В условиях изменения климата и роста цен на привычные источники энергии вопрос об использовании альтернативных источников энергии становится все более актуальным. Солнечная энергия, как одна из самых доступных и экологически чистых форм энергии, привлекает внимание, как исследователей, так и широкой общественности. В связи c этим проект направлен на исследование возможностей и преимуществ внедрения солнечных технологий в быту.

Цель работы: оценка экономической эффективности использования солнечной энергии в условиях домашнего быта на примере расходов электроэнергии в моей семье.

Задачи:

Изучить информацию об источниках электроэнергии.

Изучить информацию об энергосбережении.

Проанализировать расходы электроэнергии на примере моей семьи.

Исследовать процесс получения энергии от солнечных панелей.

Экономически рассчитать стоимость данной установки, её окупаемость и целесообразность приобретения.

Сравнить затраты и потребление электроэнергии в моей семье за год с расходами солнечной энергии.

Объект исследования: солнечные панели.

Предмет исследования: использование солнечных панелей в качестве альтернативного источника энергии.

Гипотеза: получение энергии с помощью солнечных панелей в моей семье является эффективной заменой обычным способам получения энергии.

Методы исследования: изучение и анализ литературных источников по выбранной теме, сравнение, экономический анализ.

Глава 1. Источники энергии. Их виды и применение

Источники энергии играют ключевую роль в жизни современного общества. Они обеспечивают необходимые ресурсы для функционирования промышленных процессов, транспортировки, бытовых нужд и многих других аспектов жизни. Понимание различных типов источников энергии, их применения, плюсов и минусов, а также альтернативных решений становится всё более важным в контексте глобальных экологических вызовов.

Виды источников энергии

На основе всеобщего закона сохранения энергии человечество, обитающее на поверхности Земли, может использовать такое количество энергии, которое есть на поверхности Земли. На поверхность Земли энергия поступает из трех источников.

Первый источник – это кинетическая энергия вращения Земли, часть которой нам доступна благодаря тому, что океанские приливы являются постоянным тормозом, замедляющим вращение планеты. Приливы являются возобновляемым источником и для практических целей обладают определенной энергией.

Второй источник – это энергия земных недр, которая поступает на поверхность Земли в форме тепла, называемого геотермальным. Сейчас высокие температуры внутри Земли поддерживаются теплом, выделяемым при спонтанном распаде природных радиоактивных элементов – урана и тория. В качестве ресурсов атомной энергии рассматриваются только уран и торий, сосредоточенные в самой верхней однокилометровой кромке континентов. Ядерный потенциал Земли огромен и никогда не может быть полностью использован не только потому, что невозможно переработать на глубину в 1 км всю поверхность суши, но еще и потому, что для извлечения урана и тория из горных пород потребуется больше энергии, чем ее может быть произведено потребителями этого сырья – атомными станциями.

Третий источник – это Солнце, которое посылает на поверхность Земли тепло и свет. Ежедневно на Землю поступает 1,5∙1012 Дж солнечной энергии, или в единицах мощности 17,3∙1016 Вт. Этот огромный поток свидетельствует по существу о безграничности солнечной энергии, и вопрос состоит в том, как ее использовать, превратив в полезные для человека виды энергии, и как это сделать разумно и без ущерба окружающей человека среде. Поступающая солнечная энергия затрагивает почти каждый процесс и каждое живое существо на земной поверхности. Нагревая атмосферу, океаны и сушу, солнечное тепло вызывает движение воздуха в виде ветра, часть солнечной энергии аккумулируется в водных резервуарах - озёрах и реках, часть в растениях и животных. Однако вся энергия (почти вся) поступившая на Землю, вновь излучается в холодный космос, сохраняя земную поверхность в тепловом равновесии. Лишь небольшая часть солнечной энергии временно аккумулируется, как указано ранее, в атмосфере, воде и биомассе.

Захороненный в осадках органический материал также аккумулирует запас солнечной энергии. При этом главным энергоулавливающим механизмом является фотосинтез – процесс, благодаря которому растения, используя лучистую энергию Солнца, соединяют воду с двуокисью углерода (углекислым газом) СО2 и производят углеводороды, необходимые для жизнедеятельности растений (рост, плодоношение) и кислород, необходимый для дыхания животным и человеку. Когда животные поедают растения, органические компоненты становятся тем горючим, которое поддерживает их жизнь. Следовательно, животные являются вторичными потребителями уловленной растениями солнечной энергии. Когда растения съедаются животными или когда они отмирают и разлагаются, накопленная в них энергия высвобождается, а органическая материя распадается снова на воду и двуокись углерода. Незначительная часть органического материала захороняется в осадках прежде, чем органика полностью исчезнет из-за разложения. Таким образом, некоторая часть солнечной энергии как бы консервировалась десятки миллионов лет назад, становясь с этих пор горючим ископаемым. Скорость аккумуляции солнечной энергии в них много ниже скорости, с которой мы добываем и сжигаем этот органический материал. Таким образом, горючие ископаемые являются по существу невозобновляемым ресурсом. На сегодня мы в основном используем три вида горючих ископаемых: уголь, нефть и природный газ («большая троица») [3].

Топливно-энергетические ресурсы – это совокупность природных и произведенных энергоносителей, запасённая энергия которых при существующем уровне развития техники и технологии доступна для использования в хозяйственной деятельности. Топливно-энергетические ресурсы делят на первичные и вторичные.

К первичным энергетическим ресурсам относятся ресурсы, получаемые непосредственно из природных источников для последующего преобразования в другие виды энергии, либо для непосредственного применения: нефть, уголь, природный газ, солнечная энергия, ветер, геотермальная энергия и гидроэнергия. Часто первичные ресурсы не могут быть использованы непосредственно и должны быть извлечены и подготовлены к дальнейшему потреблению.

