Альтернативные источники энергии

рис. 21 «Установка для снятия ненужных слоев фосфосиликатного стекла»

После диффузии пластины попадают на установку компании RENA – в систему серии InOx, предназначенную для эффективного снятия ненужных слоев фосфосиликатного стекла (необходимо для повышения производительности), а также выполняющую дополнительную очистку пластин перед осаждением нитрида кремния, что выполняется на установке компании Roth&Rau.

рис. 22 «Установка  для нанесения  антиотражающего покрытия»

Оборудование серии SiNA® предназначено для нанесения антиотражающего покрытия (SiN) и для пассивации солнечных батарей. Данная установка выполняет один из основных этапов в производстве солнечных батарей, т.к. сильно влияет на КПД батарей. Следующий этап – это создание металлических контактов на обратной стороне пластины. Можно выполнить методом трафаретной печати (например, на принтерах компании BACCINI), после чего пасту сушат в печах DESPATCH.

рис. 23 «Пластина»

После всех этих процессов практически  в 100% случаев пластина приобретает  изгиб вследствие термического напряжения различных материалов; избавиться от него необходимо, чтобы в дальнейшем, при встраивании пластин в модули, не произошла их поломка. 

Для этого компания DESPATCH разработала  специальную установку – систему  быстрого термического шока серии IL-RTS. Эта система имеет несколько  рабочих зон, где пластины сначала  подвергаются очень резкому охлаждению – до -70 °С, а потом – нагреванию до +200 °С. Установка позволяет значительно снизить риск растрескивания пластин при дальнейшей работе с ними, а также позволяет расширить список используемых для печати паст.

Все процессы в описанной выше линейке  оборудования выполняются автоматически, каждый из этапов всей технологической цепочки соединен со следующим. Автоматические роботы для загрузки и разгрузки пластин, а также промежуточные конвейеры поставляет немецкая компания MANZ Automation. Один такой робот способен перемещать до 3600 пластин в час, при этом риск поломки не превышает 0.1%. Разработанные компанией MANZ роботы имеют большое преимущество перед обычными

 

механическими держателями, т.к. позволяют  работать с очень тонкими пластинами, толщина которых может опускаться ниже 120 мкм.

Помимо автоматизации, компания также поставляет тестеры, которые могут быть использованы для оценки качества пластин как на входе, так и на выходе из линейки. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2 Гидроэлектростанции

рис. 24 «Схема плотины ГЭС»

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом  здании гидроэлектростанции располагается  все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

 

 

 

 

 

Гидроэлектрические станции  разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

• мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;
• средние — до 25 МВт;
• малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

 

рис. 25 « Типичная для горных районов Китая малая ГЭС (ГЭС Хоуцзыбао, уезд Синшань округа Ичан, пров. Хубэй). Вода поступает с горы по чёрному трубопроводу»

Гидроэлектростанции также делятся  в зависимости от максимального  использования напора воды:

• высоконапорные — более 60 м;

 

• средненапорные — от 25 м;
• низконапорные — от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

Гидроэлектрические станции  также разделяются в зависимости  от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

• русловые и плотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
• приплотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
• деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации.

Вода отводится из речного русла  через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

• гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

 

 

 

 

 

 

 

5.3 Ветрогенераторы

Существуют классификации ветрогенераторов по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта.

  Различают два основных типа ветротурбин:

• с вертикальной осью вращения ("карусельные" — роторные, в т.ч. ротор Савониуса — лопастные, ротор Дарье — ортогональные);

• с горизонтальной (крыльчатые).

Преимущества и недостатки разных типов ВЭУ

Широкое использование  горизонтально-осевых ВЭУ обусловлено  их высокой эффективностью. Даже самый  посредственный лопастной ветряк легко  достигает коэффициента использования энергии ветрового потока (КИЭВ) в 30 %. А самый тщательно отлаженый роторный, в лучшем случае, — 20 %.

Устройство

ВЭУ состоит из:

1. ветротурбины, установленной на мачте с растяжками и раскручиваемой ротором либо лопастями;
2. электрогенератора;

полученная электроэнергия поступает в:

• Контроллер заряда аккумуляторов, подключенный к
• аккумуляторам (обычно необслуживаемые на 24 В)
• Инвертор (= 24 В -> ~ 220 В 50Гц), подключенный к электросети

 

 

рис. 26 «Промышленная ветряная установка»

 

Устройство ветрогенератора

Состоит из:

1. Фундамент
2. Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления
3. Башня
4. Лестница
5. Поворотный механизм
6. Гондола
7. Электрический генератор
8. Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)
9. Тормозная система
10. Трансмиссия
11. Лопасти
12. Система изменения угла атаки лопасти
13. Обтекатель

 

 

• Система пожаротушения
• Телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора
• Система молниезащиты
• Привод питча

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.4 Тепловые насосы

Схема обогрева дома с помощью теплового  насоса

1. Тепловой насос
2. Трубопровод, уложенный в земле
3. Бойлер косвенного нагрева
4. Система отопления «теплый пол»
5. Контур подачи горячей воды

рис. 27 «Принципиальная схема обогрева дома с помощью теплового насоса»

Принцип действия теплового насоса

В качестве источника  низкопотенциального тепла может  выступать наружный воздух, имеющий  температуру от –15 до +15 °С, воздух отводимый из помещения с температурой 15–25 °С, подпочвенные (4–10 °С) и грунтовые (более 10 °C) воды, озерная и речная вода (0–10 °С), поверхностный (0–10 °С) и глубинный (более 20 м) грунт (10 °С).         В Нидерландах, например, в городе Херлен (Heerlen) для этих целей используется затопленная шахта. Вода, наполняющая старую шахту, на уровне 700 метров имеет постоянную температуру в 32 °C.

 

 

 

В случае использования  в качестве источника тепла атмосферного или вентиляционного воздуха, система отопления работает по схеме «воздух–

вода». Насос может  быть расположен внутри или снаружи  помещения. Воздух подается в его  теплообменник с помощью вентилятора.

Если в качестве источника  тепла используются грунтовые воды, то система работает по схеме «вода–вода». Вода подается из скважины с помощью насоса в теплообменник насоса, а после отбора тепла, сбрасывается либо в другую скважину, либо в водоем. В качестве промежуточного теплоносителя можно использовать антифриз или тосол. Если в качестве источника энергии выступает водоем, на его дно укладывается петля из металлопластиковой или пластиковой трубы.

По трубопроводу циркулирует  раствор гликоля (антифриз) или тосола который через теплообменник  теплового насоса передает тепло  фреону.

При использовании в качестве источника тепла грунта, система работает по схеме «грунт-вода». Возможны два варианта устройства коллектора – вертикальный и горизонтальный.

• При горизонтальном расположении коллектора, металлопластиковых трубы укладывают в траншеи глубиной 1,2–1,5 м или в виде спиралей в траншеи глубиной 2–4 м. Такой способ укладки позволяет значительно уменьшить длину траншей.