Солнечные термальные установки
Солнечные термальные установки все чаще используются в качестве резервного источника отопления. Теплоносителем может выступать не только подогретая вода, но и воздух. При этом разрабатываются совершенно новые концепции использования оборудования.
Солнечные термальные установки
Солнечные термальные установки все чаще используются в качестве резервного источника отопления. Теплоносителем может выступать не только подогретая вода, но и воздух. При этом разрабатываются совершенно новые концепции использования оборудования.
Еще совсем недавно при проектировании дома заказчика больше волновали внешний вид и внутренняя планировка жилища. Теперь же даже при реконструкции здания на первый план выходит техническая составляющая: домовладельцы все чаще задумываются об оптимальном оснащении жилища бытовой и отопительной техникой, а также энергосберегающих технологиях, одним из наиболее перспективных направлений которых является солнечная энергетика.
Гибридные термальные установки
Гибридные коллекторы по конструкции похожи на фотогальванические. Новшество гибридной разработки заключается в наличии дополнительной пластины, закрепляемой над трубками коллектора. Это позволяет использовать одновременно всю поверхность крыши для выработки тепла и электроэнергии.
Произведенное за счет солнечной энергии тепло нагревает воду, которая впоследствии используется для отопления и горячего водоснабжения жилища. К примеру, при раздельном варианте поверхность крыши площадью 20 делится на две части: по 10 — для солнечного коллектора и фотогальванической установки соответственно.
Энергетический вклад солнечной термальной установки в год составляет 370 кВт*ч на 1 , всего — 3700 кВт*ч. На такой же площади — 10 — можно смонтировать фотогальваническую установку мощностью около 1,3 кВт-пик. Учитывая среднегодовую выработку 850 кВт*ч на каждый 1 кВт-пик оборудования, производительность всей установки окажется 1105 кВт*ч. В итоге количество энергии составит 4805 кВт*ч. Гибридные коллекторы предоставляют принципиально иные возможности: 20 солнечных коллекторов и одновременно 20 фотогальванических элементов. С учетом того что коллекторы частично затенены фотогальваническими элементами, их энергетический вклад несколько ниже, чем при раздельном монтаже, — примерно 240 кВт*ч на 1 — и соответственно 4800 кВт*ч со всей площади крыши. А совокупный энергетический эффект крыши площадью 20 составляет 5752 кВт*ч, что почти на 100 кВт*ч больше, чем при раздельном варианте.
Существенная выработка электроэнергии фотогальванической установкой, несмотря на несколько меньшую мощность, обусловлена наряду с большой площадью и конструктивным преимуществом: солнечная термальная установка служит для охлаждения фотогальванических элементов.
За счет этого эффективность последних, которая обычно существенно снижается при высоких температурах, у гибридных коллекторов может повышаться до 10%.
Солнечная термальная установка с воздухом в качестве теплоносителя.
До недавних пор монтировались преимущественно на готовых крышах, которые требовалось предварительно утеплять, что влекло за собой множество трудоемких рабочих операций: от укладки подосновы и теплоизоляции до монтажа кровельного покрытия и собственно коллекторов.
Среди новых разработок в области солнечной энергетики — комплексная система, включающая коллекторы, полиуретановую теплоизоляцию, укладываемую на стропила, гидро- и пароизоляцию, а также кровельное покрытие для всей поверхности крыши. В качестве теплоносителя используется нагреваемый солнечными лучами воздух. В зимний период теплый воздух переносится по вентиляционной системе, отапливая жилище. Летом тепло служит для поддержания необходимой температуры бытовой воды. Термальная установка, использующая воздух в качестве теплоносителя, легко подключается к отопительной и водопроводной системам дома и не требует трудоемкого обслуживания. К тому же в отличие от водяных воздушным коллекторам не грозят протечки, перегрев или замерзание. В зависимости от потребностей домашнего хозяйства термальная установка может занимать как всю поверхность крыши, так и часть ее. В последнем случае ее можно смонтировать в одной плоскости с обычным покрытием.
