XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

В настоящие время развитие энергетики и взаимосвязанных с ней вопросов экологии является одной из основных глобальных проблем в мире. Прогрессирующее исчезновение традиционного топлива, которое наблюдается повсеместно, вынуждает людей искать альтернативные решения. Угроза экологической катастрофы повышает требования к потребляемым источникам энергии, главным из которых является экологическая безопасность. В связи с этим внедрение технологий, использующих альтернативные источники энергии, является приоритетной задачей развития энергетики во многих странах мира. Уже в течение ближайших 15-20 лет возобновляемые источники энергии (солнце, ветер, геотермальные воды, биомассы) должны внести существенный вклад в мировой энергетический баланс, обеспечивая тем самым замещение истощающих запасов органического топлива и экологическое оздоровление окружающей среды.

Использование гелиосистем позволяет существенно сокращать коммунальные расходы. При устройстве солнечного отопления в частном доме, происходит снабжение фактически бесплатным теплоносителем низкотемпературных радиаторов и систем теплых полов.

Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи. Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрическому котлу.

Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.

Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году. Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Плоские закрытые системы представляют собой – плоский коллектор, состоящий из алюминиевого каркаса, специального поглощающего слоя – абсорбера, прозрачного покрытия, трубопровода и утеплителя.

В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.

Рисунок. Пример активной солнечной системы теплоснабжения: 1 – солнечный коллектор; 2 – бак-аккумулятор; 3 – насос; 4 – электрический подогреватель

С наружной стороны закрытая панель защищена прозрачным покрытием. Оно изготовлено из противоударного закаленного стекла, имеющего полосу пропускания 0,4-1,8 мкм. На такой диапазон приходится максимум солнечного излучения. Противоударное стекло служит хорошей защитой от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.

Плоские солнечные коллекторы особенно выгодны, если их применение запланировано еще на стадии проектирования. Срок службы у качественных изделий составляет 50 лет.

Сфера применения закрытых коллекторов значительно шире, чем гелиоустановок открытого типа. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальщиками в отопительный период, они могут поработать вместо газовых и электрообогревателей.

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200 °С при нагреве пара или газа, 120 °С антифриза, 150 °С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее, при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность, вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м² земли называется инсоляцией.

Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

На протяжении всего собственного существования человечество с каждым годом потребляется все больше энергии. Попытки использовать бесплатное солнечное излучение предпринимались давно, но только в последнее время стало возможным эффективно использовать солнце в наших широтах. Несомненно, что за гелиосистемами будущее.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бутузов, В.А. Повышение эффективности систем теплоснабжения на основе использования возобновляемых источников энергии: дис. ... д-ра. тех. наук: 05.14.08 / Бутузов Виталий Анатольевич – М., 2007. – 297 с.

2. Виссарионов В.И., Дерюгина Г.В., Кузнецов В.А., Малинин Н.К. Солнечная энергетика: Учебное пособие для вузов / Под ред. В.И. Виссарионова. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – 317 с.

3. Сканави, А.Н. Отопление. Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Строительство», специальности 290700 / Л.М. Махов. – М.: АСВ, 2002. - 576 с.

Код для цитирования: Скопировать