Первичные ресурсы подразделяют на возобновляемые и невозобновляемые.

Вторичные ресурсы – это энергетические ресурсы, получаемые в виде побочных продуктов основного и вспомогательного производства в различных технологиях: электроэнергия и тепловая энергия, которые получают из первичных источников.

Топливно-энергетические ресурсы включают в себя не только источники получения энергии, но и произведенные энергетические ресурсы, к которым относят тепловую энергию и электрическую энергию, которые получают, используя энергию первичных и вторичных энергоресурсов (Приложение 1, Рис. 1). Электрическая энергия впоследствии может быть снова преобразована в другие виды энергии.

К невозобновляемым источникам энергии относят большинство видов природного органического топлива, а также ядерное топливо. В настоящее время более 90 % тепловой и электрической энергии производится при использовании невозобновляемых ресурсов: уголь, нефть и природный газ. Плюсами таких источников являются высокая энергетическая плотность и доступность. Минусы: загрязнение окружающей среды, выбросы парниковых газов и истощение ресурсов.

Возобновляемыми источниками являются:

Солнечная энергия: использует солнечные панели для производства электричества.

Ветроэнергия: использует ветровые турбины для генерации энергии.

Гидроэнергия: работа гидроэлектростанций на основе движения воды.

Биомасса: применение органических материалов для получения энергии.

Геотермальная энергия: использует тепло земли.

Плюсы возобновляемых источников: экологически чистые, обилие ресурсов, возможность местного использования.

Минусами таких источников являются: зависимость от климатических условий, первоначальные вложения и необходимость в технологиях для хранения энергии.

Применение источников энергии

Источники энергии применяются в различных сферах:

- Промышленность: для производства товаров и услуг.

- Транспорт: для питания автомобилей, поездов, кораблей и самолётов.

- Бытовое использование: отопление, освещение и электроприборы.

- Сельское хозяйство: для орошения, обработки земли и хранения продукции.

Производство энергии

Электростанция – это крупный промышленный комплекс, где производится выработка электроэнергии. В мире энергетики существует множество типов электростанций, каждый из которых представляет собой уникальную систему для производства электроэнергии.

Рассмотрим основные типы электростанций:

Атомные электростанции. Эти станции используют ядерные реакторы для производства электроэнергии путем расщепления ядерных топлив. Они обладают высокой эффективностью и способны обеспечивать стабильное производство электроэнергии на длительные периоды времени.

Гидроэлектростанции. Они основаны на использовании потенциальной энергии воды, которая преобразуется в кинетическую энергию и затем в электроэнергию с помощью турбин и генераторов. Гидроэлектростанции являются одним из наиболее распространенных источников возобновляемой энергии.

Тепловые электростанции. Они работают на основе сжигания ископаемых топлив, таких как уголь, нефть или газ, для нагрева воды и производства пара, который затем приводит в движение турбины и генераторы.

Ветряные электростанции. Они используют энергию ветра для привода вращающихся лопастей ветряных турбин, которые затем преобразуют кинетическую энергию в электрическую.

Солнечные электростанции. Они преобразуют солнечную энергию в электрическую с помощью фотоэлектрических панелей или солнечных термальных коллекторов.

Биомассовые электростанции. Они используют биологические материалы, такие как древесина, солома или биотопливо, для производства электроэнергии путем сжигания или биохимических процессов.

Ядерные электростанции на синтезе. Эти электростанции планируются на основе ядерного синтеза, который позволит генерировать энергию из слияния атомов водорода.

Электростанции являются ключевыми объектами в производстве электроэнергии, обеспечивая постоянное электроснабжение для различных потребителей. Независимо от типа электростанции, основной принцип их работы заключается в преобразовании различных видов энергии в электрическую энергию.

Производство электроэнергии на различных типах электростанций:

Атомные электростанции. Ядерные реакторы используются для контролируемого расщепления ядерных материалов, таких как уран или плутоний. Этот процесс высвобождает огромное количество тепловой энергии, которая затем используется для нагрева воды и превращения ее в пар. Этот пар затем приводит в движение турбины, которые связаны с генераторами, производящими электроэнергию.

Гидроэлектростанции. Потенциальная энергия воды хранится в верхнем бьефе или резервуаре. Когда вода выпускается через гидротурбины, она преобразует свою потенциальную энергию в кинетическую энергию, которая в свою очередь приводит в движение турбины, связанные с генераторами.

Тепловые электростанции. Сжигание ископаемых топлив создает тепловую энергию, которая используется для кипячения воды и образования пара. Пар затем подается к турбинам, которые вращаются и приводят в действие генераторы.

Ветряные электростанции. Ветряные лопасти захватывают кинетическую энергию ветра и вращаются, приводя в движение генераторы, которые производят электроэнергию.

Солнечные электростанции. Фотоэлектрические панели преобразуют солнечный свет в электрическую энергию путем выделения электронов из полупроводникового материала.

Биомассовые электростанции. Сгорание биологических материалов производит тепловую энергию, которая используется для производства пара, а затем приводит в движение турбины и генераторы.

Ядерные электростанции на синтезе. В процессе ядерного синтеза атомов водорода освобождается огромное количество энергии, которая затем используется для производства электроэнергии.

После производства электроэнергии на электростанции, она передается через сеть электропередачи. Высоковольтные линии передачи электроэнергии используются для передачи электрической энергии на большие расстояния, а затем энергия распределяется по местным сетям электроснабжения до конечных потребителей, таких как дома, предприятия и промышленные объекты.

