Zonne verwarmingssystemen. Basiselementen en schematische diagrammen van zonneverwarmingssystemen

Het belangrijkste element van actieve warmtetoevoersystemen is een zonnecollector (SC). lage temperatuur systemen warmtetoevoersystemen (tot 100 °C), die worden gebruikt om zonne-energie om te zetten in laagwaardige warmte voor warmwatervoorziening, verwarming en andere thermische processen, maken gebruik van de zogenaamde platte collector, een zonneabsorber waardoor de koelvloeistof circuleert; de structuur is thermisch geïsoleerd vanaf de achterkant en beglaasd vanaf de voorkant.

In hogetemperatuur-warmtetoevoersystemen (boven 100 °C) worden hogetemperatuur-zonnecollectoren gebruikt. Momenteel is de meest efficiënte daarvan de concentrerende zonnecollector Luza, een parabolische trog met een zwarte buis in het midden, waarop zonnestraling wordt geconcentreerd. Dergelijke collectoren zijn zeer effectief in gevallen waar het nodig is om temperatuurcondities boven 100 °C te creëren voor de industrie of stoomproductie in de elektriciteitsindustrie. Ze worden gebruikt in sommige thermische zonnecentrales in Californië; voor Noord-Europa zijn ze niet effectief genoeg, omdat ze geen gebruik kunnen maken van verstrooide zonnestraling.

Wereldervaring. In Australië verbruikt het opdrinken van vloeistoffen onder de 100°C ongeveer 20% van het totale energieverbruik. Vastgesteld is dat om 80% van de landelijke woongebouwen van warm water per persoon te voorzien, 2 ... 3 m2 zonnecollectoroppervlak en een watertank met een inhoud van 100 ... 150 liter nodig zijn. Er is veel vraag naar installaties met een oppervlakte van 25 m2 en een waterkoker voor 1000 ... 1500 liter, die 12 mensen van warm water voorzien.

In de UK ingezetenen platteland voldoen aan de behoefte aan thermische energie met 40 ... 50% door het gebruik van zonnestraling.

In Duitsland werd op een onderzoeksstation bij Düsseldorf een actieve zonneboilerinstallatie (collectoroppervlak 65 m2) getest, waarmee gemiddeld 60% van de benodigde warmte per jaar en 80 ... 90% in zomer. In Duitsland kan een gezin van 4 personen zich volledig van warmte voorzien als er een energiedak is met een oppervlakte van 6 ... 9 m2.

De meest gebruikte thermische zonne-energie wordt gebruikt om kassen te verwarmen en er een kunstmatig klimaat in te creëren; in Zwitserland zijn verschillende manieren getest om zonne-energie in deze richting te gebruiken.

In Duitsland (Hannover) wordt bij het Instituut voor Technologie, Tuinbouw en Landbouw de mogelijkheid onderzocht om zonnecollectoren te gebruiken die naast de kas zijn geplaatst of in de structuur ervan zijn ingebouwd, evenals de kassen zelf als zonnecollector met behulp van een getinte vloeistof door de dubbele coating van de kas en verwarmende zonnestraling Uit de resultaten van het onderzoek bleek dat in klimaat omstandigheden In Duitsland voldoet verwarming met alleen zonne-energie het hele jaar door niet volledig aan de warmtevraag. Moderne zonnecollectoren in Duitsland kunnen in de zomer met 90% in de behoeften van de landbouw in warm water, in de winter met 29 ... 30% en in de overgangsperiode - met 55 ... 60% voldoen.

Actieve zonneverwarmingssystemen komen het meest voor in Israël, Spanje, Taiwan, Mexico en Canada. Alleen al in Australië hebben meer dan 400.000 huizen zonneboilers. In Israël is meer dan 70% van alle eengezinswoningen (ongeveer 900.000) uitgerust met zonneboilers met zonnecollectoren met totale oppervlakte 2,5 miljoen m2, wat een mogelijkheid biedt voor een jaarlijkse brandstofbesparing van ongeveer 0,5 miljoen toe.

Structurele verbetering van platte SC vindt plaats in twee richtingen:

• zoeken naar nieuwe niet-metalen structurele materialen;
• verbetering van de opto-thermische eigenschappen van de meest kritische assemblage van doorschijnende absorberende elementen.

In de USSR waren er verschillende wetenschappelijke en technische scholen voor zonnewarmtevoorziening: Moskou (ENIN, IVTAN, MPEI, enz.), Kiev (KievZNIIEPIO, Kiev Engineering and Construction Institute, Institute of Technical Thermal Physics, enz.), Tasjkent ( Fysisch-technisch instituut van de Academie van Wetenschappen van de Oezbeekse SSR, Tasjkent ZNIIEP), Ashgabat (Instituut voor zonne-energie van de Academie van Wetenschappen van de TSSR), Tbilisi (Spetsgelioteplomontazh). In de jaren negentig voegden specialisten uit Krasnodar, het defensiecomplex (de stad Reutov, de regio Moskou en Kovrov), het Institute of Marine Technologies (Vladivostok), Rostovteploelektroproekt, zich bij deze werken. originele school zonne-installaties zijn gemaakt in Ulan-Ude door G.P. Kasatkin.

Zonneverwarming is een van 's werelds meest geavanceerde technologieën voor het omzetten van zonne-energie voor verwarming, warm water en koeling. In 2016 bedroeg het totale vermogen van zonneverwarmingssystemen in de wereld 435,9 GW (622,7 miljoen m²). In Rusland heeft zonnewarmtelevering nog geen brede praktische toepassing gekregen, wat voornamelijk te wijten is aan relatief lage tarieven voor warmte en elektriciteit. In datzelfde jaar waren volgens deskundige gegevens in ons land slechts ongeveer 25 duizend m² zonne-installaties in bedrijf. Op afb. 1 toont een foto van de grootste zonnecentrale in Rusland in de stad Narimanov, regio Astrachan, met een oppervlakte van 4400 m².

Rekening houdend met wereldwijde trends in de ontwikkeling van hernieuwbare energie, vereist de ontwikkeling van de levering van zonnewarmte in Rusland inzicht in de binnenlandse ervaring. Het is interessant om op te merken dat de kwesties van het praktische gebruik van zonne-energie in de USSR op staatsniveau in 1949 werden besproken tijdens de eerste All-Union-conferentie over zonnetechnologie in Moskou. Speciale aandacht werd gegeven aan actieve en passieve systemen zonne-energie gebouwen.

Het project van het actieve systeem werd in 1920 ontwikkeld en uitgevoerd door de natuurkundige V. A. Mikhelson. In de jaren dertig werden passieve zonneverwarmingssystemen ontwikkeld door een van de initiatiefnemers van zonnetechnologie, ingenieur-architect Boris Konstantinovich Bodashko (Leningrad). In dezelfde jaren deed professor Boris Petrovich Weinberg (Leningrad), doctor in de technische wetenschappen, onderzoek naar zonne-energiebronnen op het grondgebied van de USSR en ontwikkelde hij de theoretische basis voor de bouw van zonne-installaties.

In 1930-1932 ontwikkelde en testte K.G. Trofimov (stad Tasjkent) een zonne-luchtverwarmer met een verwarmingstemperatuur tot 225 °C. Een van de leiders in de ontwikkeling van zonnecollectoren en zonne-warmwatervoorziening (DHW) was Ph.D. Boris Valentinovitsj Petukhov. In zijn boek "Tubular Solar Water Heaters", dat hij in 1949 publiceerde, onderbouwde hij de haalbaarheid van het ontwikkelen en basisontwerpoplossingen voor vlakke plaat zonnecollectoren (SC's). Op basis van tien jaar ervaring (1938-1949) in de bouw van zonne-installaties voor warmwatervoorzieningssystemen, ontwikkelde hij een methodiek voor het ontwerp, de bouw en de exploitatie ervan. Zo werden al in de eerste helft van de vorige eeuw in ons land studies uitgevoerd naar alle soorten zonnewarmtevoorzieningssystemen, inclusief het potentieel en de berekeningsmethoden zonnestraling, vloeistof- en luchtzonnecollectoren, zonne-installaties voor SWW-systemen, actieve en passieve zonneverwarmingssystemen.

Op de meeste gebieden nam het onderzoek en de ontwikkeling van de Sovjet-Unie op het gebied van zonneverwarming een leidende positie in de wereld in. Tegelijkertijd kreeg het geen brede praktische toepassing in de USSR en ontwikkelde het zich op eigen initiatief. Dus, Ph.D. B. V. Petukhov ontwikkelde en bouwde tientallen zonne-installaties met SC naar eigen ontwerp aan de grensposten van de USSR.

In de jaren tachtig, na de buitenlandse ontwikkelingen die werden geïnitieerd door de zogenaamde "mondiale energiecrisis", werden binnenlandse ontwikkelingen op het gebied van zonne energie aanzienlijk geïntensiveerd. Initiator van nieuwe ontwikkelingen was het Energie Instituut. G. M. Krzhizhanovsky in Moskou (ENIN), die sinds 1949 ervaring op dit gebied heeft opgedaan.

De voorzitter van het Staatscomité voor Wetenschap en Technologie Academicus V. A. Kirillin bezocht een aantal Europese wetenschappelijke centra die begonnen met uitgebreid onderzoek en ontwikkeling op het gebied van hernieuwbare energie, en in 1975, in overeenstemming met zijn instructies, het Instituut voor Hoge Temperaturen van de Academie of Sciences was verbonden om in deze richting te werken USSR in Moskou (nu het Joint Institute for High Temperatures, JIHT RAS).

In de jaren tachtig begonnen ook het Moscow Power Engineering Institute (MPEI), het Moscow Engineering and Construction Institute (MISI) en het All-Union Institute of Light Alloys (VILS, Moskou) zich bezig te houden met onderzoek op het gebied van zonnewarmtevoorziening in de RSFSR.

Ontwikkeling van proefprojecten voor zonnecentrales hoge spanning uitgevoerd door het Central Research and Design Institute of Experimental Design (TsNII EPIO, Moskou).

Het op een na belangrijkste wetenschappelijke en technische centrum voor de ontwikkeling van zonneverwarming was Kiev (Oekraïne). De hoofdorganisatie in de Sovjet-Unie voor het ontwerp van zonne-installaties voor de huisvesting en gemeentelijke diensten van de USSR Gosgrazhdanstroy bepaalde het Kyiv Zonal Research and Design Institute (KievZNIIEP). Onderzoek in deze richting werd uitgevoerd door het Kiev Institute of Engineering and Construction, het Institute of Technical Thermal Physics van de Academy of Sciences of Ukraine, het Institute of Problems of Materials Science van de Academy of Sciences van de Oekraïense SSR en het Kiev Institute van elektrodynamica.

Het derde centrum in de USSR was de stad Tasjkent, waar het Fysisch-Technisch Instituut van de Academie van Wetenschappen van de Oezbeekse SSR en het Karshi State Pedagogical Institute zich bezighielden met onderzoek. De ontwikkeling van projecten voor zonne-installaties werd uitgevoerd door het Tashkent Zonal Research and Design Institute van TashZNIIEP. BIJ Sovjet tijd de levering van zonnewarmte werd verzorgd door het Instituut voor Zonne-energie van de Academie van Wetenschappen van de Turkmeense SSR in de stad Ashgabat. In Georgië werden studies van zonnecollectoren en zonne-installaties uitgevoerd door de Vereniging "Spetsgelioteplomontazh" (Tbilisi) en het Georgische onderzoeksinstituut voor energie en hydraulische constructies.

In de jaren 90 in Russische Federatie Specialisten uit de stad Krasnodar, het defensiecomplex (JSC VPK NPO Mashinostroeniya, Kovrov Mechanical Plant), het Institute of Marine Technologies (Vladivostok), Rostovteploelektroproekt, evenals het Sochi Institute of Balneology, namen deel aan het onderzoek en het ontwerp van zonne-installaties. Korte beoordeling wetenschappelijke concepten en technische ontwikkelingen wordt gepresenteerd in het werk.

