Энергия Солнца – гелиосистемы

Один из способов сэкономить - использовать энергию солнца. Земная поверхность получает от Солнца огромное количество энергии, которую мы практически не используем, при этом производя тепло, сжигая уголь, бензин, газ и т.д., да еще и выбрасывая в атмосферу тонны СО₂. Солнце, в качестве источника тепла, мы можем использовать для нагрева теплоносителя, для выработки электрической энергии. Сегодня рассмотрим один из вариантов использования солнечной энергии – гелиосистемы, использующие нагретый солнечной энергией теплоноситель.

Грамотно спроектированная гелиосистема может 9 месяцев в году обеспечивать ее хозяев горячей водой и теплом, а также работать и в зимние месяцы, в режиме "помощи" основным системам отопления и горячего водоснабжения. Причём с каждым днём такие системы становятся эффективнее и дешевле.

Что такое гелиосистема?

Гелиосистема — устройство для преобразования энергии солнечной радиации в другие, удобные для использования виды энергии, например, тепловую. Гелиоустановки являются экологически чистыми источниками возобновляемой энергии.

Гелиосистемы используются для:

• горячего водоснабжения и отопления промышленных объектов, частных коттеджей и дач, частных гостиниц, мотелей, пансионатов и домов отдыха;
• системы горячего водоснабжения в ресторанах, кафе и барах;
• солнечные системы подогрева бассейнов;
• балконные солнечные коллекторы для автономного горячего водоснабжения и обеспечения теплом систем теплого пола в городских квартирах и т.д.

Возможно ли использование гелиосистем в Беларуси?

В разных регионах Беларуси годовая инсоляция находится в пределах от 800 кВт-час/м2 до 1100 кВт-час/м2. То есть на 1 квадратный метр попадает минимально 800 кВт солнечной энергии в час, которую солнечные коллекторы могут преобразовывать в тепловую с КПД 95%.

Например, количество солнечной энергии, поступающей в географическую зону Беларуси, сравнимо с Германией, где на данный момент площадь используемых солнечных коллекторов больше 7 млн. кв. метров.

Гелиосистема - это дорого. Да было дорого, но не сейчас.

Серьезным фактором, сдерживающим применение гелиоустановок в широком масштабе, являлась высокая стоимость гелиоколлекторов, непосредственно преобразующих энергию излучения Солнца в энергию теплоносителя (воды или антифриза).

Насколько данные системы сложны?

На самом деле не сложно. Одна из главных составляющих частей гелиосистемы это солнечный коллектор. Существует множество разных конструкций и технологий, которые позволяют получать тепловой поток в солнечные дни до 1200 Вт/м², а в пасмурные до 400 Вт/м².

Основным элементом коллектора является абсорбер - это пластина из меди или алюминия. С обратной стороны к пластине прикреплены медные трубки, через которые проходит теплоноситель — вода или антифриз. Чем больше площадь соприкосновения трубок с поверхностью пластины, тем полнее осуществляется передача теплоносителю энергии, собранной пластиной. Еще необходимо обеспечить безусловное соприкосновение и надежность всей площади контакта пластины и трубок, для чего они соединяются, как правило, сваркой или высокотемпературной пайкой (около 600°С).

Остальная часть коллектора состоит из корпуса с теплоизоляцией и защитного покрытия (как правило используется закаленное стекло), оно обеспечивает защиту от града, мелких камней, веток. А также пропускает нужные спектры солнечного излучения и снижает обратное пропускание отраженной части солнечного излучения.

Рассмотрим коллекторы по типам:

Вакуумные солнечные коллекторы:

Идеальны для применения в круглогодичном режиме работы в любых климатических зонах. Основное назначение вакуумных солнечных коллекторов — нагрев горячей воды и поддержки систем отопления. Для них характерны высокая производительность в летнее и зимнее время. Гелиосистемы обеспечивает от 30% до 90% потребности в горячей воде и до 30% отопления. Используя оборудование такой тип коллекторов, пользователь имеет возможность значительно снизить свои затраты на нагрев горячей воды, а также увеличить срок службы основного котельного оборудования, отключив его в летний период.

