განპირობებულია მრავალი ფაქტორით:

1) კლიმატური პირობები:ეს ფაქტორი გავლენას ახდენს არა მხოლოდ წელზე, როდესაც მიიღწევა ქსელის პარიტეტი, არამედ მზის დამონტაჟების ტექნოლოგიის არჩევანზე, რომელიც საუკეთესოდ შეეფერება კონკრეტულ რეგიონს;

2)მთავრობის მხარდაჭერა:მზის ენერგიის ლეგალურად დადგენილი ეკონომიკური წახალისების არსებობა გადამწყვეტია
მისი განვითარება. სახელმწიფო მხარდაჭერის სახეობებს შორის, რომლებიც წარმატებით გამოიყენება ევროპისა და აშშ-ის რიგ ქვეყანაში, შეგვიძლია გამოვყოთ: შეღავათიანი ტარიფები მზის ელექტროსადგურებისთვის, მზის ელექტროსადგურების მშენებლობის სუბსიდიები, საგადასახადო შეღავათების სხვადასხვა ვარიანტები, კომპენსაცია ნაწილისთვის. მზის დანადგარების შესაძენად სესხების მომსახურების ხარჯები;

3)PVEU (მზის ფოტოელექტრული დანადგარების) ღირებულება:დღესდღეობით, მზის ელექტროსადგურები ელექტროენერგიის გამომუშავების ერთ-ერთი ყველაზე ძვირადღირებული ტექნოლოგიაა. თუმცა, 1 კვტ/სთ გამომუშავებული ელექტროენერგიის ღირებულება მცირდება, მზის ენერგია კონკურენტუნარიანი ხდება. მზის ელექტროსადგურებზე მოთხოვნა დამოკიდებულია მზის ელექტროსადგურების დადგმული სიმძლავრის 1 ვტ-ით ღირებულების შემცირებაზე (~ $3000 2010 წელს). ხარჯების შემცირება მიიღწევა ეფექტურობის გაზრდით, ტექნოლოგიური ხარჯების შემცირებით და წარმოების მომგებიანობის შემცირებით (კონკურენციის გავლენა). 1 კვტ სიმძლავრის ღირებულების შემცირების პოტენციალი დამოკიდებულია ტექნოლოგიაზე და მერყეობს 5%-დან 15%-მდე წელიწადში;

4) გარემოსდაცვითი სტანდარტები:მზის ენერგიის ბაზარზე შესაძლოა დადებითი გავლენა იქონიოს გარემოსდაცვითი სტანდარტების გამკაცრებამ (შეზღუდვები და ჯარიმები) კიოტოს პროტოკოლის შესაძლო გადასინჯვის გამო. ემისიის კვოტების გაყიდვის მექანიზმების გაუმჯობესებამ შეიძლება ახალი ეკონომიკური სტიმული შექმნას PVEM ბაზრისთვის;

5) ელექტროენერგიის მიწოდებისა და მოთხოვნის ბალანსი:გენერატორისა და ელექტრო ქსელების მშენებლობისა და რეკონსტრუქციის არსებული ამბიციური გეგმების განხორციელება
მრეწველობის რეფორმის დროს რუსეთის RAO EES-ისგან გამოყოფილი კომპანიების სიმძლავრე მნიშვნელოვნად გაზრდის ელექტროენერგიის მიწოდებას და შესაძლოა გაზარდოს ზეწოლა ფასებზე.
საბითუმო ბაზარზე. თუმცა, ძველი სიმძლავრის ამოღება და მოთხოვნის ერთდროული ზრდა გამოიწვევს ფასების ზრდას;

6)ტექნოლოგიურ კავშირთან დაკავშირებული პრობლემების არსებობა:ცენტრალიზებულ ელექტრომომარაგების სისტემასთან ტექნოლოგიური კავშირისთვის განაცხადების შესრულების შეფერხება არის სტიმული ენერგიის ალტერნატიულ წყაროებზე, მათ შორის PVEU-ზე გადასვლისთვის. ასეთი შეფერხებები განისაზღვრება როგორც სიმძლავრის ობიექტური ნაკლებობით, ასევე ქსელის კომპანიების მიერ ტექნოლოგიური კავშირის ორგანიზების არაეფექტურობით ან ტარიფიდან ტექნოლოგიური კავშირის დაფინანსების ნაკლებობით;

7) ადგილობრივი ხელისუფლების ინიციატივები:რეგიონულ და მუნიციპალურ მთავრობებს შეუძლიათ განახორციელონ საკუთარი პროგრამები მზის ენერგიის ან, უფრო ფართოდ, განახლებადი/არატრადიციული ენერგიის წყაროების განვითარების მიზნით. დღეს ასეთი პროგრამები უკვე ხორციელდება კრასნოიარსკისა და კრასნოდარის ტერიტორიებზე, ბურიატიის რესპუბლიკაში და ა.შ.

8) საკუთარი წარმოების განვითარება:მზის ელექტროსადგურების რუსული წარმოება შეიძლება დადებითი გავლენა იქონიოს რუსეთის მზის ენერგიის მოხმარების განვითარებაზე. პირველ რიგში, ჩვენი საკუთარი წარმოების წყალობით, იზრდება მოსახლეობის ზოგადი ინფორმირებულობა მზის ტექნოლოგიების ხელმისაწვდომობისა და მათი პოპულარობის შესახებ. მეორეც, SFEU-ის ღირებულება საბოლოო მომხმარებლებისთვის მცირდება სადისტრიბუციო ჯაჭვის შუალედური რგოლების შემცირებით და სატრანსპორტო კომპონენტის შემცირებით 8 .

Მზის ენერგია

მზის რადიაციის პარამეტრები

უპირველეს ყოვლისა, აუცილებელია მზის გამოსხივების პოტენციური ენერგეტიკული შესაძლებლობების შეფასება. აქ უდიდესი მნიშვნელობა აქვს მის მთლიან სპეციფიკურ ძალას დედამიწის ზედაპირზე და ამ სიმძლავრის განაწილებას სხვადასხვა რადიაციის დიაპაზონზე.

მზის რადიაციის სიმძლავრე

მზის რადიაციული სიმძლავრე, რომელიც მდებარეობს ზენიტში, დედამიწის ზედაპირზე არის დაახლოებით 1350 ვტ/მ2. მარტივი გაანგარიშება აჩვენებს, რომ 10 კვტ სიმძლავრის მისაღებად საჭიროა მზის რადიაციის შეგროვება მხოლოდ 7,5 მ2 ფართობიდან. მაგრამ ეს არის ნათელ შუადღეს ტროპიკულ ზონაში, მთებში, სადაც ატმოსფერო იშვიათი და კრისტალურად სუფთაა. როგორც კი მზე იწყებს ჰორიზონტისკენ მიდრეკილებას, მისი სხივების გზა ატმოსფეროში იზრდება და შესაბამისად იზრდება დანაკარგები ამ გზაზე. მტვრის ან წყლის ორთქლის არსებობა ატმოსფეროში, თუნდაც იმ რაოდენობით, რომელიც შეუმჩნეველია სპეციალური ხელსაწყოების გარეშე, კიდევ უფრო ამცირებს ენერგიის ნაკადს. თუმცა, შუა ზონაშიც კი, ზაფხულის შუადღისას, ყოველ კვადრატულ მეტრზე, რომელიც ორიენტირებულია მზის სხივებზე პერპენდიკულარულად, არის მზის ენერგიის ნაკადი, რომლის სიმძლავრეა დაახლოებით 1 კვტ.

რა თქმა უნდა, მსუბუქი ღრუბლის საფარიც კი მკვეთრად ამცირებს ზედაპირზე მოხვედრილ ენერგიას, განსაკუთრებით ინფრაწითელ (თერმული) დიაპაზონში. თუმცა, გარკვეული ენერგია მაინც აღწევს ღრუბლებში. შუა ზონაში, შუადღისას მძიმე ღრუბლებით, მზის რადიაციის სიმძლავრე, რომელიც აღწევს დედამიწის ზედაპირს, შეფასებულია დაახლოებით 100 W/m2 და მხოლოდ იშვიათ შემთხვევებში, განსაკუთრებით მკვრივი ღრუბლებით, შეიძლება დაეცეს ამ მნიშვნელობას ქვემოთ. ცხადია, ასეთ პირობებში 10 კვტ სიმძლავრის მისაღებად საჭიროა მთლიანად, დანაკარგებისა და ასახვის გარეშე, მზის რადიაციის შეგროვება არა დედამიწის ზედაპირის 7,5 მ2, არამედ მთელი ასი კვადრატული მეტრიდან (100 მ2).

ცხრილი აჩვენებს მზის გამოსხივების ენერგიის მოკლე საშუალო მონაცემებს რუსეთის ზოგიერთი ქალაქისთვის, ჰორიზონტალური ზედაპირის ერთეულზე კლიმატური პირობების (მოღრუბლვის სიხშირე და ინტენსივობის) გათვალისწინებით. ამ მონაცემების დეტალები, დამატებითი მონაცემები პანელის ორიენტაციისთვის, გარდა ჰორიზონტალურისა, ისევე როგორც მონაცემები რუსეთის სხვა რეგიონებისა და ყოფილი სსრკ-ს ქვეყნებისთვის, მოცემულია ცალკე გვერდზე.

დახრილობის ოპტიმალური კუთხით მოთავსებულ ფიქსირებულ პანელს შეუძლია ჰორიზონტალურთან შედარებით 1,2 .. 1.4 ჯერ მეტი ენერგიის შთანთქმა და მზის შემდეგ ბრუნვის შემთხვევაში ზრდა იქნება 1.4 .. 1.8 ჯერ. ეს ჩანს თვეების მიხედვით დაშლილი ფიქსირებული პანელებისთვის, რომლებიც ორიენტირებულია სამხრეთით დახრილობის სხვადასხვა კუთხით, და სისტემებისთვის, რომლებიც თვალყურს ადევნებენ მზის მოძრაობას. მზის პანელების განთავსების თავისებურებები უფრო დეტალურად განიხილება ქვემოთ.

მზის პირდაპირი და დიფუზური გამოსხივება

არსებობს მზის პირდაპირი და დიფუზური გამოსხივება. მზის პირდაპირი გამოსხივების ეფექტურად აღქმისთვის, პანელი უნდა იყოს ორიენტირებული მზის სინათლის ნაკადზე პერპენდიკულურად. გაფანტული რადიაციის აღქმისთვის ორიენტაცია არც ისე კრიტიკულია, რადგან ის საკმაოდ თანაბრად მოდის თითქმის მთელი ციდან - ასე ანათებს დედამიწის ზედაპირი მოღრუბლულ დღეებში (ამ მიზეზით, ღრუბლიან ამინდში ობიექტებს არ აქვთ მკაფიო განსაზღვრული ჩრდილი და ვერტიკალური ზედაპირები, როგორიცაა სვეტები და სახლების კედლები პრაქტიკულად არ ქმნიან ხილულ ჩრდილს).

პირდაპირი და დიფუზური გამოსხივების თანაფარდობა ძლიერ არის დამოკიდებული სხვადასხვა სეზონის ამინდის პირობებზე. მაგალითად, მოსკოვში ზამთარი მოღრუბლულია და იანვარში გაფანტული გამოსხივების წილი მთლიანი ინსოლაციის 90%-ს აღემატება. მაგრამ მოსკოვის ზაფხულშიც კი, გაფანტული გამოსხივება შეადგენს დედამიწის ზედაპირამდე მიმავალი მზის ენერგიის თითქმის ნახევარს. ამავდროულად, მზიან ბაქოში, როგორც ზამთარში, ასევე ზაფხულში, გაფანტული გამოსხივების წილი მთლიანი ინსოლაციის 19-დან 23%-მდე მერყეობს და მზის რადიაციის დაახლოებით 4/5, შესაბამისად, პირდაპირია. ზოგიერთი ქალაქისთვის დიფუზური და მთლიანი ინსოლაციის თანაფარდობა უფრო დეტალურად არის მოცემული ცალკე გვერდზე.

ენერგიის განაწილება მზის სპექტრში

მზის სპექტრი პრაქტიკულად უწყვეტია სიხშირეების უკიდურესად ფართო დიაპაზონში - დაბალი სიხშირის რადიოტალღებიდან ულტრა მაღალი სიხშირის რენტგენის სხივებამდე და გამა გამოსხივებამდე. რა თქმა უნდა, ძნელია ასეთი სხვადასხვა ტიპის რადიაციის თანაბრად ეფექტურად გადაღება (შესაძლოა, ამის მიღწევა მხოლოდ თეორიულად შეიძლება "იდეალური შავი სხეულის" დახმარებით). მაგრამ ეს არ არის აუცილებელი - ჯერ ერთი, თავად მზე ასხივებს სხვადასხვა სიხშირის დიაპაზონში სხვადასხვა სიძლიერით და მეორეც, ყველაფერი, რასაც მზე ასხივებს, არ აღწევს დედამიწის ზედაპირს - სპექტრის გარკვეული ნაწილები დიდწილად შეიწოვება ატმოსფეროს სხვადასხვა კომპონენტით - ძირითადად. ოზონის შრე, წყლის ორთქლი და ნახშირორჟანგი.

აქედან გამომდინარე, ჩვენთვის საკმარისია განვსაზღვროთ ის სიხშირის დიაპაზონები, რომლებშიც მზის ენერგიის უდიდესი ნაკადი შეიმჩნევა დედამიწის ზედაპირზე და გამოვიყენოთ ისინი. ტრადიციულად, მზის და კოსმოსური გამოსხივება იყოფა არა სიხშირით, არამედ ტალღის სიგრძით (ეს განპირობებულია იმით, რომ ექსპონენტები ძალიან დიდია ამ გამოსხივების სიხშირეებისთვის, რაც ძალიან მოუხერხებელია - ჰერცში ხილული სინათლე შეესაბამება მე -14 რიგს). მოდით შევხედოთ ენერგიის განაწილების დამოკიდებულებას მზის რადიაციის ტალღის სიგრძეზე.

ხილული სინათლის დიაპაზონი ითვლება ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 380 ნმ (ღრმა იისფერი) 760 ნმ (ღრმა წითელი). ყველაფერს, რომელსაც აქვს უფრო მოკლე ტალღის სიგრძე, აქვს უფრო მაღალი ფოტონის ენერგია და იყოფა ულტრაიისფერი, რენტგენის და გამა გამოსხივების დიაპაზონებად. მიუხედავად ფოტონების მაღალი ენერგიისა, თავად ამ დიაპაზონში ამდენი ფოტონი არ არის, ამიტომ სპექტრის ამ ნაწილის მთლიანი ენერგეტიკული წვლილი ძალიან მცირეა. ყველაფერს, რასაც უფრო გრძელი ტალღის სიგრძე აქვს, ხილულ სინათლესთან შედარებით ნაკლები ფოტონის ენერგია აქვს და დაყოფილია ინფრაწითელ დიაპაზონში (თერმული გამოსხივება) და რადიოს დიაპაზონის სხვადასხვა ნაწილებად. გრაფიკი გვიჩვენებს, რომ ინფრაწითელ დიაპაზონში მზე ასხივებს ენერგიის თითქმის იგივე რაოდენობას, როგორც ხილულში (დონეები უფრო მცირეა, მაგრამ დიაპაზონი უფრო ფართოა), მაგრამ რადიოსიხშირული დიაპაზონში გამოსხივების ენერგია ძალიან მცირეა.

ამრიგად, ენერგეტიკული თვალსაზრისით, საკმარისია შემოვიფარგლოთ როგორც ხილული და ინფრაწითელი სიხშირის დიაპაზონებით, ასევე ულტრაიისფერთან ახლოს (სადღაც 300 ნმ-მდე, უფრო მოკლე ტალღის სიგრძის მყარი ულტრაიისფერი თითქმის მთლიანად შეიწოვება ე.წ. ოზონის შრე, რომელიც უზრუნველყოფს სწორედ ამ ოზონის სინთეზს ატმოსფერული ჟანგბადიდან). ხოლო მზის ენერგიის ლომის წილი, რომელიც აღწევს დედამიწის ზედაპირს, კონცენტრირებულია ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 300-დან 1800 ნმ-მდე.

შეზღუდვები მზის ენერგიის გამოყენებისას

მზის ენერგიის გამოყენებასთან დაკავშირებული ძირითადი შეზღუდვები გამოწვეულია მისი არათანმიმდევრულობით - მზის დანადგარები ღამით არ მუშაობს და მოღრუბლულ ამინდში არაეფექტურია. ეს აშკარაა თითქმის ყველასთვის.

თუმცა, არის კიდევ ერთი გარემოება, რომელიც განსაკუთრებით აქტუალურია ჩვენი საკმაოდ ჩრდილოეთ განედებისთვის - სეზონური განსხვავებები დღის ხანგრძლივობაში. თუ ტროპიკული და ეკვატორული ზონებისთვის დღისა და ღამის ხანგრძლივობა ოდნავ დამოკიდებულია წელიწადის დროზე, მაშინ უკვე მოსკოვის განედზე უმოკლეს დღე თითქმის 2,5-ჯერ მოკლეა ვიდრე ყველაზე გრძელი! მე არც კი ვსაუბრობ ცირპოლარულ რეგიონებზე... შედეგად, ზაფხულის ნათელ დღეს, მზის ინსტალაციას მოსკოვის მახლობლად შეუძლია არანაკლები ენერგიის გამომუშავება, ვიდრე ეკვატორზე (მზე უფრო დაბალია, მაგრამ დღე უფრო გრძელია). თუმცა, ზამთარში, როცა ენერგიის მოთხოვნილება განსაკუთრებით დიდია, მისი წარმოება, პირიქით, რამდენჯერმე შემცირდება. მართლაც, დღის მოკლე საათების გარდა, ზამთრის დაბალი მზის სხივები, თუნდაც შუადღისას, უნდა გაიაროს ატმოსფეროს გაცილებით სქელ ფენაში და, შესაბამისად, დაკარგოს მნიშვნელოვნად მეტი ენერგია ამ გზაზე, ვიდრე ზაფხულში, როდესაც მზე მაღალია. და სხივები გადის ატმოსფეროში თითქმის ვერტიკალურად (გამოთქმას "ცივი ზამთრის მზე" აქვს ყველაზე პირდაპირი ფიზიკური მნიშვნელობა). თუმცა, ეს არ ნიშნავს, რომ მზის დანადგარები შუა ზონაში და კიდევ უფრო ჩრდილოეთ რაიონებში სრულიად უსარგებლოა - თუმცა ისინი ნაკლებად გამოსაყენებელია ზამთარში, გრძელი დღეების პერიოდში, მინიმუმ ექვსი თვის განმავლობაში გაზაფხულისა და შემოდგომის ბუნიობას შორის. ისინი საკმაოდ ეფექტურია.

განსაკუთრებით საინტერესოა მზის დანადგარების გამოყენება სულ უფრო ფართოდ გავრცელებულ, მაგრამ ძალზედ „მჭამელი“ კონდიციონერების კვებისათვის. ბოლოს და ბოლოს, რაც უფრო ძლიერად ანათებს მზე, მით უფრო ცხელდება და მეტი კონდიციონერია საჭირო. მაგრამ ასეთ პირობებში მზის დანადგარებს ასევე შეუძლიათ მეტი ენერგიის გამომუშავება და ამ ენერგიას გამოიყენებს კონდიციონერი „აქ და ახლა“, მას არ სჭირდება დაგროვება და შენახვა! გარდა ამისა, სულაც არ არის საჭირო ენერგიის ელექტრულ ფორმად გადაქცევა - შთანთქმის სითბოს ძრავები უშუალოდ იყენებენ სითბოს, რაც ნიშნავს, რომ ფოტოელექტრული ბატარეების ნაცვლად, შეგიძლიათ გამოიყენოთ მზის კოლექტორები, რომლებიც ყველაზე ეფექტურია სუფთა, ცხელ ამინდში. მართალია, მიმაჩნია, რომ კონდიციონერები შეუცვლელია მხოლოდ ცხელ, უწყლო რეგიონებში და ნოტიო ტროპიკულ კლიმატში, ასევე თანამედროვე ქალაქებში, განურჩევლად მათი მდებარეობისა. კომპეტენტურად შემუშავებულ და აშენებულ აგარაკს, არა მხოლოდ შუა ზონაში, არამედ რუსეთის სამხრეთის უმეტეს ნაწილში, არ სჭირდება ასეთი ენერგიით მშიერი, მოცულობითი, ხმაურიანი და კაპრიზული მოწყობილობა.

სამწუხაროდ, ქალაქებში, მეტ-ნაკლებად მძლავრი მზის დანადგარების ინდივიდუალური გამოყენება რაიმე შესამჩნევი პრაქტიკული სარგებლით შესაძლებელია მხოლოდ იშვიათ შემთხვევებში, განსაკუთრებით საბედნიეროდ. თუმცა, მე არ მიმაჩნია ქალაქის ბინა სრულფასოვან საცხოვრებლად, რადგან მისი ნორმალური ფუნქციონირება დამოკიდებულია ძალიან ბევრ ფაქტორზე, რომელიც არ არის ხელმისაწვდომი მაცხოვრებლების პირდაპირი კონტროლისთვის წმინდა ტექნიკური მიზეზების გამო და, შესაბამისად, მარცხის შემთხვევაში მაინც. ერთ-ერთი სიცოცხლის მხარდაჭერის სისტემა მეტ-ნაკლებად დიდი ხნის განმავლობაში თანამედროვე მრავალბინიან კორპუსში არ იქნება მისაღები პირობები საცხოვრებლად (უფრო სწორად, ბინა მაღალსართულიან კორპუსში უნდა ჩაითვალოს ერთგვარ სასტუმრო ოთახად, რომელიც მოსახლეობას განუსაზღვრელი სარგებლობისთვის ან მუნიციპალიტეტიდან ქირაობდა). მაგრამ ქალაქის გარეთ მზის ენერგიაზე განსაკუთრებული ყურადღება შეიძლება გამართლებული იყოს თუნდაც 6 ჰექტარ ფართობზე მცირე ნაკვეთზე.

მზის პანელების განთავსების თავისებურებები

მზის პანელების ოპტიმალური ორიენტაციის არჩევა ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი საკითხია ნებისმიერი ტიპის მზის დანადგარების პრაქტიკული გამოყენებისას. სამწუხაროდ, ეს ასპექტი ძალიან ცოტაა განხილული მზის ენერგიისადმი მიძღვნილ სხვადასხვა საიტებზე, თუმცა მისი უგულებელყოფამ შეიძლება შეამციროს პანელების ეფექტურობა მიუღებელ დონემდე.

ფაქტია, რომ ზედაპირზე სხივების დაცემის კუთხე დიდად მოქმედებს ასახვის კოეფიციენტზე და, შესაბამისად, არამიმღები მზის ენერგიის პროპორციაზე. მაგალითად, მინისთვის, როდესაც დაცემის კუთხე გადახრის პერპენდიკულარიდან მის ზედაპირზე 30°-მდე, ასახვის კოეფიციენტი პრაქტიკულად არ იცვლება და ოდნავ ნაკლებია 5%-ზე, ე.ი. ინციდენტის გამოსხივების 95%-ზე მეტი გადის შიგნით. შემდგომში შესამჩნევი ხდება არეკვლის ზრდა და 60°-ით არეკლილი გამოსხივების წილი გაორმაგდება - თითქმის 10%-მდე. დაცემის კუთხით 70°, გამოსხივების დაახლოებით 20% აირეკლება, ხოლო 80° - 40%. სხვა ნივთიერებების უმეტესობისთვის, ასახვის ხარისხის დამოკიდებულება დაცემის კუთხეზე დაახლოებით იგივეა.

