Солнце – всем оно кажется привычным, обыденным и постоянным. Но до недавнего времени практически никто не задумывался о том, что этот колоссальный и самый мощный источник энергии уже сегодня может использовать каждый из нас.
Стоит только задуматься: если взять и сложить всю суммарную энергию, произведённую за год атомными реакторами и другими станциями по выработке электричества, то Солнце может отдать эту энергию за какие-то три минуты. Но вопрос в другом – Солнце никогда не выпишет счёт за электричество.
Сегодня речь пойдёт о гелиосистемах и солнечных коллекторах, и мы постараемся выяснить, насколько они эффективны в Украине и почему уже сегодня многие предпочитают абстрагироваться от традиционной энергетики?
Что такое солнечный коллектор?
Солнечный коллектор – это устройство, с помощью которого собирается энергия Солнца, проникающая через атмосферу на землю. Многие сравнивают эти приборы с солнечными батареями, однако принцип действия у них абсолютно разный. Солнечный коллектор, в отличие от панели, не аккумулирует энергию в электричество, а нагревает непосредственно систему-теплоноситель, которая является «сборщиком» тепла.
Если не углубляться в законы физики и математические расчёты, то даже простой обыватель может понять, по какой схеме он всё-таки работает. Сам коллектор – это центральное звено всей установки, которая преобразует все спектры света (не только обычные, но и невидимые нашему глазу) в полезное тепло. После того как свет преобразуется коллектором – тепло передаётся к теплоносителю, а оттуда в дом или тепловой аккумулятор. Такие установки могут быть двух типов: воздушные и жидкостные, в зависимости от того, что выступает в роли теплоносителя.
Гелиосистема для отопления и горячего водоснабжения загородного дома
Виды солнечных коллекторов
Плоский солнечный коллектор. Специальный элемент (абсорбер) – поглощает солнечные лучи и передаёт тепло в центральную систему. Элемент состоит из вещества высокой термоизоляции и прозрачного верхнего слоя, через который проникают лучи – обычно это стекло. Оно разработано по технологии, не предусматривающей добавление металлов, чтобы поглощаемое тепло не смогло также свободно высвобождаться.
Из школьного курса физики известно, что чем больше тело получает энергии, тем больше оно может передать её другому телу. В отношении солнечных коллекторов и повышении их эффективности - это правило применяется как нельзя кстати. Оптические покрытия, которые сегодня успешно применяются по всему миру – это идеальный вариант для повышения эффективности таких установок. Такие инновации существенно сократили потери поглощаемого тепла и увеличили КПД, так они направлены на сбережение энергии за счёт того, что не излучают тепло в спектре инфракрасного излучения. То есть, инфракрасное тепло от солнца – то которое мы ощущаем – практически полностью передается на теплоноситель.
При правильном монтаже и отсутствии тепловых потерь – плоский коллектор может нагревать воду до 200 °C.
Вакуумный солнечный коллектор. Он работает по такой же схеме, как и плоский коллектор. Однако температура теплоносителя способна подниматься до 300 °C благодаря тому, что тепловые потери практически полностью отсутствуют. Стеклянное покрытие из нескольких слоёв увеличивает эффект теплосбережения и создаёт внутри вакуум – именно поэтому такой вид коллекторов называется вакуумным.
В целом система трубы коллектора похожа герметичный термос. Отличий только два: вместо светонепроницаемого покрытия у коллектора оно прозрачное (чтобы забирать световую энергию), а на внутренней части нанесено специальное покрытие, которое максимально улавливает энергию солнца. Между стеклянными трубками коллектора находится полое пространство (вакуум), что даёт возможность сохранить до 96% процентов поступаемого тепла.
Новые системы солнечных коллекторов – уникальны. В них используется довольно новая и перспективная технология. Трубки, использующиеся в роли теплопередатчика, при попадании солнечного света и нагревания – превращают воду в пар, который при нагреве поднимается вверх и конденсируется на конце трубки, тем самым передавая тепло на теплоноситель. В сравнении с другими видами коллекторов – вакуумный самый эффективный, так как значение КПД достигается самое высокое.
Более того, вакуумный коллектор эффективен не только при высокой температуре окружающей среды, но и в условиях низких температур и слабой освещённости, именно поэтому они нашли своё применение на территории стран СНГ, а частности – Украине.
Солнечные концентраторы. Работают по несколько другой схеме, нежели вакуумные и плоские коллекторы. Главный элемент концентратора – это параболоцилиндрический отражатель, который вмонтирован под прозрачную поверхность коллектора. Такой прибор способен поднимать температуру в теплоносителе до 250 °C. Однако сегодня существует технологии, когда концентратор способен генерировать температуру более чем 300 °C за счёт использования технологии «слежения за солнцем». Обычные концентраторы – это неподвижные установки, поэтому лучи попадают на установку под разными углами, и как следствие эффект не всегда максимален, особенно когда солнце находится не зените. Концентраторы с автоматической системой слежения всегда фокусируют лучи под самым удобным углом – 90 градусов, поэтому КПД у таких установок существенно выше.
Перспективы использования солнечных коллекторов в Украине
Сегодня, с появлением инновационных технологий – солнечная энергетика развивается колоссальными темпами. Солнечные установки используется не только в тёплых странах, где солнце большую часть года светит 13-15 часов в сутки. С помощью солнечной энергии почти круглый год можно получать горячую воду в северных областях страны. Вся территория Украины обеспечена солнцем круглый год. Даже при пасмурной погоде в холодный период года солнечные установки способны производить тепло.
По сути – солнце это бесплатный источник энергии. В европейских странах это уже давно поняли, и такое устройство не считается диковинкой или чем-то неординарным. В нашей стране альтернативная энергетика только на пути становления, и в тех условиях, что сложились с ценами на электроэнергию – использование альтернативных источников тепла набирает обороты с каждым месяцем. Только за последние 2 года, более чем на 50% увеличилось количество солнечных установок на нашей стране. По прогнозам, в 2012 году это число может достичь 100%.
Бесспорно – это просто потрясающая экономия. Заплатить стоит только один раз и можно постоянно пользоваться бесплатной энергия солнца. Стоит вдуматься, даже самый простой солнечный коллектор позволит экономить 60-70% процентов в год на теплообеспечении и нагреве горячей воды. А если использовать системно несколько альтернативных источников, например: солнечный коллектор и тепловой насос, или солнечный коллектор и ветрогенератор, то обеспечить себя электричеством, горячей водой и отоплением можно полностью. Уже сегодня в нашей стране существуют системы типа автономный дом, где вся энергия вырабатывается альтернативно.
