Использование солнечной энергии для обогрева дома

В нашей солнечной системе есть всего одна звезда. В диаметре она составляет 696 тысяч километров, и имеет практически идеальную сферу. Звезда в нашей солнечной системе больше земли в 330 000 раз больше по массе и в 1300000 раз крупнее относительно объема. Несмотря на то, что солнце называют желтым карликом, энергия, вырабатываемая ею за одну минуту больше, чем все человечество использовало за всю его историю.

Использовать энергию солнца люди стали практически одновременно с его сознательной историей. Вспомним подтвержденный миф про Архимедовы зеркала, которые подожгли римские корабли. Эксперименты с солнечной энергией показали, что недооценивать силу солнца не стоит.

Основные способы преобразования солнечного излучения давно известны, это:

Солнечная энергия для тепла в вашем доме

Солнечная энергия для тепла в вашем доме

  • преобразование солнечной энергии в тепловую;
  • преобразование солнечной энергии в электрическую.

Теперь же светлые умы человечества бьются над тем как ее максимально эффективно использовать и получать.

Разновидности использования солнечной энергии

Лучи света – это, по своей сути, даровая энергия, тогда почему ее использование не поставлено на поток?

Для того чтобы разобраться в этом, рассмотрим трудности с которыми придется столкнуться при использовании солнечной энергии в том или ином виде.

Самым распространенным видом преобразования энергии солнца является использование кремниевых пластин для превращения ее в электрический ток.

Впервые масштабно это применилось в бухгалтерских калькуляторах. Они подзаряжали небольшую аккумуляторную батарею, которой хватало для работы портативной ЭВМ.

Кремниевые пластины работают по принципу П-Н перехода.

Кремниевые пластины

Кремниевые пластины

Не вдаваясь в подробности физических процессов, опишем лишь, что солнечные лучи катализируют процесс перехода заряженных электронов между слоями и тем самым возникает электрический ток.

По причине низкой эффективности таких солнечных элементов и дороговизны сопутствующих микропроцессорных устройств, данный вид получения энергии не получил широкого распространения. Доля солнечной энергетики менее 10 процентов.

Вторым методом получения энергии является прямое получение солнечного тепла. Устройство, которое непосредственно отвечает за процесс преобразования и аккумулирования тепла, называется солнечным коллектором. Коллекторы конструктивно намного проще и дешевле электрической энергии, но сохраняют тепло намного сложнее нежели электрическую энергию.

Процесс нагрева теплоносителя до нужной температуры происходит за счет специальных трубок-радиаторов. По своей сути он схож с обычным тепловым радиатором в квартире, но только он работает наоборот.

Принцип работы солнечного коллектора

Различают два типа солнечного коллектора, и принадлежность их к тому или иному типу зависит от применяемого теплоносителя.

Первый вид использует в качестве рабочей материи воздух. Нагреваясь на солнце, решетки нагревают холодный воздух, который поступает снизу через специальный патрубок. Нагреваясь, воздух расширяется и поднимается выше.

Пройдя сквозь весь коллектор, выходит нагретым до заданной температуры через верхний патрубок. Далее циркулируя по комнате, охлаждается и опускается на уровень пола. В нижнем слое он снова попадает в коллектор, и цикл замыкается.

Солнечная энергия

Солнечная энергия

Данный вид не получил большого распространения, по нескольким причинам:

  • малый коэффициент полезного действия;
  • эффективно работает только днем;
  • требует больших габаритов коллектора для достижения приемлемой мощности нагрева.

Для того чтобы повысить КПД коллектора, в качестве теплоносителя начали использовать воду. Данный теплоноситель, циркулируя внутри коллектора, нагревается и попадет по трубопроводу в любое место в квартире. Также может применяться для нагрева воды в системе водоснабжения.

Для эффективного и быстрого нагревания, нагревательные пластины коллектора окрашиваются в черный цвет или же специальным полимерным веществом. Окраска должна быть такой, чтобы максимально поглощать солнечные лучи.

Подобным принципом работает летний душ, который многие устанавливают на даче. В качестве коллектора служит бак с водой, окрашенный в черный цвет. В течение дня он нагревается и это дает возможность без особых затрат принять теплый душ.