კიდევ უფრო მნიშვნელოვანია ე.წ ეფექტური პანელის ფართობი, ე.ი. რადიაციული ნაკადის განივი მონაკვეთი, რომელიც მას ფარავს. იგი უდრის პანელის რეალურ ფართობს, გამრავლებული მის სიბრტყესა და დინების მიმართულებას შორის კუთხის სინუსზე (ან, რაც იგივეა, კუთხის კოსინუსზე პანელის პერპენდიკულარულ და მიმართულებას შორის. ნაკადის). მაშასადამე, თუ პანელი ნაკადის პერპენდიკულარულია, მისი ეფექტური ფართობი უდრის მის რეალურ ფართობს, თუ დინება გადახრილია პერპენდიკულარიდან 60°-ით, ეს არის რეალური ფართობის ნახევარი, ხოლო თუ ნაკადი პანელის პარალელურია, მისი ეფექტური ფართობი არის ნული. ამრიგად, ნაკადის მნიშვნელოვანი გადახრა პერპენდიკულარიდან პანელამდე არა მხოლოდ ზრდის ანარეკლს, არამედ ამცირებს მის ეფექტურ ფართობს, რაც იწვევს წარმოების ძალიან შესამჩნევ ვარდნას.

ცხადია, ჩვენი მიზნებისთვის ყველაზე ეფექტურია პანელის მუდმივი ორიენტაცია მზის სხივების ნაკადზე პერპენდიკულარული. მაგრამ ეს მოითხოვს პანელის პოზიციის შეცვლას ორ სიბრტყეში, რადგან მზის პოზიცია ცაში დამოკიდებულია არა მხოლოდ დღის დროზე, არამედ წელიწადის დროზეც. მიუხედავად იმისა, რომ ასეთი სისტემა, რა თქმა უნდა, ტექნიკურად შესაძლებელია, ის არის ძალიან რთული და, შესაბამისად, ძვირი და არც ისე საიმედო.

თუმცა, გვახსოვდეს, რომ დაცემის კუთხით 30°-მდე, არეკვლის კოეფიციენტი ჰაერ-მინის ინტერფეისზე მინიმალურია და პრაქტიკულად უცვლელი, და ერთი წლის განმავლობაში, მზის მაქსიმალური ამოსვლის კუთხე ჰორიზონტზე გადახრის. საშუალო პოზიციიდან არაუმეტეს ±23°-ით. პანელის ეფექტური ფართობი პერპენდიკულარიდან 23°-ით გადახრისას ასევე საკმაოდ დიდი რჩება - მისი რეალური ფართობის მინიმუმ 92%. მაშასადამე, შეგიძლიათ ყურადღება გაამახვილოთ მზის მაქსიმალური ამოსვლის საშუალო წლიურ სიმაღლეზე და, პრაქტიკულად, ეფექტურობის დაკარგვის გარეშე, შემოიფარგლოთ ბრუნვით მხოლოდ ერთ სიბრტყეში - დედამიწის პოლარული ღერძის გარშემო დღეში 1 რევოლუციის სიჩქარით. . ასეთი ბრუნვის ღერძის დახრილობის კუთხე ჰორიზონტალურთან უდრის ადგილის გეოგრაფიულ გრძედს. მაგალითად, მოსკოვისთვის, რომელიც მდებარეობს 56° განედზე, ასეთი ბრუნვის ღერძი უნდა იყოს დახრილი ჩრდილოეთით ზედაპირთან შედარებით 56°-ით (ან, რაც იგივეა, გადახრილი იყოს ვერტიკალიდან 34°-ით). ასეთი ბრუნვის ორგანიზება ბევრად უფრო ადვილია, თუმცა, დიდი პანელი მოითხოვს დიდ ადგილს შეუფერხებლად ბრუნვისთვის. გარდა ამისა, აუცილებელია ან მოცურების კავშირის ორგანიზება, რომელიც საშუალებას მოგცემთ ამოიღოთ მთელი ენერგია, რომელსაც ის იღებს მუდმივად მბრუნავი პანელიდან, ან შემოიფარგლოთ მოქნილი კომუნიკაციებით ფიქსირებული კავშირით, მაგრამ უზრუნველყოთ პანელის ავტომატური დაბრუნება ღამით. - წინააღმდეგ შემთხვევაში, ენერგიის მოცილების კომუნიკაციების გადახვევა და გაფუჭება შეუძლებელია. ორივე გამოსავალი მკვეთრად ზრდის სირთულეს და ამცირებს სისტემის საიმედოობას. როგორც პანელების სიმძლავრე (და შესაბამისად მათი ზომა და წონა) იზრდება, ტექნიკური პრობლემები ექსპონენტურად უფრო რთული ხდება.

ყოველივე ზემოაღნიშნულთან დაკავშირებით, თითქმის ყოველთვის ინდივიდუალური მზის დანადგარების პანელები დამონტაჟებულია უმოძრაოდ, რაც უზრუნველყოფს შედარებით იაფს და ინსტალაციის უმაღლეს საიმედოობას. თუმცა, აქ პანელის განლაგების კუთხის არჩევანი განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი ხდება. განვიხილოთ ეს პრობლემა მოსკოვის მაგალითით.

მოდით შევხედოთ ინსოლაციის დიაგრამებს პანელის დამონტაჟების სხვადასხვა კუთხისთვის. რა თქმა უნდა, მზის შემდეგ მობრუნებული პანელი კონკურენციის გარეშეა (ნარინჯისფერი ხაზი). თუმცა, ზაფხულის გრძელ დღეებშიც კი, მისი ეფექტურობა აღემატება ფიქსირებული ჰორიზონტალური (ლურჯი) და ოპტიმალური კუთხით დახრილი (წითელი) პანელების ეფექტურობას მხოლოდ დაახლოებით 30%-ით. მაგრამ ამ დღეებში საკმარისი სითბო და სინათლეა! მაგრამ ყველაზე ენერგოდეფიციტური პერიოდის განმავლობაში ოქტომბრიდან თებერვლამდე, მბრუნავი პანელის უპირატესობა ფიქსირებულ პანელთან შედარებით მინიმალურია და თითქმის შეუმჩნეველია. მართალია, ამ დროს დახრილი პანელის კომპანია არის არა ჰორიზონტალური, არამედ ვერტიკალური პანელი (მწვანე ხაზი). და ეს გასაკვირი არ არის - ზამთრის მზის დაბალი სხივები ჰორიზონტალურ პანელზე სრიალებს, მაგრამ კარგად აღიქმება ვერტიკალური პანელის მიერ, რომელიც თითქმის პერპენდიკულარულია მათზე. ამიტომ, თებერვალში, ნოემბერში და დეკემბერში, ვერტიკალური პანელი უფრო ეფექტურია, ვიდრე თუნდაც დახრილი და თითქმის არ განსხვავდება მბრუნავი პანელისგან. მარტსა და ოქტომბერში დღეები უფრო გრძელია და მბრუნავი პანელი უკვე იწყებს თავდაჯერებულად (თუმცა არც ისე დიდად) აჯობებს ნებისმიერ ფიქსირებულ ვარიანტს, მაგრამ დახრილი და ვერტიკალური პანელების ეფექტურობა თითქმის იგივეა. და მხოლოდ გრძელი დღეების პერიოდში, აპრილიდან აგვისტომდე, ჰორიზონტალური პანელი უსწრებს ვერტიკალურ პანელს მიღებული ენერგიის თვალსაზრისით და უახლოვდება დახრილს, ივნისში კი ოდნავ აღემატება მას. ვერტიკალური პანელის ზაფხულის დაკარგვა ბუნებრივია - ბოლოს და ბოლოს, ვთქვათ, ზაფხულის ბუნიობის დღე მოსკოვში გრძელდება 17 საათზე მეტ ხანს, ხოლო ვერტიკალური პანელის წინა (სამუშაო) ნახევარსფეროში მზე შეიძლება დარჩეს არა უმეტეს. 12 საათი, დარჩენილი 5 საათი (დღის საათების თითქმის მესამედი!) მის უკან არის. თუ გავითვალისწინებთ, რომ 60°-ზე მეტი დაცემის კუთხით, პანელის ზედაპირიდან არეკლილი სინათლის პროპორცია იწყებს სწრაფად ზრდას და მისი ეფექტური ფართობი მცირდება ნახევარით ან მეტით, მაშინ ეფექტური აღქმის დრო. მზის გამოსხივება ასეთი პანელისთვის არ აღემატება 8 საათს - ანუ დღის მთლიანი ხანგრძლივობის 50%-ზე ნაკლები. ეს არის ზუსტად ის, რაც ხსნის იმ ფაქტს, რომ ვერტიკალური პანელების პროდუქტიულობა სტაბილიზდება გრძელი დღეების მთელი პერიოდის განმავლობაში - მარტიდან სექტემბრამდე. და ბოლოს, იანვარი გარკვეულწილად განსხვავდება - ამ თვეში ყველა ორიენტაციის პანელების შესრულება თითქმის ერთნაირია. ფაქტია, რომ მოსკოვში ეს თვე ძალიან მოღრუბლულია და მზის ენერგიის 90% -ზე მეტი მოდის გაფანტული რადიაციისგან და ასეთი გამოსხივებისთვის პანელის ორიენტაცია არ არის ძალიან მნიშვნელოვანი (მთავარია ის არ მიმართოთ მას მიწა). თუმცა, რამდენიმე მზიანი დღე, რომელიც ჯერ კიდევ იანვარში ხდება, ჰორიზონტალური პანელის წარმოებას დანარჩენებთან შედარებით 20%-ით ამცირებს.

დახრილობის რა კუთხე უნდა აირჩიოთ? ეს ყველაფერი დამოკიდებულია იმაზე, თუ როდის გჭირდებათ მზის ენერგია. თუ გსურთ მისი გამოყენება მხოლოდ თბილ სეზონზე (ვთქვათ, ქვეყანაში), მაშინ უნდა აირჩიოთ ეგრეთ წოდებული "ოპტიმალური" დახრის კუთხე, მზის საშუალო პოზიციის პერპენდიკულარული გაზაფხულისა და შემოდგომის ბუნიობას შორის პერიოდში. . ის დაახლოებით 10° .. 15°-ით ნაკლებია გეოგრაფიულ განედზე, ხოლო მოსკოვისთვის არის 40° .. 45°. თუ ენერგია გჭირდება მთელი წლის განმავლობაში, მაშინ მაქსიმუმი უნდა "გამოიწოვოთ" ენერგოდეფიციტურ ზამთრის თვეებში, რაც ნიშნავს, რომ ფოკუსირება უნდა მოახდინოთ მზის საშუალო პოზიციაზე შემოდგომისა და გაზაფხულის ბუნიობას შორის და მოათავსოთ პანელები უფრო ახლოს. ვერტიკალური - 5° .. 15°-ით მეტი გეოგრაფიული განედზე (მოსკოვისთვის ეს იქნება 60° .. 70°). თუ არქიტექტურული ან დიზაინის მიზეზების გამო შეუძლებელია ასეთი კუთხის შენარჩუნება და თქვენ უნდა აირჩიოთ 40° ან ნაკლები დახრილობის კუთხე ან ვერტიკალური ინსტალაცია, უპირატესობა მიანიჭეთ ვერტიკალურ პოზიციას. ამავდროულად, ენერგიის „დეფიციტი“ ზაფხულის გრძელ დღეებში არც თუ ისე კრიტიკულია - ამ პერიოდში არსებობს უამრავი ბუნებრივი სითბო და შუქი, ხოლო ენერგიის წარმოების საჭიროება, როგორც წესი, არ არის ისეთი დიდი, როგორც ზამთარში და გამორთვაში. - სეზონი. ბუნებრივია, პანელის დახრილობა სამხრეთისკენ უნდა იყოს ორიენტირებული, თუმცა ამ მიმართულებიდან 10° .. 15°-ით აღმოსავლეთის ან დასავლეთისკენ გადახრა ოდნავ იცვლება და შესაბამისად სავსებით მისაღებია.

