Холодильники та кондиціонери на сонячній енергії
На широтах не більше 45 град. Багато електроенергії витрачається виробництво холоду. На тих же широтах енергія Сонця видає протягом дня до 6 кВт/год енергії на 1 м. кв. Для порівняння типовий домашній холодильник споживає близько 1 кВт/год електроенергії на добу, а стандартний кімнатний кондиціонер за добу споживає близько 8 кВт/год. Загалом, є сенс подумати, як використовувати безкоштовну Сонячну енергію для отримання холоду і тим самим скоротити свої витрати на електроенергію. Ідея використовувати сонячні батареї для роботи холодильника є явно збитковою. Низький ККД, регулярна зміна акумуляторів, природне старіння кремнію та висока вартість, будь-який холодильник зроблять збитковим. Що стосується сонячних холодильних абсорбційних установок на броміді літію, то вони досить непогано себе зарекомендували, в тому числі і як кондиціонери. Виробництво таких установок може бути освоєне досить невеликим виробничим підприємством з невеликими фінансовими витратами. Температура Т = 85-90 град. необхідна для роботи бромисто-літієвих установок може бути отримана звичайним вакуумним плоским сонячним колектором. Водоаміачні абсорбційні холодильні установки набагато ефективніші, проте для їх роботи потрібна температура порядку Т=180-200 град.
Зрозуміло, що така температура може бути досягнута тільки із застосуванням сонячного концентратора енергії. Якщо йдеться про сонячний рефлектор, то необхідно вирішити питання та систему стеження за сонцем. У стандартному варіанті система стеження і рефлектор є досить дорогими виробами, проте насправді це не так. На рис.1 наведено приклад того, як індійські винахідники споруджують із підручних матеріалів форму близьку до параболи.Потім поливають цю форму рідкою глиною і доводять до параболічної форми за допомогою шаблону. Після висихання глини, поверхню обклеюють харчовою фольгою та безкоштовний сонячний концентратор готовий! Поміщена у фокус закопчена мідна трубка дозволяє нагрівати теплоносій до 300 град.
Дуже непогані сонячні концентратори можна робити і з телевізійних «тарілок» (рис.2) і зі звичайних невеликих дзеркал, наклеєних на поверхню параболічної форми. Тож із концентраторами проблем немає. До речі, якщо у фокус півтораметрової «тарілки»
помістити літровий чайник, вода в ньому закипає за 8 хвилин. Створення сонячної кухні це теж дуже перспективний напрямок, проте це вже зовсім інша тема.
Система стеження за сонцем може бути дуже дешевою, якщо вона буде пасивною. Тобто рефлектор буде повертатися за Сонцем з тією ж кутовою швидкістю, що в умовах сьогоднішньої електроніки реалізується елементарно просто і дуже дешево.
У будь-якому випадку треба прагнути до створення холодильних установок за участю сонячних концентраторів, бо чим більше буде різниця температур, тим вище ККД, тим економічнішою буде установка в цілому. Підведення теплової сонячної енергії може здійснюватися за допомогою теплових трубок або теплоносія. Втім, деякі винахідники для підведення сонячної енергії використовують світловоди. Ідея ця <над перспективна, проте, вона над нею потрібно ще ґрунтовно попрацювати.
Найпростіші холодильники на сонячній енергії можна виготовляти із стандартних абсорбційних холодильників шляхом заміни електронагрівача на сонячне підведення.
Якщо холод потрібен постійно, а Сонце постійно не світить, то нагрівач слід доповнити іншими альтернативними джерелами енергії.Це може бути вітер, річка чи морська хвиля. Як резерв можна використовувати і каталітичні обігрівачі, що працюють на газі чи бензині. У каталітичних обігрівачах відбувається без полум'яне горіння палива. Абсорбційний холодильник об'ємом 40 літрів при каталітичному обігрівачі споживатиме 8-10 грам бензину на годину. Такі холодильники могли б знайти попит у автомобілістів та постачальників продуктів харчування. Існуючі сумки-холодильники на елементах Пельтьє, працюють від автомобільного акумулятора, а фактично споживають той же бензин, тільки в набагато більшій кількості.
Слід зауважити, що абсорбційні водоаміачні холодильники, випущені 50 років тому, продовжують працювати і до цього дня і ламатися не збираються, що говорить про їхню надвисоку надійність. Отже, якщо потрібно мати приміщення, що постійно охолоджується, то таку установку можна один раз виготовити і надовго про неї забути.
