3.1. Загальні підходи до побудови теплових сонячних енергетичних установок

Системи, що перетворюють енергію сонячної радіації в теплову, умовно поділяють на дві групи:

• пасивні, приймачем у яких служать самі об’єкти, що нагріваються, використання енергії Сонця уможливлюється за рахунок планувального та архітектурно-будівельного розташування споруд;

• активні, у яких енергія уловлюється, накопичується та транспортується в спеціальних пристроях, основним їх елементом є геліоприймач, теплоносієм може виступати газ (повітря) або рідина (вода, розчин солей). Залежно від виду теплоносія будують подальшу конструкцію теплової сонячної енергоустановки. Для низькопотенційних установок найбільш поширеним типом геліоприймача є плаский. Він має вигляд ящика, всередині якого міститься колектор, конструктивно виконаний у вигляді трубопроводу різної конфігурації з гофрованою або чарункуватою поверхнею. Колектор має покриття з великою поглинальною спроможністю. Стінки ящика обкладені тепловою ізоляцією. Один з боків має прозоре покриття, яке може бути одно-, дво- чи тришаровим.

Теплові сонячні енергоустановки застосовують переважно для гарячого водозабезпечення та кондиціювання як для індивідуальних споживачів, так і для групових, чи будують централізовані системи.

Для надійності енергопостачання до сонячних енергоустановок додають акумулювальні пристрої з короткочасною або довготривалою акумуляцією. Крім того, вони можуть мати дублювальний (резервний) нагрівник (наприклад, електронагрівник, що живиться від центральної мережі).

За характером руху теплоносія системи можуть бути з вільним або вимушеним режимом теплообміну, а за кількістю контурів теплообміну – одно-, дво- чи багатоконтурними.

Рис. 3.4. Види плоских сонячних колекторів:

1 – прозоре покриття; 2 – плита або трубка; 3 – корпус

Отже, сонячні енергоустановки входять у фізичну систему узгодження енергопотоку надходження енергії сонячної радіації та потреб споживача, що діє протягом певного нормативного часу. В цій системі вхідними змінними є надходження енергії сонячної радіації та енергія від резервного (традиційного) джерела, вихідними – потреби об’єкта в теплоті.

Припустімо, що є і-та кількість (скінченна) об’єктів виробництва, що підлягає енергозабезпеченню від енергії сонячної радіації протягом періоду з j-ї кількості днів. Реалізація узгодження потоків від джерела до споживача здійснюється технічними засобами, побудованими за блочним принципом, які містять первинні перетворювачі (сонячні нагрівнки), систему накопичення (теплові акумулятори), допоміжне та резервне обладнання (насоси для циркуляції теплоносія, електронагрівник). Тоді рівняння відносно використання енергії сонячної радіації буде таке:

за і=1, ..., n, (3.1)

де – вектори, компоненти яких є значеннями теплових потреб і-го об’єкта в j-й день експлуатації;

– вектори, компонентами яких є значення енергії від утилізаторів сонячної радіації на і-му об’єкті в j-й день експлуатації; а – коефіцієнт параметрів структурних схем утилізації сонячної радіації.