Аккумулятор предназначен для накопления энергии от нерегулярных источников энергии (солнечные батареи, приливные станции, ветряки и т.п.). Эти источники могут давать достаточно большую энергию, но ее трудно использовать, т.к. нужны хорошие аккумуляторы, потому что энергия обычно выделяется не тогда, когда ее нужно использовать, следовательно ее нужно где-то хранить.

В условиях русской зимы важнейшей областью применения энергии является отопление. Достаточно высоким КПД будет обладать аккумулятор, который переводит электроэнергию от генератора в тепловую энергию воды и хранит ее в термосе. Одна из возможных принципиальных схем установки изображена на рисунке. А в конце статьи предложен еще более простой вариант на парафине.

Сплошными линиями указаны потоки воды, пунктирными - потоки электроэнергии. Верхний бак с водой расположен выше термоса, а термос - выше нижнего радиатора для того, чтобы вода переливалась под действием силы тяжести. Обратное переливание воды осуществляет насос. В верхнем баке хранится запас воды. В термосе происходит нагрев и сохранение тепла. Радиатор отдает тепло в помещение. Часть электроэнергии идет от генератора на зарядку аккумулятора. Работой управляет микро-компьютер "Контроллер".

Существуют четыре точки управления, которые включаются от контроллера:

1. Кран. Пускает воду из верхнего бака с водой в термос. Вода льется сама под действием силы тяжести, т.к. бак расположен выше термоса.

2. Выключатель. Запускает мотор для перекачки воды из нижнего радиатора в верхний бак.

3. Выключатель. Включает нагреватель.

4. Кран. Пускает воду из термоса в нижний радиатор. Вода льется сама под действием силы тяжести, т.к. бак расположен выше термоса.

Объем аккумулятора определяется объемом термоса. Вода может быть нагрета до температуры кипения.

Микрокомпьютер работает в 2х режимах - накопление энергии и отопление. В первом режиме радиатор не задействован, во втором термос отдает горячую воду в радиатор. Если вода нагревается до максимальной температуры, открывается верхний бак и заливается порция холодной воды в термос - она опять нагревается. Проблема, если термос заполнен большим объемом холодной воды (если долго не эксплуатировался). Для быстрого нагрева можно слить воду в радиатор, или же ждать, пока вода нагреется.

Поплавок нужен, чтобы перекачивалась самая горячая вода (вверху). Я не физик, поэтому не могу рассчитать точных данных по емкости аккумулятора в Джоулях, по потерям в термосе, но кажется, идея достаточно удачная.

Размышляя на уровне обывателя, если для отопления одной комнаты использовать масляный радиатор, то он ест в среднем 1 квт-час. Или же 24 квт в сутки. Для трехкомнатной квартиры - 72 квт в сутки. Т.е. генератор энергии должен давать такое количество энергии. Если принять длину солнечного дня в зиму в среднем 8 часов (треть суток), то мощность солнечных батарей должна быть 72 квт в 8 часов или 9 квт/час. При стоимости солнечных батарей 2$/Ватт это $18000. Дороговато, хотя и на всю жизнь, поэтому придется сочетать солнечные батареи с ветряными генераторами.

Схема гораздо упрощается, если вместо воды в термосе использовать парафин. Он нагревается неравномерно (вспомните свечу), следовательно можно сразу залить бак полным объемом парафина, верхний бак пропадает. В термос ввести змеевик, по которому в него будет попадать холодная вода, а выходить будет горячая. Тогда можно будет даже не использовать компьютер. Достаточно будет переключателя, который включает или выключает обмен водой с внешним радиатором. И еще нужен будет предохранитель, чтобы парафин не перегрелся (в случае превышения емкости аккумулятора).

Стоить такая система будет копейки, надежность выше всяких похвал! Возможны и другие, более изящные способы реализации этой идеи. Наверное, для перекачки воды можно использовать конвекцию. Главный принцип - накопления тепла в воде в термосе. Также этот накопитель можно использовать везде, где присутствуют излишки тепла, например в аккумуляторах на сжатом воздухе. Жду ваших предложений и критики.

Расчеты

Недавно я произвел расчеты для аккумулятора-термоса на воде.

Исходные данные:

Теплоемкость воды 4200 Дж/кг*градус С
1 квт/Час = 3 600 000 Джоулей
Пусть вода в аккумуляторе будет нагреваться максимум до 80 градусов С, а затем будет отдавать энергию, охлаждаясь до комнатной температуры 20 градусов С. Разница температур = 60 градусов.

Расчет:

1 литр (килограмм) воды при охлаждении отдает 60*4200/3 600 000 = 0.07 Квт/Час или 70 Ват, что сопоставимо с мощностью 70-ваттной лампочки.
Пусть у нас бак 1*1*1 метр или 1000 литров. имеем 70 кв/час.
Это обычный бытовой масляный обогреватель, гонящий тепло на всю катушку (3 квт/час) в течени 20 часов.

Вывод:

Таким образом, весьма компактный бойлер может достаточно эффективно накапливать тепловую энергию от непериодических источников электричества. А ведь есть вещества, в том числе и жидкие (парафин), теплоемкость которых гораздо выше, чем у воды. Вот путь к компактному тепловому аккумулятору.