ПЛОСКИЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР КАК ИСТОЧНИК ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

Огромной проблемой в области энергетики Республики Беларусь является государственное регулирование тарифов. В электроэнергетике около 90% затрат приходится на природный газ. Однако тарифы на газ зачастую растут более высокими темпами, чем тарифы на электроэнергию. В связи с этим, основной задачей в области энергетики является эффективное использование энергоресурсов.

Всех потребителей электрической энергии народного хозяйства можно классифицировать следующим образом: 1) промышленные предприятия (45-60 %); 2) жилые и общественные здания, коммунально-бытовые организация и учреждения (25-35 %); 3) сельскохозяйственное производство (10-15 %); 4) электрифицированный транспорт (2-5 %).

Основными потребителями электроэнергии в Республике Беларусь являются промышленные предприятия и объекты коммунально-бытового сектора, а основной целью энергетической политики РБ является поиск путей и формирование механизмов надежного и эффективного энергообеспечения всех отраслей экономики и населения, способствующих достижению стандартов уровня и качества жизни населения высокоразвитых европейских государств, при сохранении экономически безопасной среды.

Согласно вышеизложенному в данной статье предлагается система отопления загородного дома с помощью солнечного плоского коллектора.

Солнечный коллектор представляет устройство  сбора тепловой энергии солнца для последующего нагрева воды, в отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество. Устройство солнечного коллектора представлено на рисунке 1[1]. Солнечный коллектор состоит из металлической рамы, на которой закреплены: металлический корпус; защитное стекло; пластина-приемник тепла; утеплитель; змеевик из медной трубки; патрубок холодной воды; патрубок горячей воды.

 Солнечный коллектор обычно применяют для нужд горячего водоснабжения и отопления помещений. Солнечные коллекторы способны нагреть воду при отсутствии забора тепла (застое) до 190—210°C, что позволяет отопить помещение большой площади.  Коллектор обладает такими преимуществами как: высокая производительность летом; отличное соотношение цены к производительности в теплое время; возможность установки под любым углом; способность очищаться от снега и инея.

Как и любое устройство, плоский солнечный коллектор имеет свои недостатки, такие как: 1. Высокие теплопотери; 2. Низкая производительность в холодное время года; 3. Высокая парусность; 4. Сложность монтажа [8].

Рисунок 1.Устройство солнечного коллектора

Принцип работы заключается в том, что солнечные лучи почти полностью проходят через верхнее защитное стекло, тем самым нагревая теплопоглотитель, который в свою очередь нагревает теплообменные трубки, а от них тепло передается циркулирующему по ним теплоносителю. За счет герметичности конструкции тепло практически не излучается наружу.

Коллекторы такого типа обычно выставляются на крышах зданий либо на открытой местности для большей эффективности системы. Для большего сбора тепла солнечные коллекторы нужно располагать под углом в  по отношению к падающим лучам света, как представлено на рисунке 2 [7].

Рисунок 2. Расположение солнечного коллектора

На базе вышеизложенной информации предлагаю систему отопления дома с 2 жилыми комнатами, санузлом, кухней, котельной и коридором, построенного из кирпича и утеплённого пенопластом, с помощью плоского солнечного коллектора (рис. 3).

Рисунок 3. План дома

Объем жилого помещения составляет , что позволяет нам найти количество тепловой мощности для обогрева этого помещения. Чтобы узнать точное количество тепловой мощности, будем рассматривать каждую комнату отдельно. Для обогрева  такого помещения необходимо  тепловой мощности. Стеклопакеты уменьшат потери тепла на 15%.Если комната угловая, то теплопотери будут на 20% больше, а если нет - то на 10% [6].

Тогда количество тепла для одной комнаты будет равно (1):

                                         (1)

где: мощность;

площадь n-ой комнаты;

высота комнаты;

мощность, затраченная на обогрев 1 ;

коэффициент теплопотерь за счет наличия стеклопакетов;

коэффициент теплопотерь в зависимости от количества внешних стен.

Следовательно, расход мощности для данного дома составит (2):

(2)

Полученная цифра – это то количество мощности, которое должен отдать радиатор при охлаждении с температурой нагрева до комнатной. Для надежности увеличим данную цифру на 20% и получим .

Возьмем одну из самых простых и универсальных схем подключения плоского солнечного коллектора к отопительной системе дома, представленную на рисунке 4 [4].

Рисунок 4. Схема подключение плоского солнечного коллектора

Данная система состоит из: 1.Солнечного коллектора; 2.Контроллера; 3.Бака накопительного; 4.Циркуляционного узла; 5.Воздухоотводчика; 6.Термометра Т1 (в солнечный коллектор); 7.Сливного – заливного крана; 8.Термометра Т2 (температура в баке); 9.Термометра Т3 (перегрева).

