Общая информация
За счет солнечной тепловой энергии можно полностью обеспечить потребности в горячей воде в доме в летнее время. В осенне-весенний период от солнца можно получить до 30% требуемой энергии на отопление и до 60% от потребностей на горячее водоснабжение.
При расчете солнечной тепловой системы на осенне-весенний период избытки тепловой энергии летом могут быть использованы для охлаждения в абсорбционных кондиционерах и холодильниках.
В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в любом (независимо от широты) месте, около 1 000 Вт/м2. В условиях средней полосы России солнечное излучение "приносит" на поверхность земли энергию, эквивалентную примерно 100-150 кг у.т./м2 в год. Практическая задача, стоящая перед разработчиками и создателями различного вида солнечных установок, состоит в том, чтобы наиболее эффективно "собрать" этот поток энергии и преобразовать его в нужный вид энергии (теплоту, электроэнергию) при наименьших затратах на установку. Простейшим и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев бытовой воды в так называемых плоских солнечных коллекторах. Более сложными являются устройства с вакуумными солнечными коллекторами. В солнечные летние дни разницы в работе хороших плоских и вакуумных солнечных коллекторов практически незаметна. Однако при низкой температуре окружающей среды преимущества вакуумных коллекторов становятся очевидны. Также, даже в летнее время есть разница в между максимальными температурами нагрева воды в коллекторах. Если для плоских коллекторов максимальная температура не превышает 80-90 градусов, то в вакуумных коллекторах температура теплоносителя может превышать 100С. С одной стороны, это требует постоянного отвода тепла от вакуумного коллектора, чтобы он не закипел. Однако с другой стороны, в системах с плоскими коллекторами существует проблема размножения бактерий и других микроорганизмов (там тепло и влажно), которой нет в системах с вакуумными коллекторами.
Принцип работы солнечной водонагревательной установки
Рис. 1. Схема круглогодичной солнечной водонагревательной установки
Экономия энергии
Солнечные коллекторы разного типа позволяют получить тепловую энергию, которая в первую очередь используется для приготовления горячей воды, что особенно актуально в летний период года, когда наблюдается максимальная солнечная активность и максимальное потребление горячей воды. Кроме этого в отдельных случаях при построении комбинированных котельных установок тепло от солнечных коллекторов частично можно использовать в различных системах отопления, например, при работе котельной установки в переходные периоды года, в районах с высокой солнечной активностью.
Используя солнечные коллекторы можно уменьшить затраты на нагрев горячей воды на две трети, затраты на отопление - на 30% в год.
При постройке дома можно сразу запланировать установку солнечной системы. Вместо традиционного бойлера устанавливается солнечный бойлер, на крышу вашего дома устанавливается модульный солнечный коллектор. Таким образом можно оптимизировать горячее водоснабжение вашего дома или обогревать ваш бассейн с помощью бесплатной солнечной энергии.
Производство установок для получения тепловой энергии от энергии солнца за последние 4 года увеличилось в мире в несколько раз. На сегодняшний день вводится в эксплуатацию более 3 млн. установок в год, и эта статистика получена не только за счет стран с теплым климатом. Свою эффективность вакуумные солнечные коллекторы доказали даже в климатических условиях Аляски. Такие темпы освоения этого вида энергии стали возможны благодаря таким факторам последних лет как:
разработка солнечных коллекторов с трубками вакуумного типа, позволяющих работать при отрицательных температурах -30°С и даже -50°С, что актуально для условий Сибири;
удешевление производства коллекторов, благодаря переносу производства ведущих мировых производителей в страны Азиатско-тихоокеанского региона;
повышение цен на энергоносители;
Какие преимущества дает эксплуатация солнечных установок?
cущественное уменьшение затрат на отопление и горячую воду;
уменьшение эксплуатационных затрат;
увеличение срока службы вспомогательной отопительной системы;
Что сегодня мешает для широкого распространения солнечных коллекторов в России?
Психологический фактор. Подсознательно солнечная энергия не считается постоянно доступной из-за погодных и сезонных условий, хотя технически эта проблема решается очень просто использованием теплоаккумуляторов.
Инерционность мышления. По привычке ставятся отопительные системы старого образца.
Первоначальные затраты выше, чем у классических отопительных систем
В ближайшие 3-5 лет произойдет стремительное наполнение этого рынка. Дальнейший рост цен на энергоносители в России заставят использовать новые эффективные системы отопления. Используя солнечные коллекторы можно уменьшить затраты на получение тепла на нужды отопления на 30% в год.
Солнечные системы
Полная линейка высококачественного оборудования (солнечные коллекторы, аккумуляторы тепла, солнечные станции, насосные группы) производится Buderus, Wolf, Viessmann, Sonnenkraft (Германия). Интересные системы производит JÄSPI (Финляндия).
Водяной теплый пол идеально соответствует системе отопления на солнечных коллекторах вследствие низкой температуры теплоносителя и экономично расходует утилизированную тепловую энергию.
Особенную эффективность утилизации энергии окружающей среды имеют комбинированные системы, использующие и солнечные коллекторы, и тепловые насосы одновременно.
Солнечный водонагреватель с выносным баком (СВНУ активного типа, закрытый контур).
Наиболее эффективные и распространенные установки в Европе. Существует большое количество схем подключения. Легко встраивается в существующие системы отопления или горячего водоснабжения. Подходит для всех типов климата и единственная рекомендованная для районов с низкими температурами (до -50°С) и низкими значениями солнечной радиации. В связи с использованием контроллеров, автоматически поддерживает самые оптимальные параметры циркуляции, имеет режим антизамерзания, обеспечивает комфортную заданную температуру. Т.к. теплоаккумулятор обычно устанавливается внутри помещения, то это дает дополнительное сохранение тепла в районах с очень холодным климатом. При отсутствии достаточной солнечной активности контроллер может включать дополнительный электронагреватель, установленный в теплоаккумуляторе.
Рис.2. Схема вакуумной трубки
Вакуумная трубка Heat Pipe
Рис.3. Вакуумная трубка Heat Pipe
Внутрь введена контактная пластина и теплопроводный стержень. Данная трубка устойчива к замораживанию и работоспособна без повреждений до -50°С. Внутри стержня находится небольшое количество антифриза при малом давлении, поэтому испарение жидкости начинается при достижении температуры внутри трубки +30°С. При меньшей температуре трубка "запирается" и дополнительно сохраняет тепло. Имеет больший диаметр (70 мм) и соответственно площадь поглощающей поверхности. Колба имеет одинарную стенку. Внутри колбы помещена плоская поглощающая пластина, соединяющаяся с теплопроводящим стержнем. Из-за большей площади поглощения время перехода в режим выделения тепла может быть всего 2 минуты.