მზის პანელების ჰორიზონტალური განთავსება მთელ რუსეთში არაეფექტური და სრულიად გაუმართლებელია. შემოდგომა-ზამთრის პერიოდში ენერგიის წარმოების ძალიან დიდი შემცირების გარდა, მტვერი ინტენსიურად გროვდება ჰორიზონტალურ პანელებზე, ასევე თოვლი ზამთარში და მათი ამოღება შესაძლებელია მხოლოდ სპეციალურად ორგანიზებული დასუფთავების დახმარებით (ჩვეულებრივ ხელით). თუ პანელის დახრილობა 60°-ს აღემატება, მაშინ მის ზედაპირზე თოვლი დიდად არ ჩერდება და ჩვეულებრივ სწრაფად ცვივა თავისით, ხოლო მტვრის თხელი ფენა წვიმით ადვილად ირეცხება.

იმის გამო, რომ მზის მოწყობილობების ფასები ბოლო დროს მცირდება, შეიძლება იყოს მომგებიანი, სამხრეთისკენ ორიენტირებული მზის პანელების ერთი ველის ნაცვლად, გამოიყენოთ ორი უფრო მაღალი ჯამური სიმძლავრით, ორიენტირებული მიმდებარედ (სამხრეთ-აღმოსავლეთით და სამხრეთ-დასავლეთით) და თუნდაც მოპირდაპირეზე (აღმოსავლეთით). და დასავლეთი) კარდინალური მიმართულებები. ეს უზრუნველყოფს უფრო ერთგვაროვან წარმოებას მზიან დღეებში და გაზრდის წარმოებას მოღრუბლულ დღეებში, ხოლო დანარჩენი აღჭურვილობა დარჩება იგივე, შედარებით დაბალი სიმძლავრისთვის და შესაბამისად იქნება უფრო კომპაქტური და იაფი.

და ერთი ბოლო რამ. მინა, რომლის ზედაპირი არ არის გლუვი, მაგრამ აქვს განსაკუთრებული რელიეფი, შეუძლია ბევრად უფრო ეფექტურად აღიქვას გვერდითი სინათლე და გადასცეს მზის პანელის სამუშაო ელემენტებს. როგორც ჩანს, ყველაზე ოპტიმალურია ტალღოვანი რელიეფი ჩრდილოეთიდან სამხრეთისკენ პროტრუზიებისა და დეპრესიების ორიენტირებით (ვერტიკალური პანელებისთვის - ზემოდან ქვემოდან) - ერთგვარი ხაზოვანი ლინზა. გოფრირებული მინა შეიძლება გაზარდოს ფიქსირებული პანელის წარმოება 5% ან მეტით.

მზის ენერგიის დანადგარების ტრადიციული ტიპები

დროდადრო ჩნდება ცნობები სხვა მზის ელექტროსადგურის (SPP) ან გამწმენდი სადგურის მშენებლობის შესახებ. თერმული მზის კოლექტორები და ფოტოელექტრული მზის პანელები გამოიყენება მთელ მსოფლიოში, აფრიკიდან სკანდინავიამდე. მზის ენერგიის გამოყენების ეს მეთოდები ათწლეულების განმავლობაში ვითარდებოდა, მათ ინტერნეტში ბევრი საიტი ეძღვნება. ამიტომ, აქ მათ ძალიან ზოგადი თვალსაზრისით განვიხილავ. თუმცა, ერთი მნიშვნელოვანი პუნქტი პრაქტიკულად არ არის დაფარული ინტერნეტში - ეს არის კონკრეტული პარამეტრების არჩევანი მზის ენერგიის ინდივიდუალური სისტემის შექმნისას. იმავდროულად, ეს კითხვა არც ისე მარტივია, როგორც ერთი შეხედვით ჩანს. მზის ენერგიის სისტემისთვის პარამეტრების არჩევის მაგალითი მოცემულია ცალკე გვერდზე.

მზის პანელები

ზოგადად რომ ვთქვათ, "მზის ბატარეა" შეიძლება გავიგოთ, როგორც ნებისმიერი იდენტური მოდულის ნაკრები, რომელიც აღიქვამს მზის გამოსხივებას და გაერთიანებულია ერთ მოწყობილობაში, მათ შორის წმინდა თერმულ მოწყობილობებში, მაგრამ ტრადიციულად ეს ტერმინი სპეციალურად ენიჭება ფოტოელექტრული გადამყვანის პანელებს. აქედან გამომდინარე, ტერმინი "მზის ბატარეა" თითქმის ყოველთვის ეხება ფოტოელექტრო მოწყობილობას, რომელიც პირდაპირ გარდაქმნის მზის გამოსხივებას ელექტრო დენად. ეს ტექნოლოგია აქტიურად ვითარდებოდა მე-20 საუკუნის შუა ხანებიდან. მისი განვითარების უზარმაზარი სტიმული იყო გარე კოსმოსის შესწავლა, სადაც მზის ბატარეებს ამჟამად მხოლოდ მცირე ზომის ბირთვული ენერგიის წყაროებს შეუძლიათ კონკურენცია გაუწიონ წარმოებული ენერგიისა და მუშაობის დროს. ამ დროის განმავლობაში, მზის ბატარეების კონვერტაციის ეფექტურობა გაიზარდა ერთი ან ორი პროცენტიდან 17%-მდე ან მეტზე მასობრივი წარმოების, შედარებით იაფ მოდელებში და 42%-ზე მეტ პროტოტიპებში. მნიშვნელოვნად გაიზარდა მომსახურების ვადა და ოპერაციული საიმედოობა.

მზის პანელების უპირატესობები

მზის პანელების მთავარი უპირატესობაა მათი დიზაინის უკიდურესი სიმარტივე და მოძრავი ნაწილების სრული არარსებობა. შედეგი არის დაბალი სპეციფიკური წონა და არაპრეტენზიულობა, მაღალი საიმედოობით, ასევე უმარტივესი შესაძლო ინსტალაცია და მინიმალური ტექნიკური მოთხოვნები ექსპლუატაციის დროს (ჩვეულებრივ, საკმარისია მხოლოდ სამუშაო ზედაპირიდან ჭუჭყის ამოღება, როდესაც ის გროვდება). ისინი წარმოადგენენ მცირე სისქის ბრტყელ ელემენტებს, ისინი საკმაოდ წარმატებით არის განთავსებული სახურავის ფერდობზე მზისკენ ან სახლის კედელზე, პრაქტიკულად დამატებითი სივრცის ან ცალკეული მოცულობითი სტრუქტურების აგების გარეშე. ერთადერთი პირობა ის არის, რომ არაფერი არ უნდა დაფაროს ისინი რაც შეიძლება დიდხანს.

კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი უპირატესობა ის არის, რომ ენერგია წარმოიქმნება დაუყოვნებლივ ელექტროენერგიის სახით - დღემდე ყველაზე უნივერსალური და მოსახერხებელი ფორმით.

სამწუხაროდ, არაფერი გრძელდება სამუდამოდ - ფოტოელექტრული გადამყვანების ეფექტურობა მცირდება მათი მომსახურების ვადის განმავლობაში. ნახევარგამტარული ვაფლები, რომლებიც ჩვეულებრივ ქმნიან მზის უჯრედებს, დროთა განმავლობაში იშლება და კარგავს თავის თვისებებს, რის შედეგადაც მზის უჯრედების ისედაც არც თუ ისე მაღალი ეფექტურობა კიდევ უფრო დაბალი ხდება. მაღალ ტემპერატურაზე ხანგრძლივი ზემოქმედება აჩქარებს ამ პროცესს. თავიდან მე აღვნიშნე ეს, როგორც ფოტოელექტრული ბატარეების ნაკლი, განსაკუთრებით იმის გამო, რომ "მკვდარი" ფოტოელექტრული უჯრედების აღდგენა შეუძლებელია. თუმცა, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ რომელიმე მექანიკურმა ელექტრო გენერატორმა შეძლოს მინიმუმ 1% ეფექტურობის დემონსტრირება მხოლოდ 10 წლის უწყვეტი მუშაობის შემდეგ - დიდი ალბათობით, მას სერიოზული შეკეთება დასჭირდება ბევრად უფრო ადრე, მექანიკური ცვეთის გამო, თუ არა საკისრები, მაშინ ჯაგრისები. - და თანამედროვე ფოტოკონვერტერებს შეუძლიათ შეინარჩუნონ თავიანთი ეფექტურობა ათწლეულების განმავლობაში. ოპტიმისტური შეფასებით, 25 წლის განმავლობაში მზის ბატარეის ეფექტურობა მცირდება მხოლოდ 10%-ით, რაც ნიშნავს, რომ თუ სხვა ფაქტორები არ ჩაერია, მაშინ 100 წლის შემდეგაც კი დარჩება საწყისი ეფექტურობის თითქმის 2/3. თუმცა, პოლი- და მონოკრისტალურ სილიკონზე დაფუძნებული მასობრივი კომერციული ფოტოელექტრული უჯრედებისთვის, პატიოსანი მწარმოებლები და გამყიდველები აძლევენ ოდნავ განსხვავებულ დაბერების მაჩვენებლებს - 20 წლის შემდეგ უნდა ველოდოთ ეფექტურობის 20%-მდე დაკარგვას (მაშინ თეორიულად 40 წლის შემდეგ ეფექტურობა იქნება ორიგინალის 2/3, განახევრებულია 60 წელიწადში და 100 წლის შემდეგ დარჩება ორიგინალური პროდუქტიულობის 1/3-ზე ოდნავ ნაკლები). ზოგადად, თანამედროვე ფოტოკონვერტერების ნორმალური მომსახურების ვადა მინიმუმ 25...30 წელია, ამიტომ დეგრადაცია არც ისე კრიტიკულია და ბევრად უფრო მნიშვნელოვანია მათგან მტვრის დროულად გაწმენდა...

თუ ბატარეები დამონტაჟდება ისე, რომ ბუნებრივი მტვერი პრაქტიკულად არ არსებობს ან დროულად ჩამოირეცხება ბუნებრივი წვიმით, მაშინ ისინი მრავალი წლის განმავლობაში შეძლებენ მუშაობას ყოველგვარი მოვლის გარეშე. ამხელა დროის მუშაობის შესაძლებლობა ტექნიკური მომსახურების გარეშე არის კიდევ ერთი მთავარი უპირატესობა.

დაბოლოს, მზის პანელებს შეუძლიათ ენერგიის გამომუშავება გამთენიიდან დაღამებამდე, თუნდაც მოღრუბლულ ამინდში, როდესაც მზის თერმული კოლექტორები მხოლოდ ოდნავ განსხვავდება გარემოს ტემპერატურისგან. რა თქმა უნდა, ნათელ მზიან დღესთან შედარებით, მათი პროდუქტიულობა ბევრჯერ ეცემა, მაგრამ რაღაც ჯობია საერთოდ არაფერს! ამასთან დაკავშირებით, განსაკუთრებული ინტერესია ბატარეების შემუშავება მაქსიმალური ენერგიის გარდაქმნით იმ დიაპაზონში, სადაც ღრუბლები ყველაზე ნაკლებად შთანთქავენ მზის გამოსხივებას. გარდა ამისა, მზის ფოტოკონვერტორების არჩევისას ყურადღება უნდა მიაქციოთ მათ მიერ წარმოქმნილი ძაბვის დამოკიდებულებას განათებაზე - ის უნდა იყოს რაც შეიძლება მცირე (როდესაც განათება მცირდება, ჯერ უნდა დაეცეს დენი და არა ძაბვა, რადგან წინააღმდეგ შემთხვევაში, მიიღეთ რაიმე სასარგებლო ეფექტი მაინც მოღრუბლულ დღეებში მოგიწევთ გამოიყენოთ ძვირადღირებული დამატებითი აღჭურვილობა, რომელიც იძულებით ზრდის ძაბვას მინიმუმამდე, რაც საკმარისია ბატარეების დასატენად და ინვერტორების მუშაობისთვის).

მზის პანელების ნაკლოვანებები

რა თქმა უნდა, მზის პანელებს ბევრი უარყოფითი მხარე აქვს. გარდა იმისა, რომ დამოკიდებულია ამინდისა და დღის დროზე, შეიძლება აღინიშნოს შემდეგი.

დაბალი ეფექტურობა. იმავე მზის კოლექტორს, ფორმისა და ზედაპირის მასალის სწორი არჩევანით, შეუძლია შთანთქოს თითქმის მთელი მზის რადიაცია, რომელიც მას ურტყამს სიხშირეების თითქმის მთელ სპექტრში, რომლებიც ატარებენ შესამჩნევ ენერგიას - შორეული ინფრაწითელიდან ულტრაიისფერ დიაპაზონამდე. მზის ბატარეები ენერგიას შერჩევით გარდაქმნის - ატომების სამუშაო აგზნებისთვის საჭიროა გარკვეული ფოტონების ენერგიები (გამოსხივების სიხშირეები), ამიტომ ზოგიერთ სიხშირის ზოლში კონვერტაცია ძალზე ეფექტურია, ხოლო სხვა სიხშირის დიაპაზონი მათთვის უსარგებლოა. გარდა ამისა, მათ მიერ დაჭერილი ფოტონების ენერგია კვანტურად გამოიყენება - მისი „ჭარბი“, საჭირო დონეს აღემატება, მიდის ფოტოკონვერტორის მასალის გაცხელებაზე, რაც ამ შემთხვევაში საზიანოა. ეს არის ძირითადად ის, რაც ხსნის მათ დაბალ ეფექტურობას.
სხვათა შორის, თუ თქვენ აირჩიეთ არასწორი დამცავი საფარი მასალა, შეგიძლიათ მნიშვნელოვნად შეამციროთ ბატარეის ეფექტურობა. საქმეს ამძიმებს ის ფაქტი, რომ ჩვეულებრივი მინა საკმაოდ კარგად შთანთქავს დიაპაზონის მაღალენერგიულ ულტრაიისფერ ნაწილს და ზოგიერთი ტიპის ფოტოცელებისთვის ეს კონკრეტული დიაპაზონი ძალზე აქტუალურია - ინფრაწითელი ფოტონების ენერგია მათთვის ძალიან დაბალია.

მგრძნობელობა მაღალი ტემპერატურის მიმართ. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მზის უჯრედების ეფექტურობა, ისევე როგორც თითქმის ყველა სხვა ნახევარგამტარული მოწყობილობა, მცირდება. 100..125°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე მათ შეიძლება დროებით დაკარგონ ფუნქციონირება და კიდევ უფრო დიდი გათბობა შეუქცევად ზიანს აყენებს მათ. გარდა ამისა, ამაღლებული ტემპერატურა აჩქარებს ფოტოცელტების დეგრადაციას. ამიტომ, აუცილებელია ყველა ზომის მიღება, რათა შემცირდეს გათბობა, რომელიც გარდაუვალია მზის მცხუნვარე პირდაპირი სხივების ქვეშ. როგორც წესი, მწარმოებლები ზღუდავენ ფოტოცელების ნომინალურ ოპერაციულ ტემპერატურულ დიაპაზონს +70°..+90°C-მდე (ეს ნიშნავს თავად ელემენტების გათბობას და გარემოს ტემპერატურა, ბუნებრივია, გაცილებით დაბალი უნდა იყოს).
სიტუაციას კიდევ უფრო ართულებს ის, რომ საკმაოდ მყიფე ფოტოცელების მგრძნობიარე ზედაპირი ხშირად დაფარულია დამცავი მინით ან გამჭვირვალე პლასტმასით. თუ დამცავ საფარსა და ფოტოცელის ზედაპირს შორის რჩება ჰაერის უფსკრული, წარმოიქმნება ერთგვარი „სათბური“, რომელიც ამძიმებს გადახურებას. მართალია, დამცავ მინასა და ფოტოცელის ზედაპირს შორის მანძილის გაზრდით და ამ ღრუს ზემოთ და ქვემოთ ატმოსფეროსთან დაკავშირებით, შესაძლებელია კონვექციური ჰაერის ნაკადის ორგანიზება, რომელიც ბუნებრივად გაგრილებს ფოტოცელებს. თუმცა, ნათელ მზეზე და მაღალ გარე ტემპერატურაზე, ეს შეიძლება არ იყოს საკმარისი; უფრო მეტიც, ეს მეთოდი ხელს უწყობს ფოტოცელების სამუშაო ზედაპირის დაჩქარებულ მტვერს. ამიტომ, არც ისე დიდი მზის ბატარეისთვისაც კი შეიძლება მოითხოვოს სპეციალური გაგრილების სისტემა. სამართლიანობისთვის უნდა ითქვას, რომ ასეთი სისტემები, როგორც წესი, ადვილად ავტომატიზირებულია და ვენტილატორი ან ტუმბოს ძრავა მოიხმარს გამომუშავებული ენერგიის მხოლოდ მცირე ნაწილს. ძლიერი მზის არარსებობის შემთხვევაში, არ არის დიდი გათბობა და საერთოდ არ არის საჭირო გაგრილება, ამიტომ გაგრილების სისტემის მართვისას დაზოგილი ენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა მიზნებისთვის. უნდა აღინიშნოს, რომ თანამედროვე ქარხნულ პანელებში დამცავი საფარი, როგორც წესი, მჭიდროდ ერგება ფოტოელემენტების ზედაპირს და შლის სითბოს გარეთ, მაგრამ სახლის დიზაინში დამცავ მინასთან მექანიკურმა კონტაქტმა შეიძლება დააზიანოს ფოტოცელი.

მგრძნობელობა განათების უთანასწორობის მიმართ. როგორც წესი, ბატარეის გამოსავალზე ძაბვის მისაღებად, რომელიც მეტ-ნაკლებად მოსახერხებელია გამოსაყენებლად (12, 24 ან მეტი ვოლტი), ფოტოცელიები დაკავშირებულია სერიულ სქემებში. თითოეულ ასეთ ჯაჭვში დენი და, შესაბამისად, მისი სიმძლავრე განისაზღვრება ყველაზე სუსტი რგოლით - ფოტოცელი ყველაზე ცუდი მახასიათებლებით ან ყველაზე დაბალი განათებით. ამიტომ, თუ ჯაჭვის ერთი ელემენტი მაინც არის ჩრდილში, ეს მნიშვნელოვნად ამცირებს მთელი ჯაჭვის გამომუშავებას - დანაკარგები არაპროპორციულია დაჩრდილვისას (უფრო მეტიც, დამცავი დიოდების არარსებობის შემთხვევაში, ასეთი ელემენტი დაიწყებს გაფანტვას. დარჩენილი ელემენტებით გამომუშავებული ძალა!). გამომავალი არაპროპორციული შემცირების თავიდან აცილება შესაძლებელია მხოლოდ ყველა ფოტოცელის პარალელურად შეერთებით, მაგრამ შემდეგ ბატარეის გამომავალს ექნება ძალიან ბევრი დენი ძალიან დაბალ ძაბვაზე - ჩვეულებრივ ცალკეული ფოტოცელებისთვის ეს არის მხოლოდ 0,5 .. 0,7 ვ, მათი ტიპის მიხედვით. და დატვირთვის ზომა.

მგრძნობელობა დაბინძურების მიმართ. მზის უჯრედების ან დამცავი შუშის ზედაპირზე ჭუჭყის ძლივს შესამჩნევი ფენაც კი შეიძლება შთანთქოს მზის შუქის მნიშვნელოვან ნაწილს და მნიშვნელოვნად შეამციროს ენერგიის გამომუშავება. მტვრიან ქალაქში ამას დასჭირდება მზის პანელების ზედაპირის ხშირი გაწმენდა, განსაკუთრებით ჰორიზონტალურად ან მცირე კუთხით დამონტაჟებული. რა თქმა უნდა, იგივე პროცედურაა საჭირო ყოველი თოვლის და მტვრის ქარიშხლის შემდეგ... თუმცა, ქალაქებიდან, ინდუსტრიული ზონებიდან, გადატვირთული გზებიდან და მტვრის სხვა ძლიერი წყაროებიდან 45° ან მეტი კუთხით, წვიმას საკმაოდ შეუძლია. პანელების ზედაპირიდან ბუნებრივი მტვრის ჩამორეცხვა, "ავტომატურად" შენარჩუნება მათ საკმაოდ სუფთა მდგომარეობაში. და თოვლი ასეთ ფერდობზე, რომელიც ასევე სამხრეთისკენ არის მიმართული, ჩვეულებრივ დიდხანს არ ჩერდება ძალიან ცივ დღეებშიც კი. ასე რომ, ატმოსფერული დაბინძურების წყაროებისგან შორს, მზის პანელები წარმატებით მუშაობენ წლების განმავლობაში ყოველგვარი ტექნიკური მომსახურების გარეშე, თუ მხოლოდ ცაში მზე იყო!

და ბოლოს, ბოლო, მაგრამ ყველაზე მნიშვნელოვანი დაბრკოლება ფოტოელექტრული მზის პანელების ფართოდ გამოყენებისთვის არის მათი საკმაოდ მაღალი ფასი. მზის ბატარეის ელემენტების ღირებულება ამჟამად არის მინიმუმ 1 $/W (1 კვტ - 1000 $) და ეს არის დაბალი ეფექტურობის მოდიფიკაციისთვის, პანელების აწყობისა და დამონტაჟების ღირებულების გათვალისწინების გარეშე, ასევე გათვალისწინების გარეშე. ბატარეების, დამუხტვის კონტროლერების და ინვერტორების (წარმოქმნილი დაბალი ძაბვის პირდაპირი დენის გადამყვანების) ფასი საყოფაცხოვრებო ან სამრეწველო სტანდარტების დენი). უმეტეს შემთხვევაში, რეალური ხარჯების მინიმალური შეფასებისთვის, ეს მაჩვენებლები უნდა გამრავლდეს 3-5-ჯერ ინდივიდუალური მზის ელემენტებიდან თვითაწყობისას და 6-10-ჯერ მზა აღჭურვილობის ნაკრების შეძენისას (პლუს ინსტალაციის ხარჯები).

ელექტრომომარაგების სისტემის ყველა ელემენტიდან, რომელიც იყენებს ფოტოელექტრო ბატარეებს, ბატარეებს აქვთ უმოკლეს მომსახურების ვადა, მაგრამ თანამედროვე ტექნიკური უპრობლემო ბატარეების მწარმოებლები ამტკიცებენ, რომ ეგრეთ წოდებულ ბუფერულ რეჟიმში ისინი იმუშავებენ დაახლოებით 10 წლის განმავლობაში (ან იმუშავებენ ძლიერი დატენვის და განმუხტვის ტრადიციული 1000 ციკლი - თუ დღეში ერთ ციკლს ითვლით, მაშინ ამ რეჟიმში ისინი 3 წელი გაგრძელდება). მე აღვნიშნავ, რომ ბატარეების ღირებულება, როგორც წესი, არის მთლიანი სისტემის მთლიანი ღირებულების მხოლოდ 10-20%, ხოლო ინვერტორების და დამუხტვის კონტროლერების ღირებულება (ორივე რთული ელექტრონული პროდუქტია და, შესაბამისად, არსებობს მათი უკმარისობის გარკვეული ალბათობა) თანაბარია. ნაკლები. ამრიგად, ხანგრძლივი მომსახურების ვადის გათვალისწინებით და ხანგრძლივად მუშაობის შესაძლებლობის გათვალისწინებით, ყოველგვარი შენარჩუნების გარეშე, ფოტოკონვერტორებმა შეიძლება გადაიხადონ თავიანთი ხარჯები სიცოცხლის განმავლობაში არაერთხელ და არა მხოლოდ შორეულ ადგილებში, არამედ დასახლებულ ადგილებში - თუ ელექტროენერგია. ტარიფები გაგრძელდება არსებული ტემპით!

