Sistem pemanas surya. Elemen dasar dan diagram skema sistem pemanas surya

Elemen utama dari sistem suplai panas aktif adalah kolektor surya (SC). sistem suhu rendah pasokan panas (hingga 100 °C), digunakan untuk mengubah energi matahari menjadi panas tingkat rendah untuk pasokan air panas, pemanasan dan proses termal lainnya, menggunakan apa yang disebut kolektor datar, yang merupakan penyerap matahari tempat pendingin bersirkulasi; Strukturnya diisolasi secara termal di bagian belakang dan dilapisi kaca di bagian depan.

Dalam sistem pasokan panas suhu tinggi (di atas 100 °C), kolektor surya suhu tinggi digunakan. Saat ini, yang paling efektif dianggap sebagai kolektor surya konsentrasi Luza, yang merupakan palung parabola dengan tabung hitam di tengahnya, tempat radiasi matahari terkonsentrasi. Kolektor seperti ini sangat efektif bila diperlukan untuk menciptakan kondisi suhu di atas 100 °C untuk industri atau untuk produksi uap di industri tenaga listrik. Mereka digunakan di beberapa pembangkit listrik tenaga panas matahari di California; untuk Eropa utara, sistem ini tidak cukup efisien, karena tidak dapat menggunakan radiasi matahari yang menyebar.

Pengalaman dunia. Di Australia, cairan di bawah 100°C mengkonsumsi sekitar 20% dari total konsumsi energi. Telah ditetapkan bahwa untuk menyediakan air hangat ke 80% bangunan perumahan pedesaan per orang, diperlukan permukaan kolektor surya seluas 2...3 m2 dan tangki air dengan kapasitas 100...150 liter. Instalasi dengan luas 25 m2 dan ketel air 1000...1500 liter, menyediakan air hangat untuk 12 orang, banyak diminati.

Di penduduk Inggris Raya daerah pedesaan 40...50% memenuhi kebutuhan energi panas melalui penggunaan radiasi matahari.

Di Jerman, di stasiun penelitian dekat Düsseldorf, instalasi pemanas air tenaga surya aktif (luas kolektor 65 m2) diuji, yang memungkinkan penerimaan rata-rata 60% panas yang dibutuhkan per tahun, dan di musim panas 80...90% . Di Jerman, sebuah keluarga yang terdiri dari 4 orang dapat menyediakan pemanas sepenuhnya jika mereka memiliki atap energi dengan luas 6...9 m2.

Energi panas matahari paling banyak digunakan untuk memanaskan rumah kaca dan menciptakan iklim buatan di dalamnya; Beberapa metode penggunaan energi matahari dalam arah ini telah diuji di Swiss.

Di Jerman (Hannover) di Institut Teknologi, Hortikultura dan Pertanian, kemungkinan menggunakan pengumpul tenaga surya yang ditempatkan di sebelah rumah kaca atau dibangun di dalam strukturnya, serta rumah kaca itu sendiri sebagai pengumpul tenaga surya menggunakan cairan berwarna yang melewati ganda pelapisan rumah kaca dan radiasi matahari yang dipanaskan Hasil penelitian menunjukkan bahwa di kondisi iklim Di Jerman, pemanasan yang hanya menggunakan energi matahari sepanjang tahun tidak sepenuhnya memenuhi kebutuhan pemanasan. Kolektor surya modern dalam kondisi Jerman dapat memenuhi kebutuhan pertanian akan air hangat di musim panas sebesar 90%, di musim dingin sebesar 29...30% dan di masa transisi - sebesar 55...60%.

Sistem pemanas tenaga surya aktif paling umum di Israel, Spanyol, Taiwan, Meksiko, dan Kanada. Di Australia saja, lebih dari 400.000 rumah memiliki pemanas air tenaga surya. Di Israel, lebih dari 70% rumah keluarga tunggal (sekitar 900.000) dilengkapi dengan pemanas air tenaga surya dengan pengumpul tenaga surya. dengan luas total 2,5 juta m2, yang memberikan kemungkinan penghematan bahan bakar tahunan sekitar 0,5 juta kaki.

Peningkatan konstruktif SC datar terjadi dalam dua arah:

• mencari bahan struktur nonlogam baru;
• peningkatan karakteristik optik-termal dari rakitan elemen penyerap-transparan yang paling penting.

Di Uni Soviet, ada beberapa sekolah ilmiah dan teknik pemanasan matahari: Moskow (ENIN, IVTAN, MPEI, dll.), Kiev (KievZNIIEPIO, Institut Teknik Sipil Kiev, Institut Termofisika Teknis, dll.), Tashkent (Fisik-Teknis Institut Akademi Ilmu Pengetahuan UzSSR, TashZNIIEP), Ashgabat (Institut Energi Matahari dari Akademi Ilmu Pengetahuan TSSR), Tbilisi (“Spetsgelioteplomontazh”). Pada 1990-an, spesialis dari Krasnodar, kompleks pertahanan (kota Reutov, Wilayah Moskow dan Kovrov), Institut Teknologi Kelautan (Vladivostok), dan Rostovteploelektroproekt bergabung dalam pekerjaan ini. sekolah asli instalasi surya dibuat di Ulan-Ud oleh G.P. Kasatkin.

Panas matahari adalah salah satu teknologi konversi energi matahari yang paling maju di dunia untuk pemanasan, air panas, dan pendinginan. Pada tahun 2016, total kapasitas sistem panas matahari di dunia adalah 435,9 GW (622,7 juta m²). Di Rusia, pemanas tenaga surya belum banyak digunakan secara praktis, hal ini terutama disebabkan oleh tarif listrik dan pemanas yang relatif rendah. Pada tahun yang sama, menurut data ahli, hanya sekitar 25 ribu m² pembangkit listrik tenaga surya yang beroperasi di negara kita. Pada Gambar. 1 menunjukkan foto pembangkit listrik tenaga surya terbesar di Rusia di kota Narimanov, wilayah Astrakhan, dengan luas 4.400 m².

Mempertimbangkan tren global dalam pengembangan energi terbarukan, pengembangan pemanas tenaga surya di Rusia memerlukan pemahaman tentang pengalaman domestik. Menarik untuk dicatat bahwa isu-isu penggunaan praktis energi surya di Uni Soviet di tingkat negara bagian dibahas pada tahun 1949 pada Pertemuan All-Union Pertama tentang Teknik Surya di Moskow. Perhatian khusus dibayarkan ke sistem aktif dan pasif pemanasan matahari bangunan.

Proyek sistem aktif dikembangkan dan dilaksanakan pada tahun 1920 oleh fisikawan V. A. Mikhelson. Pada tahun 1930-an, sistem pemanas surya pasif dikembangkan oleh salah satu penggagas teknologi surya - arsitek-insinyur Boris Konstantinovich Bodashko (kota Leningrad). Pada tahun yang sama, Doktor Ilmu Teknik, Profesor Boris Petrovich Weinberg (Leningrad) melakukan penelitian tentang sumber daya energi surya di Uni Soviet dan mengembangkan landasan teori untuk pembangunan pembangkit listrik tenaga surya.

Pada tahun 1930-1932, K. G. Trofimov (kota Tashkent) mengembangkan dan menguji pemanas udara tenaga surya dengan suhu pemanasan hingga 225 °C. Salah satu pemimpin dalam pengembangan kolektor surya dan instalasi pasokan air panas tenaga surya (DHW) adalah Ph.D. Boris Valentinovich Petukhov. Dalam bukunya “Tubular Type Solar Water Heaters”, yang diterbitkan olehnya pada tahun 1949, ia memperkuat kelayakan pengembangan dan solusi desain utama kolektor surya pelat datar (SC). Berdasarkan pengalaman sepuluh tahun (1938-1949) dalam pembangunan instalasi tenaga surya untuk sistem pasokan air panas, ia mengembangkan metodologi untuk desain, konstruksi, dan pengoperasiannya. Jadi, pada paruh pertama abad terakhir, penelitian telah dilakukan di negara kita pada semua jenis sistem pemanas tenaga surya, termasuk potensi dan metode perhitungannya. radiasi sinar matahari, kolektor surya cair dan udara, instalasi surya untuk sistem pasokan air panas, sistem pemanas surya aktif dan pasif.

Di sebagian besar wilayah, penelitian dan pengembangan Soviet di bidang pemanas matahari menduduki posisi terdepan di dunia. Pada saat yang sama, ia tidak menerima penggunaan praktis yang luas di Uni Soviet dan dikembangkan atas dasar inisiatif. Jadi, Ph.D. B.V. Petukhov mengembangkan dan membangun lusinan instalasi tenaga surya dengan sel surya rancangannya sendiri di pos perbatasan Uni Soviet.

Pada tahun 1980-an, setelah perkembangan luar negeri yang diprakarsai oleh apa yang disebut “krisis energi dunia”, perkembangan dalam negeri di bidang energi energi matahari telah meningkat secara signifikan. Penggagas perkembangan baru adalah Institut Energi yang dinamai demikian. G. M. Krzhizhanovsky di Moskow (ENIN), yang telah mengumpulkan pengalaman di bidang ini sejak 1949.

Ketua Komite Negara untuk Sains dan Teknologi, Akademisi V. A. Kirillin mengunjungi sejumlah pusat ilmiah Eropa yang memulai penelitian dan pengembangan ekstensif di bidang energi terbarukan, dan pada tahun 1975, sesuai dengan instruksinya, Institut Suhu Tinggi Akademi Ilmu Pengetahuan terlibat dalam pekerjaan ke arah ini Uni Soviet di Moskow (sekarang Institut Gabungan Suhu Tinggi, JIHT RAS).

Pada tahun 1980-an di RSFSR, Institut Energi Moskow (MPEI), Institut Teknik Sipil Moskow (MISI) dan Institut Paduan Cahaya All-Union (VILS, Moskow) juga mulai melakukan penelitian di bidang pasokan panas matahari di tahun 1980an.

Pengembangan proyek eksperimental untuk instalasi tenaga surya kekuatan tinggi dilakukan oleh Central Research and Design Institute of Experimental Design (TsNII EPIO, Moskow).

Pusat ilmiah dan teknik terpenting kedua untuk pengembangan pemanas matahari adalah Kyiv (Ukraina). Organisasi terkemuka di Uni Soviet untuk desain pembangkit listrik tenaga surya untuk perumahan dan layanan komunal ditentukan oleh Komite Teknik Sipil Negara Uni Soviet menjadi Institut Penelitian dan Desain Zonal Kiev (KievZNIIEP). Penelitian ke arah ini dilakukan oleh Institut Teknik dan Konstruksi Kiev, Institut Termofisika Teknis dari Akademi Ilmu Pengetahuan Ukraina, Institut Masalah Ilmu Material dari Akademi Ilmu Pengetahuan SSR Ukraina dan Institut Elektrodinamika Kiev.

Pusat ketiga di Uni Soviet adalah kota Tashkent, tempat penelitian dilakukan oleh Institut Fisika-Teknis dari Akademi Ilmu Pengetahuan SSR Uzbekistan dan Institut Pedagogis Negeri Karshi. Pengembangan proyek instalasi tenaga surya dilakukan oleh Tashkent Zonal Research and Design Institute TashZNIIEP. DI DALAM waktu Soviet Pasokan panas matahari dilakukan oleh Institut Energi Matahari dari Akademi Ilmu Pengetahuan SSR Turkmenistan di kota Ashgabat. Di Georgia, penelitian tentang kolektor surya dan instalasi surya dilakukan oleh asosiasi Spetsgelioteplomontazh (Tbilisi) dan Institut Penelitian Energi dan Struktur Hidraulik Georgia.

Pada tahun 1990-an Federasi Rusia Spesialis dari kota Krasnodar, kompleks pertahanan (JSC VPK NPO Mashinostroeniya, Pabrik Mekanik Kovrov), Institut Teknologi Kelautan (Vladivostok), Rostovteploelektroproekt, serta Institut Balneologi Sochi bergabung dalam penelitian dan desain instalasi tenaga surya. Ulasan singkat konsep ilmiah dan perkembangan teknik disajikan dalam karya tersebut.

