Тепловые солнечные системы
Пассивные солнечные системы применяются уже в течение многих лет. Остекленные теплицы и террасы домов, обращенные, как правило, на юг, являются простейшим способом улавливания и использования лучистой энергии Солнца и классическим примером таких систем.
И в настоящее время они наиболее распространены. На основе этих систем базируется такое важное направление в энергетике и строительстве, как «солнечная архитектура»
В основе работы пассивных устройств лежит принцип сбора солнечной энергии на зачерненных поверхностях, их разогрев и последующая передача тепла за счет теплопроводности и свободной конвекции обогреваемому пространству или теплоносителю.
Самая простейшая из таких систем—ориентированное на юг окно. Схема устройства приведена на рис. 2.12, а. Солнечные лучи, проникающие через окно, разогревают воздух, находящийся в помещении, а также стены. Практически эта система не нуждается в каких-либо сложных инженерных устройствах. Окно должно быть лишь правильно ориентировано и соблюдены его размеры. Опыт, накопленный при использовании данного метода обогрева помещений, показывает, что при выполнении этих условий, по существу, без дополнительных затрат можно добиться повышения температуры воздуха в помещении на 10°С в весенне-осенний период и на 5 - 8°С в зимнее время.
Более сложной представляется система (рис. 2.12, б) с аккумулирующей зачерненной стеной, которая разогревается за счет поглощения солнечных лучей, а затем передает тепло обогреваемому помещению. Чтобы сократить потери тепла, стену обычно остекляют (получается изолятор вместе с воздушной прослойкой). Данная схема имеет существенное преимущество перед предыдущей, так как обладает простейшим аккумулятором, который может отдавать тепло окружающему пространству после захода солнца.
Аналогично строение системы, изображенной на рис. 2.12,в. Однако остекление здесь увеличено, что позволяет увеличить продолжительность солнечного воздействия на аккумулирующую стену. Также на рис. 2.12, г представлена схема с аккумулирующей крышей. Такая крыша может использоваться как для обогрева помещения, так и для его охлаждения.
Рассмотренные системы позволяют обеспечить от 30 до 60 % тепла, требующегося для обогрева помещений. Причем эффективность их работы в значительной степени зависит от качества строительства и наличия необходимых аккумулирующих элементов.
Применяются и более сложные по своему устройству системы — солнечные коллекторы (рис. 2.13)
Чаще всего коллекторы выполняются с плоскими тепловыми адсорберами и могут иметь в своем составе трубчатые вакуумированные теплооб менники. Солнечные коллекторы нагреваются за счет поглощения медными абсорберами со специальным покрытием тепловой солнечной энергии. Далее теплоноситель из теплообменника перемещается в обогреваемое помещение. В качестве теплоносителя наиболее часто применяется вода или антифриз. Коллектор площадью 1,5 м2 способен нагреть за 5 - 6 часов около 100 л воды до 70°С.
На рис. 2.14, а представлена гелиосистема горячего водоснабжения с вакуумированными солнечными коллекторами площадью 4м2(1) и СФЭУ установленной мощностью 2 кВт (2), размещенные в учебно-демонстрационном центре кафедры ВИЭГ
К активным тепловым солнечным системам, конечным продуктом которых является электрическая энергия, относятся системы с концентраторами солнечной энергии в виде параболоцилиндрических зеркальных концентраторов с одной степенью свободы или параболических с двумя степенями свободы, позволяющими системам «следить» за положением солнца на небосводе.
В крупномасштабной энергетике активные солнечные системы применяются в виде тепловых электростанций.