მზის თერმული კოლექტორები

სახელწოდება "მზის კოლექტორები" ენიჭება მოწყობილობებს, რომლებიც იყენებენ მზის სითბოს პირდაპირ გათბობას, როგორც ერთჯერადი, ასევე დაწყობადი (მოდულური). თერმული მზის კოლექტორის უმარტივესი მაგალითია შავი წყლის ავზი ზემოთ ნახსენები ქვეყნის საშხაპეების სახურავზე (სხვათა შორის, ზაფხულის შხაპის დროს წყლის გათბობის ეფექტურობა შეიძლება მნიშვნელოვნად გაიზარდოს ავზის გარშემო მინი-სათბურის აშენებით. , ყოველ შემთხვევაში, პლასტიკური ფილმიდან; სასურველია, რომ ფილმსა და ავზის კედლებს შორის ზედა და გვერდებზე იყოს 4-5 სმ უფსკრული).

თუმცა, თანამედროვე კოლექციონერები ნაკლებად ჰგავს ასეთ ტანკს. ისინი, როგორც წესი, ბრტყელი სტრუქტურებია, რომლებიც დამზადებულია წვრილი გაშავებული მილებისაგან, რომლებიც განლაგებულია გისოსებით ან გველის ნიმუშით. მილები შეიძლება დამონტაჟდეს გაშავებულ თბოგამტარ სუბსტრატის ფურცელზე, რომელიც იჭერს მზის სითბოს მათ შორის სივრცეებში - ეს საშუალებას აძლევს მილების მთლიანი სიგრძე შემცირდეს ეფექტურობის დაკარგვის გარეშე. სითბოს დაკარგვის შესამცირებლად და გათბობის გაზრდის მიზნით, კოლექტორის ზედა ნაწილი შეიძლება დაიფაროს შუშის ან გამჭვირვალე ფიჭური პოლიკარბონატის ფურცლით, ხოლო სითბოს გამანაწილებელი ფურცლის უკანა მხარეს, თბოიზოლაციის ფენა ხელს უშლის სითბოს არასაჭირო დაკარგვას - ერთგვარი. მიიღება „სათბური“. გაცხელებული წყალი ან სხვა გამაგრილებელი მოძრაობს მილში, რომელიც შეიძლება შეგროვდეს თერმულად იზოლირებულ საცავში. გამაგრილებელი მოძრაობს ტუმბოს მოქმედებით ან გრავიტაციით გამაგრილებლის სიმკვრივის სხვაობის გამო თერმოკოლექტორის წინ და მის შემდეგ. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, მეტ-ნაკლებად ეფექტური მიმოქცევა მოითხოვს ფერდობებისა და მილების მონაკვეთების ფრთხილად შერჩევას და თავად კოლექტორის განთავსებას რაც შეიძლება დაბლა. მაგრამ, როგორც წესი, კოლექტორი მოთავსებულია იმავე ადგილებში, სადაც მზის ბატარეა - მზიან კედელზე ან მზიან სახურავის ფერდობზე, თუმცა სადმე უნდა განთავსდეს დამატებითი საცავის ავზი. ასეთი ავზის გარეშე, სითბოს ინტენსიური აღდგენის დროს (ვთქვათ, თუ გჭირდებათ აბაზანის შევსება ან შხაპის მიღება), კოლექტორის სიმძლავრე შეიძლება არ იყოს საკმარისი და მცირე ხნის შემდეგ ოდნავ გახურებული წყალი ჩამოსული ონკანიდან.

დამცავი მინა, რა თქმა უნდა, გარკვეულწილად ამცირებს კოლექტორის ეფექტურობას, შთანთქავს და ასახავს მზის ენერგიის რამდენიმე პროცენტს, მაშინაც კი, თუ სხივები პერპენდიკულარულად ეცემა. როდესაც სხივები მინას ზედაპირზე ოდნავ კუთხით ეცემა, არეკვლის კოეფიციენტი შეიძლება მიუახლოვდეს 100%-ს. ამიტომ, ქარის არარსებობის და გარემომცველ ჰაერთან შედარებით მცირედი გათბობის საჭიროების შემთხვევაში (5-10 გრადუსით, ვთქვათ, ბაღის მორწყვისთვის), "ღია" სტრუქტურები შეიძლება იყოს უფრო ეფექტური, ვიდრე "მოჭიქული". მაგრამ როგორც კი საჭიროა რამდენიმე ათეული გრადუსიანი ტემპერატურის სხვაობა ან თუნდაც არც თუ ისე ძლიერი ქარი ამოდის, ღია სტრუქტურების სითბოს დაკარგვა სწრაფად იზრდება და დამცავი მინა, ყველა მისი ნაკლოვანებით, აუცილებლობა ხდება.

მნიშვნელოვანი შენიშვნა - აუცილებელია გავითვალისწინოთ, რომ ცხელ მზიან დღეს, თუ არ არის გაანალიზებული, წყალი შეიძლება გადახურდეს დუღილის წერტილზე მაღლა, ამიტომ აუცილებელია შესაბამისი სიფრთხილის ზომების მიღება კოლექტორის დიზაინში (უსაფრთხოების უზრუნველყოფა სარქველი). ღია კოლექტორებში დამცავი მინის გარეშე, ასეთი გადახურება, როგორც წესი, არ არის შეშფოთება.

ბოლო დროს ფართო გამოყენება დაიწყო ეგრეთ წოდებულ სითბოს მილებზე დაფუძნებული მზის კოლექტორები (არ უნდა აგვერიოს კომპიუტერულ გაგრილების სისტემებში სითბოს მოსაშორებლად გამოყენებული „სითბო მილებით“!). ზემოთ განხილული დიზაინისგან განსხვავებით, აქ თითოეული გაცხელებული ლითონის მილი, რომლის მეშვეობითაც გამაგრილებლის ცირკულირება ხდება, შედუღებულია შუშის მილში და ჰაერი გამოიყოფა მათ შორის არსებული სივრციდან. აღმოჩნდება თერმოსის ანალოგი, სადაც ვაკუუმური თბოიზოლაციის გამო სითბოს დაკარგვა მცირდება 20-ჯერ ან მეტჯერ. შედეგად, მწარმოებლების აზრით, როდესაც შუშის გარეთ -35°C ყინვაა, წყალი შიდა ლითონის მილში სპეციალური საფარით, რომელიც შთანთქავს მზის რადიაციის მაქსიმალურად ფართო სპექტრს, თბება +50-მდე. +70°C (სხვაობა 100°C-ზე მეტი) .ეფექტური შთანთქმა შესანიშნავ თბოიზოლაციასთან ერთად საშუალებას გაძლევთ გაცხელოთ გამაგრილებელი სითხე მოღრუბლულ ამინდშიც, თუმცა გათბობის სიმძლავრე, რა თქმა უნდა, რამდენჯერმე ნაკლებია, ვიდრე ნათელ მზეზე. აქ მთავარია ვაკუუმის შენარჩუნება მილებს შორის არსებულ უფსკრულის, ანუ მინის და ლითონის შეერთების ვაკუუმური შებოჭილობის უზრუნველყოფა ძალიან ფართო ტემპერატურულ დიაპაზონში, რომელიც აღწევს 150 ° C-ს, მთელი მომსახურების ვადის განმავლობაში. მრავალი წლის განმავლობაში. ამ მიზეზით, ასეთი კოლექციონერების წარმოებაში შეუძლებელია მინის და ლითონის თერმული გაფართოების კოეფიციენტების ფრთხილად კოორდინაციის გარეშე და მაღალტექნოლოგიური წარმოების პროცესები, რაც ნიშნავს, რომ ხელოსნურ პირობებში ნაკლებად სავარაუდოა, რომ მოხდეს სრულფასოვანი ვაკუუმური სითბოს მილი. მაგრამ უფრო მარტივი კოლექციონერის დიზაინები შეიძლება დამოუკიდებლად დამზადდეს უპრობლემოდ, თუმცა, რა თქმა უნდა, მათი ეფექტურობა გარკვეულწილად ნაკლებია, განსაკუთრებით ზამთარში.

გარდა ზემოთ აღწერილი თხევადი მზის კოლექტორებისა, არსებობს სხვა საინტერესო ტიპის სტრუქტურები: ჰაერი (გამაგრილებელი არის ჰაერი და მას არ ეშინია გაყინვის), „მზის აუზები“ და ა.შ. სამწუხაროდ, უმეტესობა კვლევა და განვითარება მზის კოლექტორებზეა. ეძღვნება სპეციალურად თხევად მოდელებს, ამიტომ ალტერნატიული ტიპები პრაქტიკულად არ არის მასობრივი წარმოება და მათ შესახებ ბევრი ინფორმაცია არ არის.

მზის კოლექტორების უპირატესობები

მზის კოლექტორების ყველაზე მნიშვნელოვანი უპირატესობაა მათი საკმაოდ ეფექტური ვარიანტების წარმოების სიმარტივე და შედარებით დაბალი ღირებულება, ექსპლუატაციაში არაპრეტენზიულობასთან ერთად. საკუთარი ხელით კოლექტორის გასაკეთებლად საჭირო მინიმუმი არის რამდენიმე მეტრი თხელი მილი (სასურველია თხელკედლიანი სპილენძი - ის შეიძლება დაიღუნოს მინიმალური რადიუსით) და ცოტა შავი საღებავი, მინიმუმ ბიტუმის ლაქი. მილს გველივით ვახვევთ, ვღებავთ შავი საღებავით, ვათავსებთ მზიან ადგილას, ვუერთებთ წყალსადენს და ახლა უმარტივესი მზის კოლექტორი მზადაა! ამავდროულად, კოჭს ადვილად შეიძლება მიეცეს თითქმის ნებისმიერი კონფიგურაცია და მაქსიმალურად გამოიყენოს კოლექციონერისთვის გამოყოფილი მთელი სივრცე. სახლში გამოყენებული ყველაზე ეფექტური გაშავება, რომელიც ასევე ძალიან მდგრადია მაღალი ტემპერატურისა და მზის პირდაპირი სხივების მიმართ, არის ნახშირბადის თხელი ფენა. თუმცა, ჭვარტლი ადვილად იშლება და ირეცხება, ამიტომ ასეთ გაშავებას აუცილებლად დასჭირდება დამცავი მინა და სპეციალური ზომები, რათა თავიდან აიცილოს შესაძლო კონდენსაცია ჭვარტლით დაფარულ ზედაპირზე.

კოლექტორების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი უპირატესობა ის არის, რომ მზის პანელებისგან განსხვავებით, მათ შეუძლიათ დაიჭირონ და გადააქციონ მზის რადიაციის 90%-მდე სიცხეში, ხოლო ყველაზე წარმატებულ შემთხვევებში, კიდევ უფრო მეტი. ამიტომ, არა მხოლოდ წმინდა ამინდში, არამედ მსუბუქი მოღრუბლულ პირობებშიც, კოლექტორების ეფექტურობა აღემატება ფოტოელექტრული ბატარეების ეფექტურობას. დაბოლოს, ფოტოელექტრული ბატარეებისგან განსხვავებით, ზედაპირის არათანაბარი განათება არ იწვევს კოლექტორის ეფექტურობის არაპროპორციულ შემცირებას - მნიშვნელოვანია მხოლოდ მთლიანი (ინტეგრირებული) გამოსხივების ნაკადი.

