Вопрос 9

Сферы применения гелиоколлекторов. Примеры (Краснодар, Израиль, Испания). 

В соответствии со статистическими данными потенциал солнечной энергетики оценивается в 3,2 109 МВт/год и занимает третье место после геотермальной и ветроэнергетики, потенциалы которых составляют соответственно 7,9 109 и 9,6 1010 МВт/год. Соответствующий технический потенциал (по оценкам экспертов) составляет 6 106 МВт ч/год для солнечной энергии, 2,156 109 МВт ч/год для геотермальной и  3,6 109 МВт ч/год для ветроэнергетики.

 Человечество  использует солнечную энергию с незапамятных времен. Она обогревает наши здания напрямую, зимой мы пользуемся для отопления и приготовления горячей воды аккумулированной солнечной энергией  в виде древесины, угля, нефти или газа. Сегодня мы живем за счет запасов топлива, накопленных природой за миллионы лет. Объемы органического топлива на Земле ограничены. Рациональным  способом реализации  политики  сбережения этих ресурсов является непосредственное использование солнечной энергии для получения тепла.

Для горячего водоснабжения и отопления предлагаем солнечный коллектор. Это капиллярный нагрев с учетом длины волны излучения Солнца, светового резонанса, тепличного эффекта. Используется для горячего водоснабжения жилых домов, частного сектора, гостиниц, душевых в здравницах, в домах отдыха, для нагрева воды в бассейнах, подогрева полов, сушки овощей, сена, стройматериалов, а также теплоснабжения скотоводческих ферм, ангаров и т.д.

Вода, нагретая солнцем, содержит полезные для организма отрицательно заряженные ионы, укрепляющие иммунитет. Основное время применения коллекторов – весна, лето, осень. За один день работы установка с накопителем нагревает от 50 и более литров воды. Сохраняет одну тонну условного топлива в год. На одного человека необходима площадь гелиополя в 1 кв.м. Используя энергию солнца, можно сэкономить до 75% вложений.

Компонентами гелиоустановки  являются:

-          гелиоколлекторы;

-          несущие конструкции гелиоколлекторов;

-          бак-аккумулятор тепловой энергии;

-          теплообменные поверхности (встроенные в бак-аккумулятор или выносные);

-          насосные группы;

-          группа приборов безопасности (предохранительные клапаны, мембранные расширительные сосуды, температурные регуляторы и т.п.);

-          контрольно-измерительные приборы;

-          запорно-регулирующая арматура;

-          трубопроводы в теплоизоляции.

Важнейшим компонентом гелиоустановки является солнечный коллектор (гелиоколлектор) предназначенный для нагрева циркулирующего в нем теплоносителя под прямым воздействием солнечной радиации. При помощи гелиоколлекторов энергия солнечного излучения преобразовывается в тепло. Основная деталь гелиоколлектора – абсорбер (поглотитель солнечной энергии)имеет селективное покрытие, обеспечивающее высокую абсорбцию  солнечного излучения  и незначительную эмиссию теплового излучения. В абсорбер интегрированы медные трубки, через которую протекает теплоноситель, воспринимающий от него тепло через медную трубку. Абсорбер находится в корпусе гелиоколлектора, снабженном усиленной теплоизоляцией, что позволяет минимизировать тепловые потери гелиоколлектора. Благодаря этому гелиоколлектор поглощается до 75% солнечного излучения, при этом не более 10% выделяется гелиоколлектором в виде теплового излучения (тепловых потерь). Системы теплоснабжения на основе солнечных коллекторов бывают, в основном, трех типов: открытая, одноконтурная и двухконтурная.

Открытая (проточная) – осуществляет прямой нагрев теплоносителя. Число часов работы таких систем определяет теплый период года. Достоинством проточных систем является отсутствие бака-аккумулятора (стоимость которого сопоставима со стоимостью коллектора), а недостатком невозможность получать горячую воду в ночной период.

Одноконтурная – вода, нагретая в коллекторе, поступает в бак-аккумулятор, где происходит естественное расслоение нагретой и холодной воды. В нижнюю часть бака подается подпитка, а из верхней производится отбор горячей воды. Достоинство такой системы в том, что она может обеспечивать горячей водой днем и ночью. Недостатки в том, что она не может применяться в холодный период и также подвержена коррозии и засорению.

Двухконтурная – бак-аккумулятор имеет внутри змеевик, который нагревает воду. По змеевику движется теплоноситель (вода или антифриз) нагреваемый в солнечном коллекторе. Систему можно использовать круглый год, но это дорого.

По конструкции гелиоколлекторы бывают открытые (не застекленные), плоские и вакуумные.

Общий принцип в том, чтобы при максимальном поглощении солнечного излучения были минимальные потери тепла в окружающую среду.

Открытые солнечные коллекторы представляют собой одну лишь поглощающую панель (без корпуса) из пластика или резины, стойкую к ультрафиолетовому излучению. Применяются в основном в странах с теплым климатом и большим количеством ясных солнечных дней.

Плоские солнечные коллекторы представляют собой трубки (медные или алюминиевые) для протекания теплоносителя. Такая панель заключается в прочный каркас. С одной стороны каркас защищен теплоизоляцией для уменьшения теплопотерь в окружающую среду. С другой стороны каркас накрыт светопрозрачным покрытием (стеклом с низким содержанием железа или др.).

Они более эффективны, более надежны.

Плоские коллекторы – это самый распространенный тип гелиоколлекторов.

В вакуумных гелиоколлекторах используются вакуумные трубки для снижения потерь в окружающую среду за счет теплопроводности воздуха.

Исходя из этой зависимости определяется и область применения гелиоколлекторов: открытые коллекторы чаще всего используются в открытых системах. Например, для нагрева воды в бассейнах, мытья посуды, душа, полива растений теплой водой в теплицах; плоские коллекторы служат для получения горячей воды в закрытых, чаще одноконтурных, системах при небольшой разнице температур между коллектором и воздухом; вакуумные коллекторы, при заполнении антифризом, могут применяться в течение всего года как для получения горячей воды, так и для отопления.

Широкое применение гелиосистемы могло бы получить для повышения уровня комфорта людей в местах как периодического, так и постоянного проживания людей. К таким объектам можно отнести как бюджетные (больницы, детские дома, дома престарелых и т.д.), так и частные объекты. Установка таких систем позволила бы полноценно функционировать бюджетным предприятиям в летний период, позволяя консервировать или выводить в ремонт котельные.

Массовому применению гелиоустановок препятствовал недостаток информации о технологиях, о возможностях их использования и эффективности, а также стоимость продаваемого оборудования.

Развитие солнечной теплоэнергетики наиболее целесообразно для обеспечения спроса на горячую воду, подаваемую от низкотемпературных теплоэнергетических систем. По данным западноевропейских стран показатель спроса составляет 1 кВт ч в сутки на человека и вполне применим для крымского региона. Объемы суммарного солнечного излучения в Крыму превышают объемы потребления топлива. Энергетическая экспозиция на поверхность в 27000 км2 составляет приблизительно 3,45х1013 кВт ч/год  при суммарном потреблении электроэнергии, равном 2,1х109 кВт ч (по данным 1997 г.). Недостатком данного источника является сезонный характер, объясняющийся метеорологическими причинами, а среднесуточный показатель варьируется от 1,5 кВт ч/м2 в зимний период, до 7 кВт ч/м2 летом. Крымский регион расположен в крайней южной части Украины с инсоляцией от 2170 до 2400 часов в год, большая часть из которых приходится на теплое время года, совпадающее с летним сезоном и повышенным спросом на горячую воду для нужд курортно-рекреационного комплекса.

В странах, климатические условия которых сходны с климатом Крыма, показатель удельной площади установленных солнечных коллекторов изменяется от 0,5 м2/чел. на Кипре (максимальный показатель) до 0,13 м2/чел. в Греции. В Германии 0,005 м2/чел (среднеевропейский показатель на 1997 год составляет 0,009 м2/чел.).