Сегодня одной из актуальнейших проблем науки и техники является поиск оптимальной стратегии энергетики — оптимальной как с технической и экономической, так и экологической точек зрения. При этом одно из главных задач состоит в том, чтобы найти замену природному газу и нефти как топливу в энергетике, промышленности, на транспорте, в быту, по возможности и как сырью в крупномасштабных химических производствах.
В соответствии с Постановлением Президента Республики Узбекистан от 5 мая 2015 года № ПП-2343 «О программе сокращению энергоемкости, внедрению энергосберегающих технологий в отраслях экономики и социальной сфере на 2015–2019 годы» поставлены задачи, по определению приоритетных направлений дальнейшего сокращения энергоемкости, внедрения энергосберегающих технологий и систем в отраслях экономики, ускоренное развитие использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в том числе апробированных технологий использования солнечной энергии [1].
Энергетика страны развивается высокими темпами, увеличивается удельные и суммарные уровни энергопотребления во всех сферах народного хозяйства [2].
Расширяется спектр первичных источников энергии, включаемых в топливно-энергетический баланс. Не менее значительным является и все возрастающее обратное влияние, а именно определяющая роль окружающей среды в решении практических задач энергетики. Другими словами, нет ни одного способа производства энергии, в ходе которого тем или иным образом не затрагивались бы интересы окружающей среды.
Что касается производства и использования энергии, то любой способ так или иначе связан с использованием ресурсов природы. Сейчас большие надежды, например, возлагаются на солнечную энергетику. Действительно, по всем стандартам количество солнечной энергии, посылаемой на Землю, практически беспредельно: ныне дневное светило посылает нам примерно в 20 тыс. раз больше энергии, чем производится ее во всем мире. Наиболее простой, известный и технически разработанный способ использования солнечной энергии — превращение ее в низкопотенциальное температурой до 1000С — тепло, которое можно использовать для отопления, опреснения соленых вод, горячего водоснабжения, сушки продукции [3].
Использование солнечной энергии сегодня сводится в основном к производству низкопотенциального солнечного тепла с помощью простейших плоских коллекторов, КПД которого определятся его оптическими характеристиками, качеством тепловой изоляцией, инсоляцией и температурами теплоносителя и окружающего воздуха. В зависимости от широты местности и климатических условий годовой приход солнечной энергии 1 м2 поверхности изменяется очень сильно. Для широт около 36-400 он составляет 8–10 ГДж /(1м2.год.), тогда, как для широт 50–600 –падает до 2–4 ГДЖ /(м2год).
Водонагреватель в летний период солнечной радиации 700–800 Вт/м2 и наружной температуры атмосферы 30–32 0С, позволяет получить с каждого квадратного метра поверхности 1200–1400 кДж тепла с температурой горячей воды 50–55 0С, в условия г. Карши. Результаты испытания показывают, что с каждого квадратного метра можно получить горячей воды 90–95 л/м2 в день с температурой 50–600С. Непрерывные эксплуатационные испытания солнечной водонагревательной установки составляет 450–500 л горячей воды в день, при температуре 50–602С. На основе результатов непрерывных круглогодичных испытаний в натуральных условиях была установлена зависимость производительности от времени года, а также определена надежность работы установки составляет 2260–2300 кДж/м2, в том числе 1720–760 кДж/м2 в летние и переходные времена года и 500–508 кДж/м2 в зимние времена. С учетом графика неравномерности выработки и потребления горячей воды в жилых домах установлен оптимальный объем теплового аккумулятора (летом 70 л/чел, зимой 100 л/чел); при этом удельная рабочая площадь солнечной водонагревательной установки для летнего периода — 2 м2/чел. Результаты расчета показывают, что возможная экономия топлива составляет 0,17–0,2 т.у.т.с. 1 м2 установки в год. Тепловая мощность коллектора солнечной энергии (КЭС) определяется по формуле:
(1)
Удельная теплопроизводительность КЭС, вычисляем по соотношению:
(2)
где
В условиях г. Карши интенсивность падающей солнечной радиации для летного периода (май-август) составляет 
среднесуточная температура tcp=24–30.5 0C. При нагреве воды на 
, часовая производительность G=8–9л/м2 ч, гелиоводонагревателя определяем по формуле:
(3)
Эффективность гелиоколлектора в зависимости от метеорологических условий определяется соотношением:
;
где S — площадь коллектора, м2; Qg — полезное использование тепла (энергии), кДж. Годовая теплопроизводительность КЭС в условиях города Карши составляет:
;
т. е. экономия органического топлива с 1 кв.в. метра полезной площади гелионагревателя будет, соответственно 
т.у.т./год. Средний расход топлива (Дж) на горячее водоснабжение здания за расчетный период (год) определяется по формуле:
(4)
где, A=G= норма расхода (60 л/ч день); n — число дней в расчетный период;, m — число жителей. Определим тепловую производительность солнечной установки за январь месяц. Значение
.
На основании расчетных формул в соответствии с площадью гелиоколлектора S1=2.7 м2, S2=4.5 м2 месячная теплопроизводительность солнечной на январь месяц Qг1=1676 МДж/мес; Qг2=2793 МДж/мес. Определяем степень замещения тепловой нагрузки горячего водоснабжения солнечной энергией. Используя выше приведенный метод определяем теплопроизводительность солнечной установки и степень замещения f для других месяцев. Для солнечно — коллекторной установки за июль месяц можно принять наиболее оптимальное значение степени замещения f=1. При Gс1=60 л/(чел сут): площадь коллектора Fc1=5м2; Годовая степень замещения fс1=75,7 % При Gс2=100 л/(чел сут): площадь коллектора Fc1=9м2; Годовая степень замещения fс2=81,4 % объем аккумулятора горячей воды определяем по условию Va=Va Fc=0.05Fc; При Gc1=60 л/(чел сут), m=5: Va=0.25м3=250 л;
Gс2=100 л/(чел сут), m=5: Va=0.45м3=450 л;(5)
Годовая нагрузки га горячее водоснабжение:
Qг1=19,333 106 кДж/год; Qг2=31,888 106 кДж/год.
Годовая расход природного газа
QТ1=898 м3/год QТ1=1485 м3/год
Условного топлива
Qy1=1185 кг у. т./год Qy1=1185 кг у. т./год
В большинстве существующих установок годовой эксплуатационный КПД коллектора оказывается на уровне 40–50 %. Это означает, что для широт около 35–400, с 1 м2 коллектора можно получить в год 3–5 ГДж тепла с температурой 60–70 0С. Экономия органического Топливо кв. метра полезней площади гелиоводонагревателя в условиях (г. Карши, Ташкента, Чимкента) составляет соответственно 0,18–0,2 т.у.т./год; 0,16–0,18 т.у.т./год, 0,15–0,16 т.у.т./год [4].
В солнечных теплицах в режиме работы с использованием теплоты дымовых газов от котельной экономия энергия затрат составляет 45–55 %, т. е. 25–30 кг.у.т./м2 инвентарной площади теплицы. При сушке сельхозпродуктов в солнечных сушильных установках с 1 кг. метра экономия топлива составляет 10–13 м3/день природного газа.
Приведенного достаточно, чтобы понять — резервы энергетики по части низкопотенциального солнечного тепла еще огромны. Как их назвать — первичными или вторичными — это неважное. Важное другое: на сегодняшний день это потерянные ресурсы для нашей экономики.
Таким образом, если мы хотим работать в режиме энергосбережения, экономии и улучшения структуры потребляемых топливно-энергетических ресурсов переходят на более экологически чистые, нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, то без систем аккумулирования энергии эти задачи, очевидно, нерешаемы.
Литература:
- Постановление Президента Республики Узбекистан от 5 мая 2015 года № ПП-2343 «О программе сокращению энергоемкости, внедрению энергосберегающих технологий в отраслях экономики и социальной сфере на 2015–2019 годы».
- Захидов Р. А. Энергетика стран мира и Узбекистана в XXI–веке // Узбекский журнал «Проблемы информатики и энергетики» Ташкент. Изд. «Фан». 2002 у. стр. 27–42.
- Берковский Б. Солнечный путь к экономическому развитию и охране окружающей среды. // Теплоэнергетика. М.1996 г. № 5.
- Жамалов Аж. Основы расчета и использования плоских солнечных коллекторов в АПК Республики Казахстан. Автореф. дисс. доктора техн. наук. Г. Алматы-199 г. 48 с.
