Индивидуальные солнечные установки
Индивидуальные солнечные установки.
Харченко Н. В.
В настоящее время вопросам использования возобновляемых источников энергии уделяется серьезное вни- мание. Эти источники энергии рассматриваются как существенное дополнение к традиционным. Среди возобновляемых источников энергии солнечная радиация по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространенности наиболее перспективна.
В нашей стране потребляется около 20 % всего мирового производства первичных энергоресурсов, однако себестоимость органического топлива растет быстрыми темпами, обостряются экологические проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды топливоиспользующими установками, особенно при увеличении масштабов потребления низкосортного твердого топлива. В связи с указанными проблемами становится все более необходимым использование нетрадиционных энергоресурсов, в первую очередь солнечной, ветровой, геотермальной энергии, наряду с внедрением энергосберегающих технологий.
Имеются довольно широкие возможности применения солнечных установок для индивидуальных потребителей, особенно в сельской местности. Расширение масштабов применения солнечных установок не только даст значительную экономию энергоресурсов, но и позволит смягчить экологическую ситуацию.
- В настоящее время солнечную энергию экономически целесообразно использовать для горячего водоснабжения сезонных потребителей типа спортивно-оздоровительных учреждений, баз отдыха, пионерлагерей, дачных поселков, а также для обогрева открытых и закрытых плавательных бассейнов, спортивных сооружений, душевых. Конкурентоспособны по сравнению с традиционными установками гелиосушилки для сена, лесоматериалов и сельскохозяйственных продуктов. В сухом жарком климате Средней Азии рационально использовать установки для охлаждения зданий и сооружений, сельскохозяйственных объектов, птичников, хранения скоропортящихся продуктов, медицинских препаратов и т. п.
В сфере сельскохозяйственного производства применение недорогих воздушных коллекторов солнечной энергии поможет решить проблему отопления животноводческих ферм. Также ^целесообразно интенсифицировать работы по использованию солнечной энергии для отопления теплиц. Подогрев воды на фермах позволит улучшить условия труда и содержания животных. Солнечные установки отопления требуют значительных капиталовложений, которые обычно не окупаются за предполагаемый срок службы установок в 20 лег в районах, лежащих севернее 45° с. ш. Однако даже в холодном климате скандинавских стран — Швеции и Финляндии — реализованы крупномасштабные демонстрационные проекты солнечных систем теплоснабжения с применением тепловых насосов и сезонных аккумуляторов теплоты, позволяющих покрывать практически вск> нагрузку отопления за счет солнечной энергии. Особенностью этих систем является аккумулирование теплоты солнечной радиации, поступающей в летний период, в больших подземных резервуарах или шахтные выработках и использование этой теплоты, а также энергии окружающей среды (грунта, грунтовых вод и т. п.) для отопления зданий в зимний период. Эти системы пока экономически нерентабельны, так как требуют больших капиталовложений. В перспективе, по мере роста цен на топливо и снижения стоимости гелиосистем и их элементов, особенно сезонного аккумулятора теплоты, появится возможность создания централизованных систем солнечного теплоснабжения с незначительным потреблением электрической и тепловой энергии.
В районах с годовым приходом солнечной радиации не менее 1200кВт-ч/м2 при эффективном использовании этой энергии можно будет обеспечить до 25 % теплопотребления в системах отопления, до 50 % —в системах горячего водоснабжения и-до 75% — в системах кондиционирования воздуха. Благодаря этому существенно снизится расход органического топлива и загрязнение воздушного бассейна вредными газовыми выбросами, содержащими оксиды азота и серы. Если перевести на солнечное теплоснабжение 10 % потребителей сельских районов, расположенных южнее 60° с. ш., мож - #
Но экономить 1,7 млн. т условного топлива в год[1], а прогнозируемая экономия топлива в стране в 2000 г. достигнет 20—30 млн. т условного топлива. Применение солнечных установок не только замещает дефицитное топливо, но и предотвращает загрязнение окружающей среды вредными выбросами топливоиспользующих установок. В удаленных от источников энергоснабжения районах использование солнечной энергии (наряду с энергией ветра) является практически единственной альтернативой и позволяет значительно улучшить условия жизни населения.