Преимущество этой схемы в том, что мы можем контролировать температуру воды, которая поступает в бак, и при недостаточной температуре  воды можем в баке довести воду до нужной нам температуры.

Одним из важных компонентов данного проекта является плоский солнечный коллектор. При выборе данного устройства нужно опираться на следующие характеристики:

• Мощность солнечного коллектора – максимальная мощность коллектора определяется как произведение коэффициента полезного действия η₀ и максимального значения падающего излучения 1 000 Вт/м²;
• Коэффициент полезного действия солнечного коллектора – это доля солнечного излучения, попадающая на площадь коллектора, которая преобразуется в полезную тепловую энергию;
• Производительность солнечного коллектора – производительность коллектора определяется как произведение средней ожидаемой мощности (кВт) на соответствующую единицу времени (час). Полученное значение в кВт · ч относят к квадратному метру площади коллектора или площади апертуры  и получают значение в кВт·ч/м². Это значение, отнесенное к количеству дней, важно для определения параметров бака-аккумулятора солнечной системы;
• Температура стагнации – если отбор теплоты от коллектора прекращается (теплоноситель не циркулирует, насос не работает), то коллектор нагревается до так называемой температуры стагнации.

Проанализировав различные модели солнечных коллекторов, наиболее подходящий (цена-качество) для этого проекта является Ураган-700, разработанный  Российскими специалистами, соответствующий ГОСТ 28310-89 и изготавливаемый в России. Ураган-700 имеет запатентованную конструкцию тепловоспринимающей панели абсорбера (патент 2014116565/06). Водонагреватель Ураган-700 самый недорогой в производственной линейке солнечных коллекторов, имеет размеры 2000 х 1000 х 80мм, максимальную лобовую мощность 1170Вт,обладает дневной летней тепловой выработкой 7 кВт/часа [4].

Для данного проекта наиболее подходящими являются следующие компоненты: 1.Солнечный коллектор (Ураган-700,1 шт., цена 454$); 2.Контроллер (SR 868C8Q, цена 115$); 3.Бак накопительный(AquasticAQPT 750, цена 560$); 4.Циркуляционный узел(PROFLineXF 15189, цена 197$); 5.Воздухоотводчик (цена 20$); 6.Термометр Т1 (в солнечный коллектор, цена 35$); 7.Сливной – заливной кран (цена 10$); 8.Термометр Т2 (температура в баке, цена 35$); 9.Термометр Т3 (перегрева, цена 35$); 10.Радиатор алюминиевый (Armatura G350F/10, 8 шт., цена 296$); 11.Коллектор (Salus SRТZTP-2, цена 47$); 12.Трубы (п/п STABIPLUSS3,2 (STRS020P20E), цена за 38,2 м=68,76$).

Таким образом, общая стоимость всех комплектующих для данного проекта составит 1872,76$ [4,5], что является весьма недорогим для комфортной жизни в загородном доме.

Выводы:

1. Реализация данного проекта обеспечивает снижение затрат на ТЭР;

2. При реализации данного проекта, достигается и положительный экологический эффект.

Список литературы:

1. Как сделать солнечный коллектор [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://cotlix.com/kak-sdelat-solnechnyj-kollektor. – Дата доступа: 19.02.2017.
2. Кропочева Л. В. Основные показатели по использованию электрической энергии: пособие/ Л.В. Кропочева, Е.С. Астрашевская. – Гродно: ГрГУ им. Я. Купалы, 2016. – 55 с.
3. Кропочева Л. В. Принципы формирования энергосистемы и перспективы её развития: пособие /Л.В. Кропочева, В.Н. Комар, Е.А. Иванова.– Гродно: ГрГУ им. Я. Купалы, 2015. – 39 с.
4. Плоские Солнечные Коллекторы [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://www.teplodarom.com/site.xp/049055052.html. – Дата доступа: 08.02.2017.
5. Распределительные коллекторы PROFLine[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://euroterm.by/catalog/kollektora/profline_kolektora. – Дата доступа: 15.02.2017.
6. Расчет количества радиаторов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:// s-ka.by/articleview/214.html. – Дата доступа: 02.02.2017.
7. Солнечные коллекторы для отопления: какойлучше[Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://teplowood.ru/solnechnye-kollektory-dlya-otopleniya.html. – Дата доступа: 16.02.2017.
8. Солнечный Коллектор[Электронный ресурс]. – Режим доступа:https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечный_коллектор. – Дата доступа: 12.02.2017.