Di Uni Soviet, organisasi ilmiah terkemuka untuk pasokan panas matahari adalah Energy Institute (ENIN*, Moskow) ( kira-kira. oleh: Kegiatan ENIN di bidang pasokan panas matahari dijelaskan secara lengkap oleh Doktor Ilmu Teknik, Profesor Boris Vladimirovich Tarnizhevsky (1930-2008) dalam artikel “Lingkaran Matahari” dari koleksi “ENIN. Memoar karyawan tertua" (2000).), yang diorganisir pada tahun 1930 dan dipimpin hingga tahun 1950-an oleh pemimpin sektor energi Soviet, teman pribadi VI Lenin, Gleb Maximilianovich Krzhizhanovsky (1872-1959).

Di ENIN, atas prakarsa G. M. Krzhizhanovsky pada tahun 1940-an, sebuah laboratorium teknik surya didirikan, yang dipimpin pertama oleh Doktor Ilmu Teknik, Profesor F. F. Molero, dan kemudian bertahun-tahun yang panjang(sampai 1964) Doktor Ilmu Teknik, Profesor Valentin Alekseevich Baum (1904-1985), yang menggabungkan tugas kepala laboratorium dengan pekerjaan wakil direktur ENIN.

V. A. Baum segera memahami inti permasalahan dan memberikan nasehat penting bagi mahasiswa pascasarjana tentang bagaimana melanjutkan atau menyelesaikan pekerjaannya. Murid-muridnya mengenang seminar laboratorium dengan rasa syukur. Mereka sangat menarik dan berada pada level yang sangat bagus. V. A. Baum adalah seorang ilmuwan yang sangat terpelajar, seorang yang memiliki budaya tinggi, kepekaan dan kebijaksanaan yang tinggi. Dia mempertahankan semua kualitas ini sampai usia tua, menikmati cinta dan rasa hormat dari murid-muridnya. Profesionalisme yang tinggi, pendekatan ilmiah dan kesopanan membedakan orang yang luar biasa ini. Lebih dari 100 disertasi master dan doktoral disiapkan di bawah kepemimpinannya.

Sejak 1956, B.V. Tarnizhevsky (1930-2008) telah menjadi mahasiswa pascasarjana V.A. Baum dan penerus ide-idenya yang layak. Profesionalisme yang tinggi, pendekatan ilmiah dan kesopanan membedakan orang yang luar biasa ini. Penulis artikel ini termasuk di antara puluhan muridnya. BV Tarnizhevsky bekerja di ENIN selama 39 tahun hingga hari-hari terakhir hidupnya. Pada tahun 1962, ia bekerja di Institut Penelitian Sumber Arus Seluruh Rusia, yang berlokasi di Moskow, dan kemudian setelah 13 tahun ia kembali ke ENIN.

Pada tahun 1964, setelah V. A. Baum terpilih sebagai anggota penuh Akademi Ilmu Pengetahuan SSR Turkmenistan, ia berangkat ke Ashgabat, di mana ia mengepalai Institut Fisika-Teknis. Penggantinya sebagai kepala laboratorium teknik surya adalah Yuri Nikolaevich Malevsky (1932-1980). Pada tahun 1970-an, ia mengemukakan gagasan untuk membuat pembangkit listrik tenaga surya eksperimental berkapasitas 5 MW tipe menara dengan siklus konversi termodinamika di Uni Soviet (SES-5, berlokasi di Krimea) dan memimpin tim skala besar yang terdiri dari 15 organisasi untuk pengembangan dan konstruksinya.

Gagasan lain dari Yu.N. Malevsky adalah untuk menciptakan basis eksperimental komprehensif untuk pemanasan dan pendinginan matahari di pantai selatan Krimea, yang pada saat yang sama akan menjadi fasilitas demonstrasi yang cukup besar dan pusat penelitian di daerah ini. Untuk mengatasi masalah ini, B.V. Tarnizhevsky kembali ke ENIN pada tahun 1976. Saat ini laboratorium teknik surya memiliki 70 orang. Pada tahun 1980, setelah kematian Yu.N. Malevsky, laboratorium teknik surya dibagi menjadi laboratorium pembangkit listrik tenaga surya (dipimpin oleh putra V.A.Baum - Doktor Ilmu Teknik Igor Valentinovich Baum, lahir pada tahun 1946) dan laboratorium pasokan panas matahari di bawah kepemimpinan B.V. Tarnizhevsky, yang terlibat dalam pembuatan basis pasokan pemanas dan pendingin Krimea. Sebelum bergabung dengan ENIN, IV Baum mengepalai laboratorium di NPO “Sun” dari Akademi Ilmu Pengetahuan SSR Turkmenistan (1973-1983) di Ashgabat.

Di ENIN IV Baum bertanggung jawab atas laboratorium SES. Pada periode 1983 hingga 1987, ia melakukan banyak hal untuk menciptakan pembangkit listrik tenaga surya termodinamika pertama di Uni Soviet. Pada tahun 1980-an, penelitian mengenai penggunaan sumber energi terbarukan dan, pertama-tama, energi surya mencapai perkembangan terbesarnya di institut tersebut. Pada tahun 1987, pembangunan pangkalan percobaan Krimea di wilayah Alushta selesai. Sebuah laboratorium khusus didirikan di lokasi untuk pengoperasiannya.

Pada tahun 1980-an, laboratorium pemanas tenaga surya berpartisipasi dalam pekerjaan pengenalan kolektor surya ke dalam produksi industri massal, pembuatan instalasi pasokan tenaga surya dan air panas, termasuk yang besar - dengan luas tenaga surya lebih dari 1000 m², dan lainnya. proyek berskala besar.

Seperti yang diingat B.V. Tarnizhevsky, di bidang pasokan panas matahari pada 1980-an, karya Sergei Iosifovich Smirnov sangat diperlukan, yang berpartisipasi dalam pembuatan rumah boiler bahan bakar surya pertama di negara itu untuk salah satu hotel di Simferopol, sejumlah instalasi tenaga surya lainnya, dan dalam pengembangan metode perhitungan untuk merancang instalasi pemanas tenaga surya. S.I. Smirnov adalah tokoh yang sangat menonjol dan populer di institut.

Kecerdasan yang kuat, dipadukan dengan kebaikan dan karakter impulsif, menciptakan pesona unik pria ini. Yu.L.Myshko, B.M.Levinsky dan karyawan lainnya bekerja bersamanya di kelompoknya. Kelompok pengembangan pelapisan selektif, yang dipimpin oleh Galina Aleksandrovna Gukhman, mengembangkan teknologi penerapan pelapisan penyerap selektif secara kimia pada peredam kolektor surya, serta teknologi penerapan pelapisan selektif tahan panas pada penerima tubular radiasi matahari terkonsentrasi. .

Pada awal tahun 1990-an, laboratorium pasokan panas matahari memberikan kepemimpinan ilmiah dan organisasi pada proyek kolektor surya generasi baru, yang merupakan bagian dari program “Energi yang Aman bagi Lingkungan”. Pada tahun 1993-1994, sebagai hasil penelitian dan pengembangan, dimungkinkan untuk membuat desain dan mengatur produksi kolektor surya yang tidak kalah dengan analog asing dalam hal karakteristik termal dan operasional.

Di bawah kepemimpinan B.V. Tarnizhevsky, proyek “Kolektor surya” GOST 28310-89 dikembangkan. Kondisi teknis umum". Untuk mengoptimalkan desain kolektor surya pelat datar (PSC), Boris Vladimirovich mengusulkan kriteria umum: hasil bagi membagi biaya kolektor dengan jumlah energi panas yang dihasilkan selama perkiraan masa pakai.

Dalam beberapa tahun terakhir Uni Soviet, di bawah kepemimpinan Doktor Ilmu Teknik, Profesor B.V. Tarnizhevsky, desain dan teknologi delapan kolektor surya dikembangkan: satu dengan panel penyerap yang terbuat dari baja tahan karat, dua dengan peredam yang terbuat dari paduan aluminium, tiga dengan peredam dan insulasi transparan yang terbuat dari bahan polimer, dua desain pengumpul udara. Teknologi dikembangkan untuk menumbuhkan profil aluminium tabung lembaran dari lelehan, teknologi untuk pembuatan kaca yang diperkuat, dan penerapan lapisan selektif.

Desain kolektor surya, yang dikembangkan oleh ENIN, diproduksi secara massal oleh Pabrik Peralatan Pemanas Bratsk. Penyerapnya adalah panel baja yang dilas dengan lapisan galvanis krom hitam selektif. Badan cap (palung) terbuat dari baja, kacanya adalah jendela, segel kacanya adalah damar wangi khusus (Guerlen). Setiap tahun (menurut 1989), pabrik tersebut memproduksi 42,3 ribu m² kolektor.

B.V. Tarnizhevsky mengembangkan metode untuk menghitung sistem pasokan panas aktif dan pasif untuk bangunan. Dari tahun 1990 hingga 2000, 26 kolektor surya berbeda diuji di stand ENIN, termasuk semuanya diproduksi di Uni Soviet dan Rusia.

Pada tahun 1975, Institut Suhu Tinggi Akademi Ilmu Pengetahuan (IHTAN) bergabung dalam pekerjaan di bidang energi terbarukan di bawah kepemimpinan Anggota Koresponden Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, Doktor Ilmu Teknik, Profesor Evald Emilievich Shpilrain (1926- 2009). Pekerjaan IVTANA di bidang energi terbarukan dijelaskan secara rinci oleh Dr. OS Popel dalam artikel “JIHT RAS. Hasil dan prospek" dari kumpulan artikel ulang tahun institut tahun 2010. Dalam waktu singkat, bersama dengan organisasi desain, desain konseptual rumah “surya” untuk bagian selatan negara itu dikembangkan dan dibenarkan, metode pemodelan matematika sistem pemanas surya dikembangkan, dan desain situs uji ilmiah pertama Rusia “Sun ” dimulai di tepi Laut Kaspia dekat kota Makhachkala.

Di IVT RAS, pertama-tama kelompok ilmiah dibentuk, dan kemudian laboratorium di bawah kepemimpinan Oleg Sergeevich Popel, di mana, bersama dengan karyawan Biro Desain Khusus IVT RAS, bersama dengan memastikan koordinasi dan pembenaran teoretis untuk penelitian tersebut. proyek yang sedang dikembangkan, penelitian dimulai di bidang pembuatan lapisan selektif optik elektrokimia untuk kolektor surya, pengembangan apa yang disebut "kolam surya", sistem pemanas surya yang dikombinasikan dengan pompa panas, pabrik pengeringan tenaga surya, dan pekerjaan dilakukan di tempat lain. petunjuk arah.

Salah satu hasil praktik pertama tim IVT RAS adalah pembangunan “rumah tenaga surya” di desa Merdzavan, wilayah Echmiadzin, Armenia. Rumah ini menjadi “rumah surya” hemat energi eksperimental pertama di Uni Soviet, dilengkapi dengan peralatan diagnostik eksperimental yang diperlukan, di mana kepala perancang proyek, M. S. Kalashyan dari Institut Armgiproselkhoz, dengan partisipasi karyawan Institut Ilmu Komputer dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, melakukan studi eksperimental siklus enam tahun sepanjang tahun, yang menunjukkan kemungkinan menyediakan hampir 100% rumah dengan air panas dan menutupi beban pemanas pada tingkat lebih dari 50 %.

Hasil praktis penting lainnya adalah pengenalan teknologi yang dikembangkan di IVT RAS oleh M.D. Friedberg (bersama dengan spesialis dari Moscow Evening Metallurgical Institute) di pabrik peralatan pemanas Bratsk untuk menerapkan lapisan selektif elektrokimia "krom hitam" pada panel baja surya datar. kolektor yang produksinya dikuasai di pabrik ini.

Pada pertengahan 1980-an, lokasi pengujian Solntse IVT RAS dioperasikan di Dagestan. Terletak di atas lahan seluas sekitar 12 hektar, termasuk TPA beserta gedung laboratorium, sekelompok “rumah tenaga surya” dari berbagai jenis, dilengkapi dengan pengumpul tenaga surya dan pompa panas. Di lokasi pengujian, salah satu simulator radiasi matahari terbesar di dunia (saat itu) diluncurkan. Sumber radiasinya adalah lampu xenon bertenaga 70 kW, dilengkapi filter optik khusus yang memungkinkan pengaturan spektrum radiasi dari ekstra atmosfer (AM0) ke terestrial (AM1.5). Pembuatan simulator memungkinkan dilakukannya uji percepatan ketahanan berbagai bahan dan cat terhadap radiasi matahari, serta pengujian kolektor surya berukuran besar dan modul fotovoltaik.

