Энергетические установки на солнечной энергии
Содержание
Использование солнечной энергии сегодня сводится в основном к производству
низкопотенциального солнечного тепла с помощью простейших плоских солнечных коллекторов.
Например, в США в 1990 г. из 3,6 млн. ГДж энергии, произведенной за счет солнечной радиации,
3,5 млн. ГДж представляет собой низкопотенциальное тепло, использованное для горячего
водоснабжения, подогрева воды в плавательных бассейнах и, в меньшей степени, для
отопления. В Израиле в соответствии с законом, требующим, чтобы каждый дом был снабжен
солнечной водонагревательной установкой, установлено около 800 000 солнечных коллекторов,
которые производят около 15 млн. ГДж энергии и обеспечивают 70 % населения горячей водой.
В современных плоских солнечных коллекторах абсорбер чаще всего имеет слой селективного
покрытия с коэффициентом поглощения для солнечной радиации 0,94 - 0,96 и коэффициентом
излучения при температуре абсорбера 0,09 - 0,12. Во вновь строящихся домах делаются
попытки совместить коллекторы с элементами крыши дома, что облегчает и удешевляет
установку. Комплектная водонагревательная установка включает кроме коллекторов
теплоизолированный бак - аккумулятор, в который встраивается резервный электрический
нагреватель, необходимая арматура и автоматика. Коллектор обычно устанавливается
неподвижно под углом к горизонту примерно равным широте местности. На индивидуальный
дом с площадью около 100 м
2
обычно устанавливается 1-2 коллектора, с площадью абсорбера
1-1,5 м
2
каждый и бак-аккумулятор емкостью около 150 л. Такая установка на западном рынке
сегодня стоит около 500 долл. США/м
2
площади коллектора. Теплопроизводительность такой
установки существенно зависит от инсоляции, температуры окружающего воздуха и , других
климатических параметров. В зависимости от широты местности и климатических условий
годовой приход солнечной энергии на 1 м
2
поверхности изменяется очень сильно. Для широт
около 30° он может составлять 8-10 ГДж/(м
2
год), тогда как для широт 50- 60° - падает до 2-4
Гдж/(м
2
год).
Коэффициент полезного действия солнечного коллектора определяется его оптическими
характеристиками, качеством тепловой изоляции, инсоляцией и температурами теплоносителя и
окружающего воздуха. В большинстве существующих установок средний годовой
эксплуатационный КПД коллектора оказывается на уровне 40-50 %. Это означает, что для широт
около 30° с 1 м
2
коллектора можно получить в год 3-5 ГДж тепла с температурой 60-70 С.
Стоимость этого тепла при таких показателях и сроке жизни установки в 30 лет оказывается на
уровне 3-4 долл/ГДж, что делает эти установки привлекательными для потребителей. Для более
высоких широт солнечные водонагреватели оказываются более предпочтительными как
сезонные.
Наряду с коллекторами, для использования солнечного тепла для отопления домов
применяются пассивные методы, основанные на оптимизации архитектурно-планировочных
решений. Кроме того, представляют интерес разработки так называемой прозрачной изоляции
для стен домов, селективных пленок для окон и др.
Электроэнергию за счет использования солнечной энергии можно получить либо в
теплосиловых установках, в которых тепло от сгорания топлива заменяется потоком
концентрированного солнечного излучения, либо в установках прямого преобразования энергии,
основанных на применении полупроводниковых фотоэлектропреобразователей (ФЭ П).