Устройство воздушного коллектора

Коллектор состоит из каркаса, стального профиля в форме волны и защитного стекла. Корпус воздушного коллектора работающего на энергии солнца изготавливают обычно прямоугольной формы (стандартные размеры составляют два метра в ширину и два метра двадцать сантиметров в длину).
Нагревательные элементы имеют форму волны, так как это позволяет увеличить рабочую площадь, которая поглощает солнечную энергию.

Воздушный коллектор

Воздушный коллектор

К тому же, это дает возможность увеличить длину пути, проходящего воздуха, что дает некоторое увеличение мощности установки. Защитное стекло позволяет уменьшить потери рассеиваемой энергии и отгораживает систему от воздействия внешней среды.

Таким образом, можно подвести итог воздушного обогревателя на солнечной энергии. Конструкция очень простая, если не сказать примитивная, что позволяет вполне спокойно изготовить ее своими руками. В качестве корпуса подойдет старая люстра с трубчатыми люминесцентными лампами. Из нее удаляется все лишнее.

Понадобиться только стальной корпус. Далее герметизируем все технологические отверстия, утепляем. Окрашиваем в матовый черный цвет.

Изготовить поглотитель солнечных лучей можно из профильного листа с большой волной или из сэндвич-панели с предварительно удаленным утеплителем. Стекло клеится при помощи силиконового клея. В нижнюю и верхнюю части корпуса устанавливаются патрубки для подвода холодного и отвода теплого воздуха.

Устройство водяного коллектора

Конструктивно водяной коллектор похож на воздушный солнечный обогреватель, за исключением того, что теплоприемник изготавливается из специальных труб с ребрами жесткости, которые увеличивают площадь принимаемого тела.

Водяной коллектор

Водяной коллектор

Такой коллектор изготовить намного сложнее. Рассмотрим в разрезе солнечный коллектор, который изготавливается в промышленном варианте. Состоит он из четырех основных частей:

  • кофр – в нем находятся все элементы нагревателя (корпус устройства);
  • абсорбер — элемент, принимающий тепловою энергию солнца, и передающий его теплоносителю;
  • теплоизолирующий слой – предотвращает, потери накопленной тепловой энергии;
  • теплоноситель.

Такое устройство имеет хорошие технические характеристики, при размере кофра два на два метра, он способен за 15 минут нагреть три литра теплоносителя до температуры в 100-150 градусов. Это означает, что на выходе будет насыщенный пар. Впечатляет, не правда ли?

Такая эффективность достигается за счет нанесения на абсорбер специального вещества, называемого у специалистов селективным покрытием. Оно имеет синеватый оттенок, хотя казалось бы, должна быть черного цвета. У черного цвета есть свой предел поглощения. В отличие от краски такое покрытие имеет коэффициент поглощения близкий к максимальному значению, то есть 95%.

Область применения плоских коллекторов

Устанавливают такие устройства на крыши частных домов. Этим достигается максимальная экономия места, и устройство ничто не затеняет. Защитный кофр надежно защищает от осадков, внутренние узлы устройства такой конвектор используется для отопления внутреннего пространства жилых помещений, а также для нагрева горячего водоснабжения. Устанавливать можно несколько таких устройств соединенных параллельно, что увеличивает приведенную мощность.

Плоский коллектор

Плоский коллектор

Несмотря на такие достоинства, как полная энергетическая независимость и использования бесплатного возобновляемого вида энергии, у него есть серьезные недостатки. Самым главным из них является полная зависимость от интенсивности солнечного излучения. Если погода пасмурная, что часто бывает в зимнее время, то тепла ждать не стоит, такой же эффект будет и в ночное время суток.

На параметр мощности влияет и широта использования устройства. Солнце имеет свойство на разных широтах иметь различные углы освещения, чем ниже от горизонта оно находится, тем менее интенсивно оно светит.

Тем не менее, данный вид возобновляемой энергии является одним из перспективных, так как ветровая энергетика крайне наукоемкая, а использование энергии отливов имеет узкую специализацию.

You may also like...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.