Солнечные коллекторы (СК)

Солнечные коллекторы — это устройства схожие по принципу работы с тепловыми СЭС. Но в данном случае солнечная энергия используется не для производства электричества. Их используют в качестве водонагревательных элементов. В крупномасштабных проектах СК не используются, они наиболее приспособлены для бытового применения, то есть для работы в частных домах, дачах, небольших сельхоз предприятиях и т.д

Наиболее выгодный тип СК — вакуумный (ВСК). В нагревательных трубках коллектора возможно повышение температур 300 °C. Добиться этого можно за счёт снижения потерь тепла. Для этого создаются многослойные герметичные стеклянные трубки, внутри коротых создаётся вакуум. Также в ВСК применяются тепловые трубки, которые играют роль проводника тепла. При облучении солнечным светом жидкость в них, расположенная на дне трубки, нагревается и превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки, где конденсируясь передают тепло коллектору. Эта схема работы ВСК позволяеть достигать высокого КПД даже при низком уровне освещения и малых температурах.

Наноантенны (НА)

Наноантенной называется альтернативное устройство для преобразования энергии солнечного излучения в электрический ток. Данное устройство работает, как и многие антенны, по принципу выпрямления, но в отличие от традиционных антенн, работает оно в оптическом диапазоне длин волн.Из-за малой длины волн оптического диапазона, наноантенна имеет размеры, не превышающие сотен микрон в длину, а в ширину — не более, и даже менее, 100 нанометров. Падающий на антенну свет, колебаниями своего электрического поля провоцирует колебания электронов в антенне с той же частотой, что и частота волны. После детектирования тока при помощи выпрямителя, достаточно его преобразовать в электроэнергию.

В отличие от кремниевых солнечных батарей, наноантенны обладают КПД в пределах 70-80%, что значительно выше КПД стандартных солнечных батарей.

В крупных масштабах электроэнергия при помощи наноантенн всё ещё не вырабатывается. Наноантенны всё ещё находятся на стадии эксперементальной разработки. Они производятся методом электронно-лучевой литографии, которая требуется для производства туннельных диодов. Основа для этого — переход: металл — диэлектрик — металл. Также тормозит разработку медленный и дорогой процесс создания НА — он требует высокой точности, что не позволяет ввести его в промышленное производство.

Несмотря на значительную дороговизну разработки, в случае успеха развития технологии и становление её на полномаштабное производство, наноантенны в будущем смогут вытеснить стандартные кремниевые солнечные батареи, так как общая стоимость материалов для производства 1 кв.м наноантенн будет составлять до 11 долларов, тогда как цена материалов, необходимых для производства простых кремниевых батарей, может достигать 400 долларов.

Ветровая энергетика

Ветроэнергетика – отрасль энергетики, связанная с разработкой методов и средств преобразования энергии ветра в механическую, тепловую или электрическую энергию. Энергии ветра присущи большинство плюсов других возобновляемых энергоисточников — возобновляемость, относительная экологическая безопасность, низкая стоимость эксплуатации.

В настоящее время применяются две основные конструкции ветроэнергетических установок(ВЭУ), которые обладают примерно равным КПД: горизонтально-осевые и вертикально-осевые ветродвигатели. При этом наибольшее распространение получили ветроагрегаты первого типа.

Исходя из мощности ВЭУ разделяют на четыре категории:

-  большие — мощностью свыше 1 Мвт;

-  средние — мощностью от 100 кВт до 1 МВт

-  малые — мощностью от 5 до 99 кВт

-  очень малые — мощностью менее 5 кВт

Комплексы из более чем двух ВЭУ образуют ветровые электростанции (ВЭС). Территории пригодные для размещения ВЭС — не только равнинные земли суши. Их можно возводить также в горной местности, прибрежных территориях и даже на морском шельфе. Данное свойство ВЭС позволило возвести большое число электростанций, за счёт чего в преиод с 1996 по 2020 года суммарная мощность всех ВЭС возросла в почти 10 раз — с 6,1 МВт до 591 МВт.

Крупнейшие производители электроэнергии на основе силы ветра — США, Китай и Германия — вместе они производят более половины от общемирового производства ветряной электроэнергии. Причём наибольшую роль ветроэлектростанции играют в Гемании, где в целом альтернативные источники энергии имеют большое распространение. Так в первой половине 2019 года на долю «зелёной» электроэнергии приходилось 47% от общего объёма, из которых 11% приходилось на ВЭС.

Но использование ветроэлектростанций вызывает значительный комплекс проблем. Во-первых, поглащение энергии ветров курупными массивами ветряков снижает силу ветров, что приводит к значительному ухудшению циркуляции воздуха в экосистеме. Это же приводит к тому, что леса, расположенные рядом с ВЭС начитают поглащать меньшее количество углекислого газа - до 90% от максимального количества. Также одной из значительных проблем ВЭС является высокий уровень шума, но данный недостаток легко онуляется в случае размещения ВЭС на отдалённых территориях, а в лучшем случае — на морском шельфе.