Электростанции, особенно те, которые используют ископаемые топлива, могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду:

Выбросы парниковых газов. Сгорание ископаемых топлив, таких как уголь, нефть и природный газ, приводит к выбросу парниковых газов, таких как диоксид углерода (CO2), который является основной причиной изменения климата.

Загрязнение воды и почвы. Электростанции могут сбрасывать токсичные вещества, такие как ртути и серы, в водные и почвенные ресурсы, что может привести к загрязнению и угрозе здоровью людей и экосистем.

Разрушение экосистем. Строительство гидроэлектростанций может привести к изменению речных режимов и разрушению экосистем, а ветряные и солнечные электростанции могут занимать большие площади земли, что влияет на местную флору и фауну.

Альтернативные источники энергии

Считается, что альтернативная энергетика — это следующий этап в развитии технологий, направленных на бесперебойную поставку электричества без вреда для окружающей среды. Статус «зеленых» альтернативным станциям присвоили потому, что все они получают энергию из возобновляемых источников, в отличие от традиционных, которые работают, например, на нефти или газе.

К преимуществам альтернативных источников энергии можно отнести:

Экологическую безопасность. Возобновляемые источники энергии не выбрасывают в атмосферу вредных газов и не приводят к загрязнению окружающей среды. Это означает, что использование возобновляемых источников энергии может существенно сократить зависимость от ископаемых топлив.

Экономические преимущества. Использование возобновляемых источников энергии может привести к значительной экономии затрат на производство энергии. Например, солнечные и ветровые установки могут быть установлены ближе к местам потребления, что позволяет избежать затрат на транспортировку.

Независимость от поставщиков топлива. Использование возобновляемых источников энергии позволяет уменьшить зависимость от внешних поставщиков топлива. Это важно для государств, которые зависят от импорта энергии.

Развитие новых технологий. Развитие возобновляемой энергетики требует разработки и использования новых технологий, что может привести к созданию новых рабочих мест и стимулированию экономического роста.

Устойчивость и стабильность. Возобновляемая энергетика обеспечивает устойчивую и стабильную поставку энергии, что является особенно важным в условиях изменения климата и нестабильности глобальной политической ситуации.

Несмотря на многие преимущества, возобновляемая энергетика имеет также и некоторые недостатки:

Низкая плотность энергии: возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, обладают низкой плотностью энергии. Это означает, что для получения большого количества энергии требуется большая площадь или объем установок по производству энергии.

Непостоянство поставок энергии: возобновляемые источники энергии являются нестабильными и зависят от погодных условий. Это может приводить к колебаниям в производстве энергии, что затрудняет ее использование в качестве основного источника энергоснабжения.

Высокие затраты на производство: производство и установка оборудования для возобновляемых источников энергии может быть очень дорогим, что делает использование энергии из возобновляемых источников менее доступным.

Влияние на окружающую среду: строительство и эксплуатация возобновляемых источников энергии может иметь негативное влияние на окружающую среду. Например, гидроэлектрические дамбы могут приводить к изменению экосистем рек и озер.

Необходимость хранения энергии: для использования возобновляемой энергии в масштабах большого производства необходимо разработать системы хранения энергии, которые представляют собой дополнительные затраты на инфраструктуру.

Таким образом, возобновляемая энергетика имеет свои недостатки, однако, несмотря на это, она все еще является важным направлением для уменьшения зависимости от традиционных источников энергии и борьбы с изменением климата.

Недостатки возобновляемой энергетики по сравнению с традиционными источниками энергии могут включать в себя следующее:

Необходимость больших инвестиций: для того чтобы использовать возобновляемые источники энергии, такие как солнечные и ветровые установки, часто требуются значительные капиталовложения.

Необходимость большей площади для установки оборудования: возобновляемые источники энергии могут потребовать большего пространства для размещения своих установок, например, ветряных турбин или солнечных панелей.

Зависимость от погоды: возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, зависят от погодных условий, что может приводить к нестабильности поставок энергии.

Структура энергопотребления в России по данным на 2024 год приведена на Диаграмме 1 (Приложение 1, Диаграмма 1).

Источники энергии являются основой современного общества. Понимание их особенностей, применения, плюсов и минусов позволяет находить баланс между экономическим развитием и охраной окружающей среды. Альтернативные источники энергии представляют собой перспективное направление, которое будет способствовать устойчивому развитию и обеспечению населения необходимыми ресурсами без ущерба для планеты.

Глава 2. Энергосбережение 2.1. Понятие энергосбережения

Энергосбережение - реализация мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов, таких как электричество, тепло, вода, газ при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования.

Энергосбережение стало одной из приоритетных задач человека из-за дефицита основных энергоресурсов, возрастающей стоимости их добычи, а также в связи с глобальными экологическими проблемами.

Электроэнергия в наше время – это один из самых главных помощников для нас, она уже как элемент для выживания. Сегодня жизнь без электричества нельзя представить.

2.2. Потребление электроэнергии в России

Потребление электроэнергии на территории РСФСР/РФ к началу 1990-х годов достигло пиковых значений. В рамках Единой энергосистеме России в 1991 году этот показатель составил 1017,6 млрд кВт·ч. Затем начался период спада.

Провал потребления электроэнергии 1990-х годов связан в первую очередь с глубоким экономическим обвалом и деиндустриализацией: население вынуждено было экономить на электроэнергии, а крупные промышленные потребители резко сократили спрос, часть промышленных потребителей прекратили существование. Дно было достигнуто в 1998 году, на который пришлось обострение экономического кризиса в стране.

Затем начался период восстановления спроса, прервавшийся в 2009 году — также на фоне экономического кризиса. Кризис носил мировой характер, поэтому часть проблем, с которыми столкнулась экономика России была обусловлена не внутренними причинами, а спадом у партнёров. Так, в 2009 году сократилось потребление энергоресурсов в странах Евросоюза, что привело к снижению добычи и экспорта газа в РФ.

Продолжившийся за кризисом конца 2000-х годов период восстановления завершился в 2016 году, когда наконец был превышен показатель 1991 года. Хотя превышение составило всего 9,2 млрд кВт-ч, но с этого времени потребление электрической энергии практически всегда демонтировало рост. Исключением стал ковидный 2020 год, однако и тогда снижение было относительно скромным — 25,7 млрд кВт-ч. Это заметно меньше падения на 46,9 в 2009-м и тем более 61,4 млрд кВт-ч в 1992-м.

Потребление электроэнергии в рамках Единой энергосистеме России в 2024 году достигло 1174,1 млрд кВт-ч — на 156,5 млрд кВт-ч (на 13,3%) больше, чем в 1991-м. За этот период изменилась структура потребления: сократилась доля промышленных потребителей, выросла доля населения, что связано с возросшим количеством электроприборов, которыми оно пользуется в быту (начиная от электроплит, заканчивая смартфонами, которые требуют ежедневной зарядки) (Приложение 1, Диаграмма 2).

В инфографике «Переток.ру» показано как изменится структура энергопотребелния в России к 2040 году. Прогноз подготовлен Институтом энергетических исследований РАН и Аналитическим центром при Правительстве РФ (Приложение 1, Диаграмма 3).

По данным за 2020 год, более 60% электропотребления России приходилось на производственную сферу, в основном на промышленность.

Некоторые отрасли, которые потребляли значительные объёмы электроэнергии:

Металлургия. Особенно цветная и производство алюминия.

Добыча полезных ископаемых. На добычу нефти, газа, угля, руд уходило более 12% от всей электроэнергии.

Химия и нефтехимия. Производство каучуков, пластмасс, лекарств занимало 4%.

Также в структуру потребления электроэнергии входили бытовой сектор (коммунально-бытовые потребители, уличное освещение и организации в сфере ЖКХ), собственные нужды электростанций и потери в сетях, сфера услуг, транспорта и ИТ.

Показателей затрат электроэнергии в России приведены в Приложении 1, Диаграмма 4.

По данным НИУ ВШЭ, в 2024 году среднедушевое потребление электроэнергии в России составляло около 1,2 тыс. кВт·ч на человека в год. При этом, по информации сайта eenergy.media, среднестатистическая семья тратит 350–400 кВт·ч в месяц. Потребление электроэнергии населением растет быстрее, чем у бизнеса, посчитали в НИУ ВШЭ. Последнее десятилетие спрос домохозяйств увеличивался в среднем на 2,9% за год, а компаний — только на 0,9%. Всплеск потребления в бытовом секторе начался в 2020 году из-за перехода людей на удаленную работу в связи с пандемией и продолжается в некоторых регионах с развитием туризма.

Увеличение потребления электричества создает большую нагрузку на природу, начинается истощение природных ресурсов, что вскоре может привести к полному опустошению всех запасов на Земле.

При чрезмерном пользовании электроэнергии в расход идут нефть, газ, уголь и вода, запасы которых не вечны и выбросы вредных веществ в атмосферу земли огромны. Из-за того, что сжигают топливо и вырубают леса, при этом их сокращая, люди увеличивают количество парниковых газов, в природе нарушается естественный баланс, что может привести к большим и не очень хорошим изменениям в климате.

Энергосбережение в современной жизни, становиться для людей одной из главных задач, не менее, как защита окружающей среды от негативных воздействий. Энергосбережение является системой, которая поможет нам значительно уменьшить растраты энергии, благодаря правилам рационального использования. Новые технологи, помогут сэкономить наши деньги и ресурсы Земли.

Проблема энергосбережения в быту связана с воспитанием соответствующего менталитета у населения. Без осознанного понимания гражданами нашей страны необходимости экономить потребление энергии в повседневной жизни, соблюдать режим энергосбережения, успеха достичь не удастся.

Поэтому основным принципом работы современного дома является экономия энергии.

Самая сложная проблема в экономии энергоресурсов - начать с себя, с воспитания в себе привычки бережно относиться к энергии, которую мы ежедневно потребляем для бытовых нужд.

Экономить энергию должно все человечество и каждый человек в отдельности.

2.3. Зачем нужно экономить электроэнергию

Самая большая доля затрат энергии приходится на домашнее хозяйство (кухонные плиты, светильники, телевизоры, пылесосы, и т.д.).

С каждым годом увеличивается количество электроприборов, все больше светящихся рекламных щитов и других сооружений, которые требуют больших затрат электроэнергии, а электростанции, вырабатывающие электричество, используют полезные ископаемые: уголь, нефть, природный газ. С каждым годом их все меньше, они не пополняются, они ограничены.

Сегодня наша планета стоит на пороге экологической катастрофы и наиболее грозный предвестник ее – парниковый эффект. Он вызван увеличением содержания в атмосфере углекислого газа, который образуется в огромных количествах при сжигании топлива. Того самого топлива, которое используется для обеспечения наших квартир светом, теплом и водой. Значит, судьба нашей планеты зависит от каждого из нас, от всего человечества, а вернее, от того, сколько мы потребляем природных ресурсов!

Чтобы начать экономить электроэнергию, есть много причин. Рассмотрим наиболее актуальные проблемы.

Возросшие тарифы на электроэнергию. В России электричество стоит недорого относительно многих стран. Но в последнее время рост цен на электроэнергию ускорился. Поэтому многие задумались о том, как сократить расходы.

Забота об окружающей среде. Классические тепловые электростанции, работающие на угле, куда опаснее даже атомных станций в плане загрязнения окружающей среды. Радиоактивные отходы из АЭС не наносят такого вреда экологии, как постоянно выбрасывающие в атмосферу дым и угольную пыль тепловые электростанции. Гидроэлектростанции опасны тем, что могут существенно нарушить баланс воды, поскольку плотины способствуют обмелению водоемов и уничтожению водного мира. Если расход электроэнергии увеличивается, уровень загрязнения окружающей среды также возрастает.

Ресурсы Земли не бесконечны. Наиболее популярными видами топлива, использующимися для выработки электроэнергии, являются уголь, нефть и газ. Это не возобновляемые природные ископаемые и уже сейчас есть вероятность полного истощения запасов Земли. А это чревато серьезными последствиями (в том числе ухудшением общего состояния планеты). Выходом из ситуации может быть использование альтернативных источников энергии. Например, силы ветра или солнечных лучей. Но альтернативные источники пока еще используются недостаточно широко.

2.4. Способы экономии электроэнергии

Приведем несколько рекомендаций, которые позволят сэкономить на электроэнергии, если вы проживаете в квартире. Советы простые — попробовать может любой.

1) Используйте многотарифный счетчик. Суть в том, что ночью электроэнергия гораздо дешевле. Если вы привыкли работать ночью или же не спите допоздна — есть смысл использовать многотарифный счетчик. Он способен выполнять подсчет затраченной электроэнергии по ночному тарифу. В этом случае можно также отложить такие домашние дела, как стирка, на ночь. Такой дифференцированный подход поможет существенно снизить затраты на электроэнергию.

2) Используйте энергосберегающие осветительные приборы. Современные светодиодные лампочки гораздо экономичнее классических ламп накаливания. Например, светодиодная энергосберегающая лампочка мощностью 9 Вт дает ровно столько же света, сколько лампа накаливания 40 Вт. Это позволяет снизить затраты на освещение почти в 5 раз. Если заменить все лампы в квартире на энергосберегающие, то счет за электроэнергию станет ощутимо меньше.

3) Используйте автоматические диммеры. Диммер — это устройство, позволяющее регулировать яркость светильника в комнате. Если вам не нужна высокая яркость в помещении, можно установить минимальную при помощи регулятора. Рекомендуется установить диммеры во все комнаты, поскольку для освещения на минимальной яркости требуется очень мало электрической энергии. Диммеры могут быть автоматическими, они регулируют яркость без вашего участия.

4) Гасите свет, выходя из помещения. Приучите себя гасить свет, когда выходите из комнаты — даже ненадолго. Это один из самых простых методов экономии энергии, но в большинстве случаев мы им пренебрегаем. А между тем, люди с выработанной привычкой гасить свет при уходе из помещения платят за электроэнергию меньше.

5) Установка автоматических датчиков движения. В качестве альтернативы можно установить автоматические датчики движения, которые включают свет только когда в комнате кто-то появляется, а в остальное время гасят его.

6) Освободите розетки. Многие из нас держат зарядку от смартфона в розетке постоянно даже в том случае, если аппарат полностью заряжен и лежит в кармане. Это удобно и позволяет оперативно поставить гаджет на зарядку. Однако даже в таком состоянии блок потребляет некоторое количество электроэнергии. По последним данным, блок зарядного устройства может потреблять 0,1−0,2 Ватта в час в зависимости от конкретной модели блока. В результате, за год зарядка может «намотать» менее киловатта. То есть, переплата получится около 5 рублей. Но если постоянно находятся в сети штук 5 зарядных устройств, да еще и вырастут тарифы на электроэнергию, сумма получится уже другая.

То же касается и бытовых приборов, которые мы оставляем в сети (хотя это и не нужно). Лучше полностью освободить розетки за исключением приборов, которым требуется сеть всегда. Это позволит сэкономить дорогие киловатты.

7) Не ставьте холодильник вблизи систем отопления. Если холодильник стоит возле систем отопления, он неминуемо нагревается от горячих батарей. В этом случае ему приходится запускать компрессор чаще и, соответственно, прибор начинает расходовать очень много энергии. Также не рекомендуется устанавливать холодильник в тех местах, где на него будут попадать прямые солнечные лучи — это тоже заставит его работать в усиленном режиме.

Не ставьте в холодильник горячие кастрюли — иначе компрессор будет работать на пределе мощности. Подождите, пока посуда с едой остынет, и только потом прячьте в холодильник.

8) Приобретайте энергоэффективную технику. У каждого бытового прибора есть классификация энергоэффективности. Чем выше класс, тем меньше устройство потребляет электроэнергии во время работы.

9) Утеплите окна и двери. Большая часть холода проникает в квартиру через щели в окнах и дверях. Если квартира отапливается при помощи электроэнергии, ее расход будет увеличиваться. Рекомендуется заделать все щели в дверях и возле них, а старые деревянные окна лучше всего заменить на металлопластиковые с энергосберегающими стеклами. Они помогут существенно сэкономить на отоплении.

10) Протрите лампочки от пыли. Большинство недооценивают влияние пыли на источник света. А ведь ее наличие снижает яркость лампы примерно на 20%. Если вы используете диммер, то вынуждены выкручивать его на максимум, тем самым увеличивая расход электроэнергии. Но в большинстве случаев люди просто меняют лампочку на более мощную, что тоже негативно влияет на уровень расхода электроэнергии.

