Systemy ogrzewania słonecznego. Podstawowe elementy i schematy ideowe solarnych systemów grzewczych

Głównym elementem aktywnych systemów zaopatrzenia w ciepło jest kolektor słoneczny (SC). systemy niskotemperaturowe systemy zaopatrzenia w ciepło (do 100°C), służące do zamiany energii słonecznej na ciepło niskogatunkowe do zaopatrzenia w ciepłą wodę, ogrzewania i innych procesów cieplnych, wykorzystują tzw. kolektor płaski, który jest absorberem słonecznym, przez który krąży czynnik chłodniczy ; konstrukcja jest izolowana termicznie od tyłu i przeszklona od przodu.

W wysokotemperaturowych systemach zaopatrzenia w ciepło (powyżej 100°C) stosuje się wysokotemperaturowe kolektory słoneczne. Obecnie najwydajniejszym z nich jest koncentrujący kolektor słoneczny Luza, który jest parabolicznym nieckiem z czarną rurą pośrodku, na którym skupia się promieniowanie słoneczne. Takie kolektory są bardzo efektywne w przypadkach, gdy konieczne jest stworzenie warunków temperaturowych powyżej 100°C dla przemysłu lub produkcji pary w elektroenergetyce. Są używane w niektórych elektrowniach słonecznych w Kalifornii; dla Europy północnej nie są one wystarczająco skuteczne, ponieważ nie mogą wykorzystywać rozproszonego promieniowania słonecznego.

Światowe doświadczenie. W Australii nalewanie płynów poniżej 100°C pochłania około 20% całkowitej zużytej energii. Ustalono, że do zaopatrywania 80% wiejskich budynków mieszkalnych w ciepłą wodę na osobę potrzebne są 2...3 m2 powierzchni kolektorów słonecznych oraz zbiornik na wodę o pojemności 100...150 litrów. Dużym zainteresowaniem cieszą się instalacje o powierzchni 25 m2 oraz bojler na 1000...1500 litrów, zapewniający 12 osobom ciepłą wodę.

Mieszkańcy Wielkiej Brytanii wieś zaspokoić zapotrzebowanie na energię cieplną o 40...50% dzięki wykorzystaniu promieniowania słonecznego.

W Niemczech na stacji badawczej pod Düsseldorfem przetestowano aktywną instalację słonecznego podgrzewania wody (powierzchnia kolektora 65 m2), która pozwala uzyskać średnio 60% wymaganego ciepła rocznie, a 80...90% w ciągu roku. lato. W Niemczech czteroosobowa rodzina może w pełni zapewnić sobie ciepło, jeśli istnieje dach energetyczny o powierzchni 6…9 m2.

Najczęściej wykorzystywana słoneczna energia cieplna jest wykorzystywana do ogrzewania szklarni i tworzenia w nich sztucznego klimatu; W Szwajcarii przetestowano kilka sposobów wykorzystania energii słonecznej w tym kierunku.

W Niemczech (Hannover) w Instytucie Techniki, Ogrodnictwa i Rolnictwa bada się możliwość wykorzystania kolektorów słonecznych umieszczonych obok szklarni lub wbudowanych w jej strukturę, a także samych szklarni jako kolektorów słonecznych przy użyciu barwionego płynu który przechodzi przez podwójną powłokę szklarni i nagrzewa promieniowanie słoneczne Wyniki badań wykazały, że w warunki klimatyczne W Niemczech ogrzewanie wyłącznie energią słoneczną przez cały rok nie zaspokaja w pełni zapotrzebowania na ciepło. Nowoczesne kolektory słoneczne w Niemczech mogą zaspokoić potrzeby rolnictwa w ciepłej wodzie latem o 90%, zimą o 29...30% aw okresie przejściowym - o 55...60%.

Aktywne słoneczne systemy grzewcze są najczęściej spotykane w Izraelu, Hiszpanii, Tajwanie, Meksyku i Kanadzie. W samej Australii ponad 400 000 domów jest wyposażonych w słoneczne podgrzewacze wody. W Izraelu ponad 70% wszystkich domów jednorodzinnych (około 900 000) jest wyposażonych w słoneczne podgrzewacze wody z kolektorami słonecznymi o łącznej powierzchni 2,5 mln m2, co daje możliwość rocznej oszczędności paliwa na poziomie około 0,5 mln toe.

Poprawa konstrukcji płaskiego SC odbywa się w dwóch kierunkach:

• poszukiwanie nowych niemetalicznych materiałów konstrukcyjnych;
• poprawa właściwości optotermicznych najbardziej krytycznego zespołu absorber-element półprzezroczysty.

W ZSRR istniało kilka naukowych i inżynieryjnych szkół zaopatrzenia w ciepło słoneczne: Moskwa (ENIN, IVTAN, MPEI itp.), Kijów (Kijów ZNIIEPIO, Kijowski Instytut Inżynierii Lądowej, Instytut Technicznej Fizyki Cieplnej itp.), Taszkent ( Fizyko-Techniczny Instytut Akademii Nauk Uzbeckiej SRR, Taszkent ZNIIEP), Aszchabad (Instytut Energii Słonecznej Akademii Nauk TSSR), Tbilisi (Spetsgelioteplomontazh). W latach 90. do prac przyłączyli się specjaliści z Krasnodaru, kompleksu obronnego (miasto Reutov, obwód moskiewski i Kowrow), Instytutu Technologii Morskich (Władywostok), Rostovteploelektroproekt. oryginalna szkoła instalacje solarne zostały stworzone w Ułan-Ude przez G.P. Kasatkina.

Ogrzewanie słoneczne to jedna z najbardziej zaawansowanych na świecie technologii przetwarzania energii słonecznej na ogrzewanie, ciepłą wodę i chłodzenie. W 2016 r. łączna moc solarnych systemów grzewczych na świecie wyniosła 435,9 GW (622,7 mln m²). W Rosji zaopatrzenie w energię słoneczną nie znalazło jeszcze szerokiego praktycznego zastosowania, co wynika przede wszystkim ze stosunkowo niskich taryf za ciepło i energię elektryczną. W tym samym roku, według danych ekspertów, w naszym kraju pracowało tylko około 25 tys. m² instalacji fotowoltaicznych. Na ryc. 1 przedstawia fotografię największej elektrowni słonecznej w Rosji w mieście Narimanow w obwodzie astrachańskim o powierzchni 4400 m².

Biorąc pod uwagę światowe trendy w rozwoju energii odnawialnej, rozwój dostaw ciepła słonecznego w Rosji wymaga zrozumienia doświadczeń krajowych. Warto zauważyć, że kwestie praktycznego wykorzystania energii słonecznej w ZSRR na szczeblu państwowym zostały omówione w 1949 r. na I Ogólnounijnej Konferencji Technologii Słonecznych w Moskwie. Specjalna uwaga został przekazany do systemów aktywnych i pasywnych ogrzewanie solarne Budynki.

Projekt aktywnego systemu został opracowany i wdrożony w 1920 roku przez fizyka V. A. Mikhelsona. W latach 30. pasywne systemy ogrzewania słonecznego zostały opracowane przez jednego z inicjatorów technologii słonecznej, inżyniera-architekta Borysa Konstantinowicza Bodashko (Leningrad). W tych samych latach doktor nauk technicznych prof. Boris Pietrowicz Weinberg (Leningrad) prowadził badania nad zasobami energii słonecznej na terenie ZSRR i opracował teoretyczne podstawy budowy instalacji słonecznych.

W latach 1930-1932 K.G. Trofimov (miasto Taszkent) opracował i przetestował solarny podgrzewacz powietrza o temperaturze ogrzewania do 225°C. Jednym z liderów w rozwoju kolektorów słonecznych i słonecznego zaopatrzenia w ciepłą wodę (CWU) był dr hab. Boris Valentinovich Petukhov. W swojej książce „Rurowe słoneczne podgrzewacze wody” opublikowanej przez niego w 1949 roku uzasadnił możliwość opracowania i podstawowych rozwiązań projektowych dla płaskich kolektorów słonecznych (SC). Bazując na dziesięcioletnim doświadczeniu (1938-1949) w budowie instalacji solarnych do systemów zaopatrzenia w ciepłą wodę opracował metodykę ich projektowania, budowy i eksploatacji. Tak więc już w pierwszej połowie ubiegłego wieku w naszym kraju prowadzono badania nad wszystkimi typami systemów solarnego zaopatrzenia w ciepło, w tym potencjałem i metodami obliczeniowymi Promieniowanie słoneczne, kolektory słoneczne cieczowe i powietrzne, elektrownie słoneczne dla Systemy CWU, aktywne i pasywne systemy ogrzewania słonecznego.

