Солнечный водонагреватель

Солнце – самый доступный, экологически чистый, неисчерпаемый и , главное, бесплатный вид энергии. Каковы перспективы использования солнечной энергии? Оценим сначала ее количество, доступное человеку. Ежегодно солнечные лучи доносят до Земли энергию, эквивалентную 50 триллионам тонн топлива, а это в несколько тысяч раз больше, чем потребляет человечество. НО плотность ее на поверхности земного шара невелика – 600-1000 ватт, а в среднем с учетом суточно-годовых колебаний и облачности – всего 150-250 ватт на квадратный метр. Для сравнения: когда домашний чайник стоит на газовой плите, плотность поступающей в него энергии в тысячу раз больше. Другими словами, рассеянные солнечные лучи трудно и потому дорого использовать для получения необходимого тепла и электричества.

Тем не менее заманчиво научиться собирать и утилизировать энергию нашего светила. Ведь Солнце – это неиссякаемый, или, как говорят энергетики, возобновляемый источник энергии. Когда сжигают органическое топливо, извлекаемое из недр, оно не восполняется, а если и возобновляется, то очень медленно, даже по геологическим меркам, тогда как термоядерный реактор у нас над головой будет действовать еще миллиарды лет.

Его лучи не перегревают Землю, являются «недобавляющим» источником энергии. Они не нарушают тепловой баланс всей планеты. Вероятно, это качество окажется важным в перспективе, когда деятельность человека начнет сказываться на тепловом режиме всего земного шара или какого-либо отдельного его региона.

Солнечная топка порождает и поддерживает другие виды возобновляемых энергетических ресурсов, например ветра. Если бы направить все ветры в турбины электрогенераторов, то удалось бы сэкономить 40-80 миллиардов тонн условного топлива в год. Ведь мощность ветрового потока в среднем на планете – больше 500 киловатт на квадратный километр площади.

Использование солнечной энергии для нагрева воды в системах горячего водоснабжения в общественных и жилых зданиях, коттеджах, животноводческих фермах, частных домах и садовых участках позволит существенно снизить затраты на потребление газа, электричества, твердого или жидкого видов топлива.

Как использовать солнечную топку для подогрева воды? Простейшая гелиосистема выглядит так. Падающие солнечные лучи поглощаются черным металлическим листом; от него тепло передаётся трубам с нагреваемой водой, которые тесно прижаты к поглощающей поверхности. Задняя и боковые стороны листа закрыты теплоизоляцией, уменьшающей потери тепла. Температура воды поднимается до 70 градусов.

Подобные коллекторы все время совершенствуются с тем, чтобы можно было улавливать побольше солнечных лучей и достичь более высокой температуры. Недостаточно создать суперчёрную поверхность с максимальным коэффициентом поглощения фотонов. Ведь суперчерное тело отличается и очень высокой излучательной способностью. Коллектор не только будет накапливать солнечную энергию, но и отдавать ее уже в виде длинноволонового инфракрасного излучения.

Простейший способ удержать накопленное тепло – это расположить перед коллектором стекло. Оно несколько ослабит солнечный свет, но зато не пропустит назад тепловое излучение. Именно так делается в теплицах.

Есть и более изощренные способы. На полированную металлическую поверхность, у которой весьма мал коэффициент излучения, наносится очень тонкая пленка окси никеля или меди. Этот тонкий слой почти черного цвета обладает высокой поглощательной способностью в коротковолновой части спектра. В то же время для инфракрасных лучей, длина волны которых больше толщены плёнки, этот слой прозрачен. Значит, тепловое излучение будет определяться коэффициентом излучения полированного металла, а он очень низок. В итоге достигаются температуры до 150о С. Однако солнечный водонагреватель подобного типа достаточно дорог. А высокая цена – большое препятствие для широкого внедрения. Вот если бы удешевить гелиосистему в 4 -5 раз!..

В настоящее время для преобразования солнечной энергии в тепловую используются гелиосистемы с плоским и вакуумными коллекторами. Однако и здесь главным препятствием к началу широкого распространения является высокая стоимость. В состав подобных солнечных водонагревателей обычно входят: гелиоколлектор, отдельный аккумулирующий бак, теплообменники, циркуляционные насосы, электронные устройства регулирования температуры, уровня и расхода нагреваемой воды. Из перечисленного оборудования в процессе поглощения и преобразования солнечного излучения в тепло участвует только гелиоколлектор. Остальное оборудование служит для транспортировки и передачи тепла к нагреваемой воде. Следовательно, снижение стоимости гелиосистем можно достигнуть путем полного или частичного исключения из их состава перечисленного оборудования. При этом основная задача использования гелиосистем – нагрев воды с возможно большей эффективностью – должна сохраняться.

Сегодня с целью решения поставленной задачи разработана, запатентована и налажен серийный выпуск новой конструкции солнечного водонагревателя, принцип работы которого отличается от традиционного, применяемого в существующих гелиосистемах. В нем нет металлических пластин абсорбера, которые, нагреваясь под воздействием солнечного излучения, передают тепло трубкам коллектора, а затем воде или теплоносителю в этих трубках. Нет также оборудования, не участвующего в процессе преобразования солнечного излучения в тепло. Нагреватели выполнены в виде емкости, имеющей в сечении серповидную форму. Емкость заполнена водой. Две верхние стенки емкости изготовлены из прозрачного материала. Воздух, находящийся между этими стенками, обеспечивает снижение теплопотерь от нагретой воды к окружающей атмосфере. Все остальные стенки имеют слой теплоизоляции. Солнечное излучение, пройдя через верхние прозрачные стенки, поглощается водой и дном емкости, тепло от которого передается нагреваемой воде.

Отсутствие в составе нагревателей оборудования, предназначенного для транспортировки и передачи тепла к нагреваемой воде и не принимающего непосредственного участия в процессе преобразования солнечной энергии в тепло, повышает эффективность их работы. Кроме того, в составе нагревателей нет деталей температура которых превышала бы температуру нагреваемой воды, что снижает величину теплопотерь в окружающую атмосферу до возможного минимума и также способствует повышению эффективности работы нагревателя.

Небольшая масса нагревателя обеспечивает низкую трудоемкость монтажа, а отсутствие сосредоточенной нагрузки при установке нескольких нагревателей позволяет размещать гелиоустановку на крышах зданий без дополнительных усиливающих конструкций.

Нагреватель готов к работе сразу же после подключения к нему трубопроводов холодной и горячей воды. Конструкция нагревателя разборного типа, что позволяет при необходимости произвести ремонт аппарата с заменой отдельных деталей.

Понравилась статья ? Поделись с друзьями.

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники