Гелиосистемы

Население Земли растет, а вместе с ним растет и потребность в потреблении энергии, и как следствие ухудшается экологическая ситуация. Все это в комплексе обуславливает интерес к нахождению альтернативных источников энергии. Для Украины необходимость в поиске альтернативной энергии усугубляется дефицитом собственных энергоносителей. На сегодня прогресс в энергетике в мире определяется использованием возобновляемых источников энергии, в том числе и солнечного излучения.

Солнечное тепло может быть эффективным источником тепла и энергии для оборудования в коттеджах и дачных домах, расположенных вдали от инженерных коммуникаций. При этом за энергию солнца не нужно платить, и, к тому же, она никогда не иссякнет. Для солнечной энергетики существует специальное понятие - гелиоэнергетика (от греческого Helios - солнце), а гелиоустановки - это устройства для преобразования солнечной энергии в другие виды. Они могут применяться для нагревания и охлаждения воды и воздуха, то есть отопления и кондиционирования, опреснения воды, выработки электроэнергии и др. До сих пор солнечные системы не получили широкого распространения в силу сложности конструкции и высокой цены.

Также среди недостатков таких систем были невысокая энергоэффективность, большие теплопотери при температурах ниже нуля и низкой поглощающей способности коллектора. На сегодняшний день современные установки обладают дополнительными преимуществами, поскольку энергоэффективность их значительно увеличилась, ударостойкая герметичная конструкция коллектора практически не имеет теплопотерь, а срок эксплуатации может составляет 15-20 лет и более.

В конструкции гелиосистемы основным элементом гелиосистем является солнечный коллектор, или гелиоколлектор. Именно в поглощающей панели гелиоколлектора под воздействием солнечного излучения, а точнее, инфракрасной ее составляющей, и происходит преобразование солнечной энергии в тепловую. В результате панель разогревается, а прокачиваемый через нее жидкий теплоноситель отбирает полученное тепло. Тепло передается теплоносителем в бак-аккумулятор и далее по контуру нагрева воды (а возможно и отопления), затем охладившийся теплоноситель возвращается в коллектор и вновь нагревается, и таким образом цикл замыкается. Таков принцип работы системы.

От эффективности работы солнечного коллектора в значительной степени зависит эффективность работы всей системы, поскольку чем больше солнечной энергии поглотит гелиоколлектор и чем меньше ее потеряет, тем эффективнее будет работать система. Эффективный плоский гелиоколлектор сейчас работает со средним КПД в 60-70%, но величина эта нестабильная, и может определяться только для конкретных условий эксплуатации в от­дельный момент времени. В частности, чем ниже требуемая температура нагрева, тем выше КПД гелиоколлектора, а применение более эффективного поглощающего покрытия в облачную погоду позволит увеличить эффективность коллекторов практически в полтора раза. Также на эффективность коллектора сильно влияет разница между температурой поверхности панели и окружающей среды - чем разница меньше, тем выше КПД из-за понижения теплопотерь.

Гелиосистемы разделяются по количеству контуров теплоносителя на одно- и двухконтурные, а по способу циркуляции теплоносителя - на системы с естественной циркуляцией, или термосифонные, и системы с принудительной циркуляцией.

В одноконтурных системах в солнечные коллекторы поступает и нагревается именно та вода, которая расходуется из бака-аккумулятора. Преимущества такого метода в простоте и наивысшем КПД системы в целом, недостатки - повышенные требования к качеству воды, причем как в плане чистоты, так и низкой жесткости, повышенная коррозия, из-за воздуха, который растворен в воде и трудность в работе при минусовых температурах.

В двухконтурных системах имеется специальный теплоноситель, антизамерзающая жидкость, при этом тепловая энергия от теплоносителя воде передается с помощью специального теплообменника, обычно «змеевика». Преимущества здесь -повышенная надежность системы, поскольку в коллекторах нет выпадения солей, как в случае применения воды, возможность безопасной работы системы при минусовых температурах, отсутствие необходимости в дополнительном обслуживании и длительный гарантированный эффективный срок эксплуатации - до 50 лет. Есть и недостатки - немного меньшая эффективность работы системы из-за присутствия дополнительных теплопотерь и необ­ходимость периодической замены теплоносителя, примерно раз в 5-7 лет, после проверки состояния системы специалистом.

Принцип работы термосифонных систем с естественной циркуляцией состоит в следующем: разогретый теплоноситель переносится в верхнюю часть коллектора, в результате чего возникает разность давлений, и если коллектор подключить к баку, который находится выше него, то возникнет самопроизвольная циркуляция теплоносителя, скорость которой зависит от конструкции коллектора, интенсивности солнечного излучения и скорости охлаждения в теплообменнике.

В системах с принудительной циркуляцией в контуре коллекторного круга находится циркуляционный насос небольшой мощности, который принуждает циркулировать теплоноситель. Его работой управляет регулятор, а потребляемая мощность насоса намного меньше мощности вырабатываемой системой тепловой энергии. При этом в любой гелиосистеме имеется управляющая автоматика, которая может корректировать работу системы в зависимости от внешних факторов, например погоды - и давать команду на меньший нагрев в солнечный день, когда дом прогревается солнечными лучами и напрямую, через окна и стены.

При выборе системы основными факторами являются возможная температура воздуха в самый холодный период года и количество ясных солнечных дней, поэтому гелиосистемы и получили распространение в странах с теплым климатом. В нашей стране имеет смысл использовать двухконтурные системы с принудительной циркуляцией теплоносителя.

Солнечные коллекторы могут устанавливаться на горизонтальной крыше или площадке возле дома, на наклонной крыше или стене, выходящих на юг, а также могут монтироваться непосредственно в крышу.

Конечно, гелиосистема - сегодня пока дорогое устройство, со сроком окупаемости около 9 лет, но в недалеком будущем при нынешних темпах роста цен на энергоносители она принесет выгоду. Так что обратите внимание на надежность оборудования при выборе. Кстати, чем больше солнечного света в вашей местности, тем более низкие требования по энергоэффективности вы можете предъявлять к солнечным коллекторам при покупке. И наоборот, чем меньше солнечного света и чем холоднее зимой в вашей местности, тем сложнее и дороже будет гелиосистема, которую имеет смысл вам устанавливать. Ведь дешевый солнечный коллектор, прекрасно справляющийся со своей работой жарким летом в солнечную погоду, окажется совершенно бесполезным облачным зимним днем при морозе -10...15°С.