Sayangnya, pada tahun 1990-an, karena penurunan tajam dana anggaran untuk penelitian dan pengembangan, sebagian besar proyek yang dimulai oleh IVT RAS di Federasi Rusia harus dibekukan. Untuk mempertahankan arah kerja di bidang energi terbarukan, penelitian dan pengembangan laboratorium diorientasikan pada kerjasama ilmiah dengan pusat-pusat terkemuka di luar negeri. Proyek dilaksanakan di bawah program INTAS dan TASIS, Program Kerangka Kerja Eropa untuk Penghematan Energi, pompa panas dan adsorpsi surya unit pendingin, yang sebaliknya memungkinkan untuk mengembangkan kompetensi keilmuan di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi terkait, menguasai dan menggunakannya dalam berbagai aplikasi energi. metode modern pemodelan dinamis pembangkit listrik (Ph.D.S.E.Frid).

Atas inisiatif dan di bawah kepemimpinan O. S. Popel, bersama dengan Universitas Negeri Moskow (Ph.D. S. V. Kiseleva), “Atlas sumber daya energi surya di wilayah Federasi Rusia” dikembangkan, dan sistem informasi Geografis “Sumber Energi Terbarukan Rusia” telah dibuat "(gisre.ru). Bersama dengan Institut Rostovteploelektroproekt (kandidat ilmu teknik A. A. Chernyavsky), instalasi surya dengan kolektor surya dari Pabrik Mekanik Kovrov dikembangkan, dibangun, dan diuji untuk sistem pemanas dan air panas di fasilitas observatorium astrofisika khusus Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia di Karachay-Cherkessia. JIHT RAS telah menciptakan satu-satunya stand termohidraulik khusus di Rusia untuk pengujian termal skala penuh kolektor surya dan pembangkit listrik tenaga surya sesuai dengan standar Rusia dan asing, dan rekomendasi telah dikembangkan untuk penggunaan pembangkit listrik tenaga surya di berbagai wilayah. dari Federasi Rusia. Rincian lebih lanjut tentang beberapa hasil penelitian dan pengembangan Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences di bidang sumber energi terbarukan dapat ditemukan dalam buku karya O. S. Popel dan V. E. Fortov “Energi terbarukan di dunia modern ”.

Di Institut Energi Moskow (MPEI), masalah pasokan panas matahari ditangani oleh Doktor Ilmu Teknik. V. I. Vissarionov, Doktor Ilmu Teknik BI Kazanjan dan Ph.D. M.I.Valov.

V. I. Vissarionov (1939-2014) mengepalai departemen “Sumber energi terbarukan non-tradisional (pada 1988-2004). Di bawah kepemimpinannya, pekerjaan dilakukan untuk menghitung sumber daya energi surya dan mengembangkan pasokan panas matahari. MI Valov bersama staf MPEI menerbitkan sejumlah artikel tentang studi pembangkit listrik tenaga surya pada tahun 1983-1987. Salah satu buku paling informatif adalah karya M. I. Valov dan B. I. Kazandzhan “Solar Heating Systems”, yang mengeksplorasi masalah instalasi tenaga surya berpotensi rendah (diagram sirkuit, data iklim, karakteristik SC, desain panel surya datar), perhitungan karakteristik energi, efisiensi ekonomi penggunaan sistem pemanas surya. Doktor Ilmu Teknik BI Kazanjan mengembangkan desain dan menguasai produksi kolektor surya datar Alten. Keistimewaan kolektor ini adalah penyerapnya terbuat dari profil sirip aluminium, di dalamnya terdapat tabung tembaga, dan polikarbonat seluler digunakan sebagai insulasi transparan.

Seorang karyawan Institut Teknik dan Konstruksi Moskow (MISI), Ph.D. S. G. Bulkin mengembangkan kolektor surya termonetral (peredam tanpa isolasi transparan dan isolasi termal rumahan). Ciri khusus dari pekerjaan ini adalah penyediaan cairan pendingin 3-5 °C di bawah suhu sekitar dan kemungkinan menggunakan panas laten kondensasi uap air dan pembentukan beku di udara atmosfer (panel serapan surya). Pendingin yang dipanaskan dalam panel ini dipanaskan oleh pompa kalor (“udara-air”). Tempat uji coba dengan kolektor surya termonetral dan beberapa instalasi surya di Moldova dibangun di MISS.

All-Union Institute of Light Alloys (VILS) mengembangkan dan memproduksi SC dengan penyerap aluminium yang dilas dan menuangkan insulasi termal busa poliuretan pada bodi. Sejak tahun 1991, produksi SC dipindahkan ke pabrik Baku untuk memproses paduan logam non-ferrous. Pada tahun 1981, VILS berkembang Pedoman pada desain bangunan aktif energi. Untuk pertama kalinya di Uni Soviet, penyerap diintegrasikan ke dalam struktur bangunan, yang meningkatkan penghematan penggunaan energi surya. Para pemimpin arah ini adalah Ph.D. N. P. Selivanov dan Ph.D. V.N.Smirnov.

Lembaga Penelitian Pusat peralatan teknik(CNII EPIO) di Moskow, sebuah proyek dikembangkan di mana rumah boiler bahan bakar surya dengan kapasitas 3,7 MW dibangun di Ashgabat, dan proyek untuk instalasi pompa panas matahari di hotel Privetlivy Bereg di kota Gelendzhik dengan luas boiler 690 m² dikembangkan. Tiga digunakan sebagai pompa panas mesin pendingin MKT 220-2-0, beroperasi dalam mode pompa kalor menggunakan panas air laut.

Organisasi terkemuka di Uni Soviet dalam desain instalasi tenaga surya adalah Institut KievZNIIEP, yang mengembangkan 20 proyek standar dan dapat digunakan kembali: instalasi pasokan air panas tenaga surya yang berdiri sendiri dengan sirkulasi alami untuk bangunan tempat tinggal perorangan; instalasi terpadu penyediaan air panas tenaga surya untuk bangunan umum dengan kapasitas 5, 7, 15, 25, 30, 70 m³/hari; unit, bagian dan perlengkapan bangunan tempat tinggal dan umum yang dibangun secara massal; instalasi pasokan air panas tenaga surya musiman dengan kapasitas 2,5; 10; tigapuluh; 40; 50 m³/hari; solusi teknis dan rekomendasi metodologis untuk konversi rumah boiler pemanas menjadi instalasi bahan bakar surya.

Lembaga ini telah mengembangkan lusinan proyek eksperimental, termasuk sistem pasokan air panas tenaga surya untuk kolam renang, instalasi pasokan air panas pompa panas tenaga surya. Menurut proyek KievZNIIEP, instalasi tenaga surya terbesar di Uni Soviet dibangun di rumah kos “Kastropol” (desa Beregovoye, Pantai Selatan) di Krimea dengan luas 1600 m². Di pabrik percontohan Institut KievZNIIEP, kolektor surya diproduksi, yang peredamnya terbuat dari pipa aluminium bersirip melingkar buatan sendiri.

Para ahli teori teknologi surya di Ukraina adalah Doktor Ilmu Teknik. Mikhail Davidovich Rabinovich (lahir 1948), Ph.D. Alexei Ruvimovich Fert, Ph.D. Viktor Fedorovich Gershkovich (1934-2013). Mereka adalah pengembang utama Standar desain instalasi air panas tenaga surya dan Rekomendasi untuk desainnya. MD Rabinovich terlibat dalam studi radiasi matahari, karakteristik hidrolik sistem tenaga surya, pembangkit listrik tenaga surya dengan sirkulasi alami, sistem pemanas surya, rumah boiler bahan bakar surya, pembangkit listrik tenaga surya berdaya tinggi, sistem rekayasa surya. A. R. Firth mengembangkan desain stand simulator dan menguji SC, mempelajari regulasi pembangkit listrik tenaga surya hidrolik, dan meningkatkan efisiensi pembangkit listrik tenaga surya. Di Institut Teknik Sipil Kiev, Ph.D terlibat dalam penelitian multifaset tentang instalasi tenaga surya. Nikolai Vasilievich Kharchenko. Dia merumuskan pendekatan sistem untuk pengembangan sistem pasokan panas pompa panas matahari, mengusulkan kriteria untuk menilai efisiensi energinya, mempelajari masalah optimalisasi sistem pasokan panas bahan bakar surya, dan membuat perbandingan berbagai metode perhitungan tata surya. Salah satu bukunya yang paling komprehensif tentang instalasi surya kecil (individu) dapat diakses dan informatif. Di Institut Elektrodinamika Kiev, Ph.D. A. N. Stronsky dan Ph.D. A.V.Suprun. Ph.D. juga mengerjakan pemodelan matematika pembangkit listrik tenaga surya di Kyiv. V.A.Nikiforov.

Pemimpin sekolah teknik ilmiah teknik surya di Uzbekistan (Tashkent) adalah Doktor Ilmu Teknik, Profesor Rabbananakul Rakhmanovich Avezov (lahir 1942). Pada tahun 1966-1967 ia bekerja di Institut Fisika dan Teknik Ashgabat Turkmenistan di bawah bimbingan Doktor Ilmu Teknik, Profesor V.A.Baum. R. R. Avezov mengembangkan ide-ide guru di Institut Fisika-Teknis Uzbekistan, yang telah berubah menjadi pusat penelitian internasional.

R. R. Avezov merumuskan arahan ilmiah penelitian dalam disertasi doktoralnya (1990, ENIN, Moskow), dan hasilnya dirangkum dalam monografi “Sistem Pemanasan Tenaga Surya dan Pasokan Air Panas”. Ia juga mengembangkan metode analisis eksergi kolektor surya pelat datar dan pembuatan sistem pemanas surya aktif dan pasif. Doktor Ilmu Teknik R. R. Avezov memberikan otoritas besar dan pengakuan internasional kepada satu-satunya majalah khusus di Uni Soviet dan negara-negara CIS, Applied Solar Energy (“Solar Engineering”), yang diterbitkan pada bahasa Inggris. Putrinya Nilufar Rabbakumovna Avezova (lahir 1972) adalah Doktor Ilmu Teknik, Direktur Jenderal NPO “Fizika-Solntsa” dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uzbekistan.

Pengembangan proyek instalasi tenaga surya di Tashkent Zonal Research Institute for Experimental Design of Residential and Public Buildings (TashZNIIEP) dilakukan oleh Ph.D. Yusuf Karimovich Rashidov (lahir 1954). Institut TashZNIIEP telah mengembangkan sepuluh proyek standar bangunan tempat tinggal, pancuran tenaga surya, proyek rumah ketel bahan bakar tenaga surya, termasuk instalasi tenaga surya dengan kapasitas 500 dan 100 l/hari, pancuran tenaga surya untuk dua dan empat kabin. Dari tahun 1984 hingga 1986, 1.200 proyek instalasi tenaga surya standar dilaksanakan.

Di wilayah Tashkent (desa Ilyichevsk) dibangun rumah tenaga surya dua apartemen dengan pemanas dan pasokan air panas dengan instalasi tenaga surya seluas 56 m². Di Institut Pedagogi Negeri Karshi A.T. Teymurkhanov, A.B. Vardiyashvili dan lainnya terlibat dalam penelitian tentang kolektor surya pelat datar.

Sekolah ilmiah pemanasan matahari Turkmenistan didirikan oleh Doktor Ilmu Teknik. V. A. Baum, terpilih sebagai akademisi republik pada tahun 1964. Di Institut Fisika dan Teknologi Ashgabat, ia mengorganisasi departemen energi surya dan hingga tahun 1980 memimpin seluruh institut. Pada tahun 1979, berdasarkan departemen energi surya, Institut Energi Matahari Turkmenistan didirikan, dipimpin oleh mahasiswa V. A. Baum, Doktor Ilmu Teknik. Rejep Bayramovich Bayramov (1933-2017). Di pinggiran kota Ashgabat (desa Bikrova), dibangun tempat pengujian ilmiah institut, yang terdiri dari laboratorium, bangku tes, biro desain, dan bengkel dengan staf 70 orang. V. A. Baum bekerja di lembaga ini hingga akhir hayatnya (1985). R. B. Bayramov bersama dengan Doktor Ilmu Teknik Ushakova Alda Danilovna menyelidiki kolektor surya pelat datar, sistem pemanas surya, dan pabrik desalinasi surya. Patut dicatat bahwa pada tahun 2014, Institut Energi Surya Turkmenistan - NPO "GUN" - didirikan kembali di Ashgabat.