1. Солнечный коллектор. 2. Отопительные устройства в помещениях. 3. Горячая вода. 4. Резервная емкость. 5. Температура выше 35 °С. 6. Температура в диапазоне 20-35 °С. 7. Температура ниже 20 °С. 8. Плита фундамента с солнечным подогревом. 9. «Энергетический угол»
Солнечный тепловой насос
Большинство современных домовладельцев первым делом стремятся оснастить жилище инновационными энергосистемами, гарантирующими невысокие эксплуатационные затраты и полную автономию. Как правило, подобный подход требует расширения границ обычной отопительной техники. Раньше при достаточном количестве солнечного света солнечная установка могла использоваться для подогрева воды свыше 35 °С и резервного отопления. Недавно появившийся на рынке солнечный тепловой насос, состоящий из солнечного коллектора, теплового насоса и резервной емкости, укомплектованной так называемым энергетическим углом (см. схему), соединяет преимущества современных солнечных коллекторов и теплового насоса, но без присущих им недостатков. Установка чрезвычайно компактна: для ее размещения в виде модуля с резервуаром емкостью 1300 л требуется всего 1,5 . В такой системе солнечный коллектор может эффективно работать даже в периоды с пониженной инсоляцией: при температурах в диапазоне 10-35 °С резервуар эксплуатируется в комплекте с «энергетическим углом». Эффективность использования солнечной энергии возрастает при этом до 70%. В свою очередь, вобравший в себя солнечную энергию «угол» служит оптимальным источником тепла для теплового насоса. Коэффициент мощности теплового насоса возрастает, так как температурный уровень ощутимо выше, чем у обычно используемого им в качестве теплоносителя воздуха или тепла земли. При этом для работы теплового насоса требуется значительно меньше электроэнергии. Объединение в систему ведет к увеличению эффективности солнечных коллекторов и одновременно повышению КПД теплового насоса. Включение в комплекс «энергетического угла» позволяет даже в конце зимы достигать более высоких температур, чем при эксплуатации обычных установок. Аналогично имеет место положительный эффект снижения потребления электроэнергии тепловым насосом. Для потребителя же самый главный результат заключается в значительном снижении расходов на отопление.
Коллекторы в оперативном режиме
Данный вариант отопительной концепции предусматривает последовательное поступление солнечной энергии в общую систему отопления. Именно сочетание традиционного газового или жидко топливного котла с солнечными коллекторами открывает дополнительные возможности рационального энергопотребления. Новая технология направлена на достижение максимальной эффективности отопительного процесса при наибольшем долевом участии возобновляемых источников энергии. К примеру, использование жидко топливного котла в комбинации с солнечными коллекторами и биотопливом обеспечивает 40-процентную экономию энергии по сравнению с обычными отопительными схемами. При этом даже в весенний и осенний периоды солнце покрывает существенную часть энергозатрат для отопления и горячего водоснабжения. Инновационное решение на основе использования коллекторов достигается за счет принципа оперативной работы. Коллекторы функционируют только тогда, когда солнечное излучение достаточно интенсивно, а резервуары могут принять выработанное тепло. В этом случае происходит кратковременное включение обоих насосов, и коллекторы заполнятся водой из резервуара (безнапорная система без использования этиленгликоля). После заполнения один насос отключается, а оставшийся продолжает поддерживать процесс циркуляции.
«Солнечный» дом
Современные солнечные коллекторы для отопления способны на гораздо большее, нежели подогрев бытовой воды или резервное отопление. Новые возможности демонстрирует концепция «солнечного» дома. Свыше 50% общей потребности в энергии, затрачиваемой на отопление и горячее водоснабжение, обеспечивается одной термальной солнечной установкой. Дополнительный нагрев воды из резервной емкости осуществляется с помощью дровяной печи, расположенной в помещении и оснащенной специальной водогрейной вставкой. Система панельного отопления обеспечивает особенно приятный микроклимат при сравнительно низких температурах нагрева. Для удобства отопления и более эффективного использования солнечной энергии важно соблюдать правила эксплуатации накопительного резервуара, верхнюю часть которого заполняет горячая вода, а нижнюю — остывающая. В этом случае термальная установка при низких рабочих температурах будет иметь наибольший КПД. Солнечная установка будет подавать тепло в том случае, когда температура коллектора окажется выше температуры воды в нижней части резервуара.
Жидкий теплоноситель, циркулирующий в системе благодаря подключенному к ней насосу, в коллекторе нагревается на 10-15 °С и через теплообменное устройство передает тепло в нижнюю часть емкости. Если температура здесь поднимется выше, чем в верхней трети емкости, включается второй теплообменник, нагревающий емкость по всему объему. Летом избыточное тепло отводится через коллектор за счет ночного снижения температуры. С помощью специального смесителя потребление тепла из отопительного контура регулируется за счет первоначального охлаждения нижней части резервуара. После чего начинается отведение горячей воды из верхней части емкости. В горячей зоне расположен также водогрейный котел. Поступающая снизу холодная вода нагревается, проходя по трубе. Дополнительный нагрев производится в специальном модуле дровяной печи или отопительном котле. Необходимая для употребления вода в верхней части резервуара прогревается максимально быстро. После чего четырехходовой смесительный клапан переключается на нижнюю часть резервуара, и производится дальнейший подогрев воды. Полезная мощность воды и увеличенная рабочая камера котла повышают удобство отопления.
В деле освоения солнечной энергии, а также совершенствовании оборудования, использующего солнечное тепло для подогрева воды и резервного отопления, наука шагнула далеко вперед. Наряду с уже классическим использованием солнечной энергии для горячего водоснабжения все шире применяется непосредственное отопление помещений нагретым воздухом, а также полное энергообеспечение дома за счет солнечной энергии. Не менее перспективна еще одна «солнечная» тема — фотогальваника, в рамках которой осуществляются и отопление, и электроснабжение. Поскольку фотогальваническое оборудование монтируется на крыше дома, особый интерес представляют конструктивные решения, обеспечивающие одновременно и теплоизоляцию кровли.