Солнечные коллектора

 

СОЛНЦЕ - НАШ САМЫЙ КРУПНЫЙ
И САМЫЙ ЩЕДРЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Температура на поверхности солнца 5 512°С
Давайте используем эту энергию!

Солнце – первопричина всей жизни на Земле и наш важнейший поставщик энергии. Оно – невероятный сгусток энергии. Энергия, излучаемая с поверхности Солнца и попадающая на земной шар, примерно в 10.000 раз превышает сегодняшнюю мировую потребность в энергии. Однако используемая доля исходящей от Солнца энергии сейчас еще очень мала.

Максимальная мощность солнечного излучения составляет 1.000 ватт на один квадратный метр земной поверхности:

Погода
Ясное синее небо
Переменная
облачность
Солнце в виде
белого диска
Пасмурный
зимний день
1.000 Вт/кв.м
600 Вт/кв.м
300 Вт/кв. м
100 Вт/кв.м

Общая мощность излучения или так называемая глобальная радиация представляет собой сумму прямого и рассеянного излучения. Важно различать эти виды излучения, т.к. современные солнечные установки рассчитаны на различное излучение. Так, например, термические солнечные установки, предназначенные для подогрева воды, используют как прямое, так и рассеянное излучение солнца. Они преобразуют энергию излучения в тепло даже при облачной погоде.

 НАГРЕВ ВОДЫ СОЛНЕЧНЫМИ КОЛЛЕКТОРАМИ

С помощью солнечных термоустановок солнечную энергию в наших широтах можно эффективно использовать для подогрева воды и в помощь отопительной системе. Хорошие коллекторы и правильно подобранная по размеру установка могут покрыть до 25 % годового потребления тепла за счет солнечной энергии и к тому же уберечь окружающую среду и сэкономить энергоресурсы.

Для подогрева воды солнечное тепло улавливается плоскими коллекторами или коллекторами с вакуумными трубками. Между солнечными коллекторами и отдельным накопителем горячей воды в доме циркулирует жидкость с антифризом, нагреваемая лучами солнца. Это тепло затем отдается воде через теплообменник. В пасмурные дни вода для бытовых нужд нагревается от отопительного котла.

Для подогрева воды достаточно 1,3 кв. м площади коллектора в расчете на одного человека. Эксперты подсчитали, что объем водонакопителя при температуре воды 50о должен составлять 80 литров на человека, но не менее 300 литров.

 

КОМБИНИРОВАННЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ УСТАНОВКИ ГРЕЮТ ВОДУ И РАЗГРУЖАЮТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Количество солнечных установок, которые только нагревают бытовую воду, уже довольно велико. Комбинированные же солнечные установки, которые и воду для бытовых нужд греют, и участвуют в отоплении – это новое, еще более прогрессивное и эффективное решение. Весной и осенью такие установки могут сделать заметный вклад в отопление помещений и разгрузить систему отопления. Для домов на одну - две семьи хорошо проявили себя на практике комбинированные установки с поверхностью коллектора от 8 до 15 кв. м и с комбинированным накопителем – для нагрева бытовой воды и для создания запаса воды на отопление – емкостью от 500 до 1000 литров.

ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ О СОЛНЕЧНОМ ИЗЛУЧЕНИИ

Солнце является центром нашей системы, в которую входит и Земля. Это шар диаметром 1400000 км.  Масса солнца составляет 2.10 ехр 30 кг, температура поверхности около 6000 С. Общий поток энергии, который Солнце излучает в космическое пространство, составляет 3,8.10 ехр26 ватт. Источником этого огромного количества энергии является термоядерная реакция превращения водорода в гелий . Солнечное излучение поступает на земной шар и его атмосферу с постоянной мощностью 1,7.10 ехр17 ватт.  Для удовлетворения энергетических потребностей человечества хватает в случае 5% -го КПД превращения солнечной энергии 0,13% поверхности земного шара.

Интенсивность солнечного излучения за пределами земной атмосферы представляет примерно 1350 Вт/м2. Через атмосферу при благоприятных условиях проникает на поверхность земли около 1000 Вт/м 2.

Таким образом, мы ежегодно получаем на квадратный метр столько бесплатной энергии, сколько содержится примерно в 100 литрах мазута.

Из-за рассеивания прямого излучения на облаках, загрязнения атмосферы, и отражения от поверхности земли возникает диффузионное излучение. На рис. 2.1. приведена схема этих процессов

Сумма прямого и диффузионного излучения называется глобальным излучением. В центральной Европе в зависимости от погодных условий и времени года мощность излучения в полдень может находиться в пределах от 100 до 1000 Вт/м

Отношение прямого и диффузионного излучения зависит от географических и микроклиматических условий.

Солнце греет всегда

Всего за три дня Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько ее содержится во всех разведанных запасах ископаемых топлив, а за 1 с— 170 млрд. Дж. Большую часть этой энергии рассеивает или поглощает атмосфера, особенно облака, и только треть ее достигает земной поверхности. Вся энергия, испускаемая Солнцем, больше той ее части, которую получает Земля, в 5 000 000 000 раз. Но-даже такая «ничтожная» величина в 1600 раз больше энергии, которую дают все остальные источники, вместе взятые.

Поскольку энергия солнечного излучения распределена по большой площади (иными словами, имеет низкую плотность), любая установка для прямого использования солнечной энергии должна иметь собирающее устройство (коллектор) с достаточной поверхностью.

Простейшее устройство такого рода — плоский коллектор; в принципе это черная плита, хорошо изолированная снизу. Она прикрыта стеклом или пластмассой, которая пропускает свет, но не пропускает инфракрасное тепловое излучение. В пространстве между плитой и стеклом чаще всего размещают черные трубки, через которые течет антифриз. Солнечное излучение, проникая через стекло или пластмассу в коллектор, поглощается черными трубками и плитой и нагревает рабочее вещество в трубках. Тепловое излучение не может выйти из коллектора, поэтому температура в нем значительно выше (на 200—500°С), чем температура окружающего воздуха. В этом проявляется так называемый парниковый эффект. Обычные садовые парники, по сути дела, представляют собой простые коллекторы солнечного излучения.  

Кто думает, что солнечную энергию можно использовать только летом, тот глубоко ошибается. При плохой погоде в холодное время года солнечного тепла зачастую достаточно для обеспечения горячего водоснабжения.

Это интересно!

Для семьи из четырех человек потребуется коллектор с площадью поверхности около 4 – 6 м2. Как правило, гелиотехническое устройство оптимального размера, поставленное под верным углом, полностью покрывает потребности этой семьи в горячей воде вне отопительного сезона. В среднем около 60 % энергии, требующейся для получения горячей воды, можно сэкономить в год благодаря солнечному теплоснабжению

Солнечные лучи даже при сильной облачности и низкой температуре достигают коллектора.

Специальный теплообменник улавливает их и передаёт тепло дальше по трубкам, наполненным незамерзающей жидкостью. Трубопроводы системы отопления транспортируют энергию дальше к теплообменнику в баке с горячей водой.

С мая по август на широте Московской области в домах, оборудованных подобной установкой, можно экономить почти 100% энергии, идущей на подогрев воды.

В марте, апреле, сентябре и октябре солнце даст примерно 50% половину нужного тепла.

В холодное время года с ноября по февраль доля солнечной энергии составляет от 6 до 48% от общих затрат на подогрев воды.