Dalam asosiasi desain dan produksi “Spetsgelioteplomontazh” (Tbilisi) dan Institut Penelitian Energi dan Struktur Hidraulik Georgia di bawah kepemimpinan Doktor Ilmu Teknik. Nugzar Varlamovich Meladze (lahir 1937) mengembangkan desain dan menguasai produksi serial kolektor surya, instalasi air panas tenaga surya individu, instalasi tenaga surya, dan sistem pompa panas tenaga surya. Kondisi pengembalian untuk pembangunan instalasi tenaga surya di berbagai wilayah Georgia ditentukan, dan berbagai desain kolektor surya diuji di bangku uji dalam kondisi alami.

Kolektor surya Spetsgelioteplomontazh memiliki desain yang optimal pada masanya: penyerap baja yang dilas dengan lapisan cat, bodi terbuat dari profil aluminium dan baja galvanis, kaca jendela, isolasi termal - dari plastik busa dan bahan atap foil.

Menurut N.V. Meladze, di wilayah Kaukasus saja pada tahun 1990, 46,9 ribu m² kolektor surya dipasang, termasuk di sanatorium dan hotel - 42,7%, di instalasi tenaga surya industri - 39,2%, fasilitas pertanian - 13,8%, fasilitas olahraga - 3,6% , instalasi individu - 0,7%.

Menurut penulis, di wilayah Krasnodar pada tahun 1988-1992, kolektor surya seluas 4620 m² dipasang oleh Spetsgeliomontazh. Pekerjaan SGTM dilakukan bekerja sama dengan para ilmuwan dari Institut Penelitian Energi dan Struktur Hidraulik Georgia (GruNIIEGS).

Institut TbilZNIIEP telah mengembangkan lima desain standar untuk pembangkit listrik tenaga surya (SI), serta proyek untuk unit pompa panas matahari. SGTM mencakup laboratorium tempat kolektor surya dan pompa panas dipelajari. Peredam cairan baja, aluminium, dan plastik, peredam udara dengan dan tanpa kaca, peredam dengan konsentrator, dan berbagai desain GI individu termosifon dikembangkan. Pada 1 Januari 1989, Spetsgeliomontazh membangun 261 unit negara dengan luas total 46 ribu m² dan 85 instalasi tenaga surya individu untuk sistem pasokan air panas dengan luas 339 m².

Pada Gambar. Gambar 2 menunjukkan instalasi tenaga surya di Jalan Rashpilevskaya di Krasnodar yang telah berhasil beroperasi selama 15 tahun dengan kolektor Spetsgelioteplomontazh (320 unit dengan luas total 260 m²).

Doktor Ilmu Teknik terlibat dalam pengembangan pemanas matahari di Uni Soviet dan di Rusia dari pihak berwenang. Pavel Pavlovich Bezrukikh (lahir 1936). Pada tahun 1986-1992, sebagai kepala spesialis Biro Dewan Menteri Uni Soviet untuk kompleks bahan bakar dan energi, ia mengawasi produksi serial kolektor surya di pabrik peralatan pemanas Bratsk, di Tbilisi, di asosiasi Spetsgelioteplomontazh di pabrik pengolahan paduan non-ferrous Baku. Atas inisiatifnya dan dengan partisipasi langsung, program pengembangan energi terbarukan pertama di Uni Soviet untuk tahun 1987-1990 dikembangkan.

Sejak tahun 1990, P. P. Bezrukikh telah mengambil bagian aktif dalam pengembangan dan implementasi bagian “Energi Non-tradisional” dari Program Ilmiah dan Teknis Negara “Energi Aman Lingkungan”. Dia mencatat Pemeran utama pembimbing ilmiah program, Doktor Ilmu Teknik E. E. Spielrain tentang menarik ilmuwan dan spesialis terkemuka Uni Soviet di bidang sumber energi terbarukan untuk bekerja. Dari tahun 1992 hingga 2004, P. P. Bezrukikh, bekerja di Kementerian Bahan Bakar dan Energi Rusia dan mengepalai departemen, dan kemudian departemen kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, memimpin organisasi produksi kolektor surya di Pabrik Mekanik Kovrov, NPO Mashinostroenie (kota Reutov, wilayah Moskow) , kompleks pengembangan ilmiah dan teknis tentang pasokan panas matahari, implementasi Konsep pengembangan dan penggunaan peluang energi skala kecil dan non-tradisional di Rusia. Berpartisipasi dalam pengembangan standar Rusia pertama GOST R 51595-2000 “Kolektor surya. Kondisi teknis umum" dan penyelesaian perselisihan antara penulis proyek Gost R, Doktor Ilmu Teknik. B.V. Tarnizhevsky dan kepala desainer pabrikan manifold (Pabrik Mekanik Kovrov) A.A. Lychagin.

Pada tahun 2004-2013, di Institut Strategi Energi (Moskow), dan kemudian sebagai kepala departemen penghematan energi dan sumber terbarukan ENIN, P.P. Bezrukikh melanjutkan pengembangan, termasuk pasokan panas matahari.

Di Wilayah Krasnodar, pekerjaan desain dan konstruksi pembangkit listrik tenaga surya dimulai oleh insinyur tenaga panas V. A. Butuzov (lahir 1949), yang memimpin pengembangan pasokan panas jangka panjang asosiasi produksi"Kubanteplokommunenergo" Dari tahun 1980 hingga 1986, proyek dikembangkan dan enam rumah boiler bahan bakar surya dengan luas total 1532 m² dibangun. Selama bertahun-tahun, hubungan konstruktif telah terjalin dengan produsen SC: Pabrik Bratsk, Spetsgelioteplomontazh, KievZNIIEP. Karena tidak adanya data radiasi matahari dalam buku referensi klimatologi Soviet pada tahun 1986, dari tahun 1977 hingga 1986, hasil yang dapat diandalkan untuk desain pembangkit listrik tenaga surya diperoleh dari stasiun cuaca di Krasnodar dan Gelendzhik.

Setelah mempertahankan tesis Ph.D-nya pada tahun 1990, pengembangan teknologi surya dilanjutkan oleh Laboratorium Penghematan Energi dan Sumber Energi Non-Konvensional Krasnodar dari Akademi Utilitas Umum (Moskow), yang diselenggarakan oleh V. A. Butuzov. Beberapa desain SC datar dan stand untuk pengujian skala penuh dikembangkan dan ditingkatkan. Sebagai hasil dari generalisasi pengalaman dalam desain dan konstruksi instalasi tenaga surya, “Persyaratan umum untuk desain instalasi tenaga surya dan stasiun pemanas sentral di layanan kota” dikembangkan.

Berdasarkan analisis hasil pengolahan nilai total radiasi matahari untuk kondisi Krasnodar selama 14 tahun, dan Gelendzhik selama 15 tahun, pada tahun 2004 diusulkan metode baru untuk memberikan nilai bulanan total radiasi matahari. dengan penentuan nilai maksimum dan minimumnya, dan probabilitas pengamatannya. Nilai perhitungan bulanan dan tahunan dari total, radiasi matahari langsung dan tersebar ditentukan untuk 54 kota dan pusat administrasi Wilayah Krasnodar. Telah ditetapkan bahwa untuk perbandingan obyektif SC dari pabrikan yang berbeda, selain membandingkan biaya dan karakteristik energinya yang diperoleh dengan menggunakan metode standar di tempat pengujian bersertifikat, perlu juga memperhitungkan biaya energi untuk pembuatan dan pengoperasiannya. Biaya optimal desain SC ditentukan secara umum oleh rasio biaya energi panas yang dihasilkan dan biaya produksi dan pengoperasian selama perkiraan umur layanan. Bersama dengan Pabrik Mekanik Kovrov, desain SK dikembangkan dan diproduksi secara massal, yang memiliki hasil optimal pasar Rusia rasio biaya dan biaya energi. Proyek telah dikembangkan dan pembangunan instalasi air panas tenaga surya standar dengan kapasitas harian 200 liter hingga 10 m³ telah dilakukan. Sejak tahun 1994, pengerjaan instalasi tenaga surya telah dilanjutkan di JSC Perusahaan Energi Rusia Selatan. Dari tahun 1987 hingga 2003, pembangunan dan pembangunan 42 pembangkit listrik tenaga surya telah selesai, dan desain 20 pembangkit listrik tenaga surya telah selesai. Hasil karya V.A. Butuzov dirangkum dalam disertasi doktoralnya yang dipertahankan di ENIN (Moskow).

Dari tahun 2006 hingga 2010, Teploproektstroy LLC mengembangkan dan membangun pembangkit listrik tenaga surya daya rendah, saat memasang panel surya di musim panas, personel pengoperasian dikurangi, yang mengurangi periode pengembalian instalasi tenaga surya. Selama tahun-tahun ini, pembangkit listrik tenaga surya yang dapat menguras sendiri dikembangkan dan dibangun, di mana, ketika pompa dimatikan, air dialirkan dari tata surya ke dalam tangki, mencegah pendingin menjadi terlalu panas. Pada tahun 2011, sebuah desain dibuat, prototipe SC datar diproduksi, dan tempat uji dikembangkan untuk mengatur produksi SC di Ulyanovsk. Dari tahun 2009 hingga 2013, JSC Yuzhgeoteplo (Krasnodar) mengembangkan proyek dan membangun pembangkit listrik tenaga surya terbesar di wilayah Krasnodar dengan luas 600 m² di kota Ust-Labinsk (Gbr. 3). Pada saat yang sama, penelitian dilakukan untuk mengoptimalkan tata letak SC, dengan mempertimbangkan bayangan, otomatisasi kerja, dan solusi sirkuit. Sistem pemanas tenaga surya panas bumi dengan luas 144 m² dikembangkan dan dibangun di desa Rozovoy, Wilayah Krasnodar. Pada tahun 2014, metodologi dikembangkan untuk menilai pengembalian ekonomi instalasi tenaga surya tergantung pada intensitas radiasi matahari, efisiensi instalasi tenaga surya, dan biaya spesifik energi panas yang diganti.

Kolaborasi kreatif jangka panjang V. A. Butuzov dengan Doktor Ilmu Teknik, Profesor Universitas Agraria Negeri Kuban Robert Aleksandrovich Amerkhanov (lahir 1948) diimplementasikan dalam pengembangan landasan teoretis untuk penciptaan instalasi tenaga surya berdaya tinggi dan gabungan panas bumi -sistem pasokan panas matahari. Di bawah kepemimpinannya, puluhan calon ilmu teknik dilatih, termasuk di bidang pemanas tenaga surya. Banyak monografi oleh R. A. Amerkhanov membahas desain pembangkit listrik tenaga surya untuk keperluan pertanian.

Spesialis paling berpengalaman dalam desain instalasi tenaga surya adalah kepala insinyur proyek di Institut Rostovteploelektroproekt, Ph.D. Adolf Aleksandrovich Chernyavsky (lahir 1936). Dia telah terlibat secara proaktif dalam bidang ini selama lebih dari 30 tahun. Dia telah mengembangkan lusinan proyek, banyak di antaranya telah dilaksanakan di Rusia dan negara lain. Sistem pemanas tenaga surya dan air panas yang unik dijelaskan di bagian Institut Suhu Tinggi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia. Proyek A. A. Chernyavsky dibedakan berdasarkan penjabaran semua bagian, termasuk pembenaran ekonomi yang terperinci. Berdasarkan kolektor surya dari Pabrik Mekanik Kovrov, “Rekomendasi untuk desain stasiun pasokan panas matahari” telah dikembangkan.

