Применение солнечной энергии

ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ. КОЛЛЕКТОРА

Измерения, проведенные Хейвудом [19], показали, что в Великобритании на широте 51°31' ориентированная на юг поверхность, установленная под углом 40° к гори­зонту, будет в среднем получать в день 9,2 МДж/м2, или примерно 2,56 кВт-ч/м2 солнечной энергии. (Подробные данные для других углов наклона в разное время года приведены в гл. 2.) Изменение на несколько градусов наклона или ориентации коллектора оказывает очень малое влияние, и это значение может быть положено в основу оценок среднего количества полезного тепла, ко­торое может быть получено системой нагрева воды для бытовых целей. Лабораторные испытания дают значения 178

КПД коллектора, намного превышающие 60% при уме­ренной разности температур; однако с учетом большей протяженности соединительных трубопроводов в практи­ческих установках, прерывистого характера поступления солнечной радиации в течение дня и графика потребле­ния горячей воды реальными в условиях Великобрита­нии являются значения в диапазоне от 30 до 40%. Это означает, что в целом за год на 1 м2 коллектора может быть получено 280—376 кВт-ч энергии. Значение 280 кВт-ч было подтверждено серией опытов, проведен­ных с сентября 1973 г. по август 1974 г. [20], хотя эта цифра и была признана заниженной в связи с неблаго­приятными погодными условиями и плохой теплоизоля­цией бака-аккумулятора. Совершенно независимо науч­но-исследовательская строительная организация предло­жила принять значения 324 и 350 кВт-ч/м2 для устано­вок с площадью коллекторов соответственно 6 и 4 м2 [21, 22]. Имеется одна важная особенность, которую не­обходимо учитывать, принимая реальные значения обще­го КПД в диапазоне от 30 до 40% • Любое увеличение площади коллектора выше 6 м2 не приведет к пропор­циональному увеличению общего количества используе­мого тепла. Если бы такая пропорциональность имела место, то коллектор с площадью около 12 м2 обеспечи­вал бы горячей водой среднюю семью на протяжении всего года. Но это невозможно из-за очень низкого уровня солнечного излучения в зимнее время. По дан­ным Хейвуда средний дневной приход солнечной радиа­ции в период с 16 октября по 26 февраля составляет

1,5 кВт-ч/м2, а для большинства дней декабря и янва­ря эта величина в лучшем случае достигает половины указанного значения. Таким образом, чтобы попытаться удовлетворить в середине зимы среднесуточную потреб­ность в энергии (около 10 кВт-ч), необходим коллектор с площадью примерно 50 м2, но даже такая площадь бу­дет, вероятно, недостаточна, поскольку на практике име­ется еще один лимитирующий фактор. Он заключается в том, что для всех плоских коллекторов существует не­который предельный уровень солнечной радиации, ниже которого они вообще не могут работать. Поэтому лучше всего принять значение между 280 и 375 кВт-ч/м2, хотя конкретные установки в определенных районах страны могут иметь значительно более высокую теплопроизво - Дительность. Приняв цифру в 3£4 кВт-ч/м2, получим

значения годовой экономии для коллекторов площадью 4, 5 и 6 м2, приведенные в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Для практических установок затраты на материалы (в ценах 1976 г.) без учета трудозатрат не должны пре­вышать 30 фунт. ст. на 1 м2 площади коллектора; при этом период окупаемости составит около 5 лет за счет сэкономленной энергии при ее стоимости 0,02 фунт. ст. за 1 кВт-ч.

Исключением из правила, что площадь коллектора должна составлять 4—6 м2, явилась установка с пло­щадью 8 м2, получившая приз на конкурсе Ассоциации развития медной промышленности в 1975 г. [23]. Впоследствии автор этой конструкции отметил, что, по его мнению, совершенно неправильно разрабатывать си­стему заниженной мощности [24].

Для абсолютного большинства солнечных водона­гревательных установок бытового назначения емкость ак­кумулятора составляет приблизительно 50 л на каждый квадратный метр площади коллектора. Впервые это стандартное значение было предложено Хейвудом.