На рис.3 зображено 40-літровий побутовий абсорбційний холодильник, перероблений на альтернативні джерела енергії. Холодильник працюватиме, якщо залишатиметься хоч одне джерело енергії. Для господарства, такого обсягу явно замало, але як демонстраційний або лабораторний зразок, цього обсягу цілком достатньо.
Компресійні холодильні установки порівняно з абсорбційними, є більш економічними та ефективнішими. У найпростішому варіанті для переведення холодильного компресора на альтернативну енергію може бути використаний пневмо або гідродвигун, який працюватиме від сумарної енергії Сонця, вітру, річки тощо.
На рис 4,5,6 зображені відповідно: низькооборотний холодильний компресор, автомобільний компресор та пневмо (гідродвигун) з яких досить нескладно виготовитихолодильну установку.
Для того щоб виготовити, наприклад, кондиціонер альтернативної енергії, можна застосувати готовий автомобільний кондиціонер (рис.7). Як привод використовується той же гідро або пневмодвигун (рис.6).
Холодильник для рибної продукції з низькооборотним холодильним компресором (рис.4) краще виготовляти на плавучій морській платформі (рис.8). Тут вітер, Сонце та морський бриз, є додатковими джерелами енергії, які також використовуються для створення холоду.
Загальним недоліком всіх наведених компресійних схем і те, що спочатку ми альтернативну енергію перетворимо на обертання, а компресорі обертання перетворюється на зворотно-поступальний рух поршня (рис.11). На цьому дуже багато губиться енергії. Ще одним недоліком є те, що при порушенні ущільнення валу обертання компресора втрачається його герметичність, а отже і його працездатність.
Альтернативну енергію значно простіше перетворювати на зворотно-поступальний рух за допомогою мембранного приводу. Мембрани PTFE (рис.9), виготовлені на основі NEOPREN або EPDM, працюють у широкому діапазоні температур і можуть бути використані як мембранного пневмоприводу, так і у фреоновому контурі холодильного компресора. Мембрани можуть здійснювати мільйони циклів, так що на наш час вистачить.
Головна перевага мембранного приводу полягає в тому, що у нього немає витоків, у нього немає ущільнення і йому не потрібне мастило. Він працює за принципом «Зробив та забув».
Корпус мембранного пристрою при серійному виробництві виробляється шляхом штампування з низьким ступенем точності. Так що штампований корпус вийде не набагато дорожче за консервну банку. Він може бути також виготовлений і з полімернихматеріалів, які не бояться корозії
Всі вищевикладені розробки є установками з гарантованою працездатністю, оскільки вони виготовляються на базі відпрацьованих серійних агрегатів. Однак це лише мала частина холодильних установок, які можуть бути запропоновані до виробництва. Для винахідників та інженерів, холодильна техніка на альтернативних джерелах енергії, це найбагатше поле для творчості. Холодильна компресійна машина перетворює механічну енергію на різницю температур, Холодильна машина, зроблена «навпаки» дозволяє різницю температур перетворити на механічну енергію, тобто на її базі можна виготовляти низькопотенційні теплові двигуни, які в свою чергу можуть бути використані для утилізації надлишкового тепла від геотермальних джерел енергії Крім абсорбційних та компресійних способів охолодження є й інші дуже цікаві напрямки. Так що для винахідників та інженерів це невичерпний обсяг роботи.
На закінчення наведу кілька загальних рекомендацій, що дозволяють робити установки альтернативної енергії рентабельними та конкурентоспроможними.
1. Індивідуальні установки альтернативної енергії, що працюють на виробництво електроенергії, в переважній більшості випадків є збитковими, тому альтернативна енергія повинна бути спрямована не на виробництво електроенергії, а на скорочення її споживання.
2. Установки альтернативної енергії повинні працювати на виробництво конкретного продукту: тепло, холод, прісна вода, водень, продукти харчування та ін. т.д.
3. Установки потрібно намагатися виготовляти зі стандартних вузлів та деталей машинобудівного виробництва, що дозволить їх зробити максимально дешевими та доступними для самихшироких верств населення.
4. Найбільш перспективними є гібридні установки, в яких різні джерела альтернативної енергії спочатку підсумовуються, а потім прямують на загальне навантаження.