Перетворення енергії Сонця

Основними напрямками перетворення сонячної енергії є перетворення в електричну енергію й теплову енергію.

Системи сонячного теплопостачання Класифікація й основні елементи геліосистем

Системами сонячного теплопостачання називаються системи, які використовують як джерело теплової енергії сонячну радіацію. Їхньою характерною відмінністю від інших систем низькотемпературного опалення та гарячого водопостачання є застосування спеціального елемента - геліоприймача, призначеного для абсорбції сонячної радіації й перетворення її в теплову енергію.

За способом використання сонячної радіації системи сонячного низькотемпературного опалення підрозділяють на пасивні й активні.

Пасивними називаються системи сонячного опалення, у яких як елемент, що сприймає сонячну радіацію й перетворює її в теплоту, служать сам будинок або його окремі огородження (будинок-колектор, стіна - колектор, покрівля-колектор і т. п.). Також вони виконують і роль акумулятора.

3 Рис. 1. Пасивна низькотемпературна система сонячного опалення « стіна - колектор»: 1 - сонячні промені; 2 - прозорий екран; 3 - повітряна заслінка; 4 - нагріте повітря; 5 - охолоджене повітря із приміщення; 6 - власне довгохвильове теплове випромінювання масиву стіни; 7 - чорна абсорбуюча поверхня стіни; 8 - жалюзі.

Активними називаються системи сонячного низькотемпературного опалення, у яких геліоприймач є самостійним окремим пристроєм, що не належить до будинку. Активні геліосистеми можуть бути підрозділені:

- за призначенням (системи гарячого водопостачання, опалення,

комбіновані системи для цілей теплохолодопостачання);

- за видом використовуваного теплоносія (рідинні - вода, антифриз і

повітряні);

- за тривалістю роботи (річні, сезонні);

- за технічним рішенням схем (одно-, двох-, багатоконтурні).

Повітря є поширеним незамерзаючим у всім діапазоні робочих параметрів теплоносієм. При застосуванні його як теплоносія можливе сполучення систем опалення із системою вентиляції. Однак повітря - малотеплоємний теплоносій, що веде до збільшення витрат металу на пристрій систем повітряного опалення в порівнянні з водяними системами.

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

Вода є теплоємним і широкодоступним теплоносієм. Однак при температурах нижче 0°С у неї необхідно додавати незамерзаючі рідини. Крім того, потрібно враховувати, що вода, насичена киснем, викликає корозію трубопроводів і апаратів. Але витрати металу у водяних геліосистемах значно нижче, що у великому ступені сприяє більше широкому їхньому застосуванню.

Сезонні геліосистеми гарячого водопостачання зазвичай одноконтурні й функціонують у літні й перехідні місяці, у періоди з позитивною температурою зовнішнього повітря. Вони можуть мати додаткове джерело теплоти або обходитися без нього залежно від призначення об'єкта, що обслуговується, і умов експлуатації.

Геліосистеми опалення будинків зазвичай двоконтурні або найчастіше багатоконтурні, причому для різних контурів можуть бути застосовані різні теплоносії (наприклад, у геліоконтурі - водяні розчини незамерзаючих рідин, у проміжних контурах - вода, а в контурі споживача - повітря).

Комбіновані геліосистеми річної дії для цілей теплохолодопостачання будинків багатоконтурні й включають додаткове джерело теплоти у вигляді традиційного теплогенератора, що працює на органічному паливі, або теплового насоса.

Принципова схема системи сонячного теплопостачання наведена на

рис. 2.

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

Рис. 2. Принципова схема системи сонячного теплопостачання: 1 - сонячний колектор; 2 - бак-акумулятор; 3 - теплообмінник; 4 - будинок; 5 - калорифер; 6 - дублер системи опалення; 7 - дублер системи гарячого водопостачання; 8 - циркуляційний насос; 9 - вентилятор.

Вона включає три контури циркуляції:

- перший контур, що складається із сонячних колекторів 1, циркуляційного насоса 8 і рідинного теплообмінника 3;

- другий контур, що складається з бака-акумулятора 2, циркуляційного насоса 8 і теплообмінника 3;

- третій контур, що складається з бака-акумулятора 2, циркуляційного насоса 8, водоповітряного теплообмінника (калорифера) 5.

Функціонує система сонячного теплопостачання в такий спосіб. Теплоносій (антифриз) теплоприймального контуру, нагріваючись у сонячних колекторах 1, надходить у теплообмінник 3, де теплота антифризу передається воді, що циркулює в міжтрубному просторі теплообмінника 3 під дією насоса 8 другого контуру. Нагріта вода надходить у бак-акумулятор

2. З бака-акумулятора вода забирається насосом гарячого водопостачання 8, доводить при необхідності до необхідної температури в дублері 7 і надходить у систему гарячого водопостачання будинку. Підживлення бака-акумулятора здійснюється з водопроводу.

Для опалення вода з бака-акумулятора 2 подається насосом третього контуру 8 у калорифер 5, через який за допомогою вентилятора 9 пропускається повітря й, нагрівшись, надходить у будинок 4. У випадку відсутності сонячної радіації або недостачі теплової енергії, вироблюваної сонячними колекторами, у роботу включається дублер 6.

Вибір і компонування елементів системи сонячного теплопостачання в кожному конкретному випадку визначаються кліматичними факторами,

призначенням об'єкта, режимом теплоспоживання, економічними показниками.

2. Концентруючі геліоприймачі Концентруючі геліоприймачі являють собою сферичні або, частіше, параболічні дзеркала (мал. 3), виконані з полірованого металу, у фокус яких поміщають теплосприймаючий елемент (сонячний котел), через який циркулює теплоносій. Як теплоносій використовують воду або масло (вища температура кипіння).

Для забезпечення високої ефективності процесу вловлювання й перетворення сонячної радіації що Концентруючий геліоприймач повинен бути постійно спрямований на Сонце. Із цією метою геліоприймач постачають системою спостереження, що включає датчик напрямку на Сонце, електронний блок перетворення сигналів, електродвигун з редуктором для повороту конструкції геліоприймача у двох площинах.

Рис. 3. Концентруючі геліоприймачі: а - параболічний концентратор; б - параболоциліндричний концентратор; 1 - сонячні промені; 2 - теплосприймаючий елемент (сонячний колектор); 3 - дзеркало; 4 - механізм привода системи спостереження; 5 - трубопроводи, що підводять і відводять теплоносій.

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

Перевагою систем із концентруючими геліоприймачами є здатність вироблення теплоти з відносно високою температурою (до 100 °С) і навіть пари. До недоліків варто віднести високу вартість конструкції; необхідність постійного очищення поверхонь, що відбивають, від пилу; роботу тільки у світлий час доби, а отже, потреба в акумуляторах великого об'єму; більші енерговитрати на привод системи спостереження за ходом Сонця, порівнянні з вироблюваною енергією. Ці недоліки стримують широке застосування активних низькотемпературних систем сонячного опалення із концентруючими геліоприймачами. Останнім часом найбільше часто для сонячних низькотемпературних систем опалення застосовують плоскі геліоприймачі.