Di bawah kepemimpinan A. A. Chernyavsky, proyek unik stasiun fotovoltaik dengan pengumpul panas dibuat di kota Kislovodsk (listrik 6,2 MW, termal 7 MW), serta stasiun di Kalmykia dengan total kapasitas terpasang 150 MW. Proyek unik pembangkit listrik tenaga surya termodinamika dengan kapasitas listrik terpasang 30 MW diselesaikan di Uzbekistan, 5 MW di wilayah Rostov; proyek sistem pemanas tenaga surya untuk rumah kos di pantai Laut Hitam dengan luas 40-50 m² dilaksanakan untuk sistem pemanas tenaga surya dan pasokan air panas untuk fasilitas observatorium astrofisika khusus di Karachay-Cherkessia. Institut Rostovteploelektroproekt dicirikan oleh skala perkembangannya - stasiun pasokan panas matahari untuk pemukiman desa dan kota. Hasil utama dari pengembangan lembaga ini, yang dilakukan bersama dengan Institut Gabungan Suhu Tinggi dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, diterbitkan dalam buku “Sistem Catu Daya Otonom”.

Pengembangan pembangkit listrik tenaga surya di Sochi Universitas Negeri(Institut Bisnis Resor dan Pariwisata) dipimpin oleh Doktor Ilmu Teknik, Profesor Pavel Vasilievich Sadilov, Kepala Departemen Teknik Lingkungan. Sebagai penggagas energi terbarukan, ia mengembangkan dan membangun beberapa instalasi tenaga surya, antara lain pada tahun 1997 di desa Lazarevskoe (Sochi) dengan luas 400 m², instalasi tenaga surya di Institute of Balneology, dan beberapa instalasi pompa panas.

Di Institut Teknologi Kelautan Cabang Timur Jauh dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia (Vladivostok), kepala laboratorium energi non-tradisional adalah Ph.D. Alexander Vasilyevich Volkov, yang meninggal secara tragis pada tahun 2014, mengembangkan dan membangun lusinan instalasi tenaga surya dengan luas total 2000 m², stand untuk uji komparatif skala penuh kolektor surya, desain baru panel surya datar, dan menguji efektivitasnya. panel surya vakum dari pabrikan Cina.

Perancang dan tokoh luar biasa Adolf Aleksandrovich Lychagin (1933-2012) adalah penulis beberapa jenis peluru kendali antipesawat yang unik, termasuk Strela-10M. Pada 1980-an, sebagai kepala desainer (atas inisiatifnya sendiri) di Pabrik Mekanik Kovrov militer (KMZ), ia mengembangkan kolektor surya yang memiliki keandalan tinggi dan rasio harga dan efisiensi energi yang optimal. Ia mampu meyakinkan manajemen pabrik untuk menguasai produksi massal kolektor surya dan membuat laboratorium pabrik untuk pengujian kolektor surya. Sejak tahun 1991 hingga 2011, KMZ memproduksi sekitar 3.000 unit. kolektor surya, masing-masing dari tiga modifikasinya dibedakan berdasarkan kualitas kinerja baru. Dipandu oleh “harga listrik” dari pengumpul, berapa biayanya desain yang berbeda SC dibandingkan di bawah radiasi matahari yang sama; A. A. Lychagin menciptakan kolektor dengan penyerap yang terbuat dari jaringan tubular kuningan dengan rusuk penyerap baja. Kolektor surya udara dikembangkan dan diproduksi. Kualifikasi dan intuisi teknik tertinggi dipadukan dalam diri Adolf Alexandrovich dengan patriotisme, keinginan untuk mengembangkan teknologi ramah lingkungan, integritas, dan cita rasa seni yang tinggi. Setelah mengalami dua kali serangan jantung, ia mampu melakukan perjalanan seribu kilometer ke Madrid khusus untuk mempelajari lukisan megah di Museum Prado selama dua hari.

JSC "VPK" NPO Mashinostroeniya" (kota Reutov, wilayah Moskow) telah memproduksi kolektor surya sejak tahun 1993. Desain kolektor dan instalasi pemanas air tenaga surya di perusahaan dilakukan oleh departemen desain Biro Desain Pusat Teknik Mesin. Manajer proyek - Ph.D. Nikolai Vladimirovich Dudarev. Pada desain pertama kolektor surya, rumah dan peredam las stempel terbuat dari baja tahan karat. Berdasarkan kolektor seluas 1,2 m², perusahaan mengembangkan dan memproduksi sistem pemanas air solar thermosyphon dengan tangki berkapasitas 80 dan 120 liter. Pada tahun 1994, teknologi untuk memproduksi lapisan penyerap selektif menggunakan metode deposisi busur listrik vakum dikembangkan dan diperkenalkan ke dalam produksi, yang pada tahun 1999 dilengkapi dengan metode deposisi vakum magnetron. Berdasarkan teknologi ini, produksi kolektor surya tipe “Falcon” dimulai. Rumah penyerap dan kolektor terbuat dari profil aluminium. Kini NPO memproduksi kolektor surya Sokol-Effect dengan peredam tembaga dan aluminium tabung lembaran. Satu-satunya kolektor surya Rusia yang disertifikasi menurut standar Eropa oleh SPF Institute dari Rapperswill di Swiss (Institut für Solartechnik Hochschule für Technik Rappelswill).

Perusahaan penelitian dan produksi "Pesaing" (sejak tahun 2000 - "Raduga-C", kota Zhukovsky, wilayah Moskow) telah memproduksi kolektor surya "Raduga" sejak tahun 1992. Kepala desainer - Vyacheslav Alekseevich Shershnev.

Penyerap yang dilas stempel terbuat dari lembaran baja tahan karat. Penyerap dilapisi dengan PVD selektif atau cat tahan panas matte hitam. Program R&D tahunan hingga 4000 pcs. Karakteristik energi kolektor diperoleh selama pengujian di ENIN. Instalasi tenaga surya termosifon “Raduga-2M” juga diproduksi, terdiri dari dua SC berukuran 1 m² dan satu tangki berkapasitas 200 liter. Tangki tersebut berisi panel pemanas datar yang menerima cairan pendingin dari SC, serta pemanas listrik cadangan dengan daya 1,6 kW.

New Polyus LLC (Moskow) adalah pabrikan Rusia kedua yang telah mengembangkan desainnya sendiri dan saat ini memproduksi cairan datar, udara datar, udara-cair datar, kolektor surya vakum berbentuk tabung, melaksanakan proyek dan pemasangan instalasi tenaga surya. CEO—Aleksei Viktorovich Skorobatiuk.

Empat model pengumpul cairan datar tipe “YaSolar” ditawarkan. Semua peredam cairan dari pabrikan ini terbuat dari lembaran tembaga dengan lapisan selektif Tinox dan tabung tembaga. Sambungan antara tabung dan lembaran disolder dan digulung. New Polyus LLC juga menawarkan tiga jenis SC tabung vakum buatannya sendiri dengan peredam tembaga dengan tabung berbentuk U.

Seorang spesialis luar biasa, energik dan sangat cerdas, Gennady Pavlovich Kasatkin (lahir 1941), seorang insinyur pertambangan dan desainer dengan pengalaman bertahun-tahun, mulai bekerja di bidang teknik surya pada tahun 1999 di kota Ulan-Ude (Buryatia). Di Center for Energy Efficient Technologies (CEFT) yang ia selenggarakan, beberapa desain pengumpul cairan dan udara dikembangkan, dan sekitar 100 instalasi tenaga surya dari berbagai jenis dibangun dengan luas total 4.200 m². Berdasarkan perhitungan yang dilakukannya, dibuatlah prototipe yang setelah diuji dalam kondisi alami, direplikasi pada instalasi tenaga surya di Republik Buryatia.

Insinyur GP Kasatkin mengembangkan beberapa teknologi baru: pengelasan peredam plastik, pembuatan rumah kolektor.

Satu-satunya di Rusia, ia mengembangkan dan membangun beberapa pembangkit listrik tenaga surya di udara dengan kolektor rancangannya sendiri. Secara kronologis, pengembangan kolektor surya dimulai pada tahun 1990 dengan peredam baja tabung las. Lalu ada pilihan untuk kolektor tembaga dan plastik dengan peredam yang dilas dan dihubungkan dengan crimp dan, akhirnya, desain modern dengan lembaran dan tabung selektif tembaga Eropa. GP Kasatkin, mengembangkan konsep bangunan aktif energi, membangun pembangkit listrik tenaga surya, yang kolektornya diintegrasikan ke dalam atap bangunan. Dalam beberapa tahun terakhir, insinyur tersebut mengalihkan fungsi kepemimpinan di CEFT kepada putranya I. G. Kasatkin, yang berhasil melanjutkan tradisi CEFT LLC.

Pada Gambar. 4 menunjukkan instalasi tenaga surya Hotel Baikal di kota Ulan-Ude dengan luas 150 m².

kesimpulan

1. Data radiasi matahari yang dihitung untuk desain pembangkit listrik tenaga surya di Uni Soviet didasarkan pada berbagai metode untuk memproses serangkaian pengukuran dari stasiun cuaca. Di Federasi Rusia, metode ini dilengkapi dengan materi dari database komputer satelit internasional.

2. Sekolah terkemuka dalam merancang pembangkit listrik tenaga surya di Uni Soviet adalah Institut KievZNIIEP, yang mengembangkan pedoman dan lusinan proyek. Saat ini, tidak ada standar dan rekomendasi Rusia saat ini. Proyek instalasi tenaga surya di tingkat modern dilakukan di institut Rusia “Rostovteploelektroproekt” (PhD A.A. Chernyavsky) dan di perusahaan EnergotekhnologiiServis LLC (PhD V.V. Butuzov, Krasnodar).

3. Studi teknis dan ekonomi instalasi tenaga surya di Uni Soviet dilakukan oleh ENIN (Moskow), KievZNIIEP, TsNIIEPIO (Moskow). Saat ini, pekerjaan ini sedang dilakukan di Institut Rostovteploelektroproekt dan di perusahaan Energotekhnologii-Service LLC.

4. Organisasi ilmiah terkemuka Uni Soviet dalam studi kolektor surya adalah Institut Energi yang dinamai G. M. Krzhizhanovsky (Moskow). Desain kolektor terbaik pada masanya diproduksi oleh Spetsgeliotepomontazh (Tbilisi). Di antara pabrikan Rusia, Pabrik Mekanik Kovrov memproduksi kolektor surya dengan rasio harga-efisiensi energi yang optimal. Pabrikan Rusia modern merakit manifold dari komponen asing.

5. Di Uni Soviet, desain, pembuatan kolektor surya, pemasangan dan commissioning dilakukan oleh perusahaan Spetsgelioteplomontazh. Hingga 2010, CEFT LLC (Ulan-Ude) beroperasi berdasarkan skema ini.

6. Analisis pengalaman dalam dan luar negeri dalam pemanasan tenaga surya menunjukkan prospek yang tidak diragukan lagi untuk pengembangannya di Rusia, serta perlunya dukungan pemerintah. Di antara langkah-langkah prioritas: pembuatan analog Rusia dari database komputer radiasi matahari; pengembangan desain baru kolektor surya dengan rasio harga-efisiensi energi yang optimal, solusi desain hemat energi baru yang disesuaikan dengan kondisi Rusia.

1. Sesi, kongres, konferensi, pertemuan All-Union pertama tentang teknologi tenaga surya. [Listrik. teks]. Mode akses: fs.nashaucheba.ru. Tanggal permintaan 15/05/2018.
2. Petukhov V.V. Pemanas air tenaga surya tipe tubular. - M.-L.: Gosenergoizdat, 1949.78 hal.
3. Butuzov V.A. Meningkatkan efisiensi sistem penyediaan panas berdasarkan penggunaan sumber energi terbarukan: Diss. dokter. teknologi. ilmu pengetahuan secara khusus 05.14.08. - Krasnodar: ENIN, 2004. 297 hal.
4. Tarnizhevsky B.V. Lingkaran matahari. Institut Energi dinamai demikian. GM Krzhizhanovsky: Memoar karyawan tertua / Aladyev I.T. dan lainnya // RAO "UES Rusia". - M.: ENIN im. GM Krzhizhanovsky, 2000.205 hal.
5. Tarnizhevsky B.V., Myshko Yu.L., Moiseenko V.V. Kriteria umum untuk mengoptimalkan desain kolektor surya datar // Heliotechnika, 1992. No.4. hlm.7–12.
6. Popel O.S. Sumber energi terbarukan non-tradisional - sektor baru energi modern dan hasil kerjanya: JIHT RAS. Hasil dan prospek. Duduk. artikel yang didedikasikan untuk HUT JIHT RAS ke-50. - M.: Penerbitan JIVT RAS, 2010. Hal.416–443.
7. Popel O.S., Fortov V.E. Energi terbarukan di dunia modern. - M.: Penerbitan MPEI, 2015. 450 hal.
8. Valov M.I., Kazanjan B.I. Sistem pemanas surya. - M.: Penerbitan MPEI, 1991. 140 hal.
9. Praktek desain dan pengoperasian sistem pemanas dan pendingin surya. - L.: Energoatomizdat, 1987.243 hal.
10. VSN 52-86. Instalasi air panas tenaga surya. - M.: Gosgrazhdanstroy Uni Soviet, 1987.17 hal.
11. Rekomendasi perancangan instalasi air panas tenaga surya untuk bangunan perumahan dan umum. - Kyiv: KievZNIIEP, 1987.118 hal.
12. Rabinovich M.D. Landasan ilmiah dan teknis penggunaan energi matahari dalam sistem pasokan panas: Diss. dokter. teknologi. ilmu pengetahuan secara khusus 05.14.01. - Kyiv, 2001. 287 hal.
13. Kharchenko N.V. Instalasi tenaga surya individu. - M.: Energoatomizdat, 1991.208 hal.
14. Avezov R.R., Orlov A.Yu. Pemanasan tenaga surya dan sistem air panas. - Tashkent: FAN, 1988.284 hal.
15. Bayramov R.B., Ushakova A.D. Sistem pemanas tenaga surya dalam keseimbangan energi di wilayah selatan negara itu. - Ashgabat: Ylym, 1987. 315 hal.
16. Sistem pasokan tenaga surya dan dingin / Ed. EV. Sarnatsky dan S.A. Membersihkan. - M.: Stroyizdat, 1990.308 hal.
17. Butuzov V.A., Butuzov V.V. Pemanfaatan energi matahari untuk menghasilkan energi panas. - M.: Teploenergetik, 2015. 304 hal.
18. Amerkhanov R.A., Butuzov V.A., Garkavyi K.A. Pertanyaan teori dan solusi inovatif saat menggunakan sistem energi surya. - M.: Energoatomizdat, 2009. 502 hal.
19. Zaichenko V.M., Chernyavsky A.A. Sistem catu daya otonom. - M.: Nedra, 2015. 285 hal.
20. Sadilov P.V., Petrenko V.N., Loginov S.A., Ilyin I.K. Pengalaman menggunakan sumber energi terbarukan di wilayah Sochi // Industrial Energy, 2009. No.5. hal.50–53.
21. Kovalev O.P., Volkov A.V., Loschenkov V.V. Instalasi pemanas air tenaga surya di Primorsky Krai // Majalah S.O.K., 2006. No.10. hal.88–90.
22. Lychagin A.A. Pasokan panas udara matahari di wilayah Siberia dan Primorye // Industrial Energy, 2009. No.1. hlm.17–19.

Sebagian besar biaya pemeliharaan rumah Anda sendiri berasal dari biaya pemanasan. Mengapa tidak menggunakan energi gratis dari sumber alami, seperti matahari, untuk memanaskan struktur? Bagaimanapun, teknologi modern memungkinkan hal ini!

Untuk mengakumulasi energi sinar matahari digunakan panel surya khusus yang dipasang di atap rumah. Setelah diterima, energi ini diubah menjadi energi listrik, yang kemudian didistribusikan melalui jaringan listrik dan digunakan, seperti dalam kasus kami, pada perangkat pemanas.

Dibandingkan dengan sumber energi lain - standar, otonom, dan alternatif - keunggulan panel surya sangat jelas:

• praktis gratis untuk digunakan;
• kemandirian dari perusahaan pemasok energi;
• jumlah energi yang diterima mudah disesuaikan dengan mengubah jumlah panel surya dalam sistem;
• umur panjang (sekitar 25 tahun) sel surya;
• kurangnya pemeliharaan sistematis.

Tentu saja teknologi ini juga memiliki kekurangan:

• ketergantungan pada kondisi cuaca;
• ketersediaan peralatan tambahan, termasuk baterai berukuran besar;
• biaya yang cukup tinggi, yang meningkatkan waktu pengembalian modal;
• Sinkronisasi tegangan dari baterai dengan tegangan gardu induk setempat memerlukan pemasangan peralatan khusus.

Penerapan panel surya

Baterai pengubah energi matahari dipasang langsung pada permukaan atap rumah dengan cara dihubungkan satu sama lain sehingga membentuk suatu sistem daya yang dibutuhkan. Jika konfigurasi atap atau fitur struktural lainnya tidak memungkinkan untuk dipasang secara langsung, maka balok rangka dipasang di atap atau bahkan di dinding. Sebagai pilihan, dimungkinkan untuk memasang sistem pada rak terpisah di sekitar rumah.

Panel surya adalah generator energi listrik, yang dilepaskan selama reaksi fotolistrik. Efisiensi rendah elemen rangkaian dengan luas total 15-18 meter persegi. m namun memungkinkan Anda memanaskan ruangan yang luasnya melebihi 100 meter persegi. M! Perlu dicatat bahwa teknologi modern dari peralatan tersebut memungkinkan penggunaan energi matahari bahkan selama periode mendung sedang.

Selain memasang panel surya, penerapan sistem pemanas memerlukan pemasangan elemen tambahan:

• alat untuk mengambil arus listrik dari baterai;
• konverter utama;
• pengendali sel surya;
• baterai dengan pengontrolnya sendiri, yang dalam mode otonom akan mengalihkan sistem ke jaringan gardu induk jika terjadi kekurangan daya yang kritis;
• alat untuk mengubah arus listrik searah menjadi arus bolak-balik.

Paling pilihan terbaik sistem pemanas saat menggunakan sumber alternatif energi - sistem listrik. Ini akan memungkinkan untuk memanaskan ruangan besar dengan memasang lantai konduktif. Selain itu, sistem kelistrikan memungkinkan Anda mengubah suhu secara fleksibel di ruang tamu, dan juga menghilangkan kebutuhan untuk memasang radiator dan pipa besar di bawah jendela.

DI DALAM ideal Sistem pemanas listrik yang menggunakan energi matahari juga harus dilengkapi dengan termostat dan pengatur suhu otomatis di semua ruangan.

Penerapan kolektor surya

Sistem pemanas berdasarkan kolektor surya memungkinkan pemanasan tidak hanya bangunan tempat tinggal dan pondok, tetapi juga seluruh kompleks hotel dan fasilitas industri.

Kolektor semacam itu, yang prinsip operasinya didasarkan pada “efek rumah kaca”, mengumpulkan energi matahari penggunaan lebih lanjut hampir tidak ada kerugian. Hal ini memungkinkan adanya beberapa kemungkinan:

• menyediakan tempat tinggal dengan pemanas yang memadai;
• instal mode pasokan air panas otonom;
• menerapkan pemanas air di kolam renang dan sauna.

Pekerjaan kolektor surya adalah mengubah energi radiasi matahari yang masuk ke ruang tertutup menjadi energi panas yang terakumulasi dan disimpan dalam waktu lama. Desain kolektor tidak memungkinkan energi yang tersimpan keluar melalui instalasi transparan. Sistem pemanas hidraulik sentral menggunakan efek termosifon, yang menyebabkan fluida yang dipanaskan menggantikan fluida yang lebih dingin, memaksa fluida yang lebih dingin untuk berpindah ke lokasi pemanasan.

Ada dua implementasi dari teknologi yang dijelaskan:

• kolektor datar;
• manifold vakum.

Yang paling umum adalah kolektor surya pelat datar. Karena desainnya yang sederhana, ia berhasil digunakan untuk pemanas ruangan di bangunan tempat tinggal dan sistem pemanas air rumah tangga. Perangkat ini terdiri dari pelat penyerap energi yang dipasang pada panel kaca.

Tipe kedua - manifold vakum dengan perpindahan panas langsung - adalah tangki air dengan tabung dipasang miring, di mana air panas naik, memberi ruang bagi cairan dingin. Konveksi alami ini menyebabkan sirkulasi terus menerus fluida kerja dalam sirkuit kolektor tertutup dan distribusi panas ke seluruh sistem pemanas.

Konfigurasi manifold vakum lainnya adalah desain tabung tembaga tertutup yang berisi cairan khusus dengan titik didih rendah. Saat dipanaskan, cairan ini menguap, menyerap panas dari tabung logam. Uap yang diangkat ke atas mengembun dengan transfer energi panas ke pendingin - air dalam sistem pemanas atau elemen utama rangkaian.

Saat memanaskan rumah menggunakan energi matahari, perlu memperhitungkan kemungkinan rekonstruksi atap atau dinding bangunan untuk mendapatkan efek maksimal. Desainnya harus mempertimbangkan semua faktor: mulai dari lokasi dan naungan bangunan hingga kondisi cuaca geografis daerah tersebut.

Pada suatu hari di bulan Desember di dekat Zurich, fisikawan A. Fischer sedang menghasilkan uap; saat itulah matahari berada pada titik terendah dan suhu udara 3°C. Sehari kemudian, kolektor surya seluas 0,7 m2 memanaskan 30 liter air dingin dari pasokan air taman hingga +60°C.

Energi matahari dapat dengan mudah digunakan untuk memanaskan udara dalam ruangan di musim dingin. Di musim semi dan musim gugur, saat cuaca sering cerah tetapi dingin, pemanas ruangan dengan tenaga surya akan memungkinkan Anda untuk tidak menyalakan pemanas utama. Hal ini memungkinkan untuk menghemat energi, dan juga uang. Untuk rumah yang jarang digunakan, atau untuk perumahan musiman (cottage, bungalow), pemanas dengan energi matahari sangat berguna di musim dingin, karena... menghilangkan pendinginan berlebihan pada dinding, mencegah kerusakan akibat kondensasi kelembaban dan jamur. Dengan cara ini, biaya operasional tahunan dapat dikurangi secara signifikan.

Saat memanaskan rumah menggunakan panas matahari, perlu untuk memecahkan masalah isolasi termal bangunan berdasarkan elemen arsitektur dan struktural, yaitu. saat membuat sistem yang efektif Untuk pemanasan tenaga surya, rumah yang memiliki sifat insulasi termal yang baik harus dibangun.

Biaya panas
Pemanasan tambahan

Kontribusi matahari terhadap pemanasan rumah
Sayangnya, periode penerimaan panas Matahari tidak selalu bertepatan dengan periode terjadinya beban termal.

Sebagian besar energi yang kita miliki selama musim panas hilang karena kurangnya permintaan energi yang konstan (pada kenyataannya sistem kolektor sampai batas tertentu merupakan sistem yang mengatur dirinya sendiri: ketika suhu medium mencapai nilai keseimbangan, persepsi panas berhenti, karena kehilangan panas dari kolektor surya menjadi sama dengan panas yang dirasakan).

Jumlah panas berguna yang diserap oleh kolektor surya bergantung pada 7 parameter:

1. besarnya energi matahari yang masuk;
2. kerugian optik pada insulasi transparan;
3. sifat penyerap permukaan penerima panas kolektor surya;
4. efisiensi perpindahan panas dari penerima panas (dari permukaan penerima panas kolektor surya ke cairan, yaitu pada nilai efisiensi penerima panas);
5. transmisi insulasi termal transparan, yang menentukan tingkat kehilangan panas;
6. suhu permukaan penerima panas kolektor surya, yang selanjutnya bergantung pada kecepatan cairan pendingin dan suhu cairan pendingin di pintu masuk kolektor surya;
7. suhu udara luar.

Efisiensi kolektor surya, mis. rasio energi yang digunakan terhadap energi yang datang akan ditentukan oleh semua parameter ini. Pada kondisi yang menguntungkan bisa mencapai 70%, dan jika terjadi kondisi buruk bisa turun hingga 30%. Nilai efisiensi yang akurat dapat diperoleh dalam perhitungan awal hanya dengan memodelkan perilaku sistem secara penuh, dengan mempertimbangkan semua faktor yang tercantum di atas. Tentu saja, masalah seperti itu hanya bisa diselesaikan dengan menggunakan komputer.

Karena kerapatan fluks radiasi matahari terus berubah, jumlah total radiasi per hari atau bahkan per bulan dapat digunakan untuk perkiraan perhitungan.

Di meja 1 menunjukkan sebagai contoh:

Tabel 1. Jumlah kedatangan radiasi matahari bulanan di Kew (dekat London)

Tabel tersebut menunjukkan bahwa permukaan dengan sudut kemiringan optimal menerima (rata-rata selama 8 bulan musim dingin) sekitar 1,5 kali lebih banyak energi daripada permukaan horizontal. Jika jumlah radiasi matahari yang sampai pada suatu permukaan horizontal diketahui, maka untuk mengubahnya menjadi permukaan miring dapat dikalikan dengan hasil kali koefisien ini (1,5) dan nilai efisiensi kolektor surya yang diterima sebesar 40%. , yaitu.

1,5*0,4=0,6

Ini akan memberikan kuantitasnya energi yang berguna, diserap oleh permukaan penerima panas yang miring selama periode tertentu.

Untuk menentukan kontribusi efektif energi matahari terhadap pasokan pemanas suatu bangunan, bahkan dengan perhitungan manual, perlu untuk menyusun setidaknya saldo bulanan permintaan dan panas berguna yang diterima dari Matahari. Untuk lebih jelasnya, mari kita lihat sebuah contoh.

Jika kita menggunakan data di atas dan mempertimbangkan sebuah rumah yang laju kehilangan panasnya adalah 250 W/°C, maka lokasi tersebut memiliki derajat hari tahunan sebesar 2800 (67200°C*h). dan luas kolektor surya misalnya 40 m2, maka diperoleh distribusi berdasarkan bulan sebagai berikut (lihat Tabel 2).

Tabel 2. Perhitungan kontribusi efektif energi surya

Biaya panas
Setelah menghitung jumlah panas yang disediakan oleh Matahari, perlu disajikan dalam satuan moneter.

Biaya panas yang dihasilkan tergantung pada:

Biaya operasional yang diperoleh kemudian dapat dibandingkan dengan biaya modal sistem pemanas tenaga surya.

Sesuai dengan hal tersebut, jika kita berasumsi bahwa pada contoh di atas adalah matahari sistem pemanas digunakan sebagai pengganti sistem pemanas tradisional yang mengonsumsi, misalnya, bahan bakar gas dan menghasilkan panas dengan biaya 1,67 rubel/kWh, maka untuk menentukan penghematan tahunan yang dihasilkan, Anda memerlukan 8358 kWh yang disediakan oleh energi surya (menurut perhitungan pada Tabel 2 untuk area kolektor 40 m2), kalikan dengan 1,67 rubel/kWh, sehingga menghasilkan

8358*1,67 = 13957,86 rubel.

Pemanasan tambahan
Salah satu pertanyaan yang paling sering ditanyakan oleh orang-orang yang ingin memahami penggunaan energi matahari untuk pemanasan (atau keperluan lainnya) adalah, “Apa yang Anda lakukan saat matahari tidak bersinar?” Setelah memahami konsep penyimpanan energi, mereka mengajukan pertanyaan berikutnya: “Apa yang harus dilakukan jika tidak ada lagi energi panas yang tersisa di baterai?” Pertanyaan ini sah-sah saja, dan kebutuhan akan sistem yang berlebihan dan sering kali bersifat konvensional merupakan hambatan besar dalam penerapan energi surya secara luas sebagai alternatif terhadap sumber energi yang ada.

Jika kapasitas sistem pemanas tenaga surya tidak mencukupi untuk menjaga bangunan tetap melewati periode cuaca dingin dan berawan, maka konsekuensinya, bahkan hanya sekali selama musim dingin, bisa cukup parah sehingga memerlukan penyediaan pemanas konvensional berukuran penuh. sistem pemanas sebagai cadangan. Sebagian besar bangunan berpemanas tenaga surya memerlukan sistem redundansi penuh. Saat ini, di sebagian besar wilayah, energi surya harus dianggap sebagai cara untuk mengurangi konsumsi bentuk energi tradisional, dan bukan sebagai penggantinya.

Pemanas konvensional merupakan cadangan yang cocok, tetapi ada banyak alternatif lain, misalnya:

Perapian;
- tungku kayu;
- pemanas kayu.

Namun, misalkan kita ingin membuat sistem pemanas tenaga surya yang cukup besar untuk menyediakan panas ke ruangan dalam kondisi yang paling tidak menguntungkan. Karena kombinasi hari-hari yang sangat dingin dan cuaca berawan dalam jangka waktu lama jarang terjadi, ukuran tambahan sistem tenaga surya (kolektor dan baterai) yang diperlukan untuk kasus-kasus ini akan terlalu mahal dan penghematan bahan bakar yang relatif sedikit. Selain itu, sistem akan beroperasi pada daya yang kurang dari nilai daya pada sebagian besar waktu.

Sistem panas matahari yang dirancang untuk menyuplai 50% beban pemanas hanya dapat menyediakan panas yang cukup untuk 1 hari dalam cuaca yang sangat dingin. Dengan menggandakan ukuran tata surya, rumah akan mendapat panas selama 2 hari yang dingin dan berawan. Untuk jangka waktu lebih dari 2 hari, peningkatan ukuran berikutnya tidak dapat dibenarkan seperti yang sebelumnya. Selain itu, akan ada periode cuaca ringan sehingga peningkatan kedua tidak diperlukan.

Sekarang, jika Anda menambah luas pengumpul sistem pemanas sebanyak 1,5 kali lipat untuk bertahan selama 3 hari yang dingin dan berawan, maka secara teori itu akan cukup untuk memenuhi 1/2 dari seluruh kebutuhan rumah selama musim dingin. Namun, tentu saja, dalam praktiknya hal ini mungkin tidak terjadi, karena terkadang cuaca dingin berawan terjadi selama 4 (atau lebih) hari berturut-turut. Untuk memperhitungkan hari ke-4 ini, kita memerlukan sistem pemanas tenaga surya yang secara teoritis dapat mengumpulkan panas 2 kali lebih banyak daripada yang dibutuhkan gedung selama musim pemanasan. Jelas bahwa periode dingin dan berawan bisa lebih lama dari yang diperkirakan dalam desain sistem panas matahari. Semakin besar kolektor, semakin kurang intensif penggunaan setiap peningkatan ukurannya, semakin sedikit energi yang dihemat per unit area kolektor, dan semakin rendah laba atas investasi per unit area tambahan.

Namun, upaya berani telah dilakukan untuk menyimpan energi panas matahari yang cukup untuk memenuhi seluruh kebutuhan pemanas dan menghilangkan sistem pemanas tambahan. Dengan pengecualian yang jarang terjadi pada sistem seperti rumah tenaga surya G. Hay, penyimpanan panas jangka panjang mungkin merupakan satu-satunya alternatif selain sistem tambahan. G. Thomason hampir mencapai 100% pemanas tenaga surya di rumah pertamanya di Washington; hanya 5% dari beban pemanasan yang ditanggung oleh pemanas bahan bakar cair standar.

Jika sistem tambahan hanya mencakup sebagian kecil dari total beban, maka masuk akal untuk menggunakan pemanas listrik, meskipun faktanya hal itu memerlukan produksi sejumlah besar energi di pembangkit listrik, yang kemudian diubah menjadi panas untuk pemanasan. (pembangkit listrik mengkonsumsi 10500...13700 kJ untuk menghasilkan 1 kWh energi panas di dalam gedung). Dalam kebanyakan kasus, pemanas listrik akan lebih murah daripada pemanas minyak atau oven gas, dan jumlah listrik yang dibutuhkan untuk memanaskan bangunan secara relatif kecil mungkin membenarkan penggunaannya. Selain itu, pemanas listrik adalah perangkat yang tidak terlalu boros bahan karena jumlah bahan yang relatif sedikit (dibandingkan dengan pemanas) yang digunakan untuk pembuatan kumparan listrik.

Karena efisiensi kolektor surya meningkat secara signifikan jika dioperasikan pada suhu rendah, sistem pemanas harus dirancang untuk menggunakan suhu serendah mungkin - bahkan pada 24...27°C. Salah satu manfaat sistem udara hangat Thomason adalah sistem ini terus mengekstraksi panas yang berguna dari baterai pada suhu yang mendekati suhu kamar.

Dalam konstruksi baru, sistem pemanas dapat dirancang untuk memanfaatkan suhu yang lebih rendah, misalnya dengan memanjangkan radiator air panas bersirip, menambah ukuran panel pancaran, atau meningkatkan volume udara bersuhu lebih rendah. Desainer paling sering memilih untuk memanaskan ruangan menggunakan udara hangat atau menggunakan panel pancaran yang diperbesar. Sistem pemanas udara memanfaatkan panas tersimpan bersuhu rendah dengan sebaik-baiknya. Panel pemanas berseri memiliki jeda waktu yang lama (antara menyalakan sistem dan memanaskan ruang udara) dan biasanya memerlukan suhu pengoperasian cairan pendingin yang lebih tinggi daripada sistem udara panas. Oleh karena itu, panas dari perangkat penyimpanan tidak sepenuhnya dimanfaatkan pada suhu yang lebih rendah yang dapat diterima untuk sistem udara hangat, dan efisiensi keseluruhan sistem tersebut lebih rendah. Ukuran sistem panel pancaran yang terlalu besar untuk mencapai hasil yang serupa dengan udara dapat menimbulkan biaya tambahan yang signifikan.

Untuk meningkatkan secara keseluruhan Efisiensi sistem(pemanas tenaga surya dan sistem redundan tambahan) dan pada saat yang sama mengurangi biaya keseluruhan dengan menghilangkan waktu henti komponen, banyak desainer memilih untuk mengintegrasikan kolektor surya dan baterai dengan sistem tambahan. Komponen umum adalah sebagai berikut:

Penggemar;
- pompa;
- penukar panas;
- kontrol;
- pipa;
- saluran udara.

Gambar-gambar dalam artikel Desain Sistem menunjukkan berbagai diagram sistem tersebut.

Kendala dalam merancang antarmuka antar sistem adalah peningkatan kontrol dan komponen bergerak, yang meningkatkan kemungkinan kegagalan mekanis. Godaan untuk meningkatkan efisiensi sebesar 1...2% dengan menambahkan perangkat lain di persimpangan sistem hampir tidak dapat ditolak dan mungkin merupakan alasan paling umum kegagalan sistem pemanas tenaga surya. Biasanya, pemanas tambahan tidak boleh memanaskan kompartemen penyimpanan panas matahari. Jika hal ini terjadi, tahap pemanenan panas matahari akan menjadi kurang efisien karena prosesnya hampir selalu terjadi pada suhu yang lebih tinggi. Di sistem lain, mengurangi suhu baterai dengan menggunakan panas dari gedung akan meningkatkan efisiensi sistem secara keseluruhan.

Alasan kekurangan lain dari skema ini dijelaskan oleh hilangnya panas yang besar dari baterai karena suhunya yang terus-menerus tinggi. Dalam sistem di mana peralatan tambahan tidak memanaskan baterai, baterai akan kehilangan panas secara signifikan lebih sedikit jika tidak ada sinar matahari selama beberapa hari. Bahkan dalam sistem yang dirancang seperti ini, kehilangan panas dari wadah berjumlah 5...20% dari total panas yang diserap oleh sistem pemanas surya. Dengan baterai, dipanaskan peralatan bantu, kehilangan panas akan jauh lebih tinggi dan hanya dapat dibenarkan jika wadah baterai terletak di dalam ruangan berpemanas dalam gedung

Pemanasan tenaga surya adalah metode memanaskan bangunan tempat tinggal, yang setiap hari menjadi semakin populer di banyak negara, terutama negara maju di dunia. Keberhasilan terbesar di bidang energi panas matahari saat ini dapat dibanggakan di negara-negara Eropa Barat dan Tengah. Di Uni Eropa, selama dekade terakhir, terjadi pertumbuhan tahunan industri energi terbarukan sebesar 10–12%. Tingkat perkembangan ini merupakan indikator yang sangat signifikan.

kolektor surya

Salah satu bidang penerapan energi matahari yang paling jelas adalah penggunaannya untuk memanaskan air dan udara (sebagai pendingin). Di daerah beriklim di mana cuaca dingin terjadi, untuk kenyamanan hidup masyarakat, perhitungan dan pengorganisasian sistem pemanas untuk setiap bangunan tempat tinggal adalah wajib. Mereka harus mempunyai pasokan air panas untuk berbagai kebutuhan, dan rumah juga harus memiliki pemanas. Tentu saja, pilihan terbaik di sini adalah menggunakan skema tempat mereka bekerja sistem otomatis pasokan panas.

Perusahaan industri membutuhkan pasokan air panas harian dalam jumlah besar selama proses produksi. Contohnya adalah Australia, di mana hampir 20 persen dari seluruh energi yang dikonsumsi dihabiskan untuk memanaskan cairan pendingin hingga suhu tidak melebihi 100 o C. Oleh karena itu, di beberapa negara maju di Barat, dan lebih luas lagi di Israel, Amerika Utara, Jepang dan, tentu saja, Australia, produksi sistem pemanas tenaga surya berkembang sangat pesat.

Dalam waktu dekat, pengembangan energi tentunya akan diarahkan pada pemanfaatan radiasi matahari. Kepadatan radiasi matahari per permukaan bumi rata-rata 250 W per meter persegi. Padahal untuk memenuhi kebutuhan ekonomi manusia di daerah-daerah yang paling sedikit industrinya, dua watt per meter persegi sudah cukup.

Perbedaan yang menguntungkan antara energi surya dan sektor energi lain yang menggunakan proses pembakaran bahan bakar fosil adalah ramah lingkungan dari energi yang dihasilkan. Pengoperasian peralatan tenaga surya tidak mengakibatkan pelepasan emisi berbahaya ke atmosfer.

Pemilihan skema penerapan peralatan, sistem pasif dan aktif

Ada dua skema penggunaan radiasi matahari sebagai sistem pemanas rumah. Ini adalah sistem aktif dan pasif. Sistem pemanas surya pasif adalah sistem di mana struktur rumah itu sendiri atau bagian-bagiannya berfungsi sebagai elemen yang secara langsung menyerap radiasi matahari dan menghasilkan panas darinya. Elemen-elemen tersebut dapat berupa pagar, atap, atau bagian-bagian tertentu dari suatu bangunan yang dibangun berdasarkan skema tertentu. Sistem pasif tidak menggunakan bagian mekanis yang bergerak.

Sistem aktif beroperasi berdasarkan skema yang berlawanan untuk memanaskan rumah, mereka secara aktif menggunakan perangkat mekanis (pompa, motor; saat menggunakannya, daya yang dibutuhkan juga dihitung).

Sistem pasif adalah yang paling sederhana dalam desain dan lebih murah secara finansial saat memasang suatu sirkuit. Skema pemanasan seperti itu tidak memerlukan pemasangan perangkat tambahan untuk penyerapan dan distribusi radiasi matahari selanjutnya dalam sistem pemanas rumah. Pengoperasian sistem tersebut didasarkan pada prinsip pemanasan langsung ruang hidup melalui dinding pemancar cahaya yang terletak di sisi selatan. Fungsi pemanasan tambahan disediakan oleh permukaan luar elemen pagar rumah, yang dilengkapi dengan lapisan layar transparan.

Untuk memulai proses pengubahan radiasi matahari menjadi energi panas, digunakan sistem perancangan berdasarkan penggunaan penerima sinar matahari dengan permukaan transparan, dimana fungsi utamanya adalah “efek rumah kaca”, kemampuan kaca untuk menahan radiasi panas digunakan. , sehingga meningkatkan suhu di dalam ruangan.

Perlu dicatat bahwa penggunaan hanya satu jenis sistem mungkin tidak sepenuhnya dapat dibenarkan. Seringkali, perhitungan yang cermat menunjukkan bahwa pengurangan kehilangan panas dan kebutuhan energi bangunan secara signifikan dapat dicapai melalui penggunaan sistem terintegrasi. Kerja keseluruhan sistem aktif dan pasif dengan menggabungkan sifat-sifat positif akan memberikan efek yang maksimal.

Perhitungan efisiensi tipikal menunjukkan bahwa radiasi matahari pasif akan menyediakan sekitar 14 hingga 16 persen kebutuhan pemanas rumah Anda. Sistem seperti itu akan menjadi komponen penting dalam proses pembangkitan panas.

Namun, meski pasti sifat positif sistem pasif, kemampuan utama untuk sepenuhnya memenuhi kebutuhan panas bangunan masih memerlukan penggunaan peralatan pemanas aktif. Sistem yang fungsinya menyerap, mengakumulasi, dan mendistribusikan langsung radiasi matahari.

Perencanaan dan perhitungan

Hitung kemungkinan memasang sistem pemanas aktif menggunakan energi matahari (sel surya kristal, kolektor surya), sebaiknya pada tahap desain bangunan. Namun tetap saja, poin ini tidak wajib; pemasangan sistem seperti itu juga dimungkinkan pada proyek yang sudah ada, terlepas dari tahun pembangunannya (dasar keberhasilannya adalah perhitungan yang benar dari keseluruhan skema).

Peralatan tersebut dipasang di sisi selatan rumah. Pengaturan ini menciptakan kondisi penyerapan maksimum radiasi matahari yang masuk di musim dingin. Fotosel yang mengubah energi matahari dan dipasang pada struktur tetap paling efektif bila dipasang relatif terhadap permukaan bumi pada sudut yang sama dengan lokasi geografis bangunan yang dipanaskan. Sudut kemiringan atap, derajat rotasi rumah ke selatan - ini adalah poin penting yang harus diperhitungkan saat menghitung keseluruhan skema pemanasan.

Fotosel surya dan kolektor surya harus dipasang sedekat mungkin dengan tempat konsumsi energi. Ingatlah bahwa semakin dekat Anda membangun kamar mandi dan dapur, semakin sedikit panas yang hilang (dalam opsi ini, Anda dapat bertahan dengan satu kolektor surya, yang akan memanaskan kedua ruangan). Kriteria evaluasi utama ketika memilih peralatan yang Anda butuhkan adalah efisiensinya.

Sistem pemanas surya aktif dibagi menjadi beberapa kelompok berikut sesuai dengan kriteria berikut:

1. Penerapan sirkuit cadangan;
2. Musiman pekerjaan (sepanjang tahun atau pada musim tertentu);
3. Tujuan fungsional - pemanasan, pasokan air panas dan sistem gabungan;
4. Pendingin yang digunakan adalah cairan atau udara;
5. Solusi teknis yang diterapkan untuk jumlah sirkuit (1, 2 atau lebih).

Data ekonomi umum akan menjadi faktor utama dalam memilih salah satu jenis peralatan. Perhitungan termal yang kompeten dari seluruh sistem akan membantu Anda membuat keputusan yang tepat. Perhitungan harus dilakukan dengan mempertimbangkan indikator setiap ruangan tertentu di mana organisasi pemanas matahari dan (atau) pasokan air panas direncanakan. Perlu mempertimbangkan lokasi bangunan, kondisi alam iklim, dan besarnya biaya sumber energi yang dipindahkan. Perhitungan yang benar dan pilihan skema organisasi pasokan panas yang berhasil adalah kunci kelayakan ekonomi penggunaan peralatan energi surya.

Sistem pemanas surya

Skema pemanasan yang paling umum digunakan adalah pemasangan kolektor surya, yang menyediakan fungsi menyimpan energi yang diserap dalam wadah khusus - baterai.

Saat ini, yang paling luas adalah skema pemanasan sirkuit ganda untuk tempat tinggal, di mana sistem sirkulasi pendingin paksa dipasang di kolektor. Prinsip pengoperasiannya adalah sebagai berikut. Air panas disuplai dari bagian atas tangki penyimpanan, prosesnya terjadi secara otomatis sesuai hukum fisika. Air dingin yang mengalir diberi tekanan ke bagian bawah tangki, air ini menggantikan air panas yang terkumpul di bagian atas tangki, yang kemudian masuk ke sistem pasokan air panas rumah untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga dan pemanas.

Untuk rumah satu keluarga biasanya dipasang tangki penyimpanan berkapasitas 400 hingga 800 liter. Untuk memanaskan cairan termal dengan volume seperti itu, tergantung pada kondisi alam Diperlukan untuk menghitung luas permukaan kolektor surya dengan benar. Penting juga untuk membenarkan penggunaan peralatan secara ekonomis.

Peralatan standar untuk memasang sistem pemanas tenaga surya adalah sebagai berikut:

• Langsung kolektor surya itu sendiri;
• Sistem pengikat (penyangga, balok, dudukan);
• Tangki penyimpanan;
• Tangki mengkompensasi ekspansi cairan pendingin yang berlebihan;
• Perangkat kendali pengoperasian pompa;
• Pompa (satu set katup);
• Sensor suhu;
• Perangkat penukar panas (digunakan di sirkuit dengan volume besar);
• Pipa berinsulasi termal;
• Katup pengaman dan kontrol;
• Tepat.

Sistem berdasarkan panel penyerap panas. Panel seperti itu biasanya digunakan pada tahap konstruksi baru. Untuk memasangnya, perlu dibangun struktur khusus yang disebut atap panas. Artinya panel harus dipasang langsung pada struktur atap dengan menggunakan elemen atap sebagai komponen bodi peralatan. Pemasangan seperti itu akan mengurangi biaya Anda untuk membuat sistem pemanas, tetapi akan membutuhkan pekerjaan berkualitas tinggi untuk membuat sambungan perangkat dan atap kedap air. Metode pemasangan peralatan ini mengharuskan Anda merancang dan merencanakan semua tahapan pekerjaan dengan cermat. Banyak masalah yang perlu diselesaikan mengenai perutean pipa, penempatan tangki penyimpanan, pemasangan pompa, dan penyesuaian kemiringan. Cukup banyak masalah selama pemasangan yang harus diselesaikan jika bangunan tidak diputar ke selatan dengan cara terbaik.

Secara umum, proyek sistem pemanas tenaga surya akan berbeda dari yang lain pada tingkat yang berbeda-beda. Hanya prinsip-prinsip dasar sistem yang tidak akan berubah. Oleh karena itu, tidak mungkin untuk memberikan daftar pasti bagian-bagian yang diperlukan untuk pemasangan lengkap seluruh sistem, karena selama proses pemasangan mungkin perlu menggunakan elemen dan bahan tambahan.

Sistem pemanas cair

Dalam sistem yang beroperasi berdasarkan cairan pendingin, air biasa digunakan sebagai media penyimpanan. Penyerapan energi terjadi pada kolektor surya berdesain datar. Energi diakumulasikan di tangki penyimpanan dan dikonsumsi sesuai kebutuhan.

Untuk mentransfer energi dari perangkat penyimpanan ke gedung, digunakan penukar panas air-ke-air atau air-ke-udara. Sistem penyediaan air panas dilengkapi dengan tangki tambahan yang disebut tangki pemanasan awal. Air di dalamnya dipanaskan karena radiasi matahari dan kemudian masuk ke pemanas air konvensional.

Sistem pemanas udara

Sistem ini menggunakan udara sebagai pembawa panas. Pendingin dipanaskan dalam kolektor surya datar, dan kemudian udara panas memasuki ruangan yang dipanaskan atau ke dalam perangkat penyimpanan khusus, di mana energi yang diserap diakumulasikan dalam nosel khusus, yang dipanaskan oleh udara panas yang masuk. Berkat fitur ini, sistem terus menyuplai panas ke rumah bahkan di malam hari saat radiasi matahari tidak tersedia.

Sistem dengan sirkulasi paksa dan alami

Dasar pengoperasian sistem sirkulasi alami adalah pergerakan independen cairan pendingin. Di bawah pengaruh kenaikan suhu, ia kehilangan kepadatannya dan karenanya cenderung ke bagian atas perangkat. Perbedaan tekanan yang dihasilkan inilah yang membuat peralatan berfungsi.