In de USSR was het Energy Institute (ENIN*, Moskou) de leidende wetenschappelijke organisatie voor de levering van zonnewarmte ( ca. auteur: De activiteiten van ENIN op het gebied van zonnewarmtevoorziening worden uitvoerig beschreven door doctor in de technische wetenschappen, professor Boris Vladimirovich Tarnizhevsky (1930-2008) in het artikel “The Solar Circle” uit de collectie “ENIN. Memoires van de oudste medewerkers "(2000).), die in 1930 werd georganiseerd en tot de jaren vijftig werd geleid door de leider van de Sovjet-energie-industrie, een persoonlijke vriend van V. I. Lenin - Gleb Maksimilianovich Krzhizhanovsky (1872-1959).

In de ENIN werd op initiatief van G. M. Krzhizhanovsky in de jaren 1940 een laboratorium voor zonnetechnologie opgericht, dat eerst werd geleid door de doctor in de technische wetenschappen, professor F. F. Molero, en vervolgens lange jaren(tot 1964) Doctor in de Technische Wetenschappen, professor Valentin Alekseevich Baum (1904-1985), die de taken van het hoofd van het laboratorium combineerde met het werk van de adjunct-directeur van ENIN.

V.A. Baum begreep meteen de essentie van de zaak en gaf belangrijk advies aan afgestudeerde studenten over hoe ze het werk konden voortzetten of voltooien. Zijn studenten herinnerden zich met dankbaarheid de seminars van het laboratorium. Ze waren erg interessant en op een heel goed niveau. V.A. Baum was een zeer wijdverbreide erudiete wetenschapper, een man van hoge cultuur, grote gevoeligheid en tact. Hij behield al deze kwaliteiten tot op hoge leeftijd, genietend van de liefde en het respect van zijn studenten. Hoge professionaliteit, wetenschappelijke benadering en fatsoen onderscheidden deze uitstekende persoon. Onder zijn leiding werden meer dan 100 kandidaat- en doctoraatsthesissen voorbereid.

Sinds 1956 is B.V. Tarnizhevsky (1930-2008) een postdoctorale student van V.A. Baum en een waardige opvolger van zijn ideeën. Hoge professionaliteit, wetenschappelijke benadering en fatsoen onderscheidden deze uitstekende persoon. Onder tientallen van zijn studenten is de auteur van dit artikel. B.V. Tarnizhevsky werkte 39 jaar in ENIN tot de laatste dagen van zijn leven. In 1962 ging hij werken bij het All-Russian Research Institute of Current Sources, gevestigd in Moskou, en keerde 13 jaar later weer terug naar ENIN.

In 1964, nadat V.A. Baum tot volwaardig lid van de Academie van Wetenschappen van de Turkmeense SSR was gekozen, vertrok hij naar Ashgabat, waar hij leiding gaf aan het Instituut voor Natuurkunde en Technologie. Yury Nikolajevitsj Malevsky (1932-1980) werd zijn opvolger als hoofd van het laboratorium voor zonnetechnologie. In de jaren zeventig kwam hij op het idee om in de Sovjet-Unie een experimentele zonne-energiecentrale van het torentype met een capaciteit van 5 MW met een thermodynamische conversiecyclus (SES-5, gelegen op de Krim) te creëren en leidde hij een grote -schaal team van 15 organisaties voor de ontwikkeling en constructie.

Een ander idee van Yu. N. Malevsky was om aan de zuidkust van de Krim een ​​geïntegreerde experimentele basis voor zonnewarmte- en koudevoorziening te creëren, die tegelijkertijd een vrij groot demonstratieobject en een centrum voor onderzoek op dit gebied zou zijn. Om dit probleem op te lossen, keerde BV Tarnizhevsky in 1976 terug naar ENIN. Het laboratorium voor zonnetechnologie had op dat moment 70 mensen in dienst. In 1980, na de dood van Yu. B.V. Tarnizhevsky, die betrokken was bij de oprichting van de Krim-basis voor warmte- en koudevoorziening. I. V. Baum leidde, voordat hij bij ENIN kwam, het laboratorium van de NPO Solntse van de Academie van Wetenschappen van de Turkmeense SSR (1973-1983) in Ashgabat.

In ENIN had I. V. Baum de leiding over het SES-laboratorium. In de periode van 1983 tot 1987 deed hij veel om de eerste thermodynamische zonne-energiecentrale in de USSR te bouwen. In de jaren tachtig bereikte het werken aan het gebruik van hernieuwbare energiebronnen en allereerst zonne-energie de grootste ontwikkeling op het instituut. In 1987 werd de bouw van de experimentele basis op de Krim in de regio Alushta voltooid. Ter plaatse werd een speciaal laboratorium gecreëerd voor de werking ervan.

In de jaren tachtig nam het laboratorium voor de levering van zonnewarmte deel aan de introductie van zonnecollectoren in de industriële massaproductie, de oprichting van installaties voor zonne- en warmwatervoorziening, waaronder grote met een SC-oppervlakte van meer dan 1000 m², en andere grote schaal projecten.

Zoals B.V. Tarnizhevsky zich herinnerde, was de activiteit van Sergei Iosifovich Smirnov in de jaren tachtig op het gebied van zonnewarmtevoorziening onmisbaar, die deelnam aan de oprichting van het eerste ketelhuis op zonne-energie voor een van de hotels in Simferopol, een aantal andere zonne-installaties, bij de ontwikkeling van berekende methodieken voor het ontwerpen van zonneverwarmingsinstallaties. S. I. Smirnov was een zeer opvallende en populaire persoon op het instituut.

Een krachtig intellect, gecombineerd met vriendelijkheid en een zekere impulsiviteit van karakter, creëerde de unieke charme van deze persoon. Yu. L. Myshko, B. M. Levinsky en andere medewerkers werkten met hem samen in zijn groep. De groep voor de ontwikkeling van selectieve coatings, onder leiding van Galina Aleksandrovna Gukhman, ontwikkelde een technologie voor de chemische afzetting van selectieve absorberende coatings op absorbers van zonnecollectoren, evenals een technologie voor de afzetting van een hittebestendige selectieve coating op buisvormige ontvangers van geconcentreerde zonnestraling.

In het begin van de jaren negentig gaf het Solar Heat Supply Laboratory de wetenschappelijke en organisatorische leiding voor een project over zonnecollectoren van de nieuwe generatie, dat deel uitmaakte van het programma "Environmentally Safe Energy". Tegen 1993-1994 was het als resultaat van het uitgevoerde onderzoeks- en ontwikkelingswerk mogelijk om ontwerpen te maken en de productie van zonnecollectoren te organiseren die niet onderdoen voor buitenlandse tegenhangers in termen van thermische en operationele kenmerken.

Onder leiding van B. V. Tarnizhevsky, het project GOST 28310-89 "Solar Collectors. Algemene technische voorwaarden". Om de ontwerpen van platte zonnecollectoren (PSC) te optimaliseren, stelde Boris Vladimirovich een algemeen criterium voor: het quotiënt van het delen van de kosten van de collector door de hoeveelheid thermische energie die erdoor wordt gegenereerd tijdens de geschatte levensduur .

In de laatste jaren van de USSR werden, onder leiding van doctor in de technische wetenschappen, professor B.V. Tarnizhevsky, de ontwerpen en technologieën van acht zonnecollectoren ontwikkeld: één met een paneelabsorber van roestvrij staal, twee met absorbers van aluminiumlegeringen, drie met absorbers en transparante isolatie gemaakt van polymeermaterialen, twee ontwerpen van luchtcollectoren. Er werden technologieën ontwikkeld om een ​​aluminium plaatprofiel uit een smelt te laten groeien, een technologie voor het vervaardigen van versterkt glas en het aanbrengen van een selectieve coating.

Het ontwerp van de zonnecollector, ontwikkeld door ENIN, werd in massa geproduceerd door de Bratsk Heating Equipment Plant. De absorber is een gestempeld stalen paneel met een zwart verchroomde selectieve galvanische coating. De carrosserie is gestempeld (trog) - staal, glas - vensterglas, glasafdichting - speciale mastiek (gerlen). Op jaarbasis (volgens gegevens uit 1989) produceerde de fabriek 42,3 duizend m² aan collectoren.

B. V. Tarnizhevsky ontwikkelde methoden voor het berekenen van actieve en passieve warmtetoevoersystemen voor gebouwen. Van 1990 tot 2000 werden 26 verschillende zonnecollectoren getest op de ENIN-stand, inclusief alle geproduceerd in de USSR en Rusland.

In 1975 voegde het Instituut voor Hoge Temperaturen van de Academie van Wetenschappen (IVTAN) zich bij het werk op het gebied van hernieuwbare energie onder leiding van corresponderend lid van de Russische Academie van Wetenschappen, doctor in de technische wetenschappen, professor Evald Emilievich Shpilrain (1926- 2009). IVTANA's werk op het gebied van hernieuwbare energie wordt in detail beschreven door Dr. OS Popel in het artikel “JIHT RAS. Resultaten en vooruitzichten' uit de jubileumcollectie van artikelen van het instituut in 2010. In korte tijd werden samen met ontwerporganisaties conceptuele ontwerpen van "zonne" -huizen voor het zuiden van het land ontwikkeld en gerechtvaardigd, werden methoden voor wiskundige modellering van systemen voor zonnewarmtevoorziening ontwikkeld en het ontwerp van de eerste wetenschappelijke testsite in Rusland "Sun" aan de kust van de Kaspische Zee bij de stad Makhachkala werd gestart.

Bij de ICT-RAS werd eerst een wetenschappelijke groep opgericht, en vervolgens een laboratorium onder leiding van Oleg Sergejevitsj Popel, waarin, samen met de staf van het Speciaal Ontwerpbureau van de ICT-RAS, samen met het zorgen voor coördinatie en computationele en theoretische onderbouwing van de ontwikkelde projecten is onderzoek gestart op het gebied van het maken van elektrochemische optische selectieve coatings van zonnecollectoren, de ontwikkeling van zogenaamde "zonnevijvers", zonneverwarmingssystemen in combinatie met warmtepompen, zonnedrogers, zijn werkzaamheden verricht in andere gebieden.

Een van de eerste praktische resultaten van het ICT RAS-team was de bouw van een "solar house" in het dorp Merdzavan in de regio Echmiadzin in Armenië. Dit huis werd het eerste experimentele energiezuinige "zonnehuis" in de USSR, uitgerust met de nodige experimentele diagnostische apparatuur, waarop de hoofdontwerper van het project M.S. 100% van het huis voorzien van warm water en de verwarmingsbelasting op een niveau van meer dan 50%.

Een ander belangrijk praktisch resultaat was de introductie in de Bratsk-fabriek van verwarmingsapparatuur ontwikkeld bij ICT RAS door MD Fridberg (samen met specialisten van het Moscow Evening Metallurgical Institute) van de technologie voor het aanbrengen van elektrochemische selectieve coatings "zwart chroom" op stalen panelen van platte zonne-energie verzamelaars, waarvan de productie in deze fabriek werd beheerst.

Halverwege de jaren tachtig werd in Dagestan de ICT RAS-testsite "Sun" in gebruik genomen. Gelegen op een oppervlakte van ongeveer 12 hectare, de stortplaats inbegrepen, samen met laboratorium gebouwen, een groep "zonnewoningen" van verschillende typen, uitgerust met zonnecollectoren en warmtepompen. Op de testlocatie werd een van 's werelds grootste (op dat moment) simulatoren van zonnestraling gelanceerd. De stralingsbron was een krachtige xenonlamp met een vermogen van 70 kW, voorzien van speciale optische filters die het mogelijk maken om het stralingsspectrum van de atmosferische (AM0) tot aan de grond (AM1.5) aan te passen. De creatie van de simulator maakte het mogelijk om versnelde tests uit te voeren van de weerstand van verschillende materialen en verven tegen zonnestraling, evenals tests van grote zonnecollectoren en fotovoltaïsche modules.

