Использование солнечной энергии

Развитие возобновляемой энергетики

Солнечная энергия

Солнечная энергия занимает лидирующее положение среди ВИЭ. Солнечное излучение, вследствие того, что оно исходить от источника с яркостной температурой около 6000 , с термодинамической точки зрения является высококачественным первичным источником энергии, допускающим принципиальную возможность ее преобразования в другие виды энергии (электроэнергия, тепло, холод и др.) с высоким КПД. Однако существенными ее недостатками с технической точки зрения являются нестабильность (суточная, сезонная, погодная) и относительно малая плотность энергетического потока: за пределами атмосферы около 1,4 кВт/м , на земной поверхности в ясный полдень около 1 кВт/ м , а в среднем за год (с учетом ночей и облачности) от 150 до 250 Вт/м , что, тем не менее, соответствует ежегодному поступлению на 1 земной поверхности энергии, эквивалентной 150—250 кг у.т.

Бытующее мнение о том, что Россия, расположенная преимущественно в средних и высоких широтах, не располагает значительными ресурсами солнечной энергии для ее эффективного энергетического использования, не соответствует действительности. На Рис. 1 представлена карта распределения поступления солнечной радиации по территории России, построенная с использованием результатов многолетних спутниковых наблюдений NASA. На ней приведены годовые среднедневные суммы солнечной радиации на неподвижные наклонные поверхности южной ориентации с оптимальным углом наклона к горизонту, обеспечивающим максимальный «сбор» солнечного излучения. Видно, что территория России разбивается преимущественно на 4 окрашенных разными цветами зоны, причем самыми «солнечными» районами являются Приморье, юг Иркутской области, Бурятия и Тыва (4,5-5 и выше) [7].

Рис.1. Распределение годовых среднедневных поступлений солнечной радиации по территории России, (оптимально ориентированная неподвижная поверхность южной ориентации)[1]

Необходимо отметить, что более 60 % территории страны, в том числе и многие северные районы, характеризуются среднегодовым дневным поступлением солнечной радиации от 3,5 до 4,5 , в то время как для юга Германии, где сегодня идет активное внедрение солнечных установок, значение данного показателя лежит в диапазоне 3,5-4 . Таким образом, территория России, вопреки всем существующим предрассудкам, располагает значительными ресурсами, не уступая считающимся благоприятными для эффективного использования солнечной энергии европейским странам.

Использование солнечной энергии

К настоящему времени среди широкого многообразия технологий и устройств, разрабатываемых для энергетического использования солнечной энергии, наиболее отработаны и находят все более широкое конкурентоспособное практическое применение технологии солнечного теплоснабжения, производства электроэнергии и холодоснабжения.

Солнечное теплоснабжение

Различают пассивные и активные системы теплоснабжения.

В пассивных системах использование солнечной энергии осуществляется за счет применения несложных, но весьма эффективных архитектурно-планировочных решений, современных строительных материалов и конструкций при проектировании новых зданий и реконструкции старых с учетом местных климатических факторов, что позволяет обеспечить существенное снижение затрат энергии на отопление, освещение помещений и поддержание более стабильного и комфортного микроклимата внутри здания. Такое направление получило название «пассивная солнечная архитектура» [7].

Система пассивного солнечного теплоснабжения, по сути, не содержит никаких механических устройств. Вместо этого, она работает за счет встраиваемых деталей, поглощающих тепло и затем медленно высвобождающих его, поддерживая температуру в доме. К этим деталям, часто называемым теплопоглощающими, относятся большие окна, каменное напольное покрытие и кирпичные стены. Несмотря на кажущуюся простоту подобных мер, пассивное использование солнечной энергии может снизить расходы на отопление почти на 50% [8].

В настоящее время наибольшее распространение получают активные системы теплоснабжения со специально установленным оборудованием для сбора, хранения и распространения энергии солнца, которые по сравнению с пассивными позволяют значительно повысить эффективность ее использования, обеспечить большие возможности регулирования тепловой нагрузки и расширить область применения солнечных систем теплоснабжения в целом.

Для прямого преобразования солнечного излучения в тепловую энергию для нагрева воздуха, воды и других жидкостей используют технические устройства, именуемые солнечными коллекторами, все многообразие которых можно подразделить на следующие типы:

1. Солнечные поглотители;

2. Плоские солнечные коллекторы

2.1.Жидкостные коллекторы;

2.2.Воздушные коллекторы;

3. Вакуумированные трубчатые коллекторы

3.1.Прямоточные вакуумированные трубчатые коллекторы;

3.2.Вакуумированные трубчатые коллекторы с тепловой трубкой;

4. Солнечные коллекторы-концентраторы.

Солнечные поглотители

Солнечные поглотители – это самый простой вид солнечных коллекторов (Рис. 2). Они представляют собой поглощающие покрытия, отлитые из высококачественной резины вместе с распределяющими и собирающими трубками, внутри которых протекает жидкость (чаще всего вода). Покрытия должны быть эластичными и сохранять гибкость на холоде, быть стойкими к воздействию очищающих средств и температурам в диапазоне от -50 до +120 ^oС.

Солнечные поглотители могут устанавливаться на крышах и на поверхности земли, занимая при этом большие площади (как правило, конструкции могут перемещаться с места на место). Они служат для нагрева воды до температуры +50 ^oС. Обычно используемые для этой цели поглотители должны иметь площадь поверхности, составляющую приблизительно 50-80 % от поверхности нагрева [9].

Рис.2.Структура солнечного поглотителя

Поглотители не имеют никакой изоляции и поэтому работают только при достаточной высокой наружной температуре. Срок их службы в несколько раз меньше, чем у других коллекторов, но при этом они имеют самую низкую цену [10].