მზის კოლექტორების ნაკლოვანებები

მაგრამ მზის კოლექტორები უფრო მგრძნობიარეა ამინდის მიმართ, ვიდრე მზის პანელები. ნათელ მზეზეც კი, ახალმა ქარმა შეიძლება რამდენჯერმე შეამციროს ღია სითბოს გადამცვლელის გათბობის ეფექტურობა. დამცავი მინა, რა თქმა უნდა, მკვეთრად ამცირებს ქარისგან სითბოს დაკარგვას, მაგრამ მკვრივი ღრუბლების შემთხვევაში ის ასევე უძლურია. მოღრუბლულ, ქარიან ამინდში კოლექტორი პრაქტიკულად არ სარგებლობს, მაგრამ მზის ბატარეა გამოიმუშავებს სულ მცირე ენერგიას.

მზის კოლექტორების სხვა ნაკლოვანებებს შორის, პირველ რიგში გამოვყოფ მათ სეზონურობას. გაზაფხულის ან შემოდგომის ღამის ხანმოკლე ყინვები საკმარისია გამათბობელ მილებში წარმოქმნილი ყინულისთვის მათი გახეთქვის საშიშროების შესაქმნელად. რა თქმა უნდა, ეს შეიძლება აღმოიფხვრას „სათბურის“ გათბობით მესამე მხარის სითბოს წყაროთი ცივ ღამეებში, მაგრამ ამ შემთხვევაში კოლექტორის საერთო ენერგოეფექტურობა შეიძლება ადვილად გახდეს უარყოფითი! კიდევ ერთი ვარიანტი - ორმაგი წრიული კოლექტორი ანტიფრიზით გარე წრეში - არ საჭიროებს ენერგიის მოხმარებას გათბობისთვის, მაგრამ ბევრად უფრო რთული იქნება, ვიდრე ერთი წრიული ვარიანტები პირდაპირი წყლის გათბობით, როგორც წარმოებაში, ასევე ექსპლუატაციის დროს. პრინციპში, ჰაერის სტრუქტურებს არ შეუძლიათ გაყინვა, მაგრამ არის კიდევ ერთი პრობლემა - ჰაერის დაბალი სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე.

და მაინც, მზის კოლექტორის მთავარი მინუსი არის ის, რომ ის არის ზუსტად გამათბობელი მოწყობილობა და მიუხედავად იმისა, რომ ინდუსტრიულად წარმოებულ ნიმუშებს, სითბოს ანალიზის არარსებობის შემთხვევაში, შეუძლიათ გამაგრილებლის გაცხელება 190..200 ° C-მდე, ჩვეულებრივ მიღწეულ ტემპერატურამდე. იშვიათად აღემატება 60..80 °C. აქედან გამომდინარე, ძალიან რთულია მოპოვებული სითბოს გამოყენება მნიშვნელოვანი რაოდენობის მექანიკური სამუშაოს ან ელექტრო ენერგიის მისაღებად. ყოველივე ამის შემდეგ, თუნდაც ყველაზე დაბალი ტემპერატურის ორთქლის წყლის ტურბინის მუშაობისთვის (მაგალითად, ის, რომელიც V.A. Zysin-მა ერთხელ აღწერა) აუცილებელია წყლის გადახურება მინიმუმ 110°C-მდე! ხოლო ენერგია უშუალოდ სითბოს სახით, როგორც ცნობილია, დიდი ხნის განმავლობაში არ ინახება და 100°C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე მისი გამოყენება ჩვეულებრივ შეიძლება მხოლოდ ცხელი წყლით მომარაგებისა და სახლის გასათბობად. თუმცა, დაბალი ღირებულებისა და წარმოების სიმარტივის გათვალისწინებით, ეს შეიძლება იყოს საკმაოდ საკმარისი მიზეზი საკუთარი მზის კოლექტორის შესაძენად.

სამართლიანობისთვის, უნდა აღინიშნოს, რომ სითბოს ძრავის "ნორმალური" მუშაობის ციკლი შეიძლება ორგანიზებული იყოს 100 ° C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე - ან თუ დუღილის წერტილი დაიკლებს აორთქლების ნაწილში წნევის შემცირებით ორთქლის ამოტუმბვით იქიდან. , ან სითხის გამოყენებით, რომლის დუღილის წერტილი მზის კოლექტორის ტემპერატურულ გათბობასა და ატმოსფერული ჰაერის ტემპერატურას შორისაა (ოპტიმალურად - 50..60°C). მართალია, მახსოვს მხოლოდ ერთი არაეგზოტიკური და შედარებით უსაფრთხო სითხე, რომელიც მეტ-ნაკლებად აკმაყოფილებს ამ პირობებს - ეთილის სპირტი, რომელიც ნორმალურ პირობებში დუღს 78°C-ზე. ცხადია, ამ შემთხვევაში, საჭირო იქნება დახურული ციკლის ორგანიზება, მრავალი დაკავშირებული პრობლემის გადაჭრა. ზოგიერთ სიტუაციაში, გარედან გაცხელებული ძრავების გამოყენება (სტერლინგის ძრავები) შეიძლება პერსპექტიული იყოს. ამ მხრივ საინტერესო შეიძლება იყოს შენადნობების გამოყენება ფორმის მეხსიერების ეფექტით, რომლებიც აღწერილია ამ საიტზე I.V. Nigel-ის სტატიაში - მათ მუშაობისთვის მხოლოდ 25-30°C ტემპერატურის სხვაობა სჭირდებათ.

მზის ენერგიის კონცენტრაცია

მზის კოლექტორის ეფექტურობის გაზრდა, უპირველეს ყოვლისა, გულისხმობს გაცხელებული წყლის ტემპერატურის მუდმივ მატებას დუღილის წერტილიდან ზემოთ. ეს ჩვეულებრივ კეთდება მზის ენერგიის კონცენტრაციით კოლექტორზე სარკეების გამოყენებით. ეს არის პრინციპი, რომელიც საფუძვლად უდევს მზის ელექტროსადგურების უმეტესობას; განსხვავებები მდგომარეობს მხოლოდ სარკეების და კოლექტორის რაოდენობაში, კონფიგურაციაში და განლაგებაში, ასევე სარკეების მართვის მეთოდებში. შედეგად, ფოკუსირების წერტილში სავსებით შესაძლებელია ტემპერატურის მიღწევა არა ასობით, არამედ ათასობით გრადუსამდე - ასეთ ტემპერატურაზე უკვე შეიძლება მოხდეს წყლის პირდაპირი თერმული დაშლა წყალბადად და ჟანგბადად (მიღებული წყალბადი შეიძლება დაიწვას ღამით და მოღრუბლულ დღეებში)!

სამწუხაროდ, ასეთი ინსტალაციის ეფექტური ფუნქციონირება შეუძლებელია სარკეების კონცენტრაციის რთული კონტროლის სისტემის გარეშე, რომელიც უნდა აკონტროლებდეს მზის მუდმივად ცვალებად პოზიციას ცაში. წინააღმდეგ შემთხვევაში, რამდენიმე წუთში ფოკუსირების წერტილი დატოვებს კოლექტორს, რომელიც ასეთ სისტემებში ხშირად ძალიან მცირე ზომისაა და სამუშაო სითხის გათბობა შეჩერდება. პარაბოლოიდური სარკეების გამოყენებაც კი მხოლოდ ნაწილობრივ წყვეტს პრობლემას - თუ ისინი პერიოდულად არ ბრუნავენ მზის შემდეგ, მაშინ რამდენიმე საათის შემდეგ ის აღარ ჩავარდება მათ თასში ან მხოლოდ ანათებს მის კიდეს - ეს ნაკლებად გამოდგება.

სახლში მზის ენერგიის კონცენტრირების უმარტივესი გზაა სარკის ჰორიზონტალურად განთავსება კოლექტორთან ისე, რომ მზე მოხვდეს კოლექტორს დღის უმეტეს ნაწილს. საინტერესო ვარიანტია სახლის მახლობლად შექმნილი სპეციალურად შექმნილი წყალსაცავის ზედაპირის გამოყენება, როგორც ასეთი სარკე, მით უმეტეს, თუ ეს არ არის ჩვეულებრივი რეზერვუარი, არამედ "მზის აუზი" (თუმცა ამის გაკეთება ადვილი არ არის და ასახვის ეფექტურობა იქნება იყოს ბევრად ნაკლები ვიდრე ჩვეულებრივი სარკე). კარგი შედეგის მიღწევა შესაძლებელია ვერტიკალური კონცენტრაციის სარკეების სისტემის შექმნით (ეს სამუშაო ჩვეულებრივ ბევრად უფრო პრობლემურია, მაგრამ ზოგიერთ შემთხვევაში შეიძლება გამართლებული იყოს მხოლოდ მიმდებარე კედელზე დიდი სარკის დაყენება, თუ იგი ქმნის შიდა კუთხეს კოლექტორთან. - ეს ყველაფერი დამოკიდებულია შენობისა და კოლექტორის კონფიგურაციაზე და ადგილმდებარეობაზე).

სარკეების გამოყენებით მზის რადიაციის გადამისამართებამ ასევე შეიძლება გაზარდოს ფოტოელექტრული ბატარეის გამომუშავება. მაგრამ ამავე დროს, მისი გათბობა იზრდება და ამან შეიძლება დააზიანოს ბატარეა. ამიტომ, ამ შემთხვევაში, თქვენ უნდა შემოიფარგლოთ შედარებით მცირე მომატებით (რამდენიმე ათეული პროცენტით, მაგრამ არა რამდენჯერმე) და საჭიროა ყურადღებით აკონტროლოთ ბატარეის ტემპერატურა, განსაკუთრებით ცხელ, ნათელ დღეებში! ზუსტად გადახურების საფრთხის გამო, რომ ფოტოელექტრული ბატარეების ზოგიერთი მწარმოებელი პირდაპირ კრძალავს მათი პროდუქციის მუშაობას დამატებითი რეფლექტორების დახმარებით შექმნილი გაზრდილი განათების პირობებში.

მზის ენერგიის მექანიკურ ენერგიად გადაქცევა

მზის დანადგარების ტრადიციული ტიპები პირდაპირ არ აწარმოებს მექანიკურ სამუშაოს. ამისათვის ელექტროძრავა უნდა იყოს მიერთებული მზის ბატარეასთან ფოტოკონვერტორებზე, ხოლო თერმული მზის კოლექტორის გამოყენებისას ორთქლის შეყვანაზე უნდა მიეწოდოს ზედმეტად გახურებული ორთქლი (და გადახურებისთვის ეს შეუძლებელია კონცენტრირებული სარკეების გარეშე). ტურბინას ან ორთქლის ძრავის ცილინდრებს. შედარებით მცირე სითბოს მქონე კოლექტორებს შეუძლიათ სითბო გადააქციონ მექანიკურ მოძრაობად უფრო ეგზოტიკური გზებით, როგორიცაა ფორმის მეხსიერების შენადნობის აქტივატორების გამოყენებით.

თუმცა, არის დანადგარებიც, რომლებიც გულისხმობს მზის სითბოს მექანიკურ სამუშაოდ გადაქცევას, რაც პირდაპირ არის ჩართული მათ დიზაინში. უფრო მეტიც, მათი ზომები და სიმძლავრე ძალიან განსხვავებულია - ეს არის ასობით მეტრის სიმაღლის უზარმაზარი მზის კოშკის პროექტი და მოკრძალებული მზის ტუმბო, რომელიც ეკუთვნოდა საზაფხულო აგარაკს.