Helaas moesten in de jaren negentig, als gevolg van een scherpe verlaging van de budgettaire financiering voor onderzoek en ontwikkeling, de meeste projecten die door ICT RAS in de Russische Federatie waren gestart, worden bevroren. Om de richting van het werk op het gebied van hernieuwbare energie te behouden, werden onderzoek en ontwikkeling van het laboratorium geheroriënteerd naar wetenschappelijke samenwerking met vooraanstaande buitenlandse centra. Projecten zijn uitgevoerd in het kader van de programma's INTAS en TASIS, het Europese Kaderprogramma op het gebied van energiebesparing, warmtepompen en zonneadsorptie koelunits, die het anderzijds mogelijk maakten om wetenschappelijke competenties op verwante gebieden van wetenschap en technologie te ontwikkelen, te beheersen en te gebruiken in verschillende energietoepassingen moderne methoden dynamische modellering van energiecentrales (Ph.D.S.E. Frid).

Op initiatief en onder leiding van O.S. Popel, samen met de Staatsuniversiteit van Moskou (Ph.D.S.V. Kiseleva), werd de Atlas van zonne-energiebronnen op het grondgebied van de Russische Federatie ontwikkeld, het geografische informatiesysteem "Renewable Energy Sources of Russia" is gemaakt » (gisre.ru). Samen met het Instituut "Rostovteploelektroproekt" (Ph.D. A.A. Chernyavsky), werden zonne-installaties met zonnecollectoren van de Kovrov Mechanical Plant ontwikkeld, gebouwd en getest voor verwarmings- en warmwatersystemen in de objecten van de Special Astrophysical Observatory van de Russische Academie van Wetenschappen in Karachay-Tsjerkessia. De JIHT RAS heeft de enige gespecialiseerde thermisch-hydraulische stand in Rusland gecreëerd voor grootschalige thermische testen van zonnecollectoren en zonne-installaties in overeenstemming met Russische en buitenlandse normen, aanbevelingen zijn ontwikkeld voor het gebruik van zonne-installaties in verschillende regio's van de Russische Federatie. Meer details over enkele resultaten van onderzoek en ontwikkeling van de JIHT RAS op het gebied van RES zijn te vinden in het boek van O.S. Popel en V.E. Fortov "Renewable Energy in the Modern World".

Aan het Moscow Power Engineering Institute (MPEI), Dr.Sc. V.I. Vissarionov, doctor in de technische wetenschappen B.I. Kazandzhan en Ph.D. M.I. Valov.

V. I. Vissarionov (1939-2014) stond aan het hoofd van de afdeling niet-traditionele hernieuwbare energiebronnen (in 1988-2004). Onder zijn leiding werd gewerkt aan de berekening van zonne-energiebronnen, de ontwikkeling van de zonnewarmtevoorziening. In 1983-1987 publiceerde M.I. Valov, samen met medewerkers van MPEI, een aantal artikelen over de studie van zonne-installaties. Een van de meest informatieve boeken is het werk van MI Valov en BI Kazandzhan "Solar Heat Supply Systems", waarin de problemen van zonne-installaties met een laag potentieel (schema's, klimatologische gegevens, kenmerken van SC's, ontwerpen van platte SC's), berekening van energiekenmerken, economische efficiëntie van het gebruik van zonneverwarmingssystemen. Doctor in de technische wetenschappen B. I. Kazandzhan ontwikkelde het ontwerp en beheerste de productie van een platte zonnecollector "Alten". Een kenmerk van deze collector is dat de absorber is gemaakt van een aluminium lamellenprofiel, waarbinnen een koperen buis is geperst, en cellulair polycarbonaat wordt gebruikt als transparante isolatie.

Een medewerker van het Moscow Engineering and Construction Institute (MISI) Ph.D. S. G. Bulkin ontwikkelde thermoneutrale zonnecollectoren (absorbers zonder transparante isolatie en thermische isolatie van het lichaam). Een kenmerk van het werk was de toevoer van een koelmiddel aan hen 3-5 ° C onder de omgevingstemperatuur en de mogelijkheid om de latente warmte van vochtcondensatie en vorstvorming van atmosferische lucht (zonneabsorptiepanelen) te gebruiken. De in deze panelen verwarmde warmtedrager werd opgewarmd door een warmtepomp ("air-to-water"). Bij MISI is een proefbank gebouwd met thermoneutrale zonnecollectoren en diverse zonne-installaties in Moldavië.

Het All-Union Institute of Light Alloys (VILS) ontwikkelde en produceerde SC met een stempel-gelaste aluminium absorber, gelei polyurethaanschuim thermische isolatie van het lichaam. Sinds 1991 is de productie van SC overgebracht naar de Baku-fabriek voor de verwerking van non-ferrometaallegeringen. In VILS werden in 1981 ontwikkeld Richtlijnen voor het ontwerp van energie-actieve gebouwen. Daarin werd voor het eerst in de USSR de absorber geïntegreerd in de structuur van het gebouw, wat de rendabiliteit van het gebruik van zonne-energie verbeterde. De leiders van deze richting waren Ph.D. N.P. Selivanov en Ph.D. V.N. SMIRNOV

Centraal Onderzoeksinstituut technische apparatuur(TsNII EPIO) in Moskou, werd een project ontwikkeld waarbij een ketelhuis op zonne-energie met een vermogen van 3,7 MW werd gebouwd in Ashgabat, werd een project ontwikkeld voor een zonne-warmtepompinstallatie bij het Friendly Beach hotel in de stad Gelendzhik met een oppervlakte van 690 m². Drie worden gebruikt als warmtepomp. koelmachines MKT 220-2-0, werkend in de modus van warmtepompen die de warmte van zeewater gebruiken.

De leidende organisatie van de USSR voor het ontwerp van zonne-installaties was het KievZNIIEP Instituut, dat 20 standaard en herbruikbare projecten ontwikkelde: een stand-alone zonne-warmwatervoorziening met natuurlijke bloedsomloop voor een individueel woongebouw; uniforme installatie van zonne-warmwatervoorziening van openbare gebouwen met een capaciteit van 5, 7, 15, 25, 30, 70 m³/dag; knooppunten, onderdelen en uitrusting van residentiële en openbare gebouwen van massaconstructie; installaties van zonne-warmwatervoorziening van seizoensgebonden actie met een productiviteit van 2,5; tien; dertig; 40; 50 m³/dag; technische oplossingen en richtlijnen voor de ombouw van verwarmingsketels tot zonnecentrales.

Door dit instituut zijn tientallen experimentele projecten ontwikkeld, waaronder zonne-warmwatervoorzieningssystemen voor zwembaden, zonnewarmtepompinstallatie voor warmwatervoorziening. Volgens het project van KievZNIIEP werd de grootste zonne-energiecentrale in het pension Kastropol (het dorp Beregovoye, zuidkust) op de Krim met een oppervlakte van 1600 m² gebouwd. In de proeffabriek van het KievZNIIEP-instituut werden zonnecollectoren geproduceerd, waarvan de absorbers zijn gemaakt van aluminium buizen met serpentinevin eigen productie.

De theoretici van zonnetechnologie in Oekraïne waren doctor in de technische wetenschappen. Mikhail Davidovich Rabinovich (geboren 1948), Ph.D. Alexey Ruvimovich Fert, Ph.D. Victor Fedorovich Gershkovich (1934-2013). Zij waren de belangrijkste ontwikkelaars van de Solar Hot Water Design Code en Design Guidelines. M. D. Rabinovich hield zich bezig met de studie van zonnestraling, de hydraulische kenmerken van SC, zonne-installaties met natuurlijke circulatie, zonneverwarmingssystemen, zonne-brandstofketels, krachtige zonne-energiecentrales, zonnesystemen. A.R. Fert ontwikkelde het ontwerp van de simulator en voerde tests uit van de SC, onderzocht de regeling van hydraulische zonne-installaties, waardoor de efficiëntie van zonne-installaties werd verhoogd. Aan het Kiev Engineering and Construction Institute, Ph.D. Nikolay Vasilievich Kharchenko. Hij formuleerde systeem benadering aan de ontwikkeling van zonnewarmtepompsystemen, criteria voorgesteld om hun energie-efficiëntie te beoordelen, de problemen van het optimaliseren van het zonnewarmtevoorzieningssysteem onderzocht, een vergelijking gemaakt verschillende methoden berekening van zonnestelsels. Een van zijn meest uitgebreide boeken over kleine (individuele) zonne-energie-installaties is toegankelijk en informatief. Aan het Kiev Instituut voor Elektrodynamica, Ph.D. A.N. Stronsky en Ph.D. A.V. Suprun. doctoraat V.A. Nikiforov.

De leider van de wetenschappelijke technische school voor zonnetechnologie in Oezbekistan (Tasjkent) is doctor in de technische wetenschappen, professor Rabbanakul Rakhmanovich Avezov (geboren in 1942). In 1966-1967 werkte hij aan het Ashgabat Physical-Technical Institute of Turkmenistan onder leiding van doctor in de technische wetenschappen, professor V.A. Baum. R. R. Avezov ontwikkelt de ideeën van een leraar aan het Fysisch-Technisch Instituut van Oezbekistan, dat een internationaal onderzoekscentrum is geworden.

R. R. Avezov formuleerde de wetenschappelijke onderzoeksrichtingen in zijn proefschrift (1990, ENIN, Moskou), en de resultaten zijn samengevat in de monografie "Solar systems of heating and hot water supply". Hij ontwikkelt onder meer methoden voor de exergieanalyse van platte zonnecollectoren, het creëren van actieve en passieve zonneverwarmingssystemen. Doctor in de technische wetenschappen R. R. Avezov verleende veel aanzien en internationale erkenning aan het enige gespecialiseerde tijdschrift in de USSR en in de GOS-landen Applied Solar Energy (“Heliotechnics”), dat wordt gepubliceerd op de Engelse taal. Zijn dochter Nilufar Rabbakumovna Avezova (geboren in 1972) is doctor in de technische wetenschappen, algemeen directeur van de NPO "Physics-Sun" van de Academie van Wetenschappen van Oezbekistan.

doctoraat Yusuf Karimovich Rashidov (geboren 1954). Instituut "TashZNIIEP" ontwikkeld tien standaard projecten woongebouwen, zonnedouches, een project voor een ketelhuis op zonne-energie, inclusief zonne-installaties met een capaciteit van 500 en 100 l/dag, zonnedouches voor twee en vier hutten. Van 1984 tot 1986 werden 1200 typische projecten van zonnecentrales uitgevoerd.

In de regio Tasjkent (dorp Ilyichevsk) werd een halfvrijstaand zonnehuis met verwarming en warmwatervoorziening met een zonne-installatie met een oppervlakte van 56 m² gebouwd. Bij het Karshi State Pedagogical Institute A.T. Teimurkhanov, A.B. Vardiyashvili en anderen waren bezig met onderzoek naar platte zonnecollectoren.

De Turkmeense wetenschappelijke school voor zonnewarmtevoorziening is opgericht door doctor in de technische wetenschappen. V.A. Baum, in 1964 verkozen tot academicus van de republiek. Aan het Ashgabat Institute of Physics and Technology organiseerde hij een afdeling zonne-energie en leidde hij tot 1980 het hele instituut. In 1979 werd op basis van de afdeling Zonne-energie het Instituut voor Zonne-energie van Turkmenistan opgericht, dat werd geleid door een student van V.A. Baum - Doctor in de Technische Wetenschappen. Rejep Bayramovich Bayramov (1933-2017). In de buitenwijken van Ashgabat (dorp Bikrova) werd een wetenschappelijke proeftuin van het instituut gebouwd, bestaande uit laboratoria, testbanken, een ontwerpbureau, werkplaatsen met 70 medewerkers. V.A. Baum heeft tot het einde van zijn leven (1985) bij dit instituut gewerkt. R. B. Bayramov samen met doctor in de technische wetenschappen. Ushakova Alda Danilovna deed onderzoek naar platte zonnecollectoren, zonneverwarmingssystemen en zonne-ontziltingsinstallaties. Het is opmerkelijk dat in 2014 het Instituut voor Zonne-energie van Turkmenistan, NPO GUN, opnieuw werd opgericht in Ashgabat.

In de ontwerp- en productievereniging "Spetsgelioteplomontazh" (Tbilisi) en het Georgische onderzoeksinstituut voor energie en hydraulische constructies onder leiding van doctor in de technische wetenschappen. Nugzar Varlamovich Meladze (geboren in 1937) ontwikkelde ontwerpen en beheerste de serieproductie van zonnecollectoren, individuele warmwaterzonne-installaties, zonne-installaties en zonnewarmtepompsystemen. De terugverdiencondities voor de aanleg van zonne-installaties in verschillende regio's van Georgië werden bepaald, verschillende ontwerpen van zonnecollectoren werden getest op een proefbank in natuurlijke omstandigheden.

De zonnecollectoren van Spetsgelioteplomontazh hadden een voor hun tijd optimaal ontwerp: een met stempel gelaste stalen absorber met een verf- en lakcoating, een body van aluminium profielen en gegalvaniseerd staal, vensterglas, thermische isolatie - van schuimplastic en folie dakbedekking.

Volgens N.V. Meladze waren alleen al in 1990 in de Kaukasus 46,9 duizend m² zonnecollectoren geïnstalleerd, waarvan 42,7% in sanatoria en hotels, 39,2% in industriële zonne-installaties, landbouwfaciliteiten - 13,8%, sportfaciliteiten - 3,6%, individuele installaties - 0,7%.

Volgens de auteur is in Krasnodar-gebied in 1988-1992 werden 4620 m² zonnecollectoren van Spetsgeliomontazh geïnstalleerd. Het werk van de SGTM werd uitgevoerd in samenwerking met wetenschappers van het Georgian Research Institute of Energy and Hydraulic Structures (GRUNIIEGS).

Instituut "TbilZNIIEP" ontwikkelde vijf typische projecten van zonne-installaties (SP), evenals een project voor een zonne-warmtepompinstallatie. SGTM omvatte een laboratorium waarin zonnecollectoren en warmtepompen werden bestudeerd. Staal, aluminium, kunststof vloeistofabsorbers, lucht-SC's met en zonder glas, SC's met concentrators en verschillende ontwerpen van individuele thermosyphon-GU's werden ontwikkeld. Per 1 januari 1989 bouwde Spetsgeliomontazh 261 GU's met een totale oppervlakte van 46 duizend m² en 85 individuele zonne-installaties voor warmwatersystemen met een oppervlakte van 339 m².

Op afb. Figuur 2 toont een zonnecentrale aan de Rashpilevskaya-straat in Krasnodar, die al 15 jaar met succes werkt met collectoren van Spetsgelioteplomontazh (320 eenheden met een totale oppervlakte van 260 m²).

De ontwikkeling van de levering van zonnewarmte in de USSR en in Rusland werd door de autoriteiten verzorgd door een doctor in de technische wetenschappen. Pavel Pavlovich Bezrukikh (geboren 1936). In 1986-1992 hield hij als hoofdspecialist van het Bureau van de Raad van Ministers van de USSR voor het brandstof- en energiecomplex toezicht op de massaproductie van zonnecollectoren in de broederlijke fabriek voor verwarmingsapparatuur in Tbilisi bij de Spetsgelioteplomontazh-vereniging in de Bakoe fabriek voor de verwerking van non-ferro legeringen. Op zijn initiatief en met directe deelname werd het eerste ontwikkelingsprogramma voor hernieuwbare energie in de USSR voor 1987-1990 ontwikkeld.

Sinds 1990 is P.P. Bezrukikh actief betrokken bij de ontwikkeling en implementatie van de sectie "Niet-traditionele energie" van het wetenschappelijke en technische staatsprogramma "Milieuveilige energie". Hij merkt op: hoofdrol wetenschappelijk directeur van het programma, d.t.s. E. E. Shpilrain om vooraanstaande wetenschappers en specialisten van de USSR op het gebied van hernieuwbare energie te betrekken. Van 1992 tot 2004 leidde P. P. Bezrukikh, werkzaam bij het Ministerie van Brandstof en Energie van Rusland en hoofd van de afdeling, en vervolgens de afdeling wetenschappelijke en technologische vooruitgang, de organisatie van de productie van zonnecollectoren in de Kovrov Mechanical Plant, NPO Mashinostroyeniye (Reutov, regio Moskou), een complex van wetenschappelijke en technische ontwikkelingen op het gebied van zonnewarmtevoorziening, de implementatie van het concept voor de ontwikkeling en het gebruik van de mogelijkheden van kleine en niet-traditionele energie in Rusland. Deelgenomen aan de ontwikkeling van de eerste Russische standaard GOST R 51595-2000 "Zonnecollectoren. Algemene technische voorwaarden” en het oplossen van meningsverschillen tussen de auteur van het GOST R-project, doctor in de technische wetenschappen. B. V. Tarnizhevsky en de hoofdontwerper van de fabrikant van verzamelaars (Kovrov Mechanical Plant) A. A. Lychagin.

In 2004-2013, bij het Institute of Energy Strategy (Moskou), en vervolgens als hoofd van de afdeling energiebesparing en hernieuwbare bronnen van ENIN, blijft P.P. Bezrukikh zich ontwikkelen, inclusief de levering van zonnewarmte.

In het Krasnodar-gebied werd begonnen met het ontwerp en de bouw van zonne-installaties door een thermische energie-ingenieur V. A. Butuzov (geboren in 1949), die de toekomstige ontwikkeling van de warmtevoorziening leidde productie vereniging Kubanteplokommunenergo. Van 1980 tot 1986 werden projecten ontwikkeld en werden zes ketelhuizen op zonne-energie gebouwd met een totale oppervlakte van 1532 m². In de loop der jaren zijn er constructieve relaties opgebouwd met SC-fabrikanten: de fabriek in Bratsk, Spetsgelioteplomontazh, KievZNIIEP. Vanwege het gebrek aan gegevens over zonnestraling in Sovjet klimatologische naslagwerken in 1986, werden van 1977 tot 1986 betrouwbare resultaten verkregen van de meteorologische stations van Krasnodar en Gelendzhik voor het ontwerp van zonne-installaties.

Na de verdediging van zijn proefschrift in 1990, werd het werk aan de ontwikkeling van zonnetechnologie voortgezet door het Krasnodar-laboratorium voor energiebesparing en niet-traditionele energiebronnen van de Academie voor openbare nutsvoorzieningen, georganiseerd door V.A. Butuzov (Moskou). Verschillende ontwerpen van platte SC's en een standaard voor hun volledige tests werden ontwikkeld en verbeterd. Als resultaat van het samenvatten van de ervaring met het ontwerpen en bouwen van zonne-installaties, zijn de "Algemene eisen voor het ontwerp van zonne-installaties en centrale verwarmingsstations in openbare nutsbedrijven" ontwikkeld.

Op basis van de analyse van de resultaten van het verwerken van de waarden van totale zonnestraling voor de omstandigheden van Krasnodar gedurende 14 jaar en Gelendzhik gedurende 15 jaar, werd in 2004 een nieuwe methode voorgesteld voor het leveren van maandelijkse waarden van totale zonnestraling met het bepalen van hun maximale en minimale waarden, de waarschijnlijkheid van hun waarneming. Berekende maandelijkse en jaarlijkse waarden van totale, directe en verstrooide zonnestraling voor 54 steden en administratieve centra van het Krasnodar-gebied werden bepaald. Er is vastgesteld dat voor een objectieve vergelijking van SC's van verschillende fabrikanten, naast het vergelijken van hun kosten en energiekenmerken verkregen door de standaardmethode op gecertificeerde testbanken, het noodzakelijk is om rekening te houden met de energiekosten voor hun fabricage en werking. De optimale kosten van het SC-ontwerp worden in het algemeen bepaald door de verhouding tussen de kosten van de opgewekte thermische energie en de productie- en exploitatiekosten voor de geschatte levensduur. Samen met de Kovrov Mechanical Plant werd een SC-ontwerp ontwikkeld en in massa geproduceerd, dat optimale Russische markt de verhouding tussen kosten en energiekosten. Er zijn projecten ontwikkeld en de bouw van standaard warmwater zonne-installaties met een dagelijkse capaciteit van 200 l tot 10 m³ is uitgevoerd. Sinds 1994 is het werk aan zonne-installaties voortgezet bij JSC "South Russian Energy Company". Van 1987 tot 2003 werd de ontwikkeling en bouw van 42 zonne-installaties voltooid en het ontwerp van 20 zonne-installaties voltooid. De resultaten van V.A. Butuzov werden samengevat in een proefschrift verdedigd aan ENIN (Moskou).

Van 2006 tot 2010 ontwikkelde en bouwde LLC "Teploproektstroy" zonne-installaties voor ketelhuizen laag vermogen, wanneer geïnstalleerd in welke SC in de zomer, het bedienend personeel wordt verminderd, wat de terugverdientijd van zonne-installaties verkort. Gedurende deze jaren werden zelflozende zonne-installaties ontwikkeld en gebouwd, wanneer de pompen worden gestopt, wordt het water uit de SC in de tanks afgevoerd, waardoor oververhitting van de koelvloeistof wordt voorkomen. In 2011 werd een ontwerp gemaakt, werden prototypes van platte SC's gemaakt, werd een testbank ontwikkeld om de productie van SC's in Ulyanovsk te organiseren. Van 2009 tot 2013 ontwikkelde JSC Yuzhgeoteplo (Krasnodar) een project en bouwde de grootste zonnecentrale in het Krasnodar-gebied met een oppervlakte van 600 m² in de stad Ust-Labinsk (Fig. 3). Tegelijkertijd werden studies uitgevoerd om de lay-out van de SC te optimaliseren, rekening houdend met zonwering, automatisering van werk en circuitoplossingen. Een geothermisch zonne-energiesysteem met een oppervlakte van 144 m² werd ontwikkeld en gebouwd in het dorp Rozovy, Krasnodar Territory. In 2014 werd een methodologie ontwikkeld om de economische terugverdientijd van zonne-installaties te beoordelen, afhankelijk van de intensiteit van de zonnestraling, het rendement van een zonne-installatie en de eenheidskosten van vervangen thermische energie.

De langdurige creatieve samenwerking van V. A. Butuzov met doctor in de technische wetenschappen, professor aan de Kuban State Agrarian University Robert Aleksandrovich Amerkhanov (geboren in 1948) werd geïmplementeerd in de ontwikkeling van de theoretische basis voor het creëren van krachtige zonne-installaties en gecombineerd geothermische-zonne-warmtetoevoersystemen. Onder zijn leiding zijn tientallen kandidaten voor technische wetenschappen opgeleid, onder meer op het gebied van zonnewarmte. Talrijke monografieën van R. A. Amerkhanov gingen over het ontwerp van zonne-installaties voor landbouwdoeleinden.

De meest ervaren specialist in het ontwerp van zonne-installaties is de hoofdprojectingenieur van het Rostovteploelektroproekt Instituut, Ph.D. Adolf Aleksandrovitsj Tsjernyavski (geboren 1936). Hij is al meer dan 30 jaar actief op dit gebied. Hij heeft tientallen projecten ontwikkeld, waarvan er vele zijn uitgevoerd in Rusland en andere landen. De unieke systemen van zonneverwarming en warmwatervoorziening worden beschreven in de sectie van het JIHT RAS Institute. De projecten van A. A. Chernyavsky onderscheiden zich door de uitwerking van alle secties, inclusief een gedetailleerde economische rechtvaardiging. Op basis van de zonnecollectoren van de Kovrov Mechanical Plant werden "Aanbevelingen voor het ontwerp van zonnewarmteleveringsstations" ontwikkeld.

Onder leiding van A. A. Chernyavsky werden unieke projecten van fotovoltaïsche stations met thermische collectoren gecreëerd in de stad Kislovodsk (6,2 MW elektrisch, 7 MW thermisch), evenals een station in Kalmukkië met een totale geïnstalleerde capaciteit van 150 MW. Voltooide unieke projecten van thermodynamische zonne-energiecentrales met een geïnstalleerd elektrisch vermogen van 30 MW in Oezbekistan, 5 MW in de regio Rostov; projecten van zonne-installaties van pensions aan de kust van de Zwarte Zee met een oppervlakte van 40-50 m² voor zonneverwarming en warmwatersystemen voor objecten van een speciaal astrofysisch observatorium in Karachay-Cherkessia werden geïmplementeerd. Het Rostovteploelektroproekt-instituut wordt gekenmerkt door de schaal van ontwikkelingen - zonneverwarmingsstations voor woonsteden. De belangrijkste resultaten van de ontwikkelingen van dit instituut, uitgevoerd in samenwerking met de JIHT RAS, zijn gepubliceerd in het boek Autonomous Power Supply Systems.

De ontwikkeling van zonne-installaties in Sochi Staatsuniversiteit(Institute of Resort Business and Tourism) werd geleid door doctor in de technische wetenschappen, professor Sadilov Pavel Vasilyevich, hoofd van de afdeling Engineering Ecology. Als initiator van hernieuwbare energie ontwikkelde en bouwde hij verschillende zonne-installaties, waaronder in 1997 in het dorp Lazarevsky (Sochi) met een oppervlakte van 400 m², een zonne-installatie van het Instituut voor Balneologie, verschillende warmtepompinstallaties.

Aan het Institute of Marine Technologies van de Far Eastern Branch van de Russian Academy of Sciences (Vladivostok), Ph.D. Alexander Vasilievich Volkov, die tragisch stierf in 2014, ontwikkelde en bouwde tientallen zonnecentrales met een totale oppervlakte van 2000 m², een bank voor grootschalige vergelijkende tests van zonnecollectoren, nieuwe ontwerpen van platte zonnecellen en testte de efficiëntie van vacuümzonnecellen van Chinese fabrikanten.

De uitstekende ontwerper en man Adolf Alexandrovich Lychagin (1933-2012) was de auteur van verschillende soorten unieke geleide luchtafweerraketten, waaronder Strela-10M. In de jaren tachtig ontwikkelde hij als hoofdontwerper (op eigen initiatief) bij de militaire Kovrov Mechanical Plant (KMZ) zonnecollectoren die zich onderscheidden door een hoge betrouwbaarheid, een optimale verhouding tussen prijs en energie-efficiëntie. Hij was in staat om het management van de fabriek te overtuigen om de massaproductie van zonnecollectoren onder de knie te krijgen en een fabriekslaboratorium te creëren om SC te testen. Van 1991 tot 2011 produceerde KMZ ongeveer 3.000 stuks. zonnecollectoren, waarvan elk van de drie modificaties werd gekenmerkt door nieuwe prestatiekenmerken. Geleid door de "capaciteitsprijs" van de collector, waartegen de kosten verschillende ontwerpen SC worden vergeleken met dezelfde zonnestraling, A. A. Lychagin creëerde een collector met een absorber van een messing buisvormig rooster met stalen absorberende ribben. Lucht zonnecollectoren zijn ontworpen en geproduceerd. De hoogste technische kwalificaties en intuïtie werden in Adolf Alexandrovich gecombineerd met patriottisme, de wens om milieuvriendelijke technologieën te ontwikkelen, naleving van principes en een hoge artistieke smaak. Na twee hartaanvallen te hebben gehad, kon hij speciaal voor duizend kilometer naar Madrid komen om gedurende twee dagen prachtige schilderijen in het Prado-museum te bestuderen.

JSC VPK NPO Mashinostroeniya (Reutov, regio Moskou) produceert sinds 1993 zonnecollectoren. De ontwikkeling van ontwerpen voor collectoren en zonneboilerinstallaties bij de onderneming wordt uitgevoerd door de ontwerpafdeling van het Centraal Ontwerpbureau Werktuigbouwkunde. Projectmanager - Ph.D. Nikolaj Vladimirovitsj Doedarev. Bij de eerste ontwerpen van zonnecollectoren waren de behuizingen en gestempelde absorbers gemaakt van roestvrij staal. Op basis van een collector van 1,2 m² ontwikkelde en vervaardigde het bedrijf zonne-thermosifon waterverwarmingssystemen met tanks met een inhoud van 80 en 120 liter. In 1994 werd een technologie ontwikkeld voor het verkrijgen van een selectief absorberende coating door vacuümboogafzetting en in productie genomen, in 1999 werd deze aangevuld met een magnetronvacuümafzettingsmethode. Op basis van deze technologie werd gestart met de productie van zonnecollectoren van het type Sokol. De absorber en collectorbehuizing zijn gemaakt van aluminium profielen. Nu produceert NPO zonnecollectoren "Sokol-Effect" met koperen plaat en aluminium absorbers. De enige Russische zonnecollector is gecertificeerd volgens Europese normen door het SPF Instituut uit Rappersville in Zwitserland (Institut für Solartechnik Hochschule für Technik Rappelswill).

Wetenschappelijke en productieonderneming "Concurrent" (sinds 2000 - "Rainbow-C", de stad Zhukovsky, regio Moskou) produceerde sinds 1992 zonnecollectoren "Rainbow". Hoofdontwerper - Vyacheslav Alekseevich Shershnev.

De stempel-gelaste absorber was gemaakt van roestvrij staalplaat. Absorberende coating - selectieve PVD of zwarte matte hittebestendige verf. Jaarlijks NPP-programma tot 4000 stuks. De energie-eigenschappen van de collector zijn verkregen tijdens testen bij ENIN. Er werd ook een thermosiphon zonne-installatie "Raduga-2M" geproduceerd, bestaande uit twee SC's van elk 1 m² en een tank met een inhoud van 200 liter. De tank bevatte een plat verwarmingspaneel, waarin de koelvloeistof van de SC werd toegevoerd, evenals een elektrische back-upverwarming met een vermogen van 1,6 kW.

Novy Polyus LLC (Moskou) is de tweede Russische fabrikant die zijn eigen ontwerpen heeft ontwikkeld en momenteel platte vloeistof, platte lucht, platte lucht-vloeistof, buisvormige vacuüm zonnecollectoren produceert, zonne-installaties ontwerpt en installeert. Directeur- Alexey Viktorovich Skorobatyuk.

Er worden vier modellen flat-panel vloeistofcollectoren van het YaSolar-type aangeboden. Alle vloeistofabsorbers van deze fabrikant zijn gemaakt van selectieve Tinox-gecoate koperplaat en koperen buizen. De verbinding van de buizen met de plaat is gesoldeerd met rollen. OOO Novy Polyus biedt ook drie typen vacuümbuis SC's van eigen productie met koperen absorbers met U-vormige buizen.

Een uitstekende specialist, een energiek en zeer intelligent persoon Gennady Pavlovich Kasatkin (geboren in 1941), een mijningenieur en ontwerper met vele jaren ervaring, begon in 1999 in de stad Ulan-Ude (Buryatië) met zonne-energietechniek. In het door hem georganiseerde Center for Energy Efficient Technologies (CEFT) werden verschillende ontwerpen van vloeistof- en luchtcollectoren ontwikkeld, ongeveer 100 zonne-installaties van verschillende typen met een totale oppervlakte van 4200 m² werden gebouwd. Op basis van zijn berekeningen werden prototypes gemaakt, die na testen in natuurlijke omstandigheden werden nagebouwd bij zonnecentrales in de Republiek Boerjatië.

Ingenieur G.P. Kasatkin ontwikkelde verschillende nieuwe technologieën: lassen van kunststof absorbers, fabricage van collectorbehuizingen.

Als enige in Rusland ontwierp en bouwde hij verschillende zonne-energiecentrales met collectoren van zijn eigen ontwerp. Chronologisch begon de ontwikkeling van zonnecollectoren in 1990 met gelaste absorptieplaten van plaatstaal. Dan waren er varianten van koperen en kunststof collectoren met gelaste en gekrompen absorbers en ten slotte, moderne ontwerpen met Europese selectieve koperen platen en buizen. GP Kasatkin, die het concept van energie-actieve gebouwen ontwikkelde, bouwde een zonnecentrale waarvan de collectoren in het dak van het gebouw zijn geïntegreerd. In de afgelopen jaren heeft de ingenieur leidinggevende functies in CEFT overgedragen aan zijn zoon I.G. Kasatkin, die met succes de tradities van CEFT LLC voortzet.

Op afb. 4 toont de zonne-installatie van het Baikal Hotel in de stad Ulan-Ude met een oppervlakte van 150 m².

conclusies

1. Berekende zonnestralingsgegevens voor het ontwerp van zonnecentrales in de USSR waren gebaseerd op verschillende methoden voor het verwerken van arrays van metingen van meteorologische stations. In de Russische Federatie worden deze methoden aangevuld met materiaal uit internationale satellietcomputerdatabases.

2. De leidende school voor het ontwerp van zonne-installaties in de Sovjet-Unie was het KievZNIIEP Instituut, dat richtlijnen en tientallen projecten ontwikkelde. Momenteel zijn er geen relevante Russische normen en aanbevelingen. Projecten van zonne-energiecentrales op modern niveau worden uitgevoerd in het Russische Instituut "Rostovteploelektroproekt" (Ph.D. A.A. Chernyavsky) en in het bedrijf LLC "EnergotekhnologiiService" (Ph.D. V.V. Butuzov, Krasnodar).

3. Technische en economische studies van zonne-installaties in de USSR werden uitgevoerd door ENIN (Moskou), KievZNIIEP, TsNIIEPIO (Moskou). Momenteel worden deze werken uitgevoerd bij het Rostovteploelektroproekt Institute en bij het bedrijf Energotekhnologii-Service LLC.

4. De leidende wetenschappelijke organisatie van de USSR voor de studie van zonnecollectoren was het Energie-instituut genoemd naar GM Krzhizhanovsky (Moskou). Het beste verzamelaarsontwerp voor die tijd werd geproduceerd door Spetsgeliotepomontazh (Tbilisi). Van de Russische fabrikanten produceerde Kovrov Mechanical Plant zonnecollectoren met een optimale verhouding tussen prijs en energie-efficiëntie. Moderne Russische fabrikanten assembleren verzamelaars van buitenlandse componenten.

5. In de USSR werden het ontwerp, de fabricage van zonnecollectoren, de installatie en de inbedrijfstelling uitgevoerd door het bedrijf Spetsgelioteplomontazh. Tot 2010 werkte CEFT LLC (Ulan-Ude) volgens dit schema.

6. Een analyse van de binnenlandse en buitenlandse ervaring met de levering van zonnewarmte toonde onbetwistbare vooruitzichten voor de ontwikkeling ervan in Rusland, evenals de behoefte aan staatssteun. Een van de prioritaire maatregelen: de oprichting van een Russische analoog van een computerdatabase met zonnestraling; ontwikkeling van nieuwe ontwerpen van zonnecollectoren met een optimale verhouding tussen prijs en energie-efficiëntie, nieuwe energie-efficiënte ontwerpoplossingen aangepast aan de Russische omstandigheden.

