Совместный коллектив ученых из новосибирского Института катализа СО РАН, НГУ и итальянского Института передовых энергетических технологий имени Н. Джордано исследовали различные варианты применения альтернативной энергии в разных регионах России.
Эффективность использования тепловой солнечной энергии специалисты изучали в семи локациях на территории страны:
- Астрахань,
- Москва,
- Владивосток,
- Омск,
- Архангельск,
- Якутск,
- Оймякон.
Исследование проводилось на основе работы адсорбционного преобразователя тепла — установки, которая подходит для бытовых нужд.
Подобные приборы работают благодаря взаимодействию пористых сорбентов и паров жидкостных сорбтивов. Сорбент способен как выделять тепло, так и поглощать его. Это происходит в момент различных рабочих циклов. Таким образом, установки могут использоваться и для нагревания, и для охлаждения. Однако эффективность прибора в различных климатических условиях зависит от соотношения различных видов сорбентов (поглощающего тела или жидкости) и сорбтивов (поглощаемого вещества). Российские и итальянские ученые проанализировали около сорока пар различных материалов.
Сорбентными свойствами обладают такие материалы, как угли, цеолиты, или силикагели, которые сегодня все чаще заменяют инновационными соединениями: «соль в пористой матрице», металлоорганическими каркасами, алюмофосфатами. В качестве сорбтивов, помимо воды, могут также служить различные жидкости. Например, для зимних условий более пригоден метанол, так как температура его замерзания ниже нуля градусов. Сочетание различных вариантов позволяет наиболее эффективно использовать энергию тепла в разных локациях.
Чтобы адсорбционный преобразователь тепла заработал можно использовать не только солнечную энергию, но и тепло от работающего двигателя, или выхлопных автомобильных газов. Однако Солнце остается наиболее эффективным источником тепла для использования его в качестве альтернативного источника энергии.
Чтобы рассчитать влияние климата на работу энергетической установки, ученые рассчитали средние температуры дня и ночи для каждого месяца года в каждом из регионов, где проводились исследования. Благодаря этому удалось установить, какое количество сорбтива каким сорбентом будет переработано за каждый рабочий цикл. Выяснилось, что для российских условий наиболее эффективны в качестве сорбентов композиты: «соль в пористой матрице» и металлоорганические каркасы.
Циклы охлаждения в работе адсорбционного преобразователя тепла изучали только в условиях Астрахани. Для остальных регионов кондиционирование воздуха, или охлаждение емкостей для хранения лекарств таким способом не выглядит перспективным. Зато определенный эффект можно получить в циклы обогрева и накапливания тепла
Летом работающие на солнечной энергии АПТ могут нагревать воду для душа, стирки, мытья посуды и других бытовых потребностей практически на всей территории страны, даже в Оймяконе.
Зимой же солнечной энергии может быть недостаточно и для работы адсорбционного преобразователя тепла необходимы дополнительные источники тепла. Температура их нагрева в зависимости от региона, должна быть от 2 до 20 градусов по Цельсию. Это могут быть подземные воды, или «бросовое» тепло от промышленных предприятий и транспорта.
