Перспективы использования солнечной энергии в ГВС на примере Республики Узбекистан

Устойчивая тенденция роста объемов потребления и стоимости ограниченных по своим запасам традиционных энергоресурсов вызывает все большую необходимость использования в различных отраслях народного хозяйства Республики нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, особое место среды которых в условиях центральноазиатских республик, занимает солнечная энергия.

Территория нашей Республики расположена в относительно благоприятных климатических условиях для использования этой экологически чистой и практически неисчерпаемой энергии для частичного покрытия производственных и бытовых нужд населения на тепловую и электрическую энергию. Так, число часов солнечного сияния в течение года в Республике доходит до 2800–3100, а интенсивность энергии солнечного излучения на один квадратный метр нормально расположенной к прямым солнечным лучам поверхности — до 1 кВт. Суммарное годовое значение прихода лучистой энергии Солнца на один квадратный метр горизонтальной поверхности Земли составляет 1,61,7 МВтч, что эквивалентно тепловой энергии, получаемой при сжигании натурального газа в количестве 165175 м³ или светлых нефтепродуктов в количестве 165175 л. Согласно результатам проведенных оценок, технический потенциал солнечной энергии Республики составляет 176,8 миллион тонн нефтяного эквивалента (млн т. н. э), что в 3,4 раза превышает ее потребность в энергоресурсах в 2010 г. и в 2,9 раза в 2020 г.

Несмотря на такие огромные потенциальные ресурсы, основная сложность использования солнечной энергии в больших масштабах — ее малая плотность и прерывистый характер поступления. В связи с этим масштабное использование солнечной энергии в различных отраслях народного хозяйства Республики связано с выбором приемлемых технологий и экономически рентабельных направлений ее преобразования в другие виды энергии.

В настоящее время во многих экономически развитых и развивающихся странах мира высокими темпами ведутся разработки по практическому использованию возобновляемых источников энергии (солнечная энергия, энергия ветра, биомасса, геотермальные ресурсы и т. д.) как важнейшего фактора устойчивого развития и повышения конкурентоспособности экономик в условиях сокращения мировых запасов углеводородного сырья. Выполняются научно-исследовательские, конструкторно-инженерные работы по разработке и повышению эффективности различных автономных и комбинированных систем с использованием возобновляемых источников энергии и по широкому применению их в различных отраслях экономики. В нашей Республике, как и во всем мире, уделяется большое внимание развитию данного направления. Выполняются научно-исследовательские проекты по разработке, созданию и применению различных технологий отечественного и зарубежного производства по обеспечению автономного электро-и теплоснабжения.

Вышеуказанные определяют актуальность и востребованность предлагаемого проекта, направленного на экономию традиционных топливно-энергетических ресурсов, идущих для нужд теплоснабжения и охлаждения воздуха до 50 % и более.

Одна из перспективных сфер практического применения солнечной энергии, которая в настоящее время имеет наибольшую степень технологической готовности в нашей Республике, как и во всем мире, считается преобразование ее в низкопотенциальное тепло и использование последнего в качестве источника в системах теплоснабжения жилых, коммунально-бытовых и социальных объектов, являющихся основными потребителями тепла такого же температурного потенциала. Следует отметить, что для покрытия тепловых нужд населения коммунально-бытового сектора в Республике ежегодно расходуется около 35 млн. т.у.т. в год, что составляет 50 % ежегодно добываемых первичных топливно-энергетических ресурсов.

Солнечно-топливная технология производства низкопотенциальной тепловой энергии для теплоснабжения населенных пунктов (микрорайонов) впервые разработана и реализована узбекскими учеными еще 1986 г. в массиве «Водник» города Ташкента. За последние 25 лет данная технология реализована в различных странах мира в рамках ряда международных и коммерческих проектов. В этих проектах предусмотрено применение традиционных солнечных водонагревательных коллекторов с теплоизолированными корпусами и светопрозрачными покрытиями (СП). Они в течение апрель-октябрь месяцы года полностью могут покрывать тепловые нужды на горячее водоснабжение различных объектов [1–3].

