Материал: Солнечные коллекторы, концентраторы солнечной энергии

Однако у фокусирующих коллекторов есть и положительные стороны, поэтому некоторые ученые думают о способах их использования без систем слежения за Солнцем.

Первый способ состоит в установке оси параболо-цилиндрического зеркала по оси "восток-запад". Если зафиксировать угол наклона в соответствии с движением Солнца по сезонам, то отпадет необходимость почасового слежения за Солнцем и нужно будет ручным способом менять лишь угол наклона в соответствии с временем года.

Второй способ предполагает сделать внутреннюю часть зеркального отражения более глубокой, чем у параболоида, и Увеличить площадь тепловоспринимающей поверхности для того, чтобы солнечные лучи, отклонившиеся от главной оси, все Равно попадали на эту поверхность.

Такой способ обычно применяют в коллекторах с составными параболическими концентраторами (СРС)1. В США он уже частично используется даже в системах теплохладоснабжения. Чтобы снизить стоимость вакуумированных трубчатых коллекторов, в них нередко применяют зеркальные отражатели. Уже давно высказываются различные мысли о возможности максимального концентрирования солнечного излучения без помощи параболоида. Однако эта проблема не решена. Только при использовании параболоида можно добиться, чтобы из фокуса излучение обратно шло параллельными лучами и наоборот - параллельные лучи собирает в фокусную линию только параболоид[8].

Для оценки эффективности поглощающих покрытий применяются следующие показатели:

·    коэффициент поглощения (абсорбации), а - обычно находится в пределах 0,8-0,98. Данный коэффициент представляет собой отношение поглощенной энергии к падающей;

·              коэффициент излучения (эмиссии), e - обычно в пределах 0,95 - 0,02 для различных типов покрытий. Данный коэффициент представляет собой отношение излученной энергии к поглощенной;

·              коэффициент селективности, a/e , применяется для сравнения характеристик различных видов поглощающих поверхностей. Чем выше значение данного коэффициента, тем лучшими характеристиками обладает поглощающая поверхность.

·              Современные высокоселективные покрытия обладают очень высокими значениями коэффициента селективности, значительно повышая тем самым КПД солнечных коллекторов. К тому же, практически лишь коллекторы оснащенные покрытиями такого типа могут эффективно работать в холодный период года вследствие гораздо меньшей зависимости КПД от разницы температур.

Рис. 2.3 Тепловая эффективность различных типов коллекторов: Обозначения:1 - вакуумный трубчатый коллектор; 2 - плоский коллектор с селективным покрытием; 3 - открытый коллектор

С целью наглядного сравнения характеристик тепловой эффективности различных типов коллекторов, приведем график КПД для трех рассмотренных типов коллекторов при мощности солнечного излучения в 600 Вт/кв. м.

В настоящий момент, наиболее перспективными в условиях Украины являются плоские солнечные коллекторы горячего водоснабжения, вследствие все сезонности, простоты и надежности конструкции при невысокой цене в этом сегменте оборудования.

3. Преимущества использование солнечной энергии

. Экономия за счет снижения потребления природного газа или электричества. Ежегодно на 1 м.кв. поверхности земли в Украине приходит от 900,00 до 1300,00 кВтч солнечной энергии. Это количество солнечной энергии в среднем соответствует энергоемкости 100,00 л дизельного топлива или 100,00 м.куб. природного газа. Бесплатную солнечную энергию можно направить на нагрев воды или на поддержку отопления. И ежегодно экономить на приготовлении горячей воды до 60…95% затрачиваемых энергоносителей, на отоплении до 30…40% энергоресурсов, на подогреве воды в бассейне до 70… 95% энергоресурсов. Ежегодную экономию от использования солнечной энергии довольно просто сосчитать. Дополнительно нужно учесть ежегодный рост тарифов на 10…40%, потерю теплотворной способности природного газа (иногда до 50%).