11) Выбирайте светлую отделку квартиры. Рекомендуется сделать косметический ремонт в квартире и выкрасть стены светлой краской или же использовать светлые обои. Светлые цвета лучше отражают солнечные лучи, и днем не понадобится включать освещение даже в очень пасмурную погоду. Также во время ремонта можно будет заменить старые окна на новые — энергосберегающие.

12) Используйте зональную подсветку. Если вы постоянно находитесь в одной части большой комнаты, есть смысл задуматься об установке зональных светильников. Они освещают только конкретный участок помещения и потребляют гораздо меньше энергии, чем большая люстра. С зональной подсветкой можно прилично сэкономить на электричестве. Особенно если использовать энергосберегающие лампочки.

13) Установите регуляторы подачи тепла на радиаторы. Есть смысл задуматься об установке специальных регуляторов на батареи. Они позволяют выбрать наиболее комфортную температуру для любых условий. Ведь если и без того тепло, нет смысла включать обогревательные элементы «на полную» (особенно актуально для помещений с электрическими системами отопления).

14) Сушите одежду на балконе. Сушильные машины экономят место в квартире: не нужно ставить или вешать сушилку, развешивать белье. Но для нормальной работы мощный нагревательный элемент требует много электроэнергии. Гораздо выгоднее и экологичнее использовать для сушки постиранной одежды естественное тепло. Лучше повесить одежду на балкон или за окно: она станет не только сухой, но и свежей.

15) Соблюдайте простые правила пользования электрочайником: не кипятите для одной чашки чая или кофе весь чайник; откажитесь от привычки кипятить воду каждые 20 минут; регулярно чистите спираль и днище чайника от накипи и солевых отложений; если чайник оснащен функцией автоподогрева, лучше отключить и ее.

16) Откажитесь от использования старой техники. Древние бытовые устройств, выпущенные в 90-х годах прошлого века, а то и во времена СССР, крайне прожорливы. В то время слабо задумывались о проблеме экономии энергии. К тому же, такие устройства могут быть небезопасными, поскольку для их изготовления зачастую использовались компоненты, имеющие в своем составе вредные вещества.

17) Используйте системы управления умным домом. Сейчас есть возможность использовать автоматизированные системы управления умным домом. Они умеют включать электроприборы по расписанию или по команде пользователя и обесточивать их, если они не используются. Такая система также может управлять яркостью ламп, отключать от сети умные розетки и выполнять другие действия. Особенно эффективны эти системы бывают в том случае, если настроить их на энергосберегающий режим.

Глава 3. Расход электроэнергии в моей семье 3.1. Анализ расходов электроэнергии на примере моей семьи

Современный человек уже не представляет себе жизнь без десятка единиц бытовой техники. С каждым годом появляется все больше и больше разных электроприборов, требующих большого количества электроэнергии. Домашняя техника становится одним из основных «пожирателей» электроэнергии.

Первым этапом моего расчета было составление перечня всех приборов и устройств, которые используются в нашей семье. Сначала был составлен перечень без учёта количественных и качественных характеристик. Следующим этапом было выяснение потребляемой мощности каждого из приборов. Это было сделано исходя из характеристик, указанных в паспорте прибора, а также на бирке самих приборов. После этого было вычислено среднее потребление общего времени работы данных приборов в течение суток, в месяц и в год. Затем я рассчитал потребление электроэнергии (в кВт·ч) каждым прибором за день, месяц и год, ну и затраты в рублях за месяц и год. Результаты моих расчетов приведены в Приложении 2, Таблица 1. Расход электроэнергии составляет 189,9 кВт·ч в месяц (примерно 747 рублей).

На основе квитанций за электроэнергию за 2024 год мною были составлены таблица и диаграмма расходов электроэнергии по месяцам (Приложение 2, Таблица 2, Диаграмма 1). В среднем расход в месяц составляет 171,75 кВт·ч (примерно 695 рублей).

Таким образом, годовое потребление электроэнергии при теоретическом расчете составило 2287,8 кВт·ч. Тариф: 3,93 рубля/кВт·ч. Годовые расходы за оплату электроэнергии в нашей семье 2287,8 · 3,93 ≈ 8991,054 рубля. По данным квитанций за 2024 год получилось, что годовое потребление 2061 кВт·ч, при тарифе 3,93 рубля/кВт·ч выходит 8099,73 рубля за год.

3.2. Выбор альтернативного источника энергии

В последние годы Россия активно развивает использование таких источников энергии, как солнечные, ветровые и биоэнергетические технологии. Солнечная энергия — это один из самых перспективных источников энергии для России. В 2025 году Россия планирует активное развитие солнечных электростанций, что значительно улучшит ситуацию с экологией в ряде регионов страны.

В связи с этим в качестве альтернативы и экономии энергии в нашей семье я выбрал солнечные панели.

Принцип действия солнечных батарей основан на возможности взаимодействия солнечного света (а это электромагнитное излучение) с веществом. При этом взаимодействии энергия фотонов (световых частиц) передается электронам вещества, то есть, энергия света преобразуется в постоянный электрический ток.

Явление было открыто еще в 19 веке, и получило название фотоэлектрического эффекта (фотоэффекта). Для его возникновения и поддержания необходимы фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы), полупроводники по способу функционирования.

Полупроводник – материал с избытком или недостатком электронов. В полупроводниковом элементе имеется два слоя с разной проводимостью. Слой с лишними электронами играет роль катода, слой с недостатком электронов – анода. В большинстве современных изделий роль полупроводников выполняют кремниевые пластины, обладающие необходимыми полупроводниковыми свойствами.

Отдельные фотоэлементы имеют слишком малую мощность, чтобы питать электроприбор. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, которая формирует то, что называют солнечной батареей (или панелью). Устройство имеет следующее строение:

Изделие выглядит как панель, в которой заламинированы кремниевые пластины, ответственные за преобразование энергии.

Сверху панель защищает закаленное стекло. Чтобы повысить эффективность, выбирают марку стекла с низким содержанием оксидов железа. Благодаря такому решению достигается высокая прозрачность, что также играет на эффективность системы.

Благодаря ламинации панель получается полностью герметичной, а используемые материалы делают ее стойкой к ветровым и снеговым нагрузкам.

Схема работы солнечной панели приведена в Приложении 2, Рис. 1.

Климат Екатеринбурга — умеренно континентальный, граничит с континентальным, с холодной зимой и тёплым летом. Среднегодовая температура — 3.5°С. Среднегодовое количество осадков — 601 мм. Екатеринбург расположен в зоне достаточного увлажнения. На распределение осадков определяющее значение оказывают циркуляция воздушных масс, рельеф, температуры воздуха. Основную часть осадков приносят циклоны с западным переносом воздушных масс, то есть из Европейской части России, при этом их среднегодовая сумма равняется 601 мм. Максимум приходится на тёплый сезон, в течение которого выпадает около 60-70 % годовой суммы. Для зимнего периода характерен снежный покров мощностью в среднем 40-50 см.

Одним из главных параметров для рентабельного использования солнечных батарей является количество ясных дней. На основании данных о погоде в Екатеринбурге [1] за последние несколько лет (Приложение 2, Таблица 3) я посчитали число солнечных, пасмурных, а также облачных дней в году. Получилось, что солнечных дней – 201 (55%), облачных - 101 (27,7%), пасмурных – 63 (17,3%) (Приложение 2, Диаграмма 2, Диаграмма 3).

В Екатеринбурге солнечные батареи наиболее эффективно работают с мая по сентябрь, когда световой день длиннее и солнце ярче. В остальное время эффективность снижается, но батареи всё равно работают, просто меньше вырабатывают.

3.3. Экономический расчет использования альтернативных источников энергии в моей семье

Для определения требуемого количества энергии в сутки нам необходимо вычисленное значение суточного потребления – 7140 Вт·ч/сутки разделить на напряжение системы – 12 В. Такое напряжение системы, равное 12 В, было выбрано для того, чтобы снизить токи в цепях, следовательно, иметь возможность использовать провод меньшего сечения, т.е. более дешёвый. В результате математических расчётов получаем следующий результат, равный 595 А·ч/сутки.

Для нашей системы также было учтено, что инвертор (устройство для преобразования постоянного тока в переменный), который нам в дальнейшем нужно будет установить, сам потребляет часть энергии на собственные нужды. Исходя из этого, нужно предусмотреть запас энергии и для него. Для этого полученный результат 595 А·ч/сутки мы умножим на коэффициент 1,2 и получим 714 А·ч/сутки.

Рассмотрев предложенные на рынке солнечных батарей варианты, были выбраны панели с характеристиками: мощность 250 Вт, напряжение 12 В, размеры 760 мм х 1530 мм х 35 мм, вес 13,5 кг. Стоимость такой панели примерно 15000 рублей.

Воспользовавшись онлайн-калькулятором компании Solar-e.ru, мы подобрали необходимое количество панелей для г. Екатеринбурга (9 штук). Общая площадь панелей 14,70 м2. Также учли стоимость монтажных элементов, расходных материалов, монтажных работ.

С помощью данного сервиса, был построен график зависимости количества вырабатываемой энергии солнечными батареями относительно месячной активности солнца, который приведён в Приложении 2, Диаграмма 4. По диаграмме видно, что с увеличением солнечной активности возрастает выработка энергии. Кроме того, с середины февраля до сентября наблюдается переработка энергии, которой можно компенсировать ее недостаток с сентября до середины февраля. Среднегодовая выработка электроэнергии в сутки, согласно данным сервиса составила 7,42 кВт·ч, а суммарная выработка за год – 2708,64 кВт·ч.

Рассчитаем расходы на оборудование и установку:

Стоимость панелей с расходными материалами и монтажем составит примерно 153000 рублей.

Аккумуляторный блок на 100А·ч (5 штук) обойдется примерно в 130000 рублей.

Инвертор обойдется примерно в 35000 рублей.

Итого расход составит: 318000 рублей.

Определим окупаемость, поделив стоимость системы на годовую выработку системы и тариф. Получаем, что если использовать систему полностью (накапливать энергию и использовать ее в темное время суток и с сентября по середину февраля) она окупится за 30 лет. Примерно такие же данные предлагает сервис Solar-e.ru (Приложение 2, Диаграмма 5). Если же использовать систему только в период с середины февраля по сентябрь, то она окупится через 14 лет (Приложение 2, Диаграмма 6).

Таким образом, можно сделать следующие выводы: на начальном этапе установка потребует существенных вложений; с точки зрения экономической выгоды установка также себя не оправдает, так как окупаемость составит 14 лет (а при полном использовании все 30), тем временем гарантия на солнечный панели 10 лет; чем больше потребляемой энергии, тем дороже обойдется установка и тем дольше ее окупаемость; также на срок окупаемости влияет тарифная ставка за электроэнергию.

