Читать книгу Основы энергосбережения. Конспект лекций - Р. Р. Байтасов - Страница 8

Наиболее простым способом использования солнечной энергии для бытовых и промышленных нужд является её преобразование в тепловую энергию.

Простейшим накопителем энергии в форме теплоты является ёмкость, заполненная водой. Если ёмкость не изолирована и открыта – эффективность аккумулирования теплоты наименьшая, если закрыта и установлена на теплоизолирующей площадке – эффективность будет выше.

Тепловая гелиоустановка включает в себя: приёмник, в котором происходит поглощение и преобразование солнечного излучения в тепловую энергию; передающее устройство с теплоносителем; теплоаккумулятор и другие элементы. В качестве приёмника используют коллекторы различных типов и конструкций.

Плоский гелиоколлектор. В основе его функционирования лежит парниковый эффект, суть которого заключается в следующем. Солнечное излучение попадает в теплоизолированный через прозрачное для солнечного излучения покрытие и нагревает поглотитель (нагреваемое тело) с циркулирующим внутри его теплоносителем.

Нагретый поглотитель, имеющий большую площадь, должен также отдавать энергию в виде инфракрасного излучения обратно через стекло. Однако этого не происходит благодаря тому, что прозрачное для коротковолнового солнечного излучения покрытие не пропускает инфракрасное излучение с большой длиной волны, которое исходит от поглотителя. Отбор тепловой энергии обеспечивается за счёт постоянной циркуляции теплоносителя (охлаждённого на входе и нагретого с выхода). Плоские коллекторы предпочтительны при нагреве теплоносителя до температуры не выше 100˚С, а эффективность их работы зависит от светопропускающих и теплоизолирующих свойств покрытия, а также поглощающих свойств нагреваемого тела.

Концентрирующие коллекторы (концентраторы) используют в случаях, когда возможные приложения тепловых гелиоустановок требуют более высоких, чем 100˚С, температур. Концентрирующие коллекторы включают в свой состав приёмник (поглотитель) солнечного излучения и концентратор. Конструктивно концентратор выполняется в виде фокусирующей оптической системы. Функционально концентратор обеспечивает сбор солнечного излучения с большой площади и его концентрацию на приёмнике с небольшой площадью поверхности. Чаще всего он представляет собой зеркало параболической формы, в фокусе которого располагается приёмник солнечного излучения.

Концентратор может быть также выполнен в виде системы плоских зеркал, каждое из которых направляет солнечное излучение на один приёмник в виде линзы и др. При использовании таких коллекторов в приёмнике достигается температура до нескольких сотен или даже тысяч градусов по Цельсию.

Объёмные коллекторы используют для нагрева с помощью солнечного излучения больших объёмов воздуха, воды, почвы, строительных конструкций и других поглотителей тепла. Простейшим примером объёмного коллектора может служить плёночная или застеклённая теплица, расположенная с южной стороны здания.

Тепловая гелиоустановка с плоским коллектором для обеспечения более надёжного теплоснабжения должна оборудоваться тепловым аккумулятором. Для обеспечения циркуляции теплоносителя используется насос. Однако если бак-аккумулятор расположить выше гелиоколлектора, то прокачка теплоносителя может осуществляться за счёт естественной циркуляции.

Для условий Беларуси при использовании воды в качестве теплоаккумулирующей массы ёмкость бака-аккумулятора выбирается в пределах 50…100 литров на 1 м² поверхности гелиоколлектора. Использование современных материалов позволяет создавать гелиоустановки без передающего и аккумулирующего устройств, функцию которых выполняет надёжно изолированный коллектор.