Солнечная энергия + Экология

Трехмесячные испытания в Саудовской Аравии показали, что дополнительная система солнечных батарей может собирать воду без помощи электричества, используя дневное и ночное нагревание и охлаждение солнечных панелей.

«Я уверен, что система может быть изготовлена экономично», — говорит Пэн Ван из Университета науки и технологии имени короля Абдуллы. «Мы рассчитываем на сотрудничество с потенциальными промышленными партнерами, чтобы ускорить этот процесс».

Все дело в особом слое гидрогеля, помещенном под каждую фотогальваническую панель и находящегося в металлическом корпусе. Ночью коробка открыта, чтобы через нее проходил воздух пустыни, где гидрогель поглощает водяной пар .

Днем ящик закрывается. Солнце нагревает солнечную панель и, следовательно, гидрогель под ней, заставляет воду испаряться из геля. Влажность в закрытом ящике становится настолько высокой, что вода конденсируется на металле и ее можно слить.

Во время испытаний, с мая по июнь 2021 года, прототип системы производил 0,6 литра воды на квадратный метр солнечной панели в день.

Основная идея не нова. Несколько других команд разработали похожие сборщики воды, использующие перепады температур днем и ночью. Но Ван говорит, что его команда первой создала интегрированную систему, которая извлекает воду и одновременно вырабатывает электричество.

Одним из преимуществ использования является то, что не требуется дополнительной земли. Во-вторых, выработка электроэнергии немного увеличилась — почти на 2 процента — потому что передача тепла гидрогелю охлаждает солнечные панели. Высокие температуры снижают эффективность солнечных батарей.

Охлаждающий эффект можно усилить, оставив контейнер для конденсата открытым в течение дня. Хотя это останавливает добычу воды, в ходе испытаний это увеличило выработку электроэнергии на 10 процентов. Ван предполагает создание гибких систем, которые могли бы переключаться между добычей воды и более высокой выработкой электроэнергии солнечными панелями по мере необходимости.

В ходе испытания команда использовала воду из панели для орошения небольшого участка растений. Ван надеется, что крупномасштабные системы смогут одновременно производить пищу, воду и электричество.

Ученый теплофизик, Игорь Александрович Огородников (кандидат физ.-мат. наук) кроме всего прочего, изобрел солнечную баню, которая может прогреваться от солнца.

Об этом можно прочитать в этих постах

Игорь Огородников и гостевой экодом (Часть 1)

Игорь Огородников и гостевой экодом (Часть 2)

Как продолжатель идей Игоря Александровича, я придумал для солнечной бани - солнечную купель.

Концепция солнечной бани

Идея очень простая: Горячий воздух от солнечных коллекторов обдувает купель снизу и нагревает воду в ней. Это экологично и выгодно за счет экономии дров.

В солнечный день вода в купели может прогреться до 30-40 градусов

В пасмурный день нагрева может хватить на то, чтобы вода не замерзала.

Таким образом, во второй половине солнечного дня, в купели можно будет расслабляться подолгу, как в горячем источнике.

В пасмурный день можно будет нырять в купель из парной, не парясь с долбежкой льда.

Простая автоматика позволит реализовать три режима:

+ Нагрев бани

+ Нагрев купели

+ Сброс горячего воздуха в атмосферу

1м2 воздушного солнечного коллектора, может стоить 2-3 тысячи рублей и конечно такие затраты очень быстро окупятся, так как нагрев в бане, нужен в течение всего года.

Любая существующая баня может быть преобразована в солнечную баню. И нет причин, чтобы любая новая баня не была солнечной. Солнечные конструкции просто экономят деньги и время.

В данном макете площадь коллекторов на южной стене бани – 10м2 + 7м2 на южном скате крыши. (Коллекторы на северном скате нужны для работы летом)

За один условный солнечный день 2000 литров воды в купелях прогреются с нуля до 20 градусов, соответственно одна купель может прогреться до 40 градусов.

Первичная реализация солнечных купелей планируется в качестве аттракциона на базах отдыха в каждом регионе РФ.

Уникальность и новизна объекта обеспечит бесплатный пиар для базы отдыха в региональных СМИ и в соцсетях.

