Перспективи використання енергії сонця і вітру

А. Коняшкіна, В. Степанова

З моменту появи на землі людина почала використовувати енергію сонця. За археологічними даними відомо, що для житла перевагу віддавали тихим, закритим від холодних вітрів і відкритих сонячних променів місцях. Навколо світила створювалися міфи, його обожнювали. У Древньому Єгипті верховним божеством вважався Ра - бог Сонця. Мабуть, першим відомої геліосистема можна вважати статую Аменхотепа III, що відноситься до XV століття до н.е. Всередині статуї розташовувалася система повітряних і водяних камер, які під сонячними променями приводили в рух захований музичний інструмент. У Древній Греції поклонялися Геліосу. Ім'я цього бога сьогодні лягло в основу багатьох термінів, пов'язаних із сонячною енергетикою. У давніх слов'ян особливо шанувався Даждьбог -- сонце, джерело тепла і світла. У стародавніх інків були загадкові споруди, за яким сьогодні ми можемо запропонувати версію, що вони могли використовуватися як Геліоколлектори. Солярна символіка була оберегом для людини і його житла (див. малюнок). Такі зображення і сьогодні можна зустріти в орнаментах традиційного житла. Зрозумілі нам тепер сонячні затемнення в давнину сприймалися простими людьми як катастрофи. Навколо цього явища складалися легенди. Поява вогню, що підтримує своє життя деревиною та зігріває людину, не змінило таку прихильність. А що таке деревина? Це практично та ж сонячна енергія, що акумулюється за допомогою фотосинтезу. А газ, вугілля, нафта? Це також результат діяльності сонця.

Вітер був менш почитаємо, але й у нього в далекій давнині також є уособлення в вигляді богів, духів. Так у слов'ян почитали Стрибога - бога і володаря вітру. Уособлення вітру існують і в інших язичницьких культах. З глибини віків до нас дійшли відомості, як вітер ловили вітрилами і подорожували по морях і річках. Тисячі вітряних млинів аж до початку XX століття працювали, перемелюючи зерно на борошно. Сервантес у своїй книзі про Дон Кіхота в одній з найбільш яскравих картин представив млини могутніми велетнями, з якими бореться лицар «Сумного образу».

Як видно, такі природні і воістину безцінні джерела, як сонячна радіація та енергія вітру, були завжди поруч з людиною, їх намагалися використовувати, приборкати стихію. З незапам'ятних часів просторову структуру свого житла чоловік організовував з урахуванням орієнтації на Сонце. Фактично те, що ми зараз називаємо енергозберігаючими будівельними прийомами, є ніщо інше, як спроба грамотного використання і збереження тепла, що дає нашим світилом, в будівлях.

Ще на початку минулого століття людина з успіхом користувався цими явищами. На рубежі XIX і XX століть робилися спроби створення різних технічних пристроїв приборкання і використання енергії сонця і вітру, його другої похідної.

Але за останні 100 років, незважаючи на інтенсивний розвиток технології, ці два енергоносія, так вірно служили людині, були незаслужено забуті. Результати такої забудькуватості не забарилися позначитися: нам загрожує енергетичний кризу, не за горами екологічна катастрофа. І тільки в останні два десятиліття інтерес до використання енергії сонця і вітру знову почав зростати.

Більше ніж у 70 країнах світу розроблені і діють геліоенергетичні програми. Так у Німеччині реалізований проект «Тисяча дахів», де 2250 будинків було обладнано фотогальванічні установками. У США прийнято програму «Мільйон сонячних дахів », розрахована до 2010 р. В даний час експлуатується більше мільйона сонячних водонагрівачів. Отримують поширення «сонячні дому». Розроблено способи управління регулюванням систем.

Під усьому світі проводиться аналіз ефективності з використання поновлюваних джерел енергії. Світовими лідерами із застосування енергії сонця і вітру є США, Німеччина, Нідерланди, Данія, Індія. Також активно ведуться розробки в таких країнах, де кліматичні характеристики близькі до Московської області, таких як Скандинавія, Норвегія, Канада.

Використання відновлюваних видів енергії, зокрема енергії сонця і вітру, набуло відчутні масштаби і стійку тенденцію до зростання. За різними прогнозами, ця частка до 2010-2015 років. у багатьох державах досягне 10% і більше. Більше застосування знайшло використання енергії вітру через більш низьких питомих капіталовкладень. Зростає поряд із сумарною потужністю ВЕУ (вітрова енергоустановки) одинична, що перевищила 1 МВт. Сумарна встановлена світова потужність великих ВЕУ і ВЕС становить від 10 до 20 ГВт.

Звичайно, на сьогоднішній день без дублюючих систем енергопостачання будинків, що використовують невідновлювані ресурси, не обійтися, але навіть 20%-ве заміщення їх дає безперечний позитивний ефект. Що дають ці 20%? Це перш за все, зниження на 1/5 використання кількості невідновлюваних енергоносіїв, які використовуються для експлуатації будівель, зниження ризику насувається екологічної катастрофи і, що найважливіше для господаря, зниження витрат на утримання свого будинку.

Можливість повного або часткового заміщення невідновлюваних енергоносіїв для енергопостачання будинків дозволяє вирішити багато проблем. Просто необхідно забезпечити житлові будинки екологічними системами опалення (і літнього охолодження), гарячого водопостачання. Так, звичайно, вартість обладнання і монтажу геліосистем на сьогоднішній день не найдешевше і не найпростіше рішення. Але з урахуванням того, що сонячна енергія нічого не варто, а вартість на невідновлювані енергоносії постійно зростає, обладнання окупиться за 2-3 року і буде служити до повного зносу.

З урахуванням перспективи розробок, що ведуться в цьому напрямку, можна сміливо прогнозувати, що до 2010 року з'являться нові геліосистеми, з більшою ефективністю і терміном окупності до 1 року. Вартість установок сьогодні вже на порядок нижче, ніж була 10 років тому.

Можна Чи можна використовувати енергію сонця і вітру в енергопостачанні житлових будинків Московської області та близьким за кліматичними параметрами областям?

Довгий час у нашій країні вважалося, що сонячні установки доцільні тільки в регіонах з жарким кліматом. Однак досвід використання їх в таких місцевостях, як Аляска, Канада, Норвегія, Північна Америка, близьких за кліматичними умовами, показує, що їх можна застосовувати і в нашій середній смузі, у зокрема в Московській області. Московська область розміщена на Східно-Європейської рівнини в зоні переходу від Смоленсько-Московської височини до Мещерської низовини. Перехідний стан між різними природними районами створює в області значні перепади висот на місцевості. Природно-кліматичних умов достатньо для цілорічної експлуатації енергії сонця і вітру (див. таблицю 1).

Різні будівельні прийоми використання поновлюваних джерел енергії як в реконструйованих будівлях, так і при новому будівництві дають таку можливість. Треба тільки правильно їх використовувати.

В 60-70-х рр.. в нашій країні робилися кроки з використання нетрадиційних видів енергії. У цей час з'явилися також фотоелектричні установки автономного електропостачання, чудово зарекомендували себе в космосі. До кінця 80-х років в експлуатації знаходилися сонячні установки гарячого водопостачання із загальною площею близько 150 тис. м