ჩვენ ვცხოვრობთ მომავლის სამყაროში, თუმცა ეს ყველა რეგიონში შესამჩნევი არ არის. ყოველ შემთხვევაში, დღეს პროგრესულ წრეებში სერიოზულად განიხილება ენერგიის ახალი წყაროების განვითარების შესაძლებლობა. ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული სფეროა მზის ენერგია.

ამ დროისთვის დედამიწაზე ელექტროენერგიის დაახლოებით 1% მიიღება მზის რადიაციის დამუშავებით. მაშ, რატომ ჯერ არ დავთმობთ სხვა „მავნე“ მეთოდებს და საერთოდ დავთმობთ? გეპატიჟებით წაიკითხოთ ჩვენი სტატია და შეეცადოთ ამ კითხვაზე თავად უპასუხოთ.

როგორ გარდაიქმნება მზის ენერგია ელექტროენერგიად

დავიწყოთ ყველაზე მნიშვნელოვანით - როგორ ხდება მზის სხივების გადამუშავება ელექტროენერგიად.

თავად პროცესს ე.წ "მზის თაობა" . ამის უზრუნველსაყოფად ყველაზე ეფექტური გზები შემდეგია:

• ფოტოვოლტაიკა;
• მზის თერმული ენერგია;
• მზის ბუშტების ელექტროსადგურები.

მოდით შევხედოთ თითოეულ მათგანს.

ფოტოვოლტარიკა

ამ შემთხვევაში ელექტრული დენი ჩნდება იმის გამო ფოტოელექტრული ეფექტი. პრინციპი ასეთია: მზის შუქი ურტყამს ფოტოუჯრედს, ელექტრონები შთანთქავენ ფოტონების ენერგიას (მსუბუქი ნაწილაკები) და იწყებენ მოძრაობას. შედეგად ვიღებთ ელექტრო ძაბვას.

ეს არის ზუსტად ის პროცესი, რომელიც ხდება მზის პანელებში, რომლებიც დაფუძნებულია ელემენტებზე, რომლებიც მზის გამოსხივებას ელექტროენერგიად გარდაქმნიან.

თავად ფოტოელექტრული პანელების დიზაინი საკმაოდ მოქნილია და შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული ზომები. ამიტომ, მათი გამოყენება ძალიან პრაქტიკულია. გარდა ამისა, პანელებს აქვთ მაღალი შესრულების თვისებები: ისინი მდგრადია ნალექების და ტემპერატურის ცვლილებების მიმართ.

და აი, როგორ მუშაობს ცალკე მზის პანელის მოდული:

შეგიძლიათ წაიკითხოთ მზის პანელების გამოყენების შესახებ, როგორც დამტენები, ელექტროენერგიის წყაროები კერძო სახლებისთვის, ურბანული გაუმჯობესებისთვის და სამედიცინო მიზნებისთვის.

თანამედროვე მზის პანელები და ელექტროსადგურები

ბოლო მაგალითები მოიცავს კომპანიის მზის პანელებს SistineSolar. მათ შეიძლება ჰქონდეთ ნებისმიერი ჩრდილი და ტექსტურა, განსხვავებით ტრადიციული მუქი ლურჯი პანელებისგან. ეს ნიშნავს, რომ ისინი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სახლის სახურავის "გაფორმებისთვის", როგორც გსურთ.

კიდევ ერთი გამოსავალი შემოგვთავაზეს Tesla-ს დეველოპერებმა. მათ გამოუშვეს არა მხოლოდ პანელები, არამედ სრულფასოვანი გადახურვის მასალა, რომელიც ამუშავებს მზის ენერგიას. შეიცავს ჩაშენებულ მზის მოდულებს და ასევე შეიძლება ჰქონდეს მრავალფეროვანი დიზაინი. ამავდროულად, თავად მასალა ბევრად უფრო გამძლეა, ვიდრე ჩვეულებრივი გადახურვის ფილა; მზის სახურავსაც კი აქვს გაუთავებელი გარანტია.

სრულფასოვანი მზის ელექტროსადგურის მაგალითია ევროპაში ახლახან აშენებული სადგური ორმხრივი პანელებით. ეს უკანასკნელი აგროვებს როგორც მზის პირდაპირ გამოსხივებას, ასევე ამრეკლავ გამოსხივებას. ეს საშუალებას გაძლევთ გაზარდოთ მზის გამომუშავების ეფექტურობა 30%-ით. ამ სადგურმა წელიწადში დაახლოებით 400 მგვტ/სთ უნდა გამოიმუშაოს.

ასევე საინტერესოა ყველაზე დიდი მცურავი მზის ელექტროსადგური ჩინეთში. მისი სიმძლავრე 40 მეგავატია. ასეთ გადაწყვეტილებებს აქვს 3 მნიშვნელოვანი უპირატესობა:

• არ არის საჭირო დიდი მიწის ფართობების დაკავება, რაც მნიშვნელოვანია ჩინეთისთვის;
• წყალსაცავებში წყლის აორთქლება მცირდება;
• თავად ფოტოცელები ნაკლებად თბება და უფრო ეფექტურად მუშაობს.

სხვათა შორის, ეს მცურავი მზის ელექტროსადგური ნახშირის მომპოვებელი მიტოვებული საწარმოს ადგილზე აშენდა.

ფოტოელექტრული ეფექტზე დაფუძნებული ტექნოლოგია დღეს ყველაზე პერსპექტიულია და ექსპერტების აზრით, მზის პანელები მომდევნო 30-40 წლის განმავლობაში ელექტროენერგიის მსოფლიო მოთხოვნის დაახლოებით 20%-ის წარმოებას შეძლებენ.

მზის თერმული ენერგია

აქ მიდგომა ცოტა განსხვავებულია, რადგან... მზის გამოსხივება გამოიყენება სითხის შემცველი კონტეინერის გასათბობად. ამის წყალობით ის იქცევა ორთქლად, რომელიც ატრიალებს ტურბინას, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ელექტროენერგია.

თბოელექტროსადგურები მუშაობენ იმავე პრინციპით, მხოლოდ სითხე თბება ნახშირის წვით.

ამ ტექნოლოგიის გამოყენების ყველაზე თვალსაჩინო მაგალითია ივანპა მზის სადგურიმოხავეს უდაბნოში. ეს არის მსოფლიოში უდიდესი მზის თბოელექტროსადგური.

ის ფუნქციონირებს 2014 წლიდან და ელექტროენერგიის წარმოებისთვის არ იყენებს საწვავს - მხოლოდ ეკოლოგიურად სუფთა მზის ენერგიას.

წყლის საქვაბე მდებარეობს კოშკებში, რომელსაც ხედავთ სტრუქტურის ცენტრში. ირგვლივ სარკეების ველია, რომელიც მზის სხივებს კოშკის ზევით მიმართავს. ამავდროულად, კომპიუტერი მუდმივად აბრუნებს ამ სარკეებს მზის მდებარეობის მიხედვით.

კონცენტრირებული მზის ენერგიის გავლენით კოშკში წყალი თბება და ორთქლად იქცევა. ეს ქმნის წნევას და ორთქლი იწყებს ტურბინის ბრუნვას, რაც იწვევს ელექტროენერგიის გამოყოფას. ამ სადგურის სიმძლავრე 392 მეგავატია, რაც ადვილად შეიძლება შევადაროთ მოსკოვის საშუალო თბოელექტროსადგურს.

საინტერესოა, რომ ასეთ სადგურებს ღამითაც შეუძლიათ მუშაობა. ეს შესაძლებელია გაცხელებული ორთქლის ნაწილის საწყობში მოთავსებით და ტურბინის როტაციისთვის მისი თანდათანობით გამოყენებით.

მზის ბუშტების ელექტროსადგურები

ამ ორიგინალურ გადაწყვეტას, თუმცა ფართოდ არ გამოიყენება, მაინც აქვს ადგილი.

თავად ინსტალაცია შედგება 4 ძირითადი ნაწილისგან:

• აეროსტატი - მდებარეობს ცაში, აგროვებს მზის გამოსხივებას. წყალი შედის ბურთში და სწრაფად თბება, ხდება ორთქლი.
• ორთქლის მილსადენი - მისი მეშვეობით წნევის ქვეშ მყოფი ორთქლი ეშვება ტურბინაში, რაც იწვევს მის ბრუნვას.
• ტურბინა - ორთქლის ნაკადის გავლენის ქვეშ, ის ბრუნავს, წარმოქმნის ელექტრო ენერგიას.
• კონდენსატორი და ტუმბო - ორთქლი, რომელიც გაიარა ტურბინაში, კონდენსირებულია წყალში და ტუმბოს გამოყენებით ამოდის ბუშტში, სადაც კვლავ თბება ორთქლის მდგომარეობაში.

რა უპირატესობები აქვს მზის ენერგიას

• მზე გააგრძელებს თავის ენერგიას კიდევ რამდენიმე მილიარდი წლის განმავლობაში. ამავდროულად, ადამიანებს არ სჭირდებათ ფულის და რესურსების დახარჯვა მის მოსაპოვებლად.
• მზის ენერგიის გამომუშავება სრულიად ეკოლოგიურად სუფთა პროცესია, ბუნების საფრთხეების გარეშე.
• პროცესის ავტონომია. მზის სინათლის მოპოვება და ელექტროენერგიის გამომუშავება ხდება ადამიანის მინიმალური ჩარევით. ერთადერთი, რაც უნდა გააკეთოთ, არის სამუშაო ზედაპირების ან სარკეების სისუფთავე.
• ამოწურული მზის პანელების გადამუშავება და წარმოებაში გამოყენება შესაძლებელია.

მზის ენერგიის განვითარების პრობლემები

მზის ელექტროსადგურების ღამის ფუნქციონირების შენარჩუნების იდეების განხორციელების მიუხედავად, არავინ არ არის დაზღვეული ბუნების აურზაურებისგან. რამდენიმე დღის მოღრუბლული ცა მნიშვნელოვნად ამცირებს ელექტროენერგიის წარმოებას, თუმცა მოსახლეობას და ბიზნესს უწყვეტი მიწოდება სჭირდება.

მზის ელექტროსადგურის მშენებლობა არ არის იაფი სიამოვნება. ეს გამოწვეულია მათ დიზაინში იშვიათი ელემენტების გამოყენების აუცილებლობით. ყველა ქვეყანა არ არის მზად დახარჯოს ბიუჯეტი ნაკლებად მძლავრ ელექტროსადგურებზე, როდესაც არის მომუშავე თბოელექტროსადგურები და ატომური ელექტროსადგურები.

ასეთი დანადგარების განსათავსებლად საჭიროა დიდი ფართობები და ისეთ ადგილებში, სადაც მზის გამოსხივებას აქვს საკმარისი დონე.

როგორ ვითარდება მზის ენერგია რუსეთში?

სამწუხაროდ, ჩვენი ქვეყანა კვლავ მთელი სისწრაფით წვავს ნახშირს, გაზს და ნავთობს და რუსეთი, რა თქმა უნდა, იქნება ერთ-ერთი უკანასკნელი, ვინც მთლიანად გადაერთვება ალტერნატიულ ენერგიაზე.

Პაემანზე მზის გენერაცია რუსეთის ფედერაციის ენერგეტიკული ბალანსის მხოლოდ 0,03%-ს შეადგენს. შედარებისთვის, გერმანიაში ეს მაჩვენებელი 20%-ზე მეტია. კერძო მეწარმეებს არ აინტერესებთ მზის ენერგიაში ინვესტიციები ხანგრძლივი ანაზღაურებადი პერიოდის და არც თუ ისე მაღალი მომგებიანობის გამო, რადგან გაზი ჩვენში გაცილებით იაფია.

ეკონომიკურად განვითარებულ მოსკოვსა და ლენინგრადის რეგიონებში მზის აქტივობა დაბალ დონეზეა. იქ მზის ელექტროსადგურების აშენება უბრალოდ არ არის პრაქტიკული. მაგრამ სამხრეთ რეგიონები საკმაოდ პერსპექტიულია.