В данной статье производится анализ и сравнение плоских солнечных коллекторов (СК) и СК на основе вакуумных трубок. Сравнение произведено исходя из климатологических характеристик города Махачкалы. Рассчитана производительность отдельно каждого типа СК в конкретных условиях, а также стоимость кВт*ч энергии, произведенной каждым типом СК в данном регионе. Сделан вывод из произведенного анализа, и даны рекомендации по выбору типа СК, для города Махачкалы.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, плоские солнечные коллекторы, солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок, солнечная инсоляция, тепловая мощность.
Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) является актуальным не только для отдельных регионов РФ, но и для страны в целом. Внедрение и развитие ВИЭ необходимо как для обеспечения энергетической безопасности, так и для улучшения экологической ситуации. В РФ на федеральном уровне уделяется большое внимание стимулированию развития ВИЭ. Основные направления стимулирования развития ВИЭ изложены в Постановлении Правительства РФ от 28.05.2013г. N 449 «О механизме стимулирования использования возобновляемых источников энергии на оптовом рынке электрической энергии и мощности» [1] и в Постановлении Правительства РФ от от 23.01.2015 N 47 «О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации по вопросам стимулирования использования возобновляемых источников энергии на розничных рынках электрической энергии» [2].
Наиболее доступным и распространённым возобновляемым источником энергии является солнечная энергия. Приход солнечной энергии на поверхность Земли в 7000 раз превышает потребляемую всеми жителями планеты энергию. Для теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых и сельскохозяйственных объектов используются солнечные коллекторы (СК).
На сегодняшний день на рынке представлено большое количество солнечных коллекторов различных типов и разных производителей. Выбор оптимального типа солнечных коллекторов под конкретную гелиоустановку и климатологические условия становится непростой задачей. Существуют два основных типа солнечных коллекторов — СК на основе вакуумных трубок и плоские СК. Как показывает практика применения, явного преимущества одного типа СК над другим нет, так как, выбор оптимального типа СК зависит от целей применения и климатологических характеристик выбранного региона.
С помощью расчетов проведем сравнительный анализ и определим наиболее оптимальный тип СК для комбинированной гелиосистемы ГВС и отопление в Махачкале.
Сравнительный анализ вакуумных иплоских СК. Для проведения сравнительного анализа эффективности использования различных типов СК для Махачкалы, нам необходимо знать солнечную инсоляцию одного квадратного метра данного региона, «среднестатистический» КПД исследуемых солнечных коллекторов и площадь их поглощающей поверхности.
Месячные и годовые суммы суммарной солнечной радиации кВт*ч/м2 для Махачкалы возьмем из таблицы «Среднестатистические нормы инсоляции на территории основных территорий РФ и стран СНГ с градацией по месяцам и ориентации плоскости светоприемника в пространстве» (табл.1) [3].
Таблица 1
Месячные игодовые суммы суммарной солнечной радиации кВт*ч/м2 для Махачкалы
|
Январь |
48,2 |
|
Февраль |
77 |
|
Март |
128 |
|
Апрель |
168 |
|
Май |
200 |
|
Июнь |
190 |
|
Июль |
208 |
|
Август |
196 |
|
Сентябрь |
161 |
|
Октябрь |
132 |
|
Ноябрь |
93 |
|
Декабрь |
77,2 |
|
В год |
1581 |
«Среднестатистический» КПД вакуумных солнечных коллекторов, приведённый в технической литературе, равен 67 %. В документации на «Водонагреватель, на солнечном коллекторе без давления из 15-ти вакуумных трубок» приводится площадь поглощения 2,35 м2. Используя данные, приведенные в документации, рассчитаем месячные (рис.1) и годовую тепловую мощность одного СК на основе вакуумных трубок для города Махачкала. Расчет производится по формулам P=2,35*Ем*КПД, P=2,35*Ег*КПД соответственно. Где Ем и Ег месячная и сумма годовой солнечной инсоляции соответственно.
Рис. 1. месячная тепловая мощность, вырабатываемая одним вакуумными СК.
Годовая тепловая мощность, вырабатываемая одним вакуумным СК:
P=2,35*1581*0,67=2489,28 кВт*ч/м2
«Среднестатистический» КПД плоских солнечных коллекторов равен 0,45 %. Для сравнения выберем плоский солнечный коллектор «Energy EVO 2.5» с поглощающей поверхностью 2,3 м2. Рассчитаем месячные (рис.2) и годовую тепловую мощность выбранного коллектора. Расчет производим по аналогии для вакуумного СК. Для более точной оценки полученных данных и дальнейшего расчета стоимости получаемой электроэнергии введем коэффициент разницы площадей поглощаемой поверхности равный: k=2,35/2,3=1,022
Рис. 2. месячная тепловая мощность, вырабатываемая одним плоским СК.
Годовая тепловая мощность, вырабатываемая одним плоским СК:
P=2,3*1581*0,45*1,022=1672,33 кВт*ч/м2.
Чтобы выбрать оптимальный тип СК произведем расчет стоимости 1 кВт*ч тепловой энергии, получаемой с помощью солнечных коллекторов (рис. 3). Для этого зададимся исходными данными:
– Стоимость одного квадратного метра каждого типа СК
– Срок эксплуатации равный 25 лет
– Описанные выше условия эксплуатации.
Расчет стоимости 1 кВт*ч электроэнергии производим в специализированной программе, позволяющей учитывать как параметры солнечного коллектора, так и климатологические характеристики региона, и стоимость традиционной электроэнергии. Ниже приведена диаграмма сравнения стоимости СК на основе вакуумных трубок и плоских СК.
Рис. 3. Сравнение стоимости 1 кВт*ч вырабатываемой энергии.
Из произведенных расчетов и сравнения устанавливается, что для комбинированных гелиосистем ГВС и отопления в Махачкале наиболее оптимально использовать плоские солнечные коллекторы.
Литература:
- Постановление Правительства РФ от 28.05.2013г. N 449 «О механизме стимулирования использования возобновляемых источников энергии на оптовом рынке электрической энергии и мощности»
- Постановление Правительства РФ от от 23.01.2015 N 47 «О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации по вопросам стимулирования использования возобновляемых источников энергии на розничных рынках электрической энергии».
- Научно-прикладной справочник по климату СССР. Выпуск 13. Волгоградская, Астраханская, Ростовская области, Краснодарский, Ставропольский края, Калмыцкая, Кабардино-Балкарская, Чечено-ингушская, Северо-Осетинская, Дагестанская АССР — Л.: Гидрометеоиздат 1990г. — 724 с.
- Харченко Н. В. Индивидуальные солнечные установки: научно-популярное издание. Москва энергоатоиздат 1991. 208 с.
- Чудинов Д. М. Определение эффективности использования солнечных систем теплоснабжения: дис. кан. тех. наук: 05.23.03./Д. М. Чудинов. Воронеж 2007–181 с.
- Систер В. Г., Цедилин А. Н., Иванникова Е. М., — Внедрение «зеленых технологий» в Российской Федерации — http://elibrary.ru/item.asp?id=26323686 — статья, Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и Экология», № 11–12, с.88–92, издательство Научно-технический центр «ТАТА», 2016 г.