Заключение Существующие электростанции представляют серьезные проблемы для окружающей среды, включая выбросы парниковых газов, загрязнение воды и почвы, а также разрушение экосистем. Это требует более ответственного подхода к производству энергии. С развитием альтернативных источников энергии, таких как солнечная, ветряная, гидроэнергия, а также ядерная энергия, открываются новые возможности для создания более устойчивой и экологически чистой энергетической системы. Эти источники энергии не только снижают негативное воздействие на окружающую среду, но и способствуют повышению надежности энергоснабжения. Несмотря на положительные экологические и технологические перспективы, в текущих условиях для нашей семьи установка солнечных панелей не является экономически оправданной. Гипотеза, выдвинутая в начале моего исследования, была опровергнута. Время окупаемости слишком долгое, а инвестиции — значительные.

Позаботиться об окружающей среде можно экономя энергию: если электроэнергии будет потребляться меньше, станции будут вырабатывать ее меньшее количество, и вредных выбросов станет меньше.

В связи с полученными выводами, я сформулировал следующие рекомендации:

- Следить за развитием технологий и снижением стоимости солнечных систем.

- Рассматривать возможность установки в будущем, если тарифы на электроэнергию повысятся или появятся субсидии.

- Продолжать использовать энергосберегающие меры, например, эффективное освещение, регуляторы температуры и правильное использование бытовой техники.

Список использованных источников

https://anyroad.ru Данные о погоде в Екатеринбурге

Альтернативные источники энергии. Насколько экологичны электростанции будущего? / Ю. Козинцева. – 2023.

Альтернативные источники энергии. Учебное пособие. Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. ИНФРА-М, 2023. – 247 с.

Альтернативная энергетика: перспективы развития рынка ВИЭ в России. [Электронный ресурс] https://delprof.ru/press-center/open-analytics/alternativnaya-energetika-perspektivy-razvitiya-rynka-vie-v-rossii/

Альтернативная энергетика в России. Почему мы до сих пор не используем огромные природные ресурсы? [Электронный ресурс] https://hi-tech.mail.ru/review/43376-alternativnaya-ehnergetika-v-rossii/#anchor656670

Байерс, Т. 20 конструкций с солнечными элементами: учебник / Т. Байерс. – М.: Мир, 1988 – 197 с.

Мировая энергетика. Часть I / Д. Юлмухаметов. – 2016.

Основные виды и характеристика энергетических ресурсов. В.М. Овчинников, Л.В. Шенец, В.В.Макеев. Мин-во транспорта и коммуникаций Респ. Беларусь, Белорус.гос. ун-т трансп. – Гомель: БелГУТ, 2015, – 160 с.

Переход России на альтернативные источники энергии. А. И. Пудовикова, А. А. Разживина, М. В. Березюк, Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия [Электронный ресурс]

Энергия. История человечества / Р. Роудс. 2021. – 557 с.

Приложения

Приложение 1

Рис. 1. Топливно-энергетические ресурсы

Диаграмма 1. Структура энергопотребления в России по данным на 2024 год

Приложение 1

Диаграмма 2. Потребление электроэнергии России с 1991 г. по 2024 г.

Приложение 1

Диаграмма 3. Прогноз энергопотребления в России до 2040 года

Приложение 1

Диаграмма 4. Структура потребления энергии в России по данным Росстата за 2017 год

Приложение 2

Прибор	Кол-во	Потребляемая мощность, Вт	Кол-во часов работы			Потребление, кВт·ч						Затраты, в рублях
			в сутки	в месяц	в год	в сутки		в месяц		в год		в месяц		в год
Холодильник	1	150	24	720	8640	3,6		108		1296		424,44		5093,28
Стиральная машина	1	500	0,3	3	36	0,15		1,5		18		5,895		70,74
Посудомоечная машина	1	1000	0,3	3	45	0,3		3		45		11,79		176,85
Телевизор	2	100	2	60	720	0,4		12		144		47,16		565,92
Зарядки для гаджетов	5	4	1	30	360	0,02		0,6		7,2		2,358		28,296
Компьютер	1	400	3	90	1080	1,2		36		432		141,48		1697,76
Электрическая плита	1	1200	0,5	7,5	90	0,6		9		108		35,37		424,44
Микроволновая печь	1	1000	0,4	12	144	0,4		12		144		47,16		565,92
Утюг	1	200	0,1	1,5	18	0,02		0,3		3,6		1,179		14,148
Освещение (лампочки)	10	10	1,5	45	540	0,15		4,5		54		17,685		212,22
Пылесос	1	1000	0,3	3	36	0,3		3		36		11,79		141,48
Итого							7,14		189,9		2287,8		746,307		8991,054

Таблица 1. Расчет потребления электроэнергии в моей семье

Приложение 2

Месяц	Расход электроэнергии, кВт·ч	Расход, в рублях
Январь	166	652,38
Февраль	191	750,63
Март	165	648,45
Апрель	167	656,31
Май	166	652,38
Июнь	189	742,77
Июль	112	440,16
Август	192	754,56
Сентябрь	189	742,77
Октябрь	151	593,43
Ноябрь	190	746,7
Декабрь	183	719,19
Итого за год	2061	8099,73

Таблица 2. Расход электроэнергии в моей семье в 2024 году по месяцам

Диаграмма 1. Расход электроэнергии в моей семье в 2024 году

Приложение 2

Рис. 1. Схема работы солнечной панели

Месяц	Ясные дни	Облачные дни	Пасмурные дни
Январь	8	11	12
Февраль	9	10	9
Март	12	11	8
Апрель	16	9	5
Май	18	10	3
Июнь	20	7	3
Июль	24	5	2
Август	26	4	1
Сентябрь	23	6	1
Октябрь	19	9	3
Ноябрь	16	8	6
Декабрь	10	11	10