Дублирование солнечного отопления

Один квадратный метр Солнца излучает 62 900 кВт энергии. Это примерно соответствует мощности работы 1 миллиона электрических ламп. 

Впечатляет такая цифра — Солнце дает Земле ежесекундно 80 тысяч миллиардов кВт, то есть в несколько раз больше, чем все электростанции мира. Перед современной наукой стоит задача — научиться наиболее полно и эффективно использовать энергию Солнца, как наиболее безопасную. Ученые считают, что повсеместное использование солнечной энергии — это будущее человечества. 

Повсеместное использование солнечной энергии постепенно в современном мире становится обыденностью. Самые развитые страны нашей планеты уже давно поняли, что пора прибегать к неисчерпаемым альтернативным источникам энергии, в частности эффективно использовать солнечную энергию. Среди подобных стран, можно перечислить десять самых основных, то есть лидирующих стран по использованию солнечной энергии. Это: Германия, Италия, Япония, США, Испания, Китай, Франция, Чехия, Бельгия и Австралия. 

Бесспорным мировым лидером по использованию солнечной энергии и выработке электроэнергии и тепла на ее базе является Германия. К 2050 году Германия планирует 100% обеспечить нужды страны в электроэнергии на базе одних лишь фотовольтаичных панелей и других солнечных инсталляций. 

Остальные страны из этой десятки, хоть и немного отстают от Германии по, но все же также в ближайшие годы планируют постепенно покрывать все свои нужды в электричестве за счет исключительно солнечной энергии, тем более, что все эти страны просто залиты Солнцем. Активно развивать использование солнечной энергии нужно и в нашей стране. 


Но перейдем к практике. Одним из вопросов, наиболее часто задаваемых людьми, которые хотят применить солнечную энергию для отопления или электроснабжения, является: «Что делать, когда солнце не светит?» Поняв концепцию запасания энергии, они задают следующий вопрос: «Что делать, когда в аккумуляторе не остается больше тепловой энергии?» Вопрос закономерен, и необходимость в дублирующей, часто традиционной системе является серьезным камнем преткновения для широкого принятия солнечной энергии в качестве альтернативы существующим источникам энергии.

Если мощности системы солнечного теплоснабжения недостаточно, чтобы продержать здание в течение продолжительного периода холодной, пасмурной погоды, то последствия, даже один раз за зиму, могут быть достаточно серьезными, заставляющими предусматривать в качестве дублирующей обычную полномерную систему отопления. 
Большинство зданий, отапливаемых солнечной энергией, нуждаются в полномерной дублирующей системе.
В настоящее время в большинстве районов солнечная энергия должна рассматриваться в качестве средства снижения расхода традиционных видов энергии, а не как полный их заменитель.
Для повышения общего КПД системы (солнечного отопления и вспомогательной дублирующей системы) и одновременного снижения общих затрат путем ликвидации простоя составных частей, многие проектировщики избрали путь интегрирования солнечного коллектора и аккумулятора со вспомогательной системой.

Обычные отопители являются подходящими дублерами, но существует немало и других альтернатив, например:
• камины;
• дровяные печи;
• дровяные калориферы.

Предположим, однако, что нам захотелось сделать систему солнечного теплоснабжения достаточно большой, чтобы обеспечить теплом помещение в наиболее неблагоприятных условиях. Поскольку сочетание очень холодных дней и долгих периодов облачной погоды случается редко, то дополнительные размеры солнечной энергетической установки (коллектор и аккумулятор), которые потребуются для этих случаев, обойдутся слишком дорого при сравнительно небольшой экономии топлива. Кроме того, большую часть времени система будет работать при мощности ниже номинальной. 

Система солнечного теплоснабжения, рассчитанная на обеспечение 50% отопительной нагрузки, может дать достаточно тепла только на 1 день очень холодной погоды. При удвоении размеров солнечной системы дом будет обеспечен теплом в течение 2 холодных пасмурных дней. Для периодов более 2 дней последующее увеличение размеров будет столь же неоправданным, как и предыдущее. Кроме того, будут периоды мягкой погоды, когда второе увеличение не потребуется. 

Теперь, если увеличить площадь коллекторов отопительной системы еще в 1,5 раза, чтобы продержаться 3 холодных и облачных дня, то теоретически она будет достаточной для обеспечения 1/2 всей потребности дома в течение зимы. 
Но, разумеется, на практике этого может не быть, поскольку случается иногда 4 (и более) дня подряд холодной облачной погоды. Чтобы учесть этот 4-ый день, нам потребуется система солнечного отопления, которая теоретически может собрать в 2 раза больше тепла, чем это необходимо зданию в течение отопительного сезона.
Ясно, что холодные и облачные периоды могут быть более продолжительными, чем предусмотрено в проекте системы солнечного теплоснабжения. Чем больше коллектор, тем менее интенсивно используется каждое дополнительное приращение его размеров, тем меньше энергии экономится на единицу площади коллектора и тем меньше окупаемость капиталовложений на каждую дополнительную единицу площади. 



Плоский коллектор

Вакуумный коллектор

Тем не менее, предпринимались смелые попытки накопить достаточное количество тепловой энергии солнечного излучения для покрытия всей потребности в отоплении и отказаться от вспомогательной системы отопления. 
За редким исключением таких систем, как солнечный дом Г. Хэя, долговременное аккумулирование тепла является, пожалуй, единственной альтернативой вспомогательной системе. Г. Томасон близко подошел к 100%-ному солнечному отоплению в своем первом доме в Вашингтоне; только 5% отопительной нагрузки покрывалось за счет стандартного отопителя на жидком топливе. 

Если вспомогательная система покрывает лишь небольшой процент всей нагрузки, то есть смысл использовать электроотопление, несмотря на то, что оно требует производства значительного количества энергии на электростанции, которая затем преобразуется в тепло для обогрева (на электростанции расходуется 10500...13700 кДж для производства 1 кВт*ч тепловой энергии в здании). 
В большинстве случаев электрообогреватель будет дешевле нефтяной или газовой печи, а сравнительно небольшое количество электроэнергии, необходимой для обогрева здания, может оправдать его применение. Кроме того, электронагреватель — менее материалоемкое устройство благодаря сравнительно небольшому количеству материала, идущему на изготовление электроспиралей. 

Для повышения общего КПД системы (солнечного отопления и вспомогательной дублирующей системы) и одновременного снижения общих затрат путем ликвидации простоя составных частей, многие проектировщики избрали путь интегрирования солнечного коллектора и аккумулятора со вспомогательной системой. Общими являются такие составные элементы, как:
• вентиляторы;
• насосы;
• теплообменники;
• органы управления;
• трубы;
• воздуховоды.

Вспомогательный обогреватель не должен нагревать отсек аккумулятора солнечного тепла. Если это происходит, то фаза сбора солнечного тепла будет менее эффективной, так как почти всегда этот процесс будет протекать при более высоких температурах.  

Источник: журнал "Энергосбережение в Якутии" 
Фонд энергосбережения Омской области
при поддержке Правительства Омской области
eees.omregion@mail.ru

www.eee55.ru
Тел. 8 (3812) 357-233 

Комментарии

Комментариев еще не оставлено