Сегодня наиболее перспективным является использование маломощных солнечных гелиоустановок для нужд жилищно-коммунального сектора, небольших промышленных предприятий, объектов социальной сферы и здравоохранения, рекреационных зон, удаленных объектов и сельскохозяйственных производств, что позволит снизить нагрузку на энергосистему, а также уменьшить потери при транспортировке тепловой энергии.
Узбекистан обладает огромным потенциалом возобновляемых источников энергии, оцениваемый в объеме почти 51 млрд. т.н. э. на сегодняшний день существующие в технологии позволяют использовать 179 млн. т.н. э., что более чем в три раза превосходит текущий годовой объем добычи ископаемого топлива в стране.
|
Потенциал |
Всего (млн. т.н.э) |
В т.ч энергия (млн. т.н.э) |
|||
|
гидро |
солнечная |
ветровая |
Геотермальных вод |
||
|
Валовый |
50984,6 |
9,2 |
50973,0 |
2,2 |
0,2 |
|
Технический |
179,0 |
1,8 |
176,8 |
0,4 |
- |
|
Освоенный |
0,6 |
0,6 |
- |
- |
- |
Валовый потенциал — торическое количество энергии, поступающее или образующееся на данной территории.
Технический потенциал — часть валового потенциала, который можно реализовать с использованием существующих технологий.
Т. Н. Э — нефтяной эквивалент. Количество энергии, выделяющееся при сжигании одной тонны сырой нефти (11,63 МВт*ч).
Как указано выше, технический потенциал солнечной энергии намного превосходит годовое производство ископаемого топлива в Узбекистане, и в отношении использования солнечных нагревательных установок нет ограничений по ресурсам.
Основным элементом установки солнечной нагревательной установки является коллектор, который улавливает солнечное излучение и преобразует его в теплоту. Различают два типа солнечных коллекторов: плоские и фокусирующие. В плоских коллекторах солнечная энергия поглощается без концентрации, а в фокусирующих с увеличением плотности поступающего потока солнечной радиации. Наибольшее распространение получили плоские коллекторы солнечной энергии (КСЭ). Важнейшим конструктивным элементом КСЭ является абсорбер, объединяющий в себе плоскую лучепоглощающую поверхность и систему каналов для теплоносителя. Абсорбер изготавливается из металлов, обладающих высокой теплопроводностью — стали, алюминия или меди. Для лучшего поглощения солнечного излучения верхняя поверхность окрашивается в темный цвет и на нее наносится специальное покрытие. В качестве каналов для теплоносителя используются, как правило, трубы диаметром 12–15 мм, приваренные или припаянные сверху, снизу или в одной плоскости с металлическим листом. Трубы располагаются параллельно друг другу с шагом 50–150 мм. Верхние и нижние концы труб присоединяются сваркой или пайкой к распределительным коллекторам. Для снижения потерь теплоты от абсорбера в окружающее пространства используется теплоизоляция, закрывающая нижнюю поверхность абсорбера, а также один или несколько слоев стекла, размещаемых над абсорбером. Для повышения КПД коллектора необходимо использовать стекло с антирефлектирующей поверхностью. Все названные элементы собираются в корпусе коллектора, а затем производится уплотнение наружного стекла. В результате получается плоский коллектор для нагревания жидкого теплоносителя.
Рис.1
Для определения необходимой площади поверхности солнечного можно воспользоваться формулой:
где QK — теплопроизводительность коллектора, Вт; Е
к
— плотность солнечного излучения Вт/м
2
;
Коэффициент полезного действия является показателем эффективности КСЭ и равен отношению количества производимой коллектором теплоты к количеству солнечной энергии, поступающей на коллектор. Величина его определяется эффективным оптическим КПД
где
Используя эту формулу, можно рассчитать мгновенное значение КПД для определенного часа суток. С учетом того, что интенсивность солнечного излучения в течение дня изменяется от нуля перед восходом и после захода Солнца до максимума в солнечный полдень, можно сделать вывод, что также изменяется величина КПД. Так для обычного плоского КСЭ КПД коллектора увеличивается с 32 до 59 % при возрастании интенсивности инсоляции с 300 до 1000 Вт/м 2 , а понижение температуры наружного воздуха с 30 до 10 °С приводит к снижению КПД с 55 до 41 %. Очевидно, что при низких температурах наружного воздуха КПД такого коллектора весьма мал.
Определение размеров и установка солнечного коллектора должны быть выполнены таким образом, чтобы минимизировать воздействие дающих тень соседних зданий, деревьев, линий электропередач и т. д. Количество тепловой энергии, вырабатываемой солнечным коллектором, зависит от довольно большого числа факторов, в том числе от ориентации по сторонам света и угла наклона относительно горизонтали. Наибольшее количество энергии воспринимается коллектором при расположении его плоскости под прямым углом к направлению инсоляции. Поскольку направление инсоляции зависит от времени суток и года (рис. 2), то ориентацию плоскости коллектора рекомендуется выполнять в соответствии с положением Солнца в период поступления наибольшего количества солнечной энергии. Характеристикой ориентации коллектора является азимут, который показывает отклонение плоскости коллектора от направления на юг. Для коллектора, ориентированного на юг, азимут равен 0. Обычно рекомендуется выбирать азимут как можно ближе к 0, хотя, если наибольшее количество теплоты потребляется в утренние часы, то лучше ориентировать коллектор на юго-восток.
Рис. 2. Выбор ориентации и угла наклона солнечного коллектора
Главной особенностью солнечных установок является полная несогласованность по времени прихода солнечной энергии и расходования ее потребителями, как на протяжении суток, так и на протяжении всего года. Например, максимальное расходование горячей воды обычно происходит в утреннее и вечернее время, когда солнце расположено очень низко или за горизонтом. В полдень же потребление горячей воды минимально, а интенсивность солнечного излучения максимальна. На протяжении года количество солнечной энергии, достигающей поверхности земли, также сильно меняется. Зимой оно минимально, в то время как, например, система отопления имеет максимальное теплопотребление. Летом же, когда инсоляция максимальна, система отопления вообще не потребляет энергию. В связи с этим тепловая солнечная установка всегда рассматривается как вспомогательный источник тепла, работающий в паре с основным теплогенератором. Задачей солнечной установки является максимальная экономия энергоресурсов на протяжении всего года, а не гарантированное снабжение потребителя теплом. Солнечная установка вырабатывает столько энергии, сколько может, а основной теплогенератор догревает, если энергии недостаточно (например, зимой или в пасмурные дни).
Еще одной особенностью является широкий диапазон рабочих температур солнечной установки. Например, зимней морозной ночью солнечный коллектор будет иметь такую же температуру, как и окружающий воздух. Летом же, рабочая температура коллектора может быть на уровне 100–110°С. Если потребление тепла в летний солнечный день будет меньше того, на которое подобрали солнечную установку, то наступит стагнация (перегрев и закипание теплоносителя). В этом случае температура коллектора может быть более 200°С. Все элементы солнечной установки должны выдерживать такие перепады температур.
Как было сказано выше из-за несогласованности солнечных водонагревателей они не могут быть основным источником тепла и для того что бы летом вырабатываемая тепловая энергия не терялась и приводила к стагнации, ее можно преобразовывать в электрическую энергию и накапливать ее, это может стать дополнительным источником энергии.
Литература:
- Харченко Н. В. Индивидуальные солнечные установки Изд. Энергоатомиздат, Москва, 1991 г. — 208 с.
- Сабади П. Р., Пер.с Англ. Н. Б. Гладковой Солнечный дом Изд. Стройиздат, Москва, 1981 г.
- Виссарионов В. И., Дерюгина Г. В. Солнечная энергетика. Москва, Издательский дом МЭИ, 2008, 276с.