W większości dziedzin radzieckie badania i rozwój w dziedzinie ogrzewania słonecznego zajmowały wiodącą pozycję na świecie. Jednocześnie nie znalazł szerokiego praktycznego zastosowania w ZSRR i rozwinął się z własnej inicjatywy. Tak więc doktorat B. V. Petukhov opracował i zbudował dziesiątki instalacji słonecznych z SC własnej konstrukcji na posterunkach granicznych ZSRR.

W latach 80. XX wieku, po wydarzeniach zagranicznych zapoczątkowanych przez tzw. „globalny kryzys energetyczny”, krajowe wydarzenia w zakresie energia słoneczna znacznie się nasiliły. Inicjatorem nowych rozwiązań był Instytut Energetyki. G. M. Krzhizhanovsky w Moskwie (ENIN), który gromadzi doświadczenie w tej dziedzinie od 1949 roku.

Przewodniczący Państwowego Komitetu Nauki i Techniki akademik V. A. Kirillin odwiedził szereg europejskich ośrodków naukowych, które rozpoczęły szeroko zakrojone prace badawczo-rozwojowe w dziedzinie energii odnawialnej, a w 1975 r. zgodnie z jego zaleceniami Instytut Wysokich Temperatur Akademii nauk ścisłych był związany z pracą w tym kierunku ZSRR w Moskwie (obecnie Joint Institute for High Temperatures, JIHT RAS).

W latach 80. Moskiewski Instytut Energetyki (MPEI), Moskiewski Instytut Inżynierii Lądowej (MISI) i Ogólnounijny Instytut Stopów Lekkich (VILS, Moskwa) również zaczęły angażować się w badania w dziedzinie dostarczania ciepła słonecznego w RSFSR w latach 80-tych.

Rozwój projektów pilotażowych dla elektrowni słonecznych duża moc w wykonaniu Centralnego Instytutu Badawczo-Projektowego Projektowania Eksperymentalnego (TsNII EPIO, Moskwa).

Drugim najważniejszym ośrodkiem naukowym i inżynieryjnym rozwoju ogrzewania słonecznego był Kijów (Ukraina). Główną organizacją w Związku Radzieckim zajmującą się projektowaniem instalacji słonecznych dla mieszkalnictwa i usług komunalnych przez ZSRR Gosgrazhdanstroy był Kijowski Strefowy Instytut Badań i Projektowania (KievZNIIEP). Badania w tym kierunku prowadził Kijowski Instytut Inżynierii i Budownictwa, Instytut Technicznej Fizyki Cieplnej Akademii Nauk Ukrainy, Instytut Problemów Materiałoznawstwa Akademii Nauk Ukraińskiej SRR oraz Kijowski Instytut Elektrodynamiki.

Trzecim ośrodkiem w ZSRR było miasto Taszkent, gdzie badaniami zajmowały się Instytut Fizyko-Techniczny Akademii Nauk Uzbeckiej SRR i Państwowy Instytut Pedagogiczny Karshi. Opracowaniem projektów instalacji fotowoltaicznych zajmował się Tashkent Zonen Research and Design Institute TashZNIIEP. W czas sowiecki dostawa ciepła słonecznego była obsługiwana przez Instytut Energii Słonecznej Akademii Nauk Turkmeńskiej SRR w mieście Aszchabad. W Gruzji badania kolektorów słonecznych i instalacji słonecznych prowadziło Stowarzyszenie „Spetsgelioteplomontazh” (Tbilisi) oraz Gruziński Instytut Badawczy Energetyki i Konstrukcji Hydraulicznych.

W latach 90. w Federacja Rosyjska Do badań i projektowania elektrowni słonecznych dołączyli specjaliści z miasta Krasnodar, kompleksu obronnego (JSC VPK NPO Mashinostroeniya, Kovrov Mechanical Plant), Institute of Marine Technologies (Vladivostok), Rostovteploelektroproekt, a także Soczi Institute of Balneology. Krótka recenzja koncepcje naukowe w pracy przedstawiono osiągnięcia inżynierskie.

W ZSRR Instytut Energetyki (ENIN*, Moskwa) był wiodącą organizacją naukową zajmującą się dostarczaniem ciepła słonecznego ( około. autor: Działalność ENIN w zakresie pozyskiwania ciepła z energii słonecznej została szczegółowo opisana przez doktora nauk technicznych prof. Borysa Władimirowicza Tarniżewskiego (1930-2008) w artykule „Krąg słoneczny” ze zbioru „ENIN. Wspomnienia najstarszych pracowników ”(2000).), która została zorganizowana w 1930 roku i kierowana do lat pięćdziesiątych przez lidera sowieckiego przemysłu energetycznego, osobistego przyjaciela V. I. Lenina - Gleba Maksymilianowicza Krzhizhanovsky'ego (1872-1959).

W ENIN z inicjatywy G. M. Krzhizhanovsky'ego w latach 40. XX wieku utworzono laboratorium technologii słonecznej, które najpierw kierował doktorem nauk technicznych prof. F. F. Molero, a następnie długie lata(do 1964 r.) doktor nauk technicznych, prof. Walentin Aleksiejewicz Baum (1904-1985), który łączył obowiązki kierownika laboratorium z pracą zastępcy dyrektora ENIN.

V. A. Baum natychmiast pojął istotę sprawy i udzielił studentom ważnych rad, jak kontynuować lub dokończyć pracę. Jego uczniowie z wdzięcznością wspominali seminaria laboratorium. Były bardzo ciekawe i na naprawdę dobrym poziomie. V. A. Baum był bardzo szeroko uczonym naukowcem, człowiekiem o wysokiej kulturze, wielkiej wrażliwości i takcie. Zachował wszystkie te cechy do późnej starości, ciesząc się miłością i szacunkiem swoich uczniów. Wysoki profesjonalizm, naukowe podejście i przyzwoitość wyróżniały tę wybitną osobę. Pod jego kierownictwem przygotowano ponad 100 prac kandydackich i doktorskich.

Od 1956 B. V. Tarnizhevsky (1930-2008) jest doktorantem V. A. Bauma i godnym następcą jego pomysłów. Wysoki profesjonalizm, naukowe podejście i przyzwoitość wyróżniały tę wybitną osobę. Wśród kilkudziesięciu jego uczniów jest autor tego artykułu. B.V. Tarnizhevsky pracował w ENIN przez 39 lat, aż do ostatnich dni swojego życia. W 1962 rozpoczął pracę w Wszechrosyjskim Instytucie Badawczym Źródeł Prądowych w Moskwie, a 13 lat później powrócił do ENIN.

W 1964 roku, po wyborze V. A. Bauma na członka zwyczajnego Akademii Nauk Turkmeńskiej SRR, wyjechał do Aszchabadu, gdzie kierował Instytutem Fizyki i Techniki. Jego następcą został Jurij Nikołajewicz Malewski (1932-1980) jako kierownik laboratorium technologii słonecznej. W latach 70. wystąpił z pomysłem stworzenia w Związku Radzieckim eksperymentalnej elektrowni słonecznej typu wieżowego o mocy 5 MW z cyklem konwersji termodynamicznej (SES-5, zlokalizowana na Krymie) i poprowadził dużą zespół 15 organizacji do jego rozwoju i budowy.

Innym pomysłem J. N. Malewskiego było stworzenie na południowym wybrzeżu Krymu zintegrowanej bazy eksperymentalnej do dostarczania ciepła i chłodu słonecznego, która byłaby jednocześnie dość dużym obiektem demonstracyjnym i ośrodkiem badań w tym zakresie. Aby rozwiązać ten problem, BV Tarnizhevsky powrócił w 1976 roku do ENIN. W tym czasie laboratorium techniki słonecznej zatrudniało 70 osób. W 1980 roku, po śmierci Yu B. V. Tarnizhevsky'ego, który był zaangażowany w tworzenie krymskiej bazy zaopatrzenia w ciepło i zimno. I. V. Baum, przed dołączeniem do ENIN, kierował laboratorium w NPO Solntse Akademii Nauk Turkmeńskiej SRR (1973-1983) w Aszchabadzie.

