СОЗДАНИЕ БЫТОВОГО СОЛНЕЧНОГО КОМПЛЕКСА ИНДИВИДУАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Быстрое истощение сырьевых топливных ресурсов, увеличение затрат на их добычу и перевозку на большие расстояния и в труднодоступные места, нарушение требований экологии привело к возникновению проблем, решение которых возможно только в результате разработки и использования нетрадиционных источников энергии.
Расчеты, выполненные по данным Гидрометцентра Узбекистана с учетом годовой динамики и распределения солнечного излучения по всем регионам Узбекистана показывают перспективность использования солнечной энергии. Кроме того использование концентрирующих солнечных печей - солнечных кухонь - позволяет сохранить лесные ресурсы, так как использование одной солнечной кухни позволяет сохранить минимум до 10 кг древесного топлива в день.
Особо остро стоит вопрос обеспечения отдаленных потребителей питьевой водой, так как качество питьевой воды в значительной степени определяет качество жизни и здоровье населения. Запасы пресной воды во всех районах мира истощаются из-за глобального потепления климата и нерационального водопользования. Потребность в воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения мира. Дефицит пресной воды ощущается на территории более 40 стран, расположенных главным образом в засушливых областях и составляющих около 60 % всей поверхности земной суши. Этот дефицит может быть покрыт опреснением соленых (солесодержание более 10 г/л) и солоноватых (2-10 г/л) вод, запасы которых составляют 98 % всей воды на земном шаре. Следует отметить, что при значительном удалении пресноводных источников опреснение соленой воды на месте стоит дешевле пресной воды, поступающей по водоводам.
Использование солнечных элементов - еще одно важное направление использования солнечной энергии. Солнечные элементы вырабатывают энергию при низких эксплуатационных расходах и не загрязняют окружающую среду. Однако в силу высоких капитальных затрат на создание фотоэлектрических систем использовать их нужно там, где отсутствует доступ к стационарному электроснабжению - на удаленных пастбищах и т.д. Дизельные электростанции здесь являются очень дорогим и экологически вредным решением. В таких местах основной целью электрификации является питание насосов для подъема воды и освещение различных помещений.
Подводя итог указанным выше обстоятельствам, можно сделать вывод, что разработка мобильного комплекса бытовых устройств, обеспечивающих жизнедеятельность человека за счет энергии Солнца, а также демонстрирующих возможности использования абсолютно экологически чистой энергии Солнца, является весьма актуальной проблемой для Республики Узбекистан. Использование бытового солнечного комплекса индивидуального использования сохраняет время, деньги и "персональную" энергию людей.
Солнечная кухня и пекарня позволяют не разжигать огонь, не следить за очагом во время приготовления еды, и не беспокоиться о том, что дети пострадают от огня. Солнечная кухня готовит сама, не нуждается в особой заботе, как традиционный очаг, ей не нужны дрова и фактически полностью исключены любые инциденты с возможным загоранием.
В целом на данный момент нами разработана технология изготовления конструкции эффективных солнечных кухонь индивидуального использования (с учетом условий и традиций различных регионов), предназначенных для приготовления всех видов пищи, не используя любые традиционные виды топлива. Разработаны конструкции солнечных кухонь типа «горячий ящик» и с квазипараболическим концентратором. Проведены сравнительные эксплуатационные испытания солнечных кухонь обоих типов, выявлены особенности эксплуатации определены их мощностный и основные эксплуатационные характеристики. Проведены двухгодичные испытания разработанных солнечных кухонь на долговременную эксплуатационную надежность. В целом изготовлены солнечные кухни тепловой мощностью 0,8 кВт и 1,2 кВт (Табл.1).
Проведенные исследования показывают возможные пути изготовления дешевых солнечных кухонь для непосредственного преобразования прямого солнечного излучения в тепловую энергию готовящейся пищи с высоким КПД и повышенной производительностью для индивидуального использования. Разработанная солнечная кухня позволяет варить и жарить пищу, может использоваться для обслуживания 6 - 20 людей.
Конструкция разработанной автономной солнечной электростанции содержит следующие основные части: солнечную батарею, два свинцово-кислотных аккумулятора, три розетки, один инвертор, один контроллер, один водяной погружной вибрационный насос, шланг длиной 100 метров. Солнечная батарея используется для прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию, которая затем преобразуется в механическую энергию работы погружного вибрационного насоса. Контроллер предназначается для обеспечения зарядки аккумуляторных батарей и работы солнечной электростанции на оптимальную точку вольтамперной характеристики. Кислотно-свинцовые аккумуляторы служат для аккумулирования собранной солнечной энергии и для ее дальнейшего использования в любое необходимое время суток. Инвертор предназначен для преобразования постоянного напряжения 12 В, выдаваемых аккумуляторами, в переменное напряжение 220 В, частотой 50 Гц. В использованном инверторе имеется система автоматической защиты от короткого замыкания, а также система автоматического отключения аккумуляторных батарей от нагрузки при их разрядке. Установка инвертора, преобразующего постоянное напряжение 12 В в переменное 220 В, позволяет использовать разработанную электростанцию для электрификации фермерских хозяйств, в которых она работает. Так, возможно подключение к электростанции телевизора, нескольких энергосберегающих лампочек, параболической тарелки с тюнером или DVD-проигрывателем, а также блока зарядки сотового телефона. Водяной погружной насос вибрационного типа используется для подъема воды (Табл.2).
Также нами разработана конструкция и технология изготовления солнечного опреснителя повышенной производительности и проведены его трехгодичные эксплуатационные испытания на долговечность и надежность. Разработанный солнечный опреснитель содержит параболический концентратор солнечного излучения с опорной стойкой и системой наведения на Солнце, испарительно-конденсационную камеру с секциями многократного испарения, с нижней зачерненной поверхностью для приёма солнечной энергии (без прямого контакта с минерализованной водой), вентили регулирования расхода минерализованной воды, змеевик охлаждения конденсата, бак для исходной минерализованной воды и бак для приёма конденсата, шланги и трубопроводы для соединения составляющих элементов и обеспечения протока минерализованной воды и дистиллята. Секции дополнительного испарения выполнены в виде усеченных конусов, а нижняя поверхность испарительно-конденсационной камеры для приёма солнечной энергии текстурирована, что в целом позволяет повысить эффективность работы установки.
Разработанный солнечный опреснитель воды с многократным испарением для индивидуального использования имеет следующие характеристики. Максимальная производительность около 20 литров в день. Изменяемый угол установки на Солнце в вертикальной плоскости 180 0. Изменяемый угол установки на Солнце в
горизонтальной плоскости 360 0. Масса не более 50 кг. Время подготовки к работе около 1 часа. Срок эксплуатации не менее 10 лет. Допустимые рабочие значения: температуры воздуха не ниже 15 0С, влажности - 0-100%, слоя пыли - до 0,5 мм. Стойкость к вибрационным нагрузкам до 3 g. Возможно транспортирование опреснителя любым видом транспорта.
Отличительными особенностями разработанной конструкции солнечного опреснителя являются: совмещение ступеней испарения в общем корпусе; использование тепловой энергии дистиллята для подогрева воды; конструктивное совмещение конденсатора пара с испарителем следующей ступени; рациональная организация теплообмена для повышения однородности тепловых полей; высокоэффективные средства борьбы с образованием накипи.
Планируется широкомасштабное применение разработанного бытового солнечного комплекса индивидуального использования во всех регионах Узбекистана. Основное внимание уделялось снижению себестоимости при условии сохранения достаточной эффективности и надежности. Заказчиками продукции могут быть организации, спецификой которых является проведение работ в удаленных и трудно доступных местах, где отсутствует традиционное водоснабжение и энергоснабжение. Следует учитывать, что солнечные водоподъемные установки могут также использоваться как маломощные солнечные электростанции, это дополнительно расширяет рынок сбыта продукции.