Применение солнечных систем теплоснабжения

Солнечная радиация – практически неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии. Мощность потока солнечной энергии у верхней границы атмосферы равна 1,7·10¹⁴ кВт, а на поверхности Земли – 1,2·10¹⁴ кВт. Общее годовое количество поступающей на Землю солнечной энергии составляет 1,05·10¹⁸ кВт·ч, в том числе на поверхность суши приходится 2·10¹⁷ кВт·ч. Без ущерба для экологической среды может быть использовано до 1,5% всей поступающей солнечной энергии [2,4].

Практическое применение солнечной энергии возможно двумя способами: преобразованием ее в электроэнергию или в тепло. Оба направления получили интенсивное развитие во многих странах мира. Однако, преобразование солнечной энергии в тепло может иметь существенно больший энергетический эффект в смысле замещения традиционных энергоносителей по сравнению с преобразованием в электроэнергию, поскольку наибольшая часть производимой в мире энергии используется в виде теплоты. Кроме того, преобразование солнечной энергии в тепло реализуется с помощью наиболее простых, а, следовательно, и относительно дешевых технических устройств. Наибольшее распространение в мире получило преобразование солнечной энергии в тепло невысокого потенциала, достаточного, однако, для горячего водоснабжения и отопления.

В инженерной практике нашли применение два основных типа солнечных систем теплоснабжения (ССТ): с естественной (рис. 2,а)
и принудительной (рис. 2,б) циркуляцией теплоносителя [6].

Рис. 2. Принципиальные схемы солнечных водонагревательных установок
с естественной (а) и принудительной (б) циркуляцией теплоносителя:

1 - коллектор солнечной энергии; 2 - бак-аккумулятор горячей воды;
3 - насос; 4 - смесительный вентиль

Если в контуре коллектора солнечной энергии (КСЭ) и в баке-аккумуляторе теплоты используется вода, то ССТ выполняется по одноконтурной схеме. Для предотвращения замерзания теплоносителя в контуре коллектора солнечной энергии может использоваться антифриз. При этом теплота от антифриза к воде передается с помощью теплообменника, и ССТ выполняется по двухконтурной схеме (рис. 3,а и рис. 3,б).

Рис. 3. Двухконтурные схемы солнечных водонагревательных установок с естественной (а) и принудительной (б) циркуляцией теплоносителя:

1 - коллектор солнечной энергии; 2 - аккумулятор тепла; 3 - теплообменник;
4 - резервный (дополнительный) источник энергии; 5 - насос; 6 - предохранительный клапан

Солнечные системы теплоснабжения первого типа обычно используются для небольших потребителей, при этом бак-аккумулятор теплоты должен быть установлен выше КСЭ. Для крупных потребителей горячей воды для циркуляции теплоносителя требуется насос (рис. 3, б).

Более глубокое ознакомление со схемами солнечного теплоснабжения требует изучения их основных элементов, прежде всего, коллекторов и аккумуляторов солнечной энергии, а также методов
их расчета и подбора.