Для расширения масштабов использования экологически чистой солнечной энергии в народном хозяйстве страны в ближайшие 20—30 лет необходимо организовать производство высокоэффективного гелиотехнического оборудования различного назначения. Наиболее про - ( сты в конструктивном отношении солнечные водонагревательные системы, имеющие годовой КПД 30—50 %. Повышение эффективности гелиосистем отопления и охлаждения зданий связано с применением более совершенного гелиотехнического оборудования в сочетании с оптимальными архитектурно-теплотехническими решениями, направленными на сокращение тепловых потерь и соответствующее снижение потребности в энергии, а также на использование конструкции самого здания для улавливания солнечной энергии.
Основная проблема в использовании солнечной энергии для отопления индивидуальных домов в нашей стране — отсутствие массового производства солнечных коллекторов, аккумуляторов солнечной энергии и другого оборудования. Ключевой вопрос — разработка, оптимизация, конструирование и производство гелиоустановок, имеющих высокую эффективность при допустимых ка - питалозатратах.
В сельской местности уже сейчас и в ближайшей перспективе можно использовать солнечную энергию для нагрева воды и отопления жилых и производственных помещений, сушки сельскохозяйственной продукции, выращивания овощей, цветов, рассады, опреснения воды и 'получения умеренного холода. Хотя нет сомнений в том, что наиболее эффективные в энергетическом и экономическом отношении установки могут быть получены лишь
В условиях крупномасштабного серийного производства с использованием современных технологий, тем не менее кооператоры и «индивидуалы» могут внести достойный вклад в решение проблемы использования солнечной энергии.
В 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XVIII в. ведущий французский химик А. Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650 °С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины. В 1866 г. француз А. Му - шо построил в Алжире несколько крупных солнечных концентраторов и использовал их для дистилляции воды и привода насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут. В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с пароболоцилиндрическим концентратором размером 4,8X3,3 м. Тогда же француз А. Пифф построил паровой двигатель мощностью 500 Вт с концентратором площадью около ; 10 м2, который приводил в действие печатный станок в типографии, где издавалась газета «Ле Солей» («Солнце»),
Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш. А. Тельером. Он имел площадь 20 м2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке. В 1885 г. была предложена схема солнечной установки с плоским коллектором для подачи воды, причем он был смонтирован на крыше пристройки к дому.
Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника.
Английский изобретатель А. Г. Инеас построил в штате Аризона (США) большие солнечные концентраторы для производства водяного пара давлением 10 бар, использовавшегося для перекачки воды с расходом до 320 м3/ч. Концентратор параболической формы имел диаметр 10,2 м в верхней части и 4,5 м внизу, 1788 зер
Кал направляли лучи на котел, расположенный в фокусе концентратора.
В 1890 г. проф. В. К. Церасский в Москве осуществил процес плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000 °С.
В зарубежной и, отечественной литературе отсутствуют практические пособия по конструированию, изготовлению и монтажу солнечных установок коммунальнобытового и сельскохозяйственного назначения небольшой мощности непосредственно на приусадебных участках. Данная книга должна восполнить пробел и помочь заинтересованным лицам построить простую гелиоустановку самостоятельно.
В книге даны общая картина и перспективы использования солнечной энергии в СССР и за рубежом, описаны конструктивные особенности, методы расчета, изготовления и монтажа солнечных установок для индивидуальных потребителей и сельского хозяйства. В ней читатель найдет ответы на вопросы о том, как работают солнечные установки различного назначения, для каких целей наиболее целесообразно использовать солнечные установки в настоящее время и в ближайшей перспективе, как самим изготовить солнечные установки и т. п.
Автор с благодарностью примет все замечания по книге, которые просит направлять в издательство по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, Энер - гоатомиздат.
Автор