Как использовать энергию солнца
Постоянный рост стоимости энергоносителей и борьба с загрязнением окружающей среды вынуждает людей все больше задумываться о применении более экологически чистых и дешевых видов энергоносителей. И, пожалуй, первой в этом списке стоит солнечная энергия.
Солнечные коллекторы — это устройства, которые поглощают солнечное излучение и преобразуют его в тепловую энергию, передавая ее теплоносителю. Тепло можно использовать для получения горячей воды или теплоснабжения. Современные высокоселективные покрытия поглощают больше солнечной энергии, чем обычные предметы, окрашенные в черный цвет.
Нюансов при получении тепла таким способом несколько. Во-первых, коллекторы эффективно генерируют только так называемое низкопотенциальное тепло. Эти устройства обычно рассчитаны на нагрев теплоносителя до +50 °С, при более высоких показателях снижается КПД коллектора. Во-вторых, количество вырабатываемого тепла зависит от температуры воздуха, погодных условий (ясно-пасмурно), от того, с какой стороны света будет установлен аппарат и под каким углом наклона.
Поэтому в Украине в качестве самостоятельных источников тепла для горячего водоснабжения (ГВС) или отопления гелиоколлекторы практически не используют. Наиболее эффективны солнечные коллекторы в южных регионах Украины, особенно на Южном берегу Крыма, где в году 250–280 солнечных дней. В других регионах при их применении для обеспечения ГВС и отопления будет экономиться меньше средств.
Типы гелиоколлекторов
Открытые коллекторы представляют собой поглощающую панель, которую обычно изготавливают из стойких к УФ-лучам материалов — пластика или резины. Их преимущества — в простоте, дешевизне, легкости монтажа и высоком КПД. Однако эффективность работы таких коллекторов зависит от температуры воздуха и погодных условий, и они имеют небольшой срок службы. Как правило, их используют в одноконтурных системах для нагрева воды в бассейнах в странах с теплым климатом.
Плоские коллекторы — самые распространенные. Они состоят из теплоизолированного алюминиевого корпуса, внутри которого расположена медная или алюминиевая панель с селективным поглощающим покрытием и теплоотводящими трубками, по которым циркулирует жидкий теплоноситель. Сверху поглощающая панель закрыта стеклом с пониженным содержанием железа, а между ними находится воздух. Высокоселективное покрытие обеспечивает самый высокий коэффициент поглощения солнечной энергии — 93–95 %.
Вакуумные трубчатые коллекторы — оснащены высокоселективным поглощающим покрытием, что обеспечивает меньшие потери тепла, чем при использовании плоских коллекторов. Однако такие системы чаще подвергаются поломкам, чувствительны к механическим повреждениям, например, от падения града или камней, и не функционируют, если покрыты снегом или инеем.
Типы коллекторных систем
Гелиосистемы бывают одноконтурные или двухконтурные, с естественной или с принудительной циркуляцией теплоносителя. Для круглогодичного использования в системе ГВС и отопления подходят только двухконтурные системы с принудительной циркуляцией.
Одноконтурные системы: в них нагревается та вода, которая затем расходуется. Они позволяют получить самый высокий КПД, поскольку отсутствуют потери при передаче тепла в теплообменнике. Для увеличения срока работы системы желательно, чтобы вода проходила предварительную очистку (умягчение), иначе на стенках каналов солнечного коллектора будут оседать соли, что приведет к значительному уменьшению эффективности или полному выходу аппарата из строя. На практике, если принимают решение об установке одноконтурной системы, например, для нагрева бассейна, обычно рассчитывают, что через несколько лет ее придется ремонтировать или менять.
Двухконтурные системы: в них контур замкнутый, в нем находится теплоноситель — незамерзающая нетоксичная жидкость с антикоррозионными и антивспенивающими присадками или обессоленная вода. Тепловая энергия передается в контур ГВС и отопления с помощью теплообменника.
В двухконтурной системе не оседают соли, а антифриз обеспечивает безопасную работу при низких температурах. Такие солнечные коллекторы, как правило, имеют срок эксплуатации 20–50 лет. Недостатками является снижение эффективности работы системы из-за наличия дополнительных тепловых потерь в коллекторах и трубопроводе, а также из-за необходимости применения теплообменника. Вдобавок через 5–10 лет эксплуатации может возникнуть потребность в периодической замене теплоносителя. Тем не менее именно двухконтурные системы могут длительно и надежно работать на всей территории Украины в качестве вспомогательного источника тепла.
Комбинированная система
В этом случае для нужд ГВС и отопления применяют так называемые комбинированные баки-аккумуляторы с отдельной емкостью, предназначенной для нагрева воды. Дублирующий источник тепловой энергии (котел) подключают к верхней части бака, оттуда же производится забор воды для отопления.
Чтобы обеспечить достаточное количество тепла для отопления и ГВС, мощность дублирующего источника тепловой энергии выбирают без учета мощности гелиоколлекторов. Система ориентирована на максимальное использование энергии солнца, тепловая мощность регулируется частотой и временем работы котла на традиционном топливе.
Трубопроводы гелиосистемы изготавливают из металла, поскольку теплоноситель может нагреваться до +110 °С, а температура пара достигает более высоких показателей. Поэтому же рекомендуют использовать специальную термостойкую изоляцию на каучуковой основе.