Построение математической модели использования возобновляемых источников энергии в быту

3. Возможности использования возобновляемых источников энергии в Санкт-Петербурге и Ленинградской области

3.1. Варианты использования возобновляемых источников энергии, предлагаемые для энергообеспечения частного дома в Ленинградской области

1. Ветрогенераторы. Системы на базе ветрогенератов мощностью до 5 кВт могут питать отдельно стоящие коттеджи. Стоимость такой ветросистемы высока (около 20 000 долларов США), ее применение рекомендуется при среднегодовых скоростях ветра более 4 м/с, иначе будет вырабатываться только малая часть от паспортной выработки электроэнергии. Они довольно сложны в установке и требуют внушительных открытых площадей (в радиусе 50 м от ветрогенератора не должно быть ничего).
Из таблицы 1 (Приложение 5) следует, что в весенне-летний период скорость ветра в Ленинградской области не достаточна для эффективной работы ветряной электростан-ции (схема и принцип действия приведены в Приложении 2).
2. Солнечные энергоситсемы. В российских условиях солнечная электростанция, при условии качественного проектирования и монтажа, будет работать высокоэффективно и надёжно. Холод не дает отрицательного влияния. При понижении температуры напряжение солнечных элементов возрастает, повышая выходную мощность электростанции. Только при приближении к полюсам, чтобы собирать больше солнечной энергии на единицу площади, надо увеличивать угол наклона солнечных модулей.
Уровень солнечной радиации в разных регионах нашей планеты хорошо изучен. С помощью Global Solar Atlas (Глобальный солнечный атлас) можно узнать уровень солнечной радиации практически в любой точке планеты и посчитать, какую выработку даст солнечная электростанция.
Например, в расположенных по западной дуге Нижнем Новгороде, Москве, Санкт-Петербурге, Салехарде, восточной части Чукотки и на Камчатке, уровень солнечной радиации - от 2,5 до 3 кВт/час на 1 м² в день, что вполне достаточно для полноценного использования солнечной энергии.
Так, для того, что бы убедится в том, что в нашем регионе (Санкт-Петербург и Ленинградская область) автономная солнечная электростанция работать будет можно рассмотреть Рисунок 3. На 1 м² в Санкт-Петербурге выпадает 2,5 кВт солнечной энергии. И так как далеко не все типы панелей будут эффективно работать при такой инсоляции¹⁰, их тип должен быть правильно подобран специалистами.

Рисунок 3. Уровни солнечной радиации в России. https://twitter.com/Novasunru
3. Гибридные ветросолнечные электростанции. Преимущества гибридных станций проявляются при круглогодичном использовании, так как в зимнее время основная выработка электроэнергии приходится на ветроэлектрическую установку, а летом — на солнечные фотоэлектрические модули. Так как нас интересует обеспечение электроэнергией в летний период, данный вариант рассматривать не будем.
4. Солнечные коллекторы. В летний период плоские солнечные коллекторы способны обеспечить потребность дома в горячей воде. Такие коллекторы относительно недороги и легко интегрируются в существующую систему отопления. Однако, они не решают проблемы полного энергообеспечения дома, поэтому также не будут подробно рассматриваться в рамках данной работы (принцип действия и схема в Приложении 3).
5. Тепловые насосы - еще один вариант отопления индивидуального загородного дома. Технология позволяет выкачивать тепло из среды, имеющей невысокую, но постоянную температуру (грунт, скалистая порода или, вода на определенной глубине). Из-за сложности работ и большой стоимости оборудования (средняя цена для дома площадью 100 м² – 500 000 рублей), этот вариант также не представляет для нас практического интереса (принцип действия и схема приведены в Приложении 4).
Из перечисленного следует, что наиболее оптимально рассматривать обеспечение загородного дома электричеством при помощи такого возобновляемого источника как солнечная энергия, то есть посредством установки солнечной электростанции.