. Экономия за счет перехода в другую категорию потребителей природного газа. Бытовые потребители природного газа разделены на 4 категории: до 2500,00 м.куб. в год, от 2500,00 до 6000,00 м.куб. в год, от 6000,00 до 12000,00 в год, более 12000,00 м.куб в год. Например, если потребитель в течение года израсходовал 5999,00 м.куб. газа, то он заплатит за год 6586,90 грн. (по тарифу 1,0980 грн./м.куб.). А если потребитель в течение года израсходовал 6000,00 м.куб. природного газа, то он заплатит за год 13489,20 грн. (уже по тарифу 2,2482 грн./м.куб.). Таким образом при перерасходе газа в размере 1 м.куб., потребитель переплатил за год 6902,30 грн. Использование солнечной энергии во многих случаях позволяет снизить потребление природного газа, и перейти в категорию потребителей природного газа с меньшим тарифом.

. Экономия за счет увеличения ресурса котельного оборудования. Летний период для котлов большой мощности (40кВт и более) является наиболее “губительным” и ”напряженным”. Как правило, в это время, котел работает только в режиме приготовления горячей воды в бойлере косвенного нагрева. А это означает, что котел работает с постоянным недобором мощности - очень частые включения и выключения котла, перерасход топлива, прогорание горелки, низкий КПД работы. Как результат, снижение срока службы котельного агрегата. Использование солнечных коллекторов для приготовления горячей воды позволяет полностью остановить котел вне отопительного периода. И тем самым существенно увеличить его срок службы.

. Высвобождение электрических мощностей. Уменьшение подводимых электрических мощностей. Снижение электрической нагрузки на сеть. Нагрев воды в гостиницах при помощи электрических бойлеров требует подведения дополнительных мощностей. Так, для гостиницы на 20 номеров, требуется дополнительно подвести или высвободить электрическую мощность в 20…40кВт. Во-первых, это связанно со значительными дополнительными затратами, а во-вторых, во многих регионах подстанции перегружены, и получить дополнительные мощности не представляется возможным. Использование солнечных коллекторов для приготовления горячей воды вместо традиционных электрических бойлеров, позволяет сократить подводимые мощности в 2…3 раза. И как минимум сэкономить на приобретении и подведении этих мощностей.

. Экологическая составляющая. Использование экологически чистой солнечной энергии - это возможность внести свой вклад в сохранение чистоты того уголка, где живем мы, наши дети и наши друзья. Особенно важно это для крымского региона, где от чистоты окружающей среды напрямую зависит популярность нашего курорта. Использование солнечной энергии как гарантия чистоты окружающей нас природы может стать неплохим брендом для мест отдыха.

. Снижение зависимости от поставок энергоносителей. Тепло и горячая вода - незаменимые элементы для комфортного существования любого человека. Политическая и экономическая ситуация, перегруженные и исчерпавшие свой ресурс электрические и газовые сети постоянно ставят под угрозу стабильность газо- и электроснабжения.

Использование солнечной энергии для приготовления горячей воды и поддержки отопления - это возможность постоянно иметь резерв и в значительно меньшей степени зависеть от надежности поставок традиционных энергоресурсов.

вакуумный коллектор солнечной энергия

Приложение 1

Статья «Изобретение прозрачного концентратора»

Изобретен прозрачный концентратор солнечной энергии 21 августа 2014 года, 15:50. Ученые из Мичиганского государственного университета (США) разработали новый тип концентратора солнечной энергии: его можно помещать поверх стекла, а поскольку сам концентратор прозрачный, виду он при этом не мешает. О новой разработке рассказывает phys.org. Прозрачный люминесцентный концентратор солнечной энергии может использоваться на любой гладкой поверхности, например на окнах в высоком здании. Ученые уже некоторое время старались получать энергию с помощью солнечных элементов, расположенных вокруг люминесцентных пластмассообразных материалов. Однако до сих пор эксперименты проваливались по всем статьям и полученной энергии оказывалось мало, и материалы оказывались ярко окрашенными. Теперь же ученым впервые удалось сделать прозрачным сам люминесцентный слой, между тем как созданные учеными органические молекулы поглощают невидимые волны солнечного света. Затем этот свет переправляется к краю пластмассы, где он преобразуется в электричество с помощью тонких полосок из фотогальванических солнечных элементов. А поскольку материалы не поглощают и не излучают свет в видимом спектре, человеческому глазу они кажутся совершенно прозрачными. В идеале ученые хотят создать такие устройства для концентрации солнечной энергии, которые были бы совершенно незаметны. Напомним, что прошлой зимой в пустыне Мохаве (Калифорния, США) заработала новая система генерации солнечной электроэнергии, которую никак не назовешь незаметной. Общая мощность станции Ivanpah, занимающей площадь 13 км2, - 400 мВт1, она способна обеспечить электричеством 140 000 домов. Электростанция представляет собой около 350 000 гигантских зеркал, отражающих солнечный свет на три водонапорные башни[10]