W ENIN I. V. Baum kierował laboratorium SES. W latach 1983-1987 zrobił wiele, aby stworzyć pierwszą termodynamiczną elektrownię słoneczną w ZSRR. W latach 80. największy rozwój w instytucie osiągnęły prace nad wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii, a przede wszystkim energii słonecznej. W 1987 roku zakończono budowę krymskiej bazy doświadczalnej w rejonie Ałuszty. Do jego działania na miejscu stworzono specjalne laboratorium.

W latach 80. laboratorium zaopatrzenia w ciepło słoneczne brało udział we wprowadzaniu kolektorów słonecznych do masowej produkcji przemysłowej, tworzeniu instalacji solarnych i zaopatrzenia w ciepłą wodę, w tym dużych o powierzchni SC powyżej 1000 m² i innych wielko- projekty na dużą skalę.

Jak przypomniał B. V. Tarnizhevsky, w dziedzinie zaopatrzenia w ciepło słoneczne w latach 80. niezbędna była działalność Siergieja Josifowicza Smirnowa, który brał udział w tworzeniu pierwszej w kraju kotłowni na paliwo słoneczne dla jednego z hoteli w Symferopolu, wielu inne instalacje solarne, w opracowywaniu obliczonych metodyk projektowania instalacji solarnych. S. I. Smirnov był bardzo rzucającą się w oczy i popularną osobą w instytucie.

Potężny intelekt połączony z życzliwością i odrobiną impulsywności charakteru stworzył niepowtarzalny urok tej osoby. W jego grupie pracowali z nim Yu.L. Myshko, B.M.Levinsky i inni współpracownicy. Grupa ds. rozwoju powłok selektywnych, kierowana przez Galinę Aleksandrowną Gukhman, opracowała technologię chemicznego osadzania selektywnych powłok absorpcyjnych na absorberach kolektorów słonecznych, a także technologię osadzania żaroodpornej powłoki selektywnej na odbiornikach rurowych skoncentrowane promieniowanie słoneczne.

Na początku lat 90. Laboratorium Energetyki Słonecznej zapewniło kierownictwo naukowe i organizacyjne projektu kolektorów słonecznych nowej generacji, który był częścią Programu Energetyka Przyjazna Środowisku. W latach 1993-1994 w wyniku prac badawczo-rozwojowych udało się stworzyć projekty i zorganizować produkcję kolektorów słonecznych nie ustępujących zagranicznym odpowiednikom pod względem właściwości cieplnych i użytkowych.

Pod kierownictwem B. V. Tarnizhevsky'ego projekt GOST 28310-89 „Kolektory słoneczne. Ogólne warunki techniczne". Aby zoptymalizować projekty płaskich kolektorów słonecznych (PSC), Borys Władimirowicz zaproponował uogólnione kryterium: iloraz dzielenia kosztu kolektora przez ilość wytworzonej przez niego energii cieplnej w szacowanym okresie użytkowania.

W ostatnich latach ZSRR pod kierunkiem doktora nauk technicznych prof. B.W. Tarniżewskiego opracowano projekty i technologie ośmiu kolektorów słonecznych: jednego z absorberem panelowym ze stali nierdzewnej, dwóch z absorberami ze stopów aluminium, trzy z absorberami i przezroczystą izolacją z materiałów polimerowych, dwie konstrukcje kolektorów powietrznych. Opracowano technologie wytworzenia ze stopionego profilu aluminiowego blachodachówki, technologię wytwarzania szkła zbrojonego oraz nakładania powłoki selektywnej.

Opracowany przez ENIN projekt kolektora słonecznego został masowo wyprodukowany przez Bracką Zakłady Urządzeń Ciepłowniczych. Absorber to stalowy panel spawany metodą tłoczenia, pokryty selektywną powłoką galwaniczną w kolorze czarnym chromem. Korpus jest tłoczony (koryto) - stal, szkło - szyba okienna, uszczelka szklana - specjalny kit (gerlen). Rocznie (wg danych z 1989 roku) zakład wyprodukował 42,3 tys. m² kolektorów.

B. V. Tarnizhevsky opracował metody obliczania aktywnych i pasywnych systemów zaopatrzenia w ciepło budynków. W latach 1990-2000 na stoisku ENIN testowano 26 różnych kolektorów słonecznych, w tym wszystkie wyprodukowane w ZSRR i Rosji.

W 1975 roku Instytut Wysokich Temperatur Akademii Nauk (IVTAN) przyłączył się do pracy w dziedzinie energii odnawialnej pod kierownictwem Członka Korespondenta Rosyjskiej Akademii Nauk, doktora nauk technicznych, prof. Ewalda Emilievicha Szpilraina (1926- 2009). Prace IVTANA w dziedzinie energii odnawialnej zostały szczegółowo opisane przez dr. system operacyjny Popel w artykule „JIHT RAS. Wyniki i perspektywy” z jubileuszowego zbioru artykułów Instytutu w 2010 roku. W krótkim czasie wraz z organizacjami projektowymi opracowano i uzasadniono projekty koncepcyjne domów „słonecznych” dla południa kraju, opracowano metody matematycznego modelowania systemów zaopatrzenia w ciepło słoneczne, zaprojektowanie pierwszego w Rosji stanowiska badawczego naukowego ” Słońce” nad brzegiem Morza Kaspijskiego w pobliżu miasta Machaczkała.

W ICT RAS utworzono najpierw koło naukowe, a następnie laboratorium pod kierownictwem Olega Siergiejewicza Popela, w którym wraz z pracownikami Biura Projektów Specjalnych ICT RAS, wraz z zapewnieniem koordynacji i uzasadnienia teoretycznego opracowanych projektów, rozpoczęto badania w zakresie tworzenia elektrochemicznych optyczno-selektywnych powłok do kolektorów słonecznych, rozwój tzw. „stawów słonecznych”, solarnych systemów grzewczych w połączeniu z pompami ciepła, suszarkami słonecznymi, prowadzono prace w innych dziedzinach.

Jednym z pierwszych praktycznych wyników zespołu ICT RAS była budowa „domu słonecznego” we wsi Merdzavan w regionie Eczmiadzin w Armenii. Dom ten stał się pierwszym eksperymentalnym energooszczędnym „domem słonecznym” w ZSRR, wyposażonym w niezbędny eksperymentalny sprzęt diagnostyczny, na którym główny projektant projektu M.S. Kalashyan z Instytutu „Armgiproselkhoz” przy udziale pracowników ICT RAS przeprowadził sześcioletni cykl całorocznych badań eksperymentalnych, które wykazały możliwość praktycznie 100% zaopatrzenia domu w ciepłą wodę i pokrycia obciążenia grzewczego na poziomie ponad 50%.

Innym ważnym efektem praktycznym było wprowadzenie w Brackim zakładzie urządzeń grzewczych opracowanych w ICT RAS przez M.D. Fridberga (wraz ze specjalistami z Moskiewskiego Instytutu Metalurgicznego Wieczoru) technologii nakładania elektrochemicznych powłok selektywnych „czarny chrom” na stalowe panele płaskiej baterii słonecznej. kolekcjonerów, których produkcja została opanowana w tej fabryce.

W połowie lat 80. uruchomiono w Dagestanie ośrodek testowy ICT RAS „Słońce”. Zlokalizowany na powierzchni ok. 12 ha wraz ze składowiskiem odpadów wraz z budynki laboratoryjne, grupa „domów słonecznych” różnego typu, wyposażonych w kolektory słoneczne i pompy ciepła. Na poligonie uruchomiono jeden z największych (wówczas) na świecie symulatorów promieniowania słonecznego. Źródłem promieniowania była potężna lampa ksenonowa o mocy 70 kW, wyposażona w specjalne filtry optyczne, które umożliwiają dopasowanie widma promieniowania z atmosfery (AM0) do gruntu (AM1,5). Stworzenie symulatora umożliwiło przeprowadzenie przyspieszonych testów odporności różnych materiałów i farb na promieniowanie słoneczne, a także testów wielkogabarytowych kolektorów słonecznych i modułów fotowoltaicznych.