Солнечный водонагревательный коллектор предназначен для нагрева воды с помощью солнечной энергии. В коллекторе происходит улавливание, поглощение и преобразование в низкопотенциальное тепло (до 100^оС) энергии солнечного излучения, падающего на его фронтальную поверхность.

В сезон апрель-октябрь для получения горячей воды 40–55^оС энергетически выгоднее и практичнее применять плоские солнечные коллектора с открытой, без остекления теплопоглощающей панелью. В такой модификации коллектор называют просто абсорбером. Вследствие высокой температуры окружающего воздуха и относительного безветрия конвекционные потери тепла абсорбера незначительно превышают потери коллектора с остеклением. Но вместе с этим абсорбер полезно используется значительно больше часов в течении светового дня. В утреннее и близвечернее время стекло закрытого коллектора отражает скользящие, наклонные солнечные лучи. На поглощающую панель остеклённого коллектора поступает малое количество солнечной энергии, хотя плотность энергии солнечного потока с утра и к вечеру обеспечивает нагрев воды. Коллектор со стеклом полезно используется примерно с 1000 до 1600 часов дня, а абсорбер — с 800 до 1900 часов. В холодный период года применяют только застеклённые коллекторы. Но следует отметить, что в зимнее время гораздо эффективнее дорогостоящие солнечные коллекторы с вакуумированными стеклянными трубками и селективным покрытием лучепоглощающей поверхности.

Плоские солнечные водонагревательные коллекторы могут быть использованы как в открытых (одноконтурных), так и в замкнутых (двухконтурных) системах горячего водоснабжения (ГВС). При круглогодичном использовании солнечных водонагревательных коллекторов необходимо иметь дублирующий источник энергии, основанный на использовании традиционного топлива или электроэнергии.

Рис. 1. Принципиальная схема одноконтурной системы солнечного ГВС: 1-солнечный водонагревательный коллектор; 2-подъемная труба; 3-бак-аккумулятор горячей воды; 4- опускная труба; х.в., г.в.-холодная и горячая вода

Принципиальные схемы одно — и двухконтурных систем ГВС с солнечными водонагревательными коллекторами приведены на рис. 1 и 2.

В одноконтурных системах ГВС, как правило, применяются солнечные водонагревательные коллекторы, теплоотводящие каналы абсорберов которых изготовлены из коррозионностойких металлов (таких, как медь, латунь и нержавеющая сталь).

Рис. 2. Принципиальная схема двухконтурной системы солнечного ГВС с дублирующим электрическим источником: 1-солнечный водонагревательный коллектор; 2-подъемная труба; 3-расширительный бачок; 4-термостат; 5-бак-аккумулятор горячей воды; 6-дублер (электронагреватель); 7- теплообменник; 8- опускная труба; х.в., г.в.-холодная и горячая вода

В двухконтурных системах могут быть применены солнечные водонагревательные коллекторы, теплоотводящие каналы абсорберов которых изготовлены из алюминиевых сплавов и обычной стали.

В двухконтурных гелиоустановках, если они используется только в теплый сезон года (апрель-октябрь), когда заморозки крайне маловероятны, в качестве теплоносителя применяют дистиллированную воду, которая продается в аптеках. Предпочтительней является вода, прошедшая специальную химическую обработку, которая используется в котельных сетевого горячего водоснабжения. Обязательным жёстким требованием является успеть слить воду из коллекторного контура к моменту возможного охлаждения воздуха до 0⁰С. Иначе замерзание воды в контуре приведёт к обширному разрыву трубок абсорберов, теплообменника и соединительных трубопроводов. При отрицательных температурах в качестве теплоносителя применяют только антифризные растворы. Но здесь важно следить — на какую температуру замерзания раствор рассчитан.

Литература:

1. Лабейш В. Г. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: -Спб.: СЗТУ, 2003. -79 с.
2. Голицын М. В. Альтернативные энергоносители. –М.: Наука, 2004. -159 с.
3. Городов Р. В. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: -Томск: ТПУ, 2009 г. -294 с.