1. Sessies, congressen, conferenties, de eerste All-Union-conferentie over zonnetechnologie. [Elektr. tekst]. Toegangsmodus: fs.nashaucheba.ru. Datum van applicatie 15-05-2018.
2. Petukhov V.V. Zonneboilers van het buisvormige type. - M.-L.: Gosenergoizdat, 1949. 78 d.
3. Butuzov V.A. Verbetering van de efficiëntie van warmtevoorzieningssystemen op basis van het gebruik van hernieuwbare energiebronnen: Diss. doc. techniek. wetenschappen op speciaal 05.14.08. - Krasnodar: ENIN, 2004. 297 p.
4. Tarnizhevsky B.V. Zonne cirkel. Energie Instituut. GM Krzhizhanovsky: Memoires van de oudste werknemers / Aladiev I.T. enz. // RAO UES van Rusland. - M.: ENIN im. GM Krzhizhanovsky, 2000. 205 p.
5. Tarnizhevsky B.V., Myshko Yu.L., Moiseenko V.V. Algemeen criterium voor het optimaliseren van de ontwerpen van platte zonnecollectoren // Geliotekhnika, 1992. No. 4. blz. 7-12.
6. paus O.S. Niet-traditionele hernieuwbare energiebronnen - een nieuwe sector van moderne energie en de resultaten van het werk: JIHT RAS. Resultaten en vooruitzichten. Za. artikelen gewijd aan 50e verjaardag van JIHT RAS. - M.: Izd-vo OIVT RAN, 2010. S. 416-443.
7. Popel OS, Fortov V.E. Hernieuwbare energie in de moderne wereld. - M.: Uitgeverij MEI, 2015. 450 p.
8. Valov MI, Kazandzhan BI Zonne verwarmingssystemen. - M.: Uitgeverij MEI, 1991. 140 p.
9. Praktijk van het ontwerp en de werking van zonnewarmte- en koudetoevoersystemen. - L.: Energoatomizdat, 1987. 243 p.
10. VSN52-86. Warmwaterinstallaties op zonne-energie. - M.: Gosgrazhdanstroy van de USSR, 1987. 17 p.
11. Aanbevelingen voor het ontwerp van warmwaterinstallaties op zonne-energie voor woningen en openbare gebouwen. - Kiev: KievZNIIEP, 1987. 118 d.
12. Rabinovich MD Wetenschappelijke en technische grondslagen voor het gebruik van zonne-energie in warmtetoevoersystemen: Diss. doc. techniek. wetenschappen op speciaal 05.14.01. - Kiev, 2001. 287 p.
13. Kharchenko N.V. Individuele zonne-installaties. - M.: Energoatomizdat, 1991. 208 p.
14. Avezov R.R., Orlov A.Yu. Zonneboilers en warmwatersystemen. - Tasjkent: FAN, 1988. 284 p.
15. Bayramov R.B., Ushakova AD Zonneverwarmingssystemen in de energiebalans van de zuidelijke regio's van het land. - Asjchabad: Ylym, 1987. 315 p.
16. Systemen van zonne- en koudevoorziening / Ed. EV Sarnatsky en S.A. Chistovina. - M.: Stroyizdat, 1990. 308 p.
17. Butuzov V.A., Butuzov V.V. Het gebruik van zonne-energie voor de productie van thermische energie. - M.: Teploenergetik, 2015. 304 p.
18. Amerkhanov RA, Butuzov VA, Garkavy K.A. Theoriekwesties en innovatieve oplossingen bij het gebruik van zonne-energiesystemen. - M.: Energoatomizdat, 2009. 502 p.
19. Zaichenko VM, Chernyavsky AA Autonome voedingssystemen. - M.: Nedra, 2015. 285 d.
20. Sadilov P.V., Petrenko V.N., Loginov S.A., Ilyin I.K. Ervaring met het gebruik van hernieuwbare energiebronnen in de regio Sochi // Industrial Energy, 2009. Nr. 5. blz. 50-53.
21. Kovalev OP, Volkov AV, Loschenkov V.V. Zonneboilerinstallaties in het Primorsky-gebied // Journal of S.O.K., 2006. Nr. 10. blz. 88-90.
22. Lychagin AA Luchtverwarming op zonne-energie in de regio's Siberië en Primorye // Industrial Energy, 2009. Nr. 1. blz. 17-19.

Het grootste deel van de kosten voor het onderhoud van uw eigen huis gaat naar de verwarmingskosten. Waarom niet de gratis energie van natuurlijke bronnen, zoals de zon, gebruiken om het gebouw te verwarmen? De moderne technologie maakt het immers mogelijk!

Om de energie van zonlicht te accumuleren, worden speciale zonnepanelen gebruikt die op het dak van het huis zijn geïnstalleerd. Na ontvangst wordt deze energie omgezet in elektrische energie, die vervolgens divergeert via het lichtnet en wordt gebruikt, zoals in ons geval, in verwarmingstoestellen.

Ten opzichte van andere energiebronnen - standaard, autonoom en alternatief - liggen de voordelen van zonnepanelen voor de hand:

• praktisch gratis te gebruiken;
• onafhankelijkheid van energieleveranciers;
• de hoeveelheid ontvangen energie is eenvoudig te regelen door het aantal zonnepanelen in het systeem te wijzigen;
• lange levensduur (ongeveer 25 jaar) van zonnecellen;
• gebrek aan systematisch onderhoud.

Natuurlijk heeft deze technologie zijn nadelen:

• afhankelijkheid van weersomstandigheden;
• de aanwezigheid van extra apparatuur, inclusief omvangrijke batterijen;
• vrij hoge kosten, wat de terugverdientijd verlengt;
• Synchronisatie van de batterijspanning met de spanning van het lokale onderstation vereist de installatie van speciale apparatuur.

Toepassing van zonnepanelen

Batterijen die zonne-energie omzetten, worden direct op het dak van het huis gemonteerd door ze met elkaar te verbinden om een ​​systeem van het benodigde vermogen te vormen. Als de configuratie van het dak of andere structurele kenmerken het niet mogelijk maken om ze rechtstreeks te bevestigen, worden frameblokken op het dak of zelfs op de muren geïnstalleerd. Optioneel is het mogelijk om het systeem op aparte racks in de buurt van de woning te plaatsen.

Zonnepanelen zijn een generator elektrische energie, die vrijkomt bij foto-elektrische reacties. Laag rendement van circuitelementen met een totale oppervlakte van 15-18 vierkante meter. m stelt u niettemin in staat om kamers met een oppervlakte van meer dan 100 vierkante meter te verwarmen. m! Het is vermeldenswaard dat de moderne technologie van dergelijke apparatuur het gebruik van zonne-energie mogelijk maakt, zelfs tijdens perioden van gemiddelde bewolking.

Naast de installatie van zonnepanelen, vereist de implementatie van het verwarmingssysteem de installatie van extra elementen:

• een apparaat voor het selecteren van elektrische stroom uit batterijen;
• primaire omvormer;
• regelaars voor zonnecellen;
• batterijen met hun eigen controller, die het systeem automatisch overschakelt naar het onderstationnetwerk in geval van een kritiek gebrek aan lading;
• een apparaat om gelijkstroom om te zetten in wisselstroom.

Meest beste optie verwarmingssysteem bij gebruik: alternatieve bron energie - Elektrisch systeem. Hiermee kunt u grote ruimtes verwarmen door geleidende vloeren te installeren. Bovendien maakt het elektrische systeem flexibele veranderingen in het temperatuurregime in woonruimten mogelijk en elimineert het ook de noodzaak om omvangrijke radiatoren en leidingen onder ramen te installeren.

BIJ ideaal het elektrische verwarmingssysteem dat gebruik maakt van zonne-energie moet bovendien worden uitgerust met een thermostaat en automatische temperatuurregelaars in alle kamers.

Toepassing van zonnecollectoren

Met verwarmingssystemen op basis van zonnecollectoren kunt u niet alleen woongebouwen en huisjes verwarmen, maar ook hele hotelcomplexen en industriële faciliteiten.

Dergelijke collectoren, waarvan het principe gebaseerd is op het "broeikaseffect", accumuleren zonne-energie voor verder gebruik praktisch zonder verlies. Dit zorgt voor een aantal mogelijkheden:

• voorzie woongebouwen van volledige verwarming;
• stel een autonome modus voor warmwatervoorziening in;
• waterverwarming implementeren in zwembaden en sauna's.

Het werk van een zonnecollector is om de energie van zonnestraling die een gesloten ruimte binnenkomt om te zetten in thermische energie, die wordt verzameld en gedurende lange tijd wordt opgeslagen. Het ontwerp van de collectoren laat de opgeslagen energie niet ontsnappen door de transparante installatie. Het centrale hydraulische verwarmingssysteem maakt gebruik van het thermosyphon-effect, waardoor de verwarmde vloeistof de koudere verdringt, waardoor de laatste gedwongen wordt naar de plaats van verwarming te gaan.

Er zijn twee implementaties van de beschreven technologie:

• platte verzamelaar;
• vacuüm spruitstuk.

De meest voorkomende is een platte zonnecollector. Vanwege het eenvoudige ontwerp wordt het met succes gebruikt voor ruimteverwarming in woongebouwen en verwarmingssystemen voor water voor huishoudelijk gebruik. Het apparaat bestaat uit een energieabsorberende plaat gemonteerd in een glazen paneel.

Het tweede type, het vacuümverdeelstuk met directe warmteoverdracht, is een watertank met schuin geplaatste buizen waardoor het verwarmde water stijgt om plaats te maken voor de koude vloeistof. Deze natuurlijke convectie zorgt voor een continue circulatie Werkvloeistof in een gesloten collectorcircuit en warmteverdeling door het hele verwarmingssysteem.

Een andere configuratie van het vacuümverdeelstuk is een gesloten koperen buisconstructie met een speciale vloeistof met een laag kookpunt. Bij verhitting verdampt deze vloeistof en absorbeert warmte van de metalen buizen. De naar boven opgetilde dampen condenseren met de overdracht van thermische energie naar het koelmiddel - water in het verwarmingssysteem of het hoofdelement van het circuit.

Bij het implementeren van woningverwarming door het gebruik van zonne-energie, moet rekening worden gehouden met de mogelijke herstructurering van het dak of de muren van het gebouw om het maximale effect te verkrijgen. Het project moet rekening houden met alle factoren: van de locatie en verduistering van de structuur tot de geografische weersindicatoren van het gebied.

Op een decembermiddag, niet ver van Zürich, was natuurkundige A. Fischer stoom aan het genereren; dit was toen de zon op het laagste punt stond en de luchttemperatuur 3°C was. Een dag later verwarmde een zonnecollector met een oppervlakte van 0,7 m2 30 liter koud water uit de tuinwatervoorziening tot +60°C.

Zonne-energie in de winter kan gemakkelijk worden gebruikt om de binnenlucht te verwarmen. In het voor- en najaar, wanneer het vaak zonnig maar koud is, kunt u met ruimteverwarming op zonne-energie de hoofdverwarming niet aanzetten. Dit maakt het mogelijk om wat energie, en dus geld, te besparen. Voor huizen die zelden worden gebruikt, of voor seizoenshuisvesting (dacha's, bungalows), is zonneverwarming vooral in de winter handig, omdat. elimineert overmatige koeling van de muren, waardoor vernietiging door vochtcondensatie en schimmel wordt voorkomen. Zo worden de jaarlijkse bedrijfskosten in principe verlaagd.

Bij het verwarmen van huizen met behulp van zonnewarmte, is het noodzakelijk om het probleem van thermische isolatie van gebouwen op te lossen op basis van architecturale en structurele elementen, d.w.z. tijdens het creëren effectief systeem zonneverwarming moet huizen bouwen met goede thermische isolatie-eigenschappen.

warmte kosten
Extra verwarming

Zonnebijdrage aan huisverwarming
Helaas valt de periode van warmte-invoer van de zon niet altijd in fase samen met de periode van optreden van thermische belastingen.

Het grootste deel van de energie die we tijdens de zomerperiode tot onze beschikking hebben, wordt verspild door het ontbreken van een constante vraag ernaar (in feite collector systeem: is tot op zekere hoogte een zelfregulerend systeem: wanneer de temperatuur van de drager een evenwichtswaarde bereikt, stopt de warmteopname, aangezien de warmteverliezen van de zonnecollector gelijk worden aan de waargenomen warmte).

De hoeveelheid nuttige warmte die de zonnecollector opneemt, hangt af van 7 parameters:

1. de hoeveelheid inkomende zonne-energie;
2. optische verliezen in transparante isolatie;
3. absorberende eigenschappen van het warmteopnemende oppervlak van de zonnecollector;
4. efficiëntie van warmteoverdracht van het koellichaam (van het warmte-ontvangende oppervlak van de zonnecollector naar de vloeistof, d.w.z. van de waarde van het rendement van het koellichaam);
5. transmissie van transparante thermische isolatie, die het niveau van warmteverlies bepaalt;
6. temperatuur van het warmteopnemende oppervlak van de zonnecollector, die op zijn beurt afhangt van de snelheid van het koelmiddel en de temperatuur van het koelmiddel bij de inlaat van de zonnecollector;
7. buitentemperatuur.

Efficiëntie van de zonnecollector, d.w.z. de verhouding tussen de gebruikte energie en de invallende energie wordt bepaald door al deze parameters. Bij gunstige omstandigheden het kan oplopen tot 70% en in geval van ongunstige omstandigheden kan het dalen tot 30%. De exacte waarde van efficiëntie kan alleen worden verkregen uit een voorlopige berekening door het gedrag van het systeem volledig te modelleren, rekening houdend met alle hierboven genoemde factoren. Het is duidelijk dat een dergelijk probleem alleen kan worden opgelost met behulp van een computer.

Omdat de fluxdichtheid van zonnestraling voortdurend verandert, is het mogelijk om de totale stralingssommen per dag of zelfs per maand te gebruiken voor berekeningsschattingen.

In tafel. 1 als voorbeeld worden gegeven:

Tabel 1. Maandelijkse hoeveelheden zonnestraling voor Kew (nabij Londen)

Uit de tabel blijkt dat een oppervlak met een optimale hellingshoek (gemiddeld gedurende 8 wintermaanden) ongeveer 1,5 keer meer energie ontvangt dan een horizontaal oppervlak. Als de som van de zonnestraling op een horizontaal oppervlak bekend is, kunnen ze, om ze om te zetten in een hellend oppervlak, worden vermenigvuldigd met het product van deze coëfficiënt (1,5) en de geaccepteerde waarde van het rendement van de zonnecollector, gelijk aan 40 %, d.w.z.

1,5*0,4=0,6

Dit zal resulteren in de hoeveelheid nuttige energie geabsorbeerd door het hellende warmteopnemende oppervlak gedurende een bepaalde periode.

Om de effectieve bijdrage van zonne-energie aan de warmtevoorziening van een gebouw te bepalen, zelfs door handmatige berekening, is het noodzakelijk om ten minste maandelijkse balansen op te stellen van vraag en nuttige warmte ontvangen van de zon. Bekijk voor de duidelijkheid een voorbeeld.

Op basis van bovenstaande gegevens en rekening houdend met een huis met een warmteverlies van 250 W/°C, heeft de locatie een jaarlijkse graaddag van 2800 (67200°C*h). en het oppervlak van zonnecollectoren is bijvoorbeeld 40 m2, dan wordt de volgende verdeling per maand verkregen (zie tabel 2).

Tabel 2. Berekening effectieve bijdrage zonne-energie

warmte kosten
Nadat we de hoeveelheid warmte hebben berekend die door de zon wordt geleverd, is het noodzakelijk om deze in geld weer te geven.

De kosten van opgewekte warmte zijn afhankelijk van:

De aldus verkregen bedrijfskosten kunnen dan worden vergeleken met de kapitaalkosten van een zonneverwarmingssysteem.

In overeenstemming hiermee, als we aannemen dat in het bovenstaande voorbeeld de zonne verwarmingssysteem wordt gebruikt in plaats van een traditioneel verwarmingssysteem dat bijvoorbeeld gasbrandstof verbruikt en warmte genereert tegen een kostprijs van 1,67 roebel / kWh, dan heb je om de resulterende jaarlijkse besparing te bepalen 8358 kWh nodig die wordt geleverd door zonne-energie (volgens de berekeningen in tabel 2 voor een collectoroppervlak van 40 m2), vermenigvuldig met 1,67 roebel / kWh, wat geeft

8358 * 1,67 \u003d 13957,86 roebel.

Extra verwarming
Een van de meest gestelde vragen door mensen die het gebruik van zonne-energie voor verwarming (of enig ander doel) willen begrijpen, is de vraag: "Wat doe je als de zon niet schijnt?" Nadat ze het concept van energieopslag hebben begrepen, stellen ze de volgende vraag: "Wat te doen als er geen thermische energie meer in de batterij zit?" De vraag is legitiem en de behoefte aan een redundant, vaak traditioneel systeem is een groot struikelblok voor de wijdverbreide acceptatie van zonne-energie als alternatief voor bestaande energiebronnen.

Als de capaciteit van een zonneverwarmingssysteem niet voldoende is om een ​​gebouw te onderhouden tijdens een periode van koud, bewolkt weer, dan kunnen de gevolgen, zelfs één keer per winter, ernstig genoeg zijn om een ​​conventioneel volledig verwarmingssysteem te beschouwen als een een back-up. De meeste gebouwen die worden verwarmd door zonne-energie hebben een volledig back-upsysteem nodig. Op dit moment moet zonne-energie in de meeste gebieden worden beschouwd als een middel om het verbruik van traditionele vormen van energie te verminderen, en niet als een volledige vervanging ervan.

Conventionele kachels zijn geschikte vervangers, maar er zijn veel andere alternatieven, bijvoorbeeld:

Open haarden;
- houtkachels;
- houtkachels.

Stel echter dat we een zonneverwarmingssysteem willen maken dat groot genoeg is om een ​​kamer in de meest ongunstige omstandigheden te verwarmen. Omdat de combinatie van zeer koude dagen en lange perioden van bewolkt weer zeldzaam is, is de extra grootte van de zonne-installatie (collector en batterij) die voor deze gelegenheden nodig is, te duur voor relatief weinig brandstofbesparing. Bovendien werkt het systeem meestal op minder dan het nominale vermogen.

Een zonneverwarmingssysteem dat ontworpen is om 50% van de verwarmingsbelasting te leveren, kan slechts voldoende warmte leveren voor 1 dag zeer koud weer. Door het zonnestelsel te verdubbelen, wordt het huis gedurende 2 koude bewolkte dagen van warmte voorzien. Bij perioden langer dan 2 dagen is een volgende vergroting even onterecht als de vorige. Daarnaast zullen er perioden van mild weer zijn waarin een tweede verhoging niet nodig is.

Als we nu het oppervlak van de collectoren van het verwarmingssysteem met nog eens 1,5 keer vergroten om 3 koude en bewolkte dagen vol te houden, dan is het in theorie voldoende om de helft van de volledige vraag van het huis te leveren tijdens de winter. Maar in de praktijk kan dit natuurlijk niet het geval zijn, aangezien er soms 4 (of meer) opeenvolgende dagen koud bewolkt weer voorkomen. Om rekening te houden met deze 4e dag, hebben we een zonneverwarmingssysteem nodig dat in theorie 2 keer meer warmte kan verzamelen dan het gebouw nodig heeft voor stookseizoen. Het is duidelijk dat koude en bewolkte perioden langer kunnen duren dan voorzien in het ontwerp van het zonneverwarmingssysteem. Hoe groter de collector, hoe minder intensief elke extra stap van zijn grootte wordt gebruikt, hoe minder energie er wordt bespaard per oppervlakte-eenheid van de collector en hoe minder het investeringsrendement voor elke extra oppervlakte-eenheid.

Er zijn echter gedurfde pogingen gedaan om voldoende thermische energie uit zonnestraling op te slaan om de volledige warmtevraag te dekken en om het hulpverwarmingssysteem te verlaten. Met uitzondering van systemen als het G. Hay Solar House, is langdurige warmteopslag misschien wel het enige alternatief voor een hulpsysteem. De heer Thomason kwam in de buurt van 100% zonneverwarming in zijn eerste huis in Washington; slechts 5% van de verwarmingsbelasting werd gedekt door een standaard oliegestookte kachel.

Als het hulpsysteem slechts een klein percentage van de totale belasting dekt, is het zinvol om elektrische verwarming te gebruiken, ondanks het feit dat het de productie van een aanzienlijke hoeveelheid energie in de elektriciteitscentrale vereist, die vervolgens wordt omgezet in warmte voor verwarming (10500 ... 13700 kJ wordt in de energiecentrale verbruikt om 1 kWh thermische energie in het gebouw te produceren). In de meeste gevallen is een elektrische kachel goedkoper dan een olie- of gasoven, en de relatief kleine hoeveelheid elektriciteit die nodig is om een ​​gebouw te verwarmen, kan het gebruik ervan rechtvaardigen. Bovendien is een elektrische verwarmer een minder materiaalintensief apparaat vanwege een relatief kleine hoeveelheid materiaal (vergeleken met een verwarmer) die wordt gebruikt om elektrische spoelen te vervaardigen.

Aangezien het rendement van een zonnecollector aanzienlijk toeneemt als deze bij lage temperaturen wordt gebruikt, moet het verwarmingssysteem worden ontworpen om zo laag mogelijke temperaturen te gebruiken - zelfs op het niveau van 24...27°C. Een van de voordelen van het Thomason-warmeluchtsysteem is dat het nuttige warmte uit de batterij blijft halen bij temperaturen dicht bij kamertemperatuur.

Bij nieuwbouw kan erop worden gerekend dat verwarmingssystemen lagere temperaturen gebruiken, bijvoorbeeld door het verlengen van warmwaterbuisradiatoren, het vergroten van stralingspanelen of het vergroten van het luchtvolume bij een lagere temperatuur. Ontwerpers kiezen meestal voor ruimteverwarming met warme lucht of het gebruik van vergrote stralingspanelen. Een luchtverwarmingssysteem maakt optimaal gebruik van lage temperatuur opgeslagen warmte. Stralingsverwarmingspanelen hebben een lange vertraging (tussen het inschakelen van het systeem en het verwarmen van de luchtruimte) en vereisen meestal hogere bedrijfstemperaturen dan heteluchtsystemen. Daarom wordt de warmte van de opslaginrichting niet volledig benut bij lagere temperaturen, die acceptabel zijn voor warmeluchtsystemen, en is het algehele rendement van een dergelijk systeem lager. Het overschrijden van de afmetingen van een stralingspaneelsysteem om vergelijkbare resultaten met lucht te bereiken, kan aanzienlijke extra kosten met zich meebrengen.

Om het algemeen te verbeteren Systeemefficiëntie(zonneverwarming en extra back-upsysteem) terwijl de totale kosten worden verlaagd door uitvaltijd te elimineren samenstellende delen, hebben veel ontwerpers de weg gekozen om de zonnecollector en batterij te integreren met een hulpsysteem. De gemeenschappelijke elementen zijn:

ventilatoren;
- pompen;
- warmtewisselaars;
- bestuursorganen;
- pijpen;
- luchtkanalen.

De figuren in het artikel Systems Engineering tonen verschillende schema's van dergelijke systemen.

Een valkuil bij het ontwerpen van interfaces tussen systemen is de toename van bedieningselementen en bewegende delen, waardoor de kans op mechanische storingen toeneemt. De verleiding om de efficiëntie met 1-2% te verhogen door een ander apparaat toe te voegen aan de kruising van systemen is bijna onweerstaanbaar en kan de meest voorkomende reden zijn voor het falen van een zonneverwarmingssysteem. Normaal gesproken mag de boosterverwarming het zoniet verwarmen. Als dit gebeurt, zal de oogstfase van zonnewarmte minder efficiënt zijn, omdat dit proces bijna altijd bij hogere temperaturen zal plaatsvinden. In andere systemen verbetert het verlagen van de temperatuur van de batterij door het gebruik van warmte door het gebouw de algehele efficiëntie van het systeem.

De redenen voor andere nadelen van dit circuit zijn te wijten aan het grote warmteverlies van de batterij vanwege de constant hoge temperaturen. In systemen waar de hulpapparatuur de batterij niet verwarmt, zal deze laatste aanzienlijk minder warmte verliezen als er meerdere dagen geen zon is. Zelfs in systemen die op deze manier zijn ontworpen, bedraagt ​​het warmteverlies uit de container 5...20% van de totale warmte die door het zonnesysteem wordt opgenomen. Met batterij verwarmd hulpapparatuur, het warmteverlies zal veel hoger zijn en kan alleen worden gerechtvaardigd als de batterijcontainer zich in de verwarmde ruimte van het gebouw bevindt

Zonneverwarming is een manier om een ​​woongebouw te verwarmen, die elke dag meer en meer populair wordt in veel, meestal ontwikkelde, landen van de wereld. Het grootste succes op het gebied van thermische zonne-energie van vandaag kan bogen op de landen van West- en Centraal-Europa. Op het grondgebied van de Europese Unie is er het afgelopen decennium een ​​jaarlijkse groei van 10-12% in de sector van hernieuwbare energie. Dit ontwikkelingsniveau is een zeer belangrijke indicator.

zonnepaneel

Een van de meest voor de hand liggende toepassingen van zonne-energie is het gebruik ervan voor het verwarmen van water en lucht (als warmtedragers). In klimaatregio's waar koud weer heerst, zijn voor een comfortabel verblijf van mensen de berekening en organisatie van verwarmingssystemen voor elk woongebouw verplicht. Ze moeten een warmwatervoorziening hebben voor verschillende behoeften, bovendien moeten huizen worden verwarmd. Natuurlijk zou de beste optie hier zijn om het schema te gebruiken waar ze werken geautomatiseerde systemen warmte toevoer.

Industriële ondernemingen hebben dagelijks grote hoeveelheden warm water nodig in het productieproces. Een voorbeeld is Australië, waar bijna 20 procent van alle verbruikte energie wordt besteed aan het verwarmen van een warmtegeleidende vloeistof tot een temperatuur van maximaal 100 o C. Om deze reden, in een deel van de ontwikkelde landen van het Westen, en in grotere mate in Israël, Noord Amerika, Japan en natuurlijk Australië, de uitbreiding van de productie van zonneverwarmingssystemen gaat zeer snel.

In de nabije toekomst zal de ontwikkeling van energie ongetwijfeld gericht zijn op het gebruik van zonnestraling. De dichtheid van zonnestraling aan aardoppervlak gemiddeld 250 watt per vierkante meter. En dit ondanks het feit dat twee watt per vierkante meter voldoende is om te voldoen aan de economische behoeften van een persoon in de minst industriële gebieden.

Het voordelige verschil tussen zonne-energie en andere energie-industrieën die verbrandingsprocessen op fossiele brandstoffen gebruiken, is de milieuvriendelijkheid van de ontvangen energie. De werking van zonne-energieapparatuur brengt niet het vrijkomen van schadelijke emissies in de atmosfeer met zich mee.

Selectie van apparatuurtoepassingsschema, passieve en actieve systemen

Er zijn twee schema's voor het gebruik van zonnestraling als verwarmingssysteem voor een huis. Dit zijn actieve en passieve systemen. Passieve zonneverwarmingssystemen - systemen waarbij het element dat zonnestraling direct absorbeert en er warmte uit vormt, de structuur van het huis zelf of de afzonderlijke onderdelen ervan is. Deze elementen kunnen een hek, een dak, afzonderlijke delen van een gebouw zijn, gebouwd op basis van een bepaald schema. Passieve systemen maken geen gebruik van mechanische bewegende delen.

Actieve systemen werken op basis van het tegenovergestelde huisverwarmingsschema, ze gebruiken actief mechanische apparaten (pompen, motoren, bij gebruik berekenen ze ook het benodigde vermogen).

De eenvoudigste in ontwerp en financieel minder kostbaar bij het installeren van een circuit zijn passieve systemen. Dergelijke verwarmingscircuits vereisen geen installatie van extra apparaten voor de absorptie en daaropvolgende distributie van zonnestraling in het huisverwarmingssysteem. De werking van dergelijke systemen is gebaseerd op het principe van directe verwarming van de woonruimte direct via de lichtdoorlatende wanden aan de zuidkant. Een extra verwarmingsfunctie wordt uitgevoerd door de buitenvlakken van de huishekelementen, die zijn voorzien van een laag transparante schermen.

Om het proces van het omzetten van zonnestraling in thermische energie te starten, wordt een systeem van structuren gebruikt op basis van het gebruik van zonne-ontvangers met een transparant oppervlak, waarbij het "broeikaseffect" de belangrijkste functie speelt, het vermogen van het glas om warmtestraling vast te houden wordt gebruikt , waardoor de temperatuur in de kamer stijgt.

Opgemerkt moet worden dat het gebruik van slechts één van de soorten systemen mogelijk niet helemaal gerechtvaardigd is. Vaak blijkt uit een zorgvuldige berekening dat door het gebruik van geïntegreerde systemen een aanzienlijke vermindering van warmteverlies en een vermindering van de energiebehoefte van een gebouw kan worden bereikt. Het totale werk van zowel actieve als passieve systemen door een combinatie van positieve eigenschappen zal het maximale effect geven.

Een veelgebruikte efficiëntieberekening laat zien dat passief gebruik van zonnestraling ongeveer 14 tot 16 procent van de verwarmingsbehoefte van uw huis zal dekken. Een dergelijk systeem zal een belangrijk onderdeel zijn van het warmteopwekkingsproces.

Echter, ondanks bepaalde positieve eigenschappen passieve systemen, de belangrijkste mogelijkheden om volledig aan de warmtebehoeften van het gebouw te voldoen, is het nog steeds noodzakelijk om actieve verwarmingsapparatuur te gebruiken. Systemen waarvan de functie directe absorptie, accumulatie en distributie van zonnestraling is.

Planning en berekening

Bereken de mogelijkheid om actieve verwarmingssystemen te installeren met behulp van zonne-energie (kristallijne zonnecellen, zonnecollectoren), bij voorkeur in de ontwerpfase van het gebouw. Maar toch is dit moment niet verplicht, de installatie van een dergelijk systeem is ook mogelijk op een bestaande taak, ongeacht het bouwjaar (de basis voor succes is de juiste berekening van het hele schema).

Installatie van apparatuur wordt uitgevoerd aan de zuidkant van het huis. Deze locatie schept voorwaarden voor maximale absorptie van inkomende zonnestraling in de winter. Fotocellen die de energie van de zon omzetten en op een vaste structuur worden geïnstalleerd, zijn het meest effectief wanneer ze ten opzichte van het aardoppervlak worden gemonteerd onder een hoek die gelijk is aan de geografische locatie van het verwarmde gebouw. De hoek van het dak, de mate van draaiing van het huis naar het zuiden - dit zijn belangrijke punten waarmee rekening moet worden gehouden bij het berekenen van het hele verwarmingsschema.

Zonnefotocellen en zonnecollectoren moeten zo dicht mogelijk bij de plaats van energieverbruik worden geïnstalleerd. Onthoud dat hoe dichter je een badkamer en een keuken bouwt, hoe minder warmteverlies er zal zijn (in dit geval kun je rondkomen met één zonnecollector die beide kamers verwarmt). Het belangrijkste criterium voor het evalueren van de selectie van de apparatuur die u nodig hebt, is de efficiëntie.

Actieve zonne-energiesystemen zijn onderverdeeld in de volgende groepen volgens de volgende criteria:

1. Het gebruik van een back-upcircuit;
2. Seizoensgebondenheid van het werk (gedurende het hele jaar of in een bepaald seizoen);
3. Functioneel doel - verwarming, warmwatervoorziening en gecombineerde systemen;
4. De gebruikte warmtedrager is vloeistof of lucht;
5. Toegepaste technische oplossing voor het aantal circuits (1, 2 of meer).

Algemene economische gegevens zullen de belangrijkste factor zijn bij het kiezen van een van de soorten apparatuur. Een competente thermische berekening van het hele systeem zal u helpen om de juiste beslissing te nemen. De berekening moet worden uitgevoerd rekening houdend met de indicatoren van elke specifieke ruimte waar de organisatie van zonneverwarming en (of) warmwatervoorziening is gepland. Het is noodzakelijk om rekening te houden met de locatie van het gebouw, de klimatologische natuurlijke omstandigheden, de omvang van de kosten van de verplaatste energiebron. De juiste berekening en de succesvolle keuze van het waris de sleutel tot de economische haalbaarheid van het gebruik van zonne-energieapparatuur.

Zonne-verwarmingssysteem

Het meest gebruikte verwarmingsschema is de installatie van zonnecollectoren, die zorgen voor de accumulatie van geabsorbeerde energie in een speciale container - een batterij.

Tot op heden zijn de meest voorkomende verwarmingsschema's met dubbel circuit voor woongebouwen, waarin een geforceerd circulatiesysteem van het koelmiddel in de collector is geïnstalleerd. Het principe van zijn werk is het volgende. Heet water wordt geleverd vanaf de bovenkant van de opslagtank, het proces verloopt automatisch volgens de wetten van de fysica. Koud stromend water wordt onder druk toegevoerd aan het onderste deel van de tank, dit water verdringt het verwarmde water dat in het bovenste deel van de tank is verzameld, dat vervolgens het warmwatervoorzieningssysteem van het huis binnenkomt om aan zijn huishoudelijke en verwarmingsbehoeften te voldoen.

Voor een eengezinswoning wordt meestal een opslagtank met een inhoud van 400 tot 800 liter geïnstalleerd. Om de warmtedrager van dergelijke volumes op te warmen, afhankelijk van Natuurlijke omstandigheden het is nodig om het oppervlak van de zonnecollector correct te berekenen. Het is ook noodzakelijk om het gebruik van apparatuur economisch te rechtvaardigen.

De standaarduitrusting voor het monteren van een zonneverwarmingssysteem is als volgt:

• Direct de zonnecollector zelf;
• Montagesysteem (steunen, balken, houders);
• opslagtank;
• Tank die overmatige uitzetting van de thermische drager compenseert;
• Pomp controle-apparaat;
• Pomp (set kleppen);
• Temperatuursensoren;
• Warmtewisselaars (gebruikt in schema's met grote volumes);
• Warmte-geïsoleerde leidingen;
• Veiligheids- en bedieningsarmaturen;
• Montage.

Systeem op basis van warmteabsorberende panelen. Dergelijke panelen worden in de regel gebruikt in het stadium van nieuwbouw. Voor hun installatie is het noodzakelijk om een ​​​​speciale structuur te bouwen die een heet dak wordt genoemd. Dit betekent dat de panelen direct in de dakconstructie moeten worden geïnstalleerd, waarbij de dakelementen als integrale elementen van de apparatuurbehuizing moeten worden gebruikt. Een dergelijke installatie zal uw kosten voor het creëren van een verwarmingssysteem verlagen, maar het vereist kwalitatief hoogstaand werk aan het waterdicht maken van de verbindingen van apparaten en het dak. Deze manier om apparatuur te installeren, vereist dat u alle fasen van het werk zorgvuldig ontwerpt en plant. Het is noodzakelijk om veel problemen op te lossen met betrekking tot leidingen, plaatsing van een opslagtank, installatie van een pomp, aanpassing van hellingen. Er zullen nogal wat installatieproblemen moeten worden opgelost als het gebouw niet op de meest succesvolle manier naar het zuiden wordt gedraaid.

Over het algemeen zal het project van zonneverwarmingssystemen tot op zekere hoogte van andere verschillen. Alleen de basisprincipes van het systeem blijven ongewijzigd. Daarom is het onmogelijk om een ​​exacte lijst te geven van de benodigde onderdelen voor de volledige installatie van het gehele systeem, aangezien het tijdens het installatieproces nodig kan zijn om extra elementen en materialen te gebruiken.

Vloeibare verwarmingssystemen

In systemen die werken op basis van een vloeibare warmtedrager wordt gewoon water als opslagmedium gebruikt. Energieopname vindt plaats in platte zonnecollectoren. Energie wordt opgeslagen in een opslagtank en gebruikt waar nodig.

Om energie van het opslagapparaat naar het gebouw over te dragen, wordt een water-naar-water- of water-naar-lucht-warmtewisselaar gebruikt. Het warmwatervoorzieningssysteem is uitgerust met een extra tank, de voorverwarmingstank. Het water wordt daarin verwarmd door zonnestraling en komt dan in een conventionele boiler.

Luchtverwarmingssysteem

Een dergelijk systeem gebruikt lucht als warmtedrager. Het koelmiddel wordt verwarmd in een platte zonnecollector en vervolgens komt de verwarmde lucht de verwarmde ruimte binnen of in een speciaal opslagapparaat, waar de geabsorbeerde energie wordt opgeslagen in een speciaal mondstuk, dat wordt verwarmd door de binnenkomende warme lucht. Dankzij deze functie blijft het systeem het huis ook 's nachts van warmte voorzien wanneer er geen zonnestraling beschikbaar is.

Systemen met geforceerde en natuurlijke circulatie

De basis van de werking van systemen met natuurlijke circulatie is de onafhankelijke beweging van het koelmiddel. Onder invloed van stijgende temperatuur verliest het zijn dichtheid en neigt het daarom naar het bovenste deel van het apparaat. Het resulterende drukverschil zorgt ervoor dat de apparatuur functioneert.