Плоские солнечные коллекторы:

Плоские солнечные коллекторы — это идеальное решение для замещения сезонной нагрузки в теплоснабжении, отлично подходит как для теплого так и умеренного климата.
К тому же стоимость плоского коллектора более привлекательна по сравнению с вакуумным. Для увеличения пропускной способности солнечного излучения коллектор покрыт специальным 4-миллиметровым призматическим стеклом с пониженным содержанием железа. 4 см минеральной ваты минимизируют тепловые потери коллектора, обеспечивая коэффициент теплопроводности в окружающую среду на уровне 0,035 Вт/м К.

Термосифонные гелиосистемы:

Термосифонные гелиосистемы – самый простой и доступный тип вакуумных солнечных водонагревателей. Эффективен для обеспечения ГВС в летний период. Используются для обеспечения горячей водой дач, коттеджей, хозяйственных и технических нужд.Данные гелиосистемы работают по принципу термосифона, это означает, что передача тепла осуществляется без насоса и системы управления благодаря естественной конвекции.

Солнечные коллекторы данного типа предназначены, прежде всего, для сезонного нагрева воды в бассейнах, отдельно стоящих емкостях и баках накопителях. Основными особенностями данного коллектора являются простота подключения и монтажа и доступная цена.

Гибридные системы:

Гибридные солнечные коллекторы предназначены для одновременного производства электричества и горячей воды. Данный солнечный коллектор представляет собой объединение фотоэлектрической панели и теплового солнечного коллектора и сокращенно называется PVT панель. Как известно, что эффективность традиционного фотоэлектрического модуля падает при росте температуры, особенно производительность электроэнергии резко снижается при температуре на поверхности фотоэлемента выше 50 °С, что часто наблюдается в летнее время в классических солнечных батареях. В гибридных коллекторах, тепло поглощается циркулирующей жидкостью для получения горячей воды, тем самым снижает рабочую температуру элемента и повышая его эффективность. Таким образом генерируется дополнительная электроэнергия. Такой симбиоз позволяет в два раза сократить площадь установки при необходимости использования одновременно солнечных коллекторов и фотоэлектрических модулей на одном здании.

Как видим область применения гелиосистем довольно обширна, и позволяет решать задачи по отопления и постоянному наличию горячей воды.

Использование гелиосистем в Беларуси.

В условиях Республики Беларусь коллекторы определенно можно и нужно использовать. Но для отопления дома только солнечных коллекторов, как единственного источника тепловой энергии, будет недостаточно. Это связано в первую очередь с качеством инсоляции: короткий день, низкое положение солнца над горизонтом, постоянная сплошная облачность. Единственная ситуация, когда зимой коллекторы дают значимую выработку тепла – это морозная погода с ярким солнцем. Но такая погода обычно стоит за зиму 10-14 дней. В остальное время зимой коллекторы почти бесполезны. Поэтому устанавливают их обычно с расчетом на летнее потребление горячей воды (с учетом дополнительных потребителей тепловой энергии вроде подогрева бассейна). В зимнее время коллекторы работают как дополнительный источник тепловой энергии для предварительного подогрева воды с последующим нагревом от основного источника (электрический тэн, твердотопливный или газовый котел, тепловой насос) при необходимости.

Окупаемость системы зависит от того, какой источник тепловой энергии вы заменяете. Наилучшую окупаемость дает замена электрических водонагревателей (около 2-3 лет). Газ пока у нас недорогой, поэтому тут окупаемость будет в районе 4-5 лет.

Посчитать окупаемость просто. Нужно посмотреть по счетчику (внутреннему или дополнительно установленному) количество выработанной тепловой энергии и посчитать стоимость доступного теплоносителя, при использовании которого было бы выработано такое же количества тепла. И сравнить это со стоимостью системы с учетом эксплуатационных затрат и оборудования в обоих случаях.

В наших условиях использовать солнечные коллекторы возможно и экономически оправдано. Главное, это разумный подход к комплектации системы и ее использованию. Для нагрева горячей воды в летнее время хватит небольшого коллектора на 15-20 трубок. Также стоит помнить, что система требует определенного внимания и обслуживания. Но при правильной эксплуатации затраты на дополнительное обслуживание сокращаются до минимума.

Наши специалисты применят самое современное оборудование и передовые мировые технологии при проектировании Ваших объектов, рассчитают экономическую эффективность и сроки окупаемости.