Также, любой может реализовать такое у себя на участке, это не дорого, экологично и выгодно.

В первой части у нас был бесплатный приток 55 кВт*ч в солнечный день(5 часов  прямых солнечных лучей) на веранду. Такой приток может стать в какой-то момент избыточным и приходит мысль о накоплении тепла хотя бы на ночь.
Тепловой аккумулятор работает проще электрического и стоит на порядки дешевле, он может быть высокотемпературным как русская печь у наших предков или низкотемпературным 25-30 градусов. У нас будет второй вариант.

Чтобы удержаться на бесплатном уровне,  можно просто избыток тепла перекачивать в подавал или в подпольное пространство, в виде горячего воздуха, вентилятором.

Теплоемкость ряда материалов (Правая колонка в килоДжоулях)

Чтобы перевести не удобные килоджоули в привычные кВт*ч, надо просто поделить их на 3600.
Например, если температура воды в теплоаккумуляторе 21 а температура воздуха 20, то в разнице температур будет энергии: 4180 / 3600 = 1.16 кВт*ч

Низкотемпературный тепловой аккумулятор удобен тем что может работать и в обратную сторону, на охлаждение. Например, если у него температура +20 а на улице +30, то он будет замедлять нагрев помещения, работая вместо кондиционера. Поэтому одноэтажные дома не требуют кондиционера летом, температурной инерции грунта вполне хватает. (В средней полосе температура грунта 5 градусов круглый год)

Если у вас подвал состоит из 20 кубов бетона, то такой объем сможет накапливать 60 кВт*ч (0.6 * 20*5) энергии, этого вполне может хватить на отопление ночью. И при этом не требуется никаких труб для теплого пола. Пол будет теплый от теплого воздуха в подвале.

Исходя из таблицы, бетон в два раза хуже воды по теплоемкости: 1 куб бетона это 0.58 кВт*ч энергии на каждый градус,  а 1 куб воды это уже 1.16 кВт*ч на 1 градус.

Кубы воды можно также получать бесплатно, просто используя пластиковые бутылки, наполняемые дождевой водой из бочки. Куб воды это 700 бутылок по полтора литра, 500 по двухлитровок или 200 пятилитровок.

Температура нагрева куба воды до 25 градусов при отдаче ее до 20 градусов, дает тепловой энергии на 6 кВт*ч.

Итак допустим теплоемкость бетонного подвала 60 кВт*ч + 5 кубов воды 30 кВт*ч = 90 кВт*ч
Вполне неплохо если считать, что на отопление 100м2 одноэтажного дома требуется 100 кВт*ч в сутки.

Проблема только в том, что у нас приток недостаточный чтобы зарядить такой тепловой аккумулятор за один солнечный день. 55 кВт*ч в день из которых половина должна идти на прямое отопление дома.
То есть 22м2 площади стекла солнечной веранды это вообще маловато будет.
Что там говорить о солнечных коллекторах на пару квадратных метров от самоделкиных.

https://delairukami.ru/stroitelstvo-i-remont/solnechnui-koll...

Но есть еще один... и даже два бесплатных бонусных лайфхака, которые частично решают проблему нехватки площади солнечных коллекторов. Первый это снег, второй это лед.

Перед верандой потребуется площадка, допустим, в 100 квадратов. Летом там может быть огород, а зимой снежная или ледяная отражающая площадка
Ну допустим, снег ложится бесплатно и без труда, а на каток можно потратить время если есть интерес к катанию на нем.
Эффективное отражение от снега я беру за 30% прироста мощности, у чистого льда коэффициент отражения 70%, так что 50% прироста мощности, записываем.

Итак у нас получается бонус + 15 кВт*ч от снега или + 27 кВт*ч от катка.
Все равно не хватает, для зарядки нашего теплового аккумулятора полностью, за один солнечный день, но в любом случае выходит значительная экономия на отоплении.

80 кВт час отопления могут стоить 160 рублей и всего за 100 солнечных дней набежит 16000р.

