3. Нагревание воды солнечным излучением

Наиболее подходящая область использования солнечной энергии

• подогрев воздуха и воды. В районах с холодным климатом необходи­мы отопление жилых зданий и горячее водоснабжение. В промышлен­ности также требуется большое количество горячей воды. В Австралии, например, на подогрев жидкостей до температур ниже 100 °С расходу­ется почти 20 % потребляемой энергии. В связи с этим в некоторых странах, особенно в Австралии, Израиле, США, Японии, активно рас­ширяется производство солнечных нагревательных систем.

Энергия Солнца используется в нагревателях воды, воздуха, сол­нечных дистилляторах, зерносушилках, солнечных банях (солнечных энергетических установках башенного типа).

В табл. 6.1 приведена ориентировочная стоимость приемников солнечного излучения.

Основным элементом солнечной нагревательной системы являет­ся приемник (рис. 6.2), в котором происходит поглощение солнечного излучения и передача энергии жидкости.

Таблица 6.1

Стоимость приемников солнечного излучения

Поверхность	Стеклянное покрытие	Обозначение (рис.6.2)	Цена, долл./м2
Черная	нет	в	20
	один слой	д, е	50...200
	два слоя	ж	300
Селективная	один слой	е, з	300
	два слоя	ж, з	400
	вакуумированная трубка	и	500

II

r-^-i

Вода

ДА л Л

с )

л-

Черная резина

в

z)	- I L.
'\\w\\w\	Q- Вода 9
Изоляция „

И

Стекло

X.

Металлическая пластина с трубками

Стандартные промышленные приемники /п’

Ч

ж

\

/

-Вода-

Вакуум

з и

Рис. 6.2. Последовательность приемников солнечного излучения в порядке возрастания их эффективности и стоимости

Плоские приемники собирают как прямое, так и рассеянное излу­чение и поэтому могут работать также и в облачную погоду. В связи с этим, а также с учетом относительно невысокой стоимости (см. табл. 6.1) плоские приемники являются предпочтительными при нагревании жидкостей до температур ниже 100 °С.

Простые приемники содержат весь объем жидкости, которую не­обходимо нагреть. Приемники более сложной конструкции нагревают за определенное время только небольшое количество жидкости, которая затем, как правило, накапливается в отдельном резервуаре, что позволя­ет снижать теплопотери системы в целом.

Приемники солнечной энергии можно классифицировать следую­щим образом (рис. 6.2):

а - открытый резервуар на поверхности земли. Тепло легко уходит в землю;

б - открытый резервуар, изолированный от земли. Чистая вода не является хорошим поглотителем, потери тепла происходят вследствие испарения;

в - черный резервуар. Используется в Японии для подогрева воды к вечерним ваннам; характеризуется большими потерями тепла, особен­но в ветренную погоду, и невозможностью накопления нагретой воды на ночь;

г - черный резервуар с изолированным от земли дном. Потери те­пла происходят через верхнюю крышку, поэтому теплопотери всего в 2 раза ниже, чем в предыдущем случае;

д - черный резервуар в контейнере со стеклянной крышкой. Ис­пользование полиэтиленовых крышек дешевле, но они быстро разру­шаются на солнце;

е - металлическая пластина с трубками и заполненная водой пло­ская емкость. Стандартный промышленный приемник; нагреваемая жидкость протекает сквозь приемник и накапливается в специальном резервуаре. Заполненная водой пластина более эффективна, чем пла­стина с трубками;

ж - пластинчатый приемник с двойным стеклянным покрытием. Жидкость может быть нагрета до 100 °С;

з - селективная поверхность, радиационные потери ниже; и - вакуумированный приемник. Жидкость в черной внутренней трубке, стеклянная наружная трубка. Нет конвективных потерь через наружную поверхность.

На рис. 6.3 приведена схема водонагревательной установки. Водонагреватель данной конструкции предназначен для снабже­ния горячей водой, в основном, индивидуальных хозяйств. Устройство

состоит из короба со змеевиком, бака холодной воды, бака- аккумулятора и труб. Короб стационарно устанавливается под углом 30.50 ° с ориентацией на южную сторону. Холодная, более тяжелая, вода постоянно поступает в нижнюю часть короба, там она нагревается

и, вытесненная холодной водой, поступает в бак-аккумулятор. Она мо­жет быть использована для отопления, для душа либо для других быто­вых нужд.

Дневная производительность на широте 50° примерно равна 2 кВт-ч с квадратного метра. Температура воды в баке-аккумуляторе достигает 60.70 °С. КПД установки - 40 %.