Niestety, w latach 90. ze względu na gwałtowne ograniczenie środków budżetowych na badania i rozwój większość projektów inicjowanych przez ICT RAS w Federacji Rosyjskiej musiała zostać zamrożona. Aby utrzymać kierunek prac w dziedzinie energetyki odnawialnej, badania i rozwój laboratorium zostały przeorientowane na współpracę naukową z wiodącymi ośrodkami zagranicznymi. Projekty realizowane były w ramach programów INTAS i TASIS, Europejskiego Programu Ramowego w zakresie oszczędzania energii, pomp ciepła i adsorpcji słonecznej agregaty chłodnicze, co z kolei umożliwiło rozwój kompetencji naukowych w pokrewnych dziedzinach nauki i techniki, opanowanie i wykorzystanie w różnych zastosowaniach energetycznych nowoczesne metody modelowanie dynamiczne elektrowni (doktorat S.E. Frid).

Z inicjatywy i pod kierownictwem O. S. Popela, wraz z Moskiewskim Uniwersytetem Państwowym (dr S. V. Kiseleva), opracowano Atlas zasobów energii słonecznej na terytorium Federacji Rosyjskiej, System Informacji Geograficznej „Odnawialne źródła energii Rosji” powstał » (gisre.ru). Wraz z instytutem „Rostovteploelektroproekt” (dr hab. A.A. Chernyavsky) opracowano, zbudowano i przetestowano instalacje słoneczne z kolektorami słonecznymi Zakładu Mechanicznego Kovrov do systemów ogrzewania i ciepłej wody na obiektach specjalnego obserwatorium astrofizycznego Rosyjskiej Akademii Nauk w Karaczajo-Czerkiesji. JIHT RAS stworzył jedyne w Rosji specjalistyczne stanowisko termiczno-hydrauliczne do pełnowymiarowych testów termicznych kolektorów słonecznych i instalacji solarnych zgodnie z normami rosyjskimi i zagranicznymi, opracowano zalecenia dotyczące stosowania instalacji solarnych w różnych regionach Rosji Federacja. Więcej szczegółów na temat niektórych wyników prac badawczo-rozwojowych JIHT RAS w zakresie OZE można znaleźć w książce O.S. Popel i V.E.Fortov „Energia odnawialna we współczesnym świecie”.

W Moskiewskim Instytucie Energetycznym (MPEI) dr hab. V. I. Vissarionov, doktor nauk technicznych B.I. Kazandzhan i dr hab. M. I. Valov.

V. I. Vissarionov (1939-2014) kierował Departamentem Nietradycyjnych Odnawialnych Źródeł Energii (w latach 1988-2004). Pod jego kierownictwem prowadzono prace nad obliczeniami zasobów energii słonecznej, rozwojem zaopatrzenia w ciepło słoneczne. W latach 1983-1987 M. I. Valov wraz z pracownikami MPEI opublikował szereg artykułów na temat badań instalacji solarnych. Jedną z najbardziej pouczających książek jest praca M. I. Valova i B. I. Kazandzhan „Solar Heat Supply Systems”, w której problematyka niskopotencjalnych instalacji słonecznych (schematy, dane klimatyczne, charakterystyki SC, płaskie projekty SC), obliczenia energii charakterystyka, ekonomiczna efektywność wykorzystania solarnych systemów grzewczych. Doktor nauk technicznych B. I. Kazandzhan opracował projekt i opanował produkcję płaskiego kolektora słonecznego „Alten”. Cechą tego kolektora jest to, że absorber wykonany jest z aluminiowego profilu żebrowego, wewnątrz którego wciśnięta jest miedziana rurka, a jako przezroczystą izolację zastosowano poliwęglan komórkowy.

Pracownik Moskiewskiego Instytutu Inżynierii i Budownictwa (MISI) dr inż. S.G. Bulkin opracował termoneutralne kolektory słoneczne (absorbery bez przezroczystej izolacji i izolacji termicznej ciała). Cechą pracy było dostarczenie im chłodziwa 3-5 ° C poniżej temperatury otoczenia oraz możliwość wykorzystania utajonego ciepła kondensacji wilgoci i tworzenia się szronu powietrza atmosferycznego (panele absorpcji słonecznej). Nośnik ciepła ogrzewany w tych panelach był podgrzewany przez pompę ciepła („powietrze-woda”). W MISI zbudowano stanowisko testowe z termoneutralnymi kolektorami słonecznymi oraz kilka instalacji słonecznych w Mołdawii.

All-Union Institute of Light Alloys (VILS) opracował i wyprodukował SC z aluminiowym absorberem spawanym tłocznie, izolacją termiczną korpusu z żelowanej pianki poliuretanowej. Od 1991 roku produkcja SC została przeniesiona do Zakładu Przeróbki Stopów Metali Nieżelaznych w Baku. W VILS w 1981 roku zostały opracowane Wytyczne do projektowania budynków aktywnych energetycznie. W nich po raz pierwszy w ZSRR absorber został wkomponowany w konstrukcję budynku, co poprawiło ekonomikę wykorzystania energii słonecznej. Liderami tego kierunku byli dr hab. N. P. Selivanov i Ph.D. V. N. SMIRNOV

Centralny Instytut Badawczy sprzęt inżynieryjny(TsNII EPIO) w Moskwie opracowano projekt, zgodnie z którym w Aszchabadzie wybudowano kotłownię na paliwo słoneczne o mocy 3,7 MW, opracowano projekt instalacji solarnej pompy ciepła w hotelu Friendly Beach w miasto Gelendzhik o powierzchni 690 m². Trzy są używane jako pompy ciepła. maszyny chłodnicze MKT 220-2-0, pracująca w trybie pomp ciepła wykorzystujących ciepło wody morskiej.

Wiodącą organizacją ZSRR zajmującą się projektowaniem instalacji słonecznych był Instytut KievZNIIEP, który opracował 20 standardowych i wielokrotnego użytku projektów: samodzielna instalacja solarna do zaopatrzenia w ciepłą wodę z naturalny obieg dla indywidualnego budynku mieszkalnego; zunifikowana instalacja solarnego zaopatrzenia w ciepłą wodę budynków użyteczności publicznej o wydajności 5, 7, 15, 25, 30, 70 m³/dobę; węzły, części i wyposażenie budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej budownictwa masowego; instalacje słonecznego zaopatrzenia w ciepłą wodę o działaniu sezonowym o wydajności 2,5; dziesięć; trzydzieści; 40; 50 m³/dobę; rozwiązania techniczne i wytyczne dotyczące przebudowy kotłów grzewczych na elektrownie opalane energią słoneczną.

Instytut opracował dziesiątki eksperymentalnych projektów, m.in. solarne systemy zaopatrzenia w ciepłą wodę do basenów, solarne instalacje pomp ciepła do zaopatrzenia w ciepłą wodę. Według projektu KievZNIIEP zbudowano największą elektrownię słoneczną w pensjonacie Kastropol (wieś Beregovoye, południowe wybrzeże) na Krymie o powierzchni 1600 m². W zakładzie pilotażowym instytutu KievZNIIEP wyprodukowano kolektory słoneczne, których absorbery wykonane są z rurek aluminiowych o lamelach serpentynowych własna produkcja.

Teoretycy technologii słonecznej na Ukrainie byli doktorem nauk technicznych. Michaił Dawidowicz Rabinowicz (ur. 1948), dr hab. dr Aleksiej Ruwimowicz Fert Wiktor Fiodorowicz Gerszkowicz (1934-2013). Byli głównymi twórcami Kodeksu Projektowego i Wytycznych Projektowych Solar Hot Water. M.D. Rabinovich zajmował się badaniem promieniowania słonecznego, charakterystyk hydraulicznych SC, elektrowni słonecznych z naturalnym obiegiem, systemów ogrzewania słonecznego, kotłów na paliwo słoneczne, elektrowni słonecznych dużej mocy, systemów słonecznych. A. R. Fert opracował projekt symulatora i przeprowadził testy SC, zbadał regulację hydraulicznych elektrowni słonecznych, zwiększając wydajność elektrowni słonecznych. W Kijowskim Instytucie Inżynierii i Budownictwa dr inż. Nikołaj Wasiliewicz Kharchenko. On sformułował podejście systemowe do rozwoju systemów solarnego zaopatrzenia w ciepło z pompą ciepła, zaproponowane kryteria oceny ich efektywności energetycznej, zbadane zagadnienia optymalizacji solarnego systemu zaopatrzenia w ciepło, przeprowadzone porównanie różne metody obliczenia systemów słonecznych. Jedna z jego najbardziej obszernych książek o małych (indywidualnych) instalacjach słonecznych jest przystępna i pouczająca. W Kijowskim Instytucie Elektrodynamiki dr inż. A. N. Stronsky'ego i dr hab. A. V. Suprun. doktorat V. A. Nikiforow.