Количество солнечных дней в вашем регионе можно посмотреть в дневнике погоды.
Даже в Питере может быть 60 солнечных дней за отопительный сезон
https://www.gismeteo.ru/diary/4079/2020/2/

Получение бесплатной солнечной энергии для отопления это реально, надо просто правильно проектировать дома.

Гуглил на днях на счет "Солнечного забора" и два первых результата при строгом поиске про мое изобретение и на третьей картинке мой дизайн.

Идея родилась от модных заборов из сотового поликарбоната, который уже сам по себе является подходящим материалом для солнечного коллектора.

Как пишут на building-tech.org

Разработана новая более эффективная и экологичная модель "Солнечного Забора". Основа, это прозрачный забор и сотовый поликарбонат, который практически не создает тень и позволяет растениям свободно расти за ним.
В такой забор, на время отопительного сезона можно устанавливать модули солнечных коллекторов и получать бесплатное тепло.
Внутри модуля проходит алюминиевая вентиляционная гофра покрашенная в черный цвет, по которой прокачивается чистый воздух с улицы.
Такая конструкция решает проблему запаха краски, который может возникать при прямом прокачивании воздуха через короба солнечных коллекторов.

50м2 площади забора могут выдавать 10кВт и более тепловой мощности.

Варианты применения:
+ Горячий воздух можно будет подавать в дом в качестве отопления и приточной вентиляции
+ Направить на растопление снега и наледи на дорожках. "Эффект теплотрассы"
+ Можно делать стационарные испарители снега и экономить на его вывозе (Для ЖКХ)
+ Можно послать горячий воздух в баню. "Солнечная баня"
+ Накопление тепла в тепловом аккумуляторе для отопления, с запасом тепла на сутки и более.
+ Конвертация горячего воздуха через теплообменник на нагрев воды для теплого пола и ГВС
+ Подогрев теплицы

Первая реализация
При первой попытке реализации проекта, я ошибочно рассчитывал на частников. Но частнику не улыбается заиметь уникальную достопримечательность и светится в СМИ. Частник, он партизанен по сути.

Думаю, надо искать компании, которым нужен хороший, солнечный пиар.
В первую очередь подойдут компании, которые сами устанавливают солнечные коллекторы и солнечные батареи.
Затем фирмы по проектированию и монтажу вентиляции.
Базы отдыха в которых есть бани.
Любая фирма с офисом в коттедже, где есть забор на южной стороне.

Чем южнее будет объект тем лучше, выше 59°′ северной широты не предлагать)

Пикабу хорош тем, что на несколько тысяч просмотрев всегда найдется специалист в теме.
(Также вы можете переслать ссылку на пост, подходящим знакомым)
Вот так плюсы могут конвертироваться в реализацию инновационных проектов в России.

Обычная ферма, приобретенная в 70-х годах 20 века, стала крупнейшей площадкой США, вырабатывающей солнечную энергию. И примером того, как производство энергии и сельское хозяйство могут существовать в тандеме.

Джек Стейджер приобрел ферму в Колорадо, чтобы выращивать обычные продукты — сено, пшеницу и крупный рогатый скот. Но одна встреча решила всё. Ученые предложили нынешним владельцам превратить хозяйство в опытный полигон и одновременно учебную площадку для тех, кто хотел бы последовать их примеру. А ферма приобрела звучное название «Солнечный сад Джека».

Ферма превратилась в агроэнергетический проект: она использует силу солнца для выращивания сельскохозяйственных культур и растений. Объект снабжает энергией более 300 домов в округе. На 2 гектарах земли установлены более 3200 солнечных батарей мощностью 1,2 МВт. При этом на ферме по-прежнему выращивают продукты и разводят животных.

Солнечный сад — яркий пример агровольтаики, симбиоза солнечной энергетики и сельского хозяйства. Концепция зародилась в Японии, где сейчас насчитывается более 1000 агроэлектрических установок.

Обычно земля под солнечными батареями пустует или засеяна обычным дерном. Это уменьшает содержание воды в почве и лишает птиц и насекомых естественной среды обитания. В этом случае разбить под панелями сад — наилучший вариант.

«Солнечный сад» стал первопроходцем в США в области возобновляемого сельского хозяйства и самообеспечения.