Приложение 2

Статья «В луганском садике запущен первый солнечный коллектор, как альтернативный источник тепла»

Открытие первого солнечного коллектора в детсаду №38 состоялось в Луганске 10 октября 2013 года с участием представителей ПРООН. Об этом сообщает корреспондент "ОстроВа".

Сегодня прошло торжественное открытие солнечного коллектора в детском саду №38 (ул. Газопроводная, г. Луганск). На мероприятие была приглашена Постоянный координатор ООН/Постоянный представитель ПРООН в Украине Алессандра Тисо, которая впервые посещает Луганск и область в рамках своего официального визита в Восточные регионы Украины.

В открытии также приняли участие заместитель мэра Луганска Марина Воротникова и начальник городского управления образования Валентина Кияшко, а также менеджер проекта ПРООН «Программа Устойчивого Развития Луганской области» Александр Северин и представители родительского комитета детского сада.

«В рамках проекта на территории детского сада установлен солнечный вакуумный коллектор Atmosfera CBK - Standart -20. Помещение детского ясли-сада оборудованы гелиосистемой для обеспечения автономного горячего водоснабжения здания детсада. Гелиосистема представляет собой оборудование для нагрева воды , в состав которой входят солнечные коллекторы , система управления с насосом и бак - аккумулятор . Принцип действия заключается в следующем : в солнечном коллекторе система управления с насосом обеспечивает циркуляцию коллекторного жидкости ( пропиленгликоль ) внутри оборудования. В хорошо изолированном баке - аккумуляторе тепло жидкости передается воде (теплообменник ) . Таким образом , нагретая вода сохраняет тепло и ночью , и в дождь , а по необходимости может догреваться резервным электрическим тэном", - рассказал член Национального исполнительного комитета ПМГ ГЭФ ПРООН Владимир Ширяев.

Внедрение проекта позволит сэкономить 500 кВт электроэнергии в месяц. Проект «Использование альтернативной энергии для улучшения жизни общества» внедряется общественной организацией «ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МИР» и направлен на повышение осведомленности общества по вопросам использования возобновляемых источников энергии, а именно энергии солнца и противодействия изменениям климата, в дальнейшем будет способствовать повышению энергоэффективности как на локальном, региональном, так и на национальном уровне.

Солнечная энергетика - направление нетрадиционной энергетики, основанной на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.

Заключение

Выбор солнечного коллектора зависит от места его применения. Так плоские и вакуумные подходят для домашнего использования, в то время как концентраторы используются в основном в промышленных установках, так как они дороги, а следящие устройства нуждаются в постоянном уходе. Следует так же отметить, что для максимального эффекта применения солнечных коллекторов для отопления, необходимо использовать теплые полы, так как они являются низко потенциальной системой отопления.

Список литературы

1. Голицын М. В. Альтернативные энергоносители. - М.:Наука,2004.-159 с.

. Агеев В. А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)

. Обрезков В. И. Гидроэнергетика. - М.:Энергоиздат,1981.-608 с.

. Коробков В. А. Преобразование энергии океана. - Л.:Судостроение,1986.

. Стырикович М.А. ЭНЕРГЕТИКА проблемы и перспективы/ М.А. Стырикович, Э.Э. Шпильрайн. М.: Энергия, 1981. 192 с.

6. Т.В.Стаценко, Ю. А. Толмачев, И. А. Шевкунов //Пространственно-временное преобразование ультракороткого импульса линзой Френеля <http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume2/2-1/paper9/>.-Статья. - НИЧ ИТМО. - УДК 535.4