Liderem naukowo-inżynierskiej szkoły technologii słonecznej w Uzbekistanie (Taszkent) jest doktor nauk technicznych, profesor Rabbanakul Rakhmanovich Avezov (ur. 1942). W latach 1966-1967 pracował w Instytucie Fizyczno-Technicznym Aszchabadu w Turkmenistanie pod kierunkiem doktora nauk technicznych prof. V. A. Bauma. R. R. Avezov rozwija idee nauczyciela w Fizyko-Technicznym Instytucie Uzbekistanu, który stał się międzynarodowym centrum badawczym.

R. R. Avezov sformułował naukowe kierunki badań w swojej rozprawie doktorskiej (1990, ENIN, Moskwa), a jego wyniki zostały podsumowane w monografii „Solarne systemy ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę”. Opracowuje m.in. metody analizy egzergii płaskich kolektorów słonecznych, tworzenia aktywnych i pasywnych systemów ogrzewania słonecznego. Doktor nauk technicznych R. R. Avezov zapewnił wielki prestiż i międzynarodowe uznanie jedynemu specjalistycznemu czasopismu w ZSRR i krajach WNP Applied Solar Energy („Heliotechnika”), które ukazuje się na język angielski. Jego córka Nilufar Rabbakumovna Avezova (ur. 1972) jest doktorem nauk technicznych, dyrektorem generalnym organizacji pozarządowej „Fizyka-Słońce” Akademii Nauk Uzbekistanu.

doktorat Jusuf Karimowicz Raszidow (ur. 1954). Instytut „TashZNIIEP” opracował dziesięć standardowe projekty budynki mieszkalne, prysznice słoneczne, projekt kotłowni na paliwo słoneczne, w tym elektrownie słoneczne o wydajności 500 i 100 l/dobę, prysznice słoneczne dla dwóch i czterech kabin. Od 1984 do 1986 roku zrealizowano 1200 typowych projektów elektrowni słonecznych.

W rejonie Taszkentu (wieś Iljiczewsk) wybudowano bliźniaczy dom solarny z ogrzewaniem i zaopatrzeniem w ciepłą wodę z instalacją solarną o powierzchni 56 m². W Państwowym Instytucie Pedagogicznym Karshi A.T. Teimurchanow, A.B. Vardiyashvili i inni zajmowali się badaniami płaskich kolektorów słonecznych.

Turkmeńska Szkoła Naukowa Zaopatrywania w Ciepło Słoneczne została utworzona przez doktora nauk technicznych. V. A. Baum, wybrany w 1964 r. jako akademik republiki. W Aszchabackim Instytucie Fizyki i Technologii zorganizował wydział energii słonecznej i do 1980 roku kierował całym instytutem. W 1979 roku na bazie Zakładu Energii Słonecznej powstał Instytut Energii Słonecznej Turkmenistanu, którym kierował student V.A. Bauma - doktora nauk technicznych. Rejep Bayramovich Bayramov (1933-2017). Na przedmieściach Aszchabadu (wieś Bikrova) zbudowano poligon naukowy instytutu, składający się z laboratoriów, stanowisk testowych, biura projektowego, warsztatów z 70-osobowym personelem. V. A. Baum do końca życia (1985) pracował w tym instytucie. R. B. Bayramov wraz z doktorem nauk technicznych. Ushakova Alda Danilovna badała płaskie kolektory słoneczne, słoneczne systemy grzewcze i słoneczne instalacje do odsalania wody. Warto zauważyć, że w 2014 roku w Aszchabadzie odtworzono Instytut Energii Słonecznej Turkmenistanu NPO GUN.

W stowarzyszeniu projektowo-produkcyjnym „Spetsgelioteplomontazh” (Tbilisi) oraz Gruzińskim Instytucie Badawczym Energetyki i Konstrukcji Hydraulicznych pod kierunkiem doktora nauk technicznych. Nugzar Varlamovich Meladze (ur. 1937) opracowywał projekty i opanował seryjną produkcję kolektorów słonecznych, indywidualnych elektrowni słonecznych na gorącą wodę, instalacji słonecznych i systemów solarnych pomp ciepła. Określono warunki zwrotu nakładów na budowę instalacji fotowoltaicznych w różnych regionach Gruzji, przetestowano różne konstrukcje kolektorów słonecznych na stanowisku badawczym w warunkach naturalnych.

Kolektory słoneczne Spetsgelioteplomontazh miały optymalny na swoje czasy projekt: stalowy absorber tłoczony, spawany z powłoką malarsko-lakierniczą, korpus wykonany z profile aluminiowe oraz stal ocynkowana, szyby okienne, izolacja termiczna - z tworzywa piankowego i foliowego pokrycia dachowego.

Według N.V. Meladze, w samym regionie Kaukazu do 1990 r. zainstalowano 46,9 tys. instalacje indywidualne - 0,7%.

Według autora, in Terytorium Krasnodaru w latach 1988-1992 zainstalowano 4620 m² kolektorów słonecznych Spetsgeliomontazh. Prace SGTM prowadzono we współpracy z naukowcami z Gruzińskiego Instytutu Badawczego Energetyki i Struktur Wodnych (GRUNIIEGS).

Instytut "TbilZNIIEP" opracował pięć typowych projektów instalacji solarnych (SP), a także projekt instalacji solarnej pompy ciepła. SGTM obejmowało laboratorium, w którym badano kolektory słoneczne i pompy ciepła. Opracowano pochłaniacze cieczy stalowe, aluminiowe, z tworzywa sztucznego, KS powietrzne ze szkłem i bez, KS z koncentratorami oraz różne konstrukcje poszczególnych termosyfonów GU. Na dzień 1 stycznia 1989 roku Spetsgeliomontazh wybudował 261 GU o łącznej powierzchni 46 000 m² oraz 85 indywidualnych instalacji solarnych do systemów ciepłej wody użytkowej o powierzchni 339 m².

Na ryc. Rysunek 2 przedstawia elektrownię słoneczną przy ulicy Rashpilevskaya w Krasnodarze, która z powodzeniem działa od 15 lat z kolektorami ze Spetsgelioteplomontazh (320 jednostek o łącznej powierzchni 260 m²).

Rozwojem dostaw ciepła słonecznego w ZSRR iw Rosji zajmował się władzami doktor nauk technicznych. Pavel Pavlovich Bezrukikh (ur. 1936). W latach 1986-1992 jako główny specjalista Biura Rady Ministrów ZSRR ds. kompleksu paliwowo-energetycznego nadzorował masową produkcję kolektorów słonecznych w bratniej fabryce urządzeń grzewczych w Tbilisi, w stowarzyszeniu Spetsgelioteplomontazh w zakładzie w Baku do obróbki stopów metali nieżelaznych. Z jego inicjatywy i przy bezpośrednim udziale powstał pierwszy program rozwoju energetyki odnawialnej w ZSRR na lata 1987-1990.

Od 1990 roku P.P. Bezrukikh brał czynny udział w rozwoju i wdrażaniu sekcji „Energia nietradycyjna” Państwowego Programu Naukowo-Technicznego „Energia bezpieczna dla środowiska”. on zauważa Wiodącą rolę dyrektor naukowy programu, d.t.s. E. E. Shpilrain do zaangażowania czołowych naukowców i specjalistów ZSRR w zakresie energii odnawialnej. W latach 1992-2004 P. P. Bezrukikh, pracujący w Ministerstwie Paliw i Energii Rosji i kierujący departamentem, a następnie departamentem postępu naukowo-technicznego, kierował organizacją produkcji kolektorów słonecznych w Zakładzie Mechanicznym Kowrow, NPO Mashinostroyeniye (Reutov, obwód moskiewski) , kompleks naukowo-techniczny w zakresie zaopatrzenia w ciepło słoneczne, realizacja Koncepcji rozwoju i wykorzystania możliwości małej i nietradycyjnej energii w Rosji. Uczestniczył w opracowaniu pierwszego rosyjskiego standardu GOST R 51595-2000 „Kolektory słoneczne. Ogólne warunki techniczne” oraz rozwiązywanie sporów pomiędzy autorem projektu GOST R, doktorem nauk technicznych. B. V. Tarnizhevsky i główny projektant producenta kolektorów (Zakład Mechaniczny Kovrov) A. A. Lychagin.

