Возобновляемые источники энергии - Активное использование солнечной энергии

В этом случае требуются специальные коллекторы для улавливания солнечной энергии, обычно выполняемые в виде плоских водяных коллекторов, размещаемых на крышах домов или других поверхностях. Количество энергии, которая может быть реально использована, зависит от эффективности коллектора и устройства, преобразующего солнечную радиацию в полезную энергию.
Так как интенсивность солнечной радиации относительно невелика, то размеры коллекторов для улавливания солнечной энергии должны быть значительны. В самых солнечных районах США размеры коллектора, который сможет обеспечить потребности одного человека в энергии, будут порядка 40 м².

Плоские коллекторы.

В самом общем случае плоский коллектор представляет собой темный металлический лист, покрытый одним или двумя слоями стекла, который абсорбирует теплоту. Теплота передается движущемуся воздуху или воде. Такие коллекторы могут обеспечить нагрев теплоносителя до 65-90 °С, и их эффективность составляет примерно 20-80 %. При использовании жидкого теплоносителя применяют ряд параллельных труб диаметром 12-16 мм, приваренных или припаянных к металлическому листу и расположенных на расстоянии 50- 150 мы друг от друга.
Корпус коллектора может изготовляться из металла, дерева или пластике. Снаружи корпус изолируется пенополиуретаном, минеральной ватой или другими тепловыми изоляторами. Корпус коллектора обязательно должен быть герметичным.

Солнечные водонагреватели

Во всем мире в эксплуатации сейчас находится более 5 млн. солнечных водонагревательных установок, используемых в индивидуальных жилых домах, централизованных системах горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, включая гостиницы, больницы, спортивно-оздоровительные учреждения и т. п. Налажено промышленное производство солнечных водонагревателей в таких странах, как Япония, Израиль, Кипр, США, Австралия, Индия, Франция, Великобритания, ЮАР и др.
В районах, имеющих более 1800 ч солнечного сияния в год, целесообразно использовать солнечную энергию для теплоснабжения зданий. Солнечные водонагревательные установки получили довольно широкое распространение благодаря простоте их конструкции, надежности и относительно быстрой окупаемости.
Впервые такие нагреватели были использованы в 1890 году в Калифорнии, а уже в 1897 году 30 % домов в городе Пассадена были оборудованы солнечными водонагревателями. Затем активная эксплуатация таких нагревателей началась в таких платах, как Аризона, Флорида и других солнечных районах США. К 1920 году в США была проданы тысячи солнечных водонагревателей. Но затем были открыты и начали использоваться месторождения нефти и природного газа. Цены на эти энергоносители быстро пошли вниз, и использование солнечных водонагревателей прекратилось.
Но сегодня они опять возвращаются, и только в штате Калифорния уже установлено более полумиллиона солнечных водонагревателей. Многие дома в Греции и на Кипре снабжены солнечными водонагревателями. Постепенно даже в Великобритании они становятся реальностью, и в семидесятых годах прошлого столетия был отмечен лис продаж солнечных коллекторов, монтируемых на крышах. В этой стране применение солнечных водонагревателей снижало для владельца дома стоимость затрат на отопление почти в два раза. Такие системы становятся символом современной архитектуры. Принципиальная схема солнечного водонагревателя представлена на рис. 1.1. Водонагреватель состоит из короба со змеевиком, бака-аккумулятора, бака холодной воды и труб. Вода нагревается в змеевике и поступает в бак-аккумулятор.
На Кипре почти 90 % всех домов оборудованы солнечными водонагревателями. В Израиле эта практика является обязательной для отелей, высоких зданий и административных сооружений, причем две трети частных домов имеют такие водонагреватели. В Кыргызстане освоено промышленное производство тепловых солнечных преобразователей и установок. Всего в республике площадь поверхностей солнечных установок достали 50 тыс. м².

Рис. 1.1. Принципиальная схема солнечного водонагревателя

В Крыму работает несколько десятков установок солнечного теплоснабжения сезонного характера действия обшей площадью около 15 000 м², а в Симферополе освоен выпуск солнечных коллекторов из алюминиевого профиля. В Алуште работает научно-производственная лаборатория Гелиотерм по испытанию и внедрению оборудования для гелиосистем. Имеющийся опыт использования солнечной энергии позволяет утверждать, что в Крыму экономия органического топлива может составить до 0,7 т условного топлива (ТУТ) в год на 1 м² солнечного коллектора, а внедрение систем солнечного теплоснабжения обеспечит потребителю экономию органического топлива до 30 % от годовой потребности, однако потребует значительных единовременных затрат на их строительство.
Для южного района Украины приоритетным является развитие солнечной энергетики. Подтверждением этому служит многолетний опыт НПФ Новые технологии в области разработки, производства и эксплуатации гелиосистем. В Одесской области и раде городов Крыма они успешно эксплуатируются, начиная с 1993 года.
Первые солнечные системы горячего водоснабжения были введены в эксплуатацию в 1994 году в порту Южный (три гелиосистемы), а в 1999 году были запушены еще две. В 1998-м введены в эксплуатацию три гелиосистемы в Феодосийском порту, а в 1999-м - три гелиосистемы в Керченском порту.
НПФ Новые технологии выпускает такие системы с плоскими солнечными коллекторами (СК) для автономного горячего водоснабжения жилых и производственных объектов. Тепловоспринимающая панель СК выполнена в виде регистра труб с ребрами, изготовленными из антикоррозионного алюминиевого сплава. Выпускаются две модификации коллектора СК-1.1 и СК-2.0 с площадью теплоприемника 1,1 и 2,0 м. Один коллектор СК-1.1 обеспечивает нагрев 80 л воды до 60-65 °С в июле в Одессе. Некоторые характеристики СК приведены в табл. 1.3.
Гелиосистема, в зависимости от требуемой производительности, включает необходимое количество СК, теплоизолированный бак-аккумулятор соответствующей емкости и гидравлическую систему обвязки. В баке-аккумуляторе предусмотрен дополнительный греющий источник, компенсирующий естественные колебания солнечной активности. Срок окупаемости гелиосистем - менее трех лет.

Таблица 1.3
Технические характеристики солнечного коллектора

В Уральском государственном техническом университете созданы два типа солнечных водонагревателей, приспособленных для работы даже при отрицательных температурах окружающего воздуха. В конструкции нагревателя совмещены солнечный коннектор и бак-аккумулятор, что упраздняет соединительные шланга, которые могут промерзнуть. При площади коллектора 1,5 м²  за солнечный день 300 л воды могут нагреться до 30-60 С.
Солнечные водонагревательные установки могут широко примениться:

1. в системах энергоснабжения (для предварительного подогрева добавочной воны в котельных  для замены котельных в теплое время года);
2. производственных технологиях (в системах получения горячей воды с температурой 60-80 °С, системах обогрева ванн, камер и т. п., технологических производствах, системах сушки, биотехнологиях);
3. теплоснабжении (отопление производственных и бытовых помещений, отопление коттеджей, частных домов, отопление теплиц, теплоснабжение   хозяйств и отдельных потребителей);
4. системах горячего водоснабжении (для бытовых потребителей, животноводческих комплексов и других объектов).