W latach 2004-2013 w Instytucie Strategii Energetycznej (Moskwa), a następnie jako kierownik wydziału oszczędzania energii i odnawialnych źródeł ENIN, P.P. Bezrukikh nadal się rozwija, w tym dostarczanie ciepła słonecznego.

Na Terytorium Krasnodarskim prace nad projektowaniem i budową instalacji słonecznych rozpoczął inżynier elektrociepłowni V. A. Butuzov (ur. 1949), który kierował perspektywicznym rozwojem zaopatrzenia w ciepło stowarzyszenie produkcyjne Kubanteplokommunenergo. W latach 1980-1986 opracowano projekty i wybudowano sześć kotłowni na paliwo słoneczne o łącznej powierzchni 1532 m². Przez lata nawiązano konstruktywne relacje z producentami SC: Bratsk Plant, Spetsgelioteplomontazh, KievZNIIEP. Ze względu na brak danych na temat promieniowania słonecznego w sowieckich podręcznikach klimatologicznych w 1986 r., w latach 1977-1986 uzyskano wiarygodne wyniki ze stacji meteorologicznych Krasnodar i Gelendzhik dotyczące projektowania instalacji słonecznych.

Po obronie pracy doktorskiej w 1990 r. prace nad rozwojem technologii słonecznej kontynuowało Krasnodarskie Laboratorium Oszczędzania Energii i Nietradycyjnych Źródeł Energii zorganizowane przez V. A. Butuzova z Akademii Użyteczności Publicznej (Moskwa). Opracowano i udoskonalono kilka projektów płaskich SC oraz stanowisko do ich testów w pełnej skali. W wyniku podsumowania doświadczeń związanych z projektowaniem i budową instalacji fotowoltaicznych opracowano „Ogólne wymagania dotyczące projektowania instalacji fotowoltaicznych i węzłów centralnego ogrzewania w obiektach użyteczności publicznej”.

Na podstawie analizy wyników przetwarzania wartości całkowitego promieniowania słonecznego dla warunków Krasnodar za 14 lat i Gelendzhik za 15 lat, w 2004 roku zaproponowano nową metodę dostarczania miesięcznych wartości całkowitego promieniowania słonecznego z określenie ich wartości maksymalnych i minimalnych, prawdopodobieństwa ich obserwacji. Wyznaczono miesięczne i roczne wartości całkowitego, bezpośredniego i rozproszonego promieniowania słonecznego dla 54 miast i ośrodków administracyjnych Terytorium Krasnodarskiego. Ustalono, że dla obiektywnego porównania SC różnych producentów, oprócz porównania ich kosztów i charakterystyki energetycznej uzyskanej metodą standardową na certyfikowanych stanowiskach probierczych, konieczne jest uwzględnienie kosztów energii do ich produkcji i eksploatacji. Optymalny koszt projektu SC określa się w ogólnym przypadku stosunkiem kosztu wytworzonej energii cieplnej do kosztów wytworzenia i eksploatacji dla szacowanego okresu użytkowania. Wraz z Zakładem Mechanicznym Kovrov opracowano i seryjnie wyprodukowano projekt SC, który miał optymalną Rynek rosyjski stosunek kosztów do kosztów energii. Opracowano projekty i zrealizowano budowę standardowych elektrowni słonecznych na gorącą wodę o wydajności dobowej od 200 l do 10 m³. Od 1994 roku w JSC „South Russian Energy Company” kontynuowane są prace nad instalacjami słonecznymi. W latach 1987-2003 zakończono rozwój i budowę 42 elektrowni słonecznych oraz zakończono projektowanie 20 elektrowni słonecznych. Wyniki V.A. Butuzow został podsumowany w rozprawie doktorskiej obronionej w ENIN (Moskwa).

W latach 2006-2010 LLC „Teploproektstroy” opracowała i wybudowała elektrownie słoneczne dla kotłowni niska moc, w przypadku montażu w SC w okresie letnim, personel obsługujący jest zredukowany, co skraca okres zwrotu instalacji solarnych. W ciągu tych lat opracowano i zbudowano samoodwadniające się elektrownie słoneczne, w których po zatrzymaniu pomp woda jest odprowadzana z SC do zbiorników, zapobiegając przegrzaniu chłodziwa. W 2011 roku powstał projekt, wykonano prototypy płaskich SC, opracowano stanowisko testowe do organizacji produkcji SC w Uljanowsku. W latach 2009-2013 JSC „Yuzhgeoteplo” (Krasnodar) opracował projekt i zbudował największą elektrownię słoneczną na terytorium Krasnodaru o powierzchni 600 m² w mieście Ust-Labinsk (ryc. 3). Równolegle prowadzono badania mające na celu optymalizację układu SC z uwzględnieniem zacienienia, automatyzacji pracy i rozwiązań obwodów. W miejscowości Rozovy na Terytorium Krasnodarskim opracowano i zbudowano geotermalny system ogrzewania słonecznego o powierzchni 144 m². W 2014 roku opracowano metodologię oceny ekonomicznego zwrotu z instalacji solarnych w zależności od natężenia promieniowania słonecznego, sprawności instalacji solarnej oraz jednostkowego kosztu zastąpionej energii cieplnej.

Wieloletnia twórcza współpraca V. A. Butuzova z doktorem nauk technicznych, profesorem Kubańskiego Państwowego Uniwersytetu Rolniczego Robertem Aleksandrowiczem Amerchanowem (ur. 1948) została wdrożona w rozwoju teoretycznych podstaw do tworzenia instalacji słonecznych dużej mocy i połączonych systemy zaopatrzenia w ciepło geotermalne-słoneczne. Pod jego kierownictwem wyszkolono kilkudziesięciu kandydatów nauk technicznych, m.in. w zakresie ogrzewania słonecznego. Liczne monografie R. A. Amerchanowa dotyczyły projektowania elektrowni słonecznych do celów rolniczych.

Najbardziej doświadczonym specjalistą w zakresie projektowania instalacji solarnych jest główny inżynier projektu Instytutu Rostovteploelektroproekt, dr hab. Adolf Aleksandrowicz Czerniawski (ur. 1936). Działa w tym obszarze od ponad 30 lat. Opracował dziesiątki projektów, z których wiele zostało wdrożonych w Rosji i innych krajach. Unikalne systemy solarnego ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę zostały opisane w dziale Instytutu JIHT RAS. Projekty A. A. Chernyavsky'ego wyróżniają się opracowaniem wszystkich sekcji, w tym szczegółowym uzasadnieniem ekonomicznym. Na podstawie kolektorów słonecznych Zakładu Mechanicznego Kovrov opracowano „Zalecenia dotyczące projektowania słonecznych stacji ciepłowniczych”.

Pod kierownictwem A. A. Czerniawskiego powstały unikalne projekty stacji fotowoltaicznych z kolektorami termicznymi w mieście Kisłowodzk (6,2 MW elektrycznych, 7 MW termicznych), a także stacji w Kałmucji o łącznej mocy zainstalowanej 150 MW. Zrealizował unikalne projekty termodynamicznych elektrowni słonecznych o zainstalowanej mocy elektrycznej 30 MW w Uzbekistanie, 5 MW w rejonie Rostowa; zrealizowano projekty instalacji słonecznych pensjonatów na wybrzeżu Morza Czarnego o powierzchni 40-50 m² dla systemów ogrzewania słonecznego i ciepłej wody dla obiektów specjalnego obserwatorium astrofizycznego w Karaczajo-Czerkiesji. Instytut Rostovteploelektroproekt charakteryzuje się skalą rozwoju - słonecznymi stacjami grzewczymi dla miast i miasteczek. Główne wyniki prac tego instytutu, realizowanych wspólnie z JIHT RAS, zostały opublikowane w książce Autonomous Power Supply Systems.

Rozwój instalacji solarnych w Soczi Uniwersytet stanowy(Instytut Biznesu Uzdrowiskowego i Turystyki) kierował doktor nauk technicznych prof. Sadiłow Paweł Wasiljewicz, kierownik Katedry Ekologii Inżynierskiej. Inicjator energetyki odnawialnej, opracował i zbudował kilka instalacji solarnych, m.in. w 1997 roku we wsi Lazarevsky (Soczi) o powierzchni 400 m², instalację solarną Instytutu Balneologii, kilka instalacji pomp ciepła.

W Instytucie Technologii Morskich Oddziału Dalekowschodniego Rosyjskiej Akademii Nauk (Władywostok) dr inż. Tragicznie zmarły w 2014 roku Aleksander Wasiljewicz Wołkow opracował i zbudował dziesiątki elektrowni słonecznych o łącznej powierzchni 2000 m², stoisko do pełnowymiarowych testów porównawczych kolektorów słonecznych, nowych projektów płaskich ogniw słonecznych oraz przetestowania wydajności próżniowych ogniw słonecznych od chińskich producentów.

Wybitny konstruktor i człowiek Adolf Aleksandrowicz Łychagin (1933-2012) był autorem kilku typów unikalnych przeciwlotniczych pocisków kierowanych, w tym Strela-10M. W latach 80. na stanowisku głównego projektanta (z własnej inicjatywy) w wojskowych Zakładach Mechanicznych Kovrov (KMZ) opracował kolektory słoneczne, które wyróżniały się wysoką niezawodnością, optymalnym stosunkiem ceny do efektywności energetycznej. Udało mu się przekonać kierownictwo zakładu do opanowania masowej produkcji kolektorów słonecznych i stworzenia laboratorium fabrycznego do testowania SC. W latach 1991-2011 KMZ wyprodukował około 3000 sztuk. kolektory słoneczne, z których każda z trzech modyfikacji wyróżniała się nowymi właściwościami użytkowymi. Kierując się „ceną pojemności” kolektora, przy której koszt różne projekty SC są porównywane przy tym samym promieniowaniu słonecznym, A. A. Łychagin stworzył kolektor z absorberem z mosiężnego rusztu rurowego ze stalowymi żebrami absorbującymi. Zaprojektowano i wykonano powietrzne kolektory słoneczne. Najwyższe kwalifikacje inżynierskie i intuicję połączono w Adolfie Aleksandrowiczu z patriotyzmem, chęcią rozwijania technologii przyjaznych środowisku, przestrzeganiem zasad i wysokim gustem artystycznym. Po dwóch atakach serca mógł przyjechać specjalnie do Madrytu na tysiąc kilometrów, aby przez dwa dni studiować wspaniałe obrazy w Muzeum Prado.

JSC VPK NPO Mashinostroeniya (Reutov, obwód moskiewski) produkuje kolektory słoneczne od 1993 roku. Opracowaniem projektów kolektorów i instalacji słonecznego podgrzewania wody w przedsiębiorstwie zajmuje się dział projektowy Centralnego Biura Projektowego Budowy Maszyn. Kierownik Projektu - dr hab. Nikołaj Władimirowicz Dudariew. W pierwszych projektach kolektorów słonecznych obudowy i spawane tłocznie absorbery były wykonane ze stali nierdzewnej. Na bazie kolektora o powierzchni 1,2 m² firma opracowała i wyprodukowała słoneczne termosyfonowe systemy podgrzewania wody ze zbiornikami o pojemności 80 i 120 litrów. W 1994 roku opracowano i wprowadzono do produkcji technologię otrzymywania selektywnej powłoki pochłaniającej metodą próżniowego napawania łukiem elektrycznym, w 1999 roku została ona uzupełniona o magnetronową metodę napawania próżniowego. W oparciu o tę technologię rozpoczęto produkcję kolektorów słonecznych typu Sokół. Obudowa absorbera i kolektora została wykonana z profili aluminiowych. Obecnie NPO produkuje kolektory słoneczne „Sokół-Efekt” z miedzianymi i aluminiowymi absorberami rurowymi. Jedyny rosyjski kolektor słoneczny jest certyfikowany zgodnie z normami europejskimi przez Instytut SPF z Rappersville w Szwajcarii (Institut für Solartechnik Hochschule für Technik Rappelswill).

Przedsiębiorstwo naukowo-produkcyjne "Konkurent" (od 2000 - "Rainbow-C", miasto Żukowski, obwód moskiewski) od 1992 roku produkuje kolektory słoneczne "Tęcza". Główny projektant - Wiaczesław Aleksiejewicz Szerszniew.

Absorber spawany stemplem został wykonany z blachy nierdzewnej. Powłoka absorbera - selektywna PVD lub czarna matowa farba żaroodporna. Roczny program elektrowni jądrowych do 4000 szt. Charakterystyki energetyczne kolektora uzyskano podczas badań w ENIN. Wyprodukowano również termosyfonową instalację solarną „Raduga-2M”, składającą się z dwóch SC o powierzchni 1 m² każdy i zbiornika o pojemności 200 litrów. W zbiorniku znajdował się płaski panel grzewczy, do którego doprowadzany był czynnik chłodzący z SC oraz grzałka elektryczna rezerwowa o mocy 1,6 kW.

Novy Polyus LLC (Moskwa) jest drugim rosyjskim producentem, który opracował własne projekty i obecnie produkuje płaskie cieczowe, płaskie powietrze, płaskie powietrze-ciecz, rurowe próżniowe kolektory słoneczne, projektuje i instaluje instalacje słoneczne. CEO- Aleksiej Wiktorowicz Skorobatyuk.

Oferowane są cztery modele płaskich kolektorów cieczy typu YaSolar. Wszystkie pochłaniacze cieczy tego producenta wykonane są z blachy miedzianej powlekanej selektywnie Tinox i rurek miedzianych. Połączenie rur z blachą jest lutowane za pomocą walcowania. OOO Novy Polyus oferuje również trzy rodzaje rur próżniowych SC własnej produkcji z miedzianymi absorberami z rurkami w kształcie litery U.

Wybitny specjalista, energiczna i bardzo inteligentna osoba Giennadij Pawłowicz Kasatkin (ur. 1941), inżynier górniczy i projektant z wieloletnim doświadczeniem, rozpoczął pracę w inżynierii słonecznej w 1999 r. w mieście Ułan Ude (Buriacja). W zorganizowanym przez niego Centrum Technologii Efektywnych Energetycznie (CEFT) opracowano kilka projektów kolektorów cieczowych i powietrznych, zbudowano około 100 różnego typu elektrowni słonecznych o łącznej powierzchni 4200 m². Na podstawie jego obliczeń powstały prototypy, które po testach w warunkach naturalnych zostały odtworzone w elektrowniach słonecznych w Republice Buriacji.

Inżynier G.P. Kasatkin opracował kilka nowych technologii: spawanie plastikowych absorberów, produkcję skrzynek kolektorów.

Jako jedyny w Rosji zaprojektował i zbudował kilka słonecznych elektrowni powietrznych z kolektorami własnej konstrukcji. Chronologicznie rozwój kolektorów słonecznych rozpoczął się w 1990 roku od spawanych absorberów z blachy stalowej. Potem pojawiły się warianty kolektorów miedzianych i plastikowych ze spawanymi i zaciskanymi absorberami i wreszcie nowoczesne projekty z europejskimi blachami i rurami z miedzi selektywnej. GP Kasatkin, rozwijając koncepcję budynków aktywnych energetycznie, zbudował elektrownię słoneczną, której kolektory są wkomponowane w dach budynku. W ostatnich latach inżynier przekazał funkcje kierownicze w CEFT swojemu synowi I. G. Kasatkinowi, który z powodzeniem kontynuuje tradycje spółki LLC CEFT.

Na ryc. 4 przedstawia instalację solarną Hotelu Baikal w mieście Ułan-Ude o powierzchni 150 m².

Wyniki

1. Obliczone dane dotyczące promieniowania słonecznego do projektowania elektrowni słonecznych w ZSRR oparto na różnych metodach przetwarzania tablic pomiarów stacji meteorologicznych. W Federacji Rosyjskiej metody te są uzupełniane materiałami z międzynarodowych satelitarnych baz danych komputerowych.

2. Wiodącą szkołą projektowania instalacji solarnych w ZSRR był Instytut KievZNIIEP, który opracował wytyczne i dziesiątki projektów. Obecnie nie ma odpowiednich rosyjskich norm i zaleceń. Projekty instalacji słonecznych na poziomie nowoczesnym są realizowane w rosyjskim instytucie „Rostovteploelektroproekt” (doktor AA Chernyavsky) oraz w firmie LLC „EnergotekhnologiiService” (doktor V.V. Butuzov, Krasnodar).

3. Studia techniczno-ekonomiczne instalacji solarnych w ZSRR wykonały ENIN (Moskwa), KievZNIIEP, TsNIIEPIO (Moskwa). Obecnie prace te prowadzone są w Instytucie Rostovteploelektroproekt oraz w spółce Energotekhnologii-Service LLC.

4. Wiodącą organizacją naukową ZSRR zajmującą się badaniami kolektorów słonecznych był Instytut Energetyczny im. GM Krzhizhanovsky (Moskwa). Najlepszy na owe czasy projekt kolekcjonerski wyprodukowała firma Spetsgeliotepomontazh (Tbilisi). Spośród rosyjskich producentów Zakład Mechaniczny Kovrov wyprodukował kolektory słoneczne o optymalnym stosunku ceny do efektywności energetycznej. Współcześni rosyjscy producenci montują kolektory z zagranicznych komponentów.

5. W ZSRR projektowaniem, produkcją kolektorów słonecznych, montażem i uruchomieniem zajmowała się firma Spetsgelioteplomontazh. Do 2010 r. CEFT LLC (Ulan-Ude) pracowała według tego schematu.

6. Analiza krajowych i zagranicznych doświadczeń w dostarczaniu ciepła słonecznego wykazała niewątpliwe perspektywy jego rozwoju w Rosji, a także potrzebę wsparcia państwa. Wśród działań priorytetowych: stworzenie rosyjskiego odpowiednika komputerowej bazy danych promieniowania słonecznego; opracowanie nowych konstrukcji kolektorów słonecznych o optymalnym stosunku ceny do efektywności energetycznej, nowe energooszczędne rozwiązania konstrukcyjne dostosowane do warunków rosyjskich.

1. Sesje, kongresy, konferencje, pierwsza ogólnounijna konferencja poświęcona technologii słonecznej. [Elektr. tekst]. Tryb dostępu: fs.nashaucheba.ru. Data złożenia wniosku 15.05.2018.
2. Petuchow W.W. Solarne podgrzewacze wody typu rurowego. - M.-L.: Gosenergoizdat, 1949. 78 s.
3. Butuzow V.A. Poprawa efektywności systemów zaopatrzenia w ciepło opartych na wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii: Diss. dok. technika nauki specjalne 05.14.08. - Krasnodar: ENIN, 2004. 297 s.
4. Tarnizhevsky B.V. Koło słoneczne. Instytut Energetyki. G.M. Krzhizhanovsky: Pamiętniki najstarszych pracowników / Aladiev I.T. itp. // RAO JES Rosji. - M.: ENIN im. G.M. Krżyżanowski, 2000. 205 s.
5. Tarnizhevsky B.V., Myshko Yu.L., Moiseenko V.V. Uogólnione kryterium optymalizacji konstrukcji płaskich kolektorów słonecznych // Geliotekhnika, 1992. nr 4. s. 7–12.
6. Popel OS Nietradycyjne odnawialne źródła energii – nowy sektor nowoczesnej energetyki i wyniki prac: JIHT RAS. Wyniki i perspektywy. sob. artykuły poświęcone 50-lecie JIHT RAS. - M.: Izd-vo OIVT RAN, 2010. S. 416–443.
7. Popel OS, Fortov V.E. Energia odnawialna we współczesnym świecie. - M.: Wydawnictwo MEI, 2015. 450 s.
8. Valov M.I., Kazandzhan B.I. Systemy ogrzewania słonecznego. - M.: Wydawnictwo MEI, 1991. 140 s.
9. Praktyka projektowania i eksploatacji słonecznych systemów dostarczania ciepła i chłodu. - L.: Energoatomizdat, 1987. 243 s.
10. VSN 52-86. Instalacje solarne ciepłej wody. - M.: Gosgrazhdanstroy ZSRR, 1987. 17 s.
11. Zalecenia dotyczące projektowania instalacji solarnych ciepłej wody dla budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej. - Kijów: KijówZNIIEP, 1987. 118 s.
12. Rabinowicz MD Naukowe i techniczne podstawy wykorzystania energii słonecznej w systemach zaopatrzenia w ciepło: Diss. dok. technika nauki specjalne 05.14.01. - Kijów, 2001. 287 s.
13. Kharchenko N.V. Indywidualne instalacje solarne. - M.: Energoatomizdat, 1991. 208 s.
14. Avezov R.R., Orłow A.Yu. Systemy ogrzewania słonecznego i ciepłej wody. - Taszkent: FAN, 1988. 284 s.
15. Bayramov R.B., Ushakova AD Systemy ogrzewania słonecznego w bilansie energetycznym południowych regionów kraju. - Aszchabad: Ylym, 1987. 315 s.
16. Systemy zasilania energią słoneczną i chłodem / Ed. W.W. Sarnackiego i S.A. Czystowina. - M.: Stroyizdat, 1990. 308 s.
17. Butuzov V.A., Butuzov V.V. Wykorzystanie energii słonecznej do produkcji energii cieplnej. - M.: Teploenergetik, 2015. 304 s.
18. Amerkhanov R.A., Butuzov V.A., Garkavy K.A. Zagadnienia teorii i innowacyjnych rozwiązań przy wykorzystaniu systemów solarnych. - M.: Energoatomizdat, 2009. 502 s.
19. Zaichenko V.M., Chernyavsky A.A. Autonomiczne systemy zasilania. - M.: Nedra, 2015. 285 s.
20. Sadilov P.V., Petrenko V.N., Loginov SA, Ilyin I.K. Doświadczenie w wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii w regionie Soczi // Industrial Energy, 2009. Nr 5. s. 50–53.
21. Kovalev O.P., Volkov A.V., Loschenkov V.V. Instalacje słonecznego ogrzewania wody na Terytorium Nadmorskim // Journal of S.O.K., 2006. nr 10. s. 88–90.
22. Łychagin AA Słoneczne ogrzewanie powietrza w regionach Syberii i Primorye // Industrial Energy, 2009. Nr 1. s. 17–19.

Większość kosztów utrzymania własnego domu przypada na koszty ogrzewania. Dlaczego nie wykorzystać darmowej energii z naturalnych źródeł, takich jak słońce, do ogrzewania budynku? W końcu nowoczesna technologia to umożliwia!

Do akumulacji energii słonecznej wykorzystywane są specjalne panele słoneczne montowane na dachu domu. Energia ta po odebraniu zamieniana jest na energię elektryczną, która następnie rozchodzi się przez sieć i jest wykorzystywana, tak jak w naszym przypadku, w urządzeniach grzewczych.

W porównaniu z innymi źródłami energii – standardowymi, autonomicznymi i alternatywnymi – zalety paneli słonecznych są oczywiste:

• praktycznie za darmo;
• niezależność od firm dostarczających energię;
• ilość odbieranej energii można łatwo regulować, zmieniając liczbę paneli słonecznych w systemie;
• długa żywotność (około 25 lat) ogniw słonecznych;
• brak systematycznej konserwacji.

Oczywiście ta technologia ma swoje wady:

• zależność od warunków pogodowych;
• obecność dodatkowego wyposażenia, w tym nieporęcznych baterii;
• dość wysoki koszt, co wydłuża okres zwrotu;
• Synchronizacja napięcia baterii z napięciem lokalnej podstacji wymaga zainstalowania specjalnego sprzętu.

Zastosowanie paneli słonecznych

Baterie przetwarzające energię słoneczną montuje się bezpośrednio na powierzchni dachu domu łącząc je ze sobą w układ o wymaganej mocy. Jeśli konfiguracja dachu lub inne cechy konstrukcyjne nie pozwalają na ich bezpośrednie zamocowanie, wówczas na dachu lub nawet na ścianach montuje się bloki ramy. Opcjonalnie istnieje możliwość zainstalowania systemu na oddzielnych stojakach w sąsiedztwie domu.

Panele słoneczne to generator energia elektryczna, który jest uwalniany podczas reakcji fotoelektrycznych. Niska wydajność elementów obwodu o łącznej powierzchni 15-18 m2. m mimo to pozwala na ogrzewanie pomieszczeń, których powierzchnia przekracza 100 metrów kwadratowych. m! Warto podkreślić, że nowoczesna technologia takiego sprzętu pozwala na wykorzystanie energii słonecznej nawet w okresach średniego zachmurzenia.

Oprócz montażu paneli słonecznych wykonanie systemu grzewczego wymaga montażu dodatkowych elementów:

• urządzenie do wyboru prądu elektrycznego z akumulatorów;
• konwerter pierwotny;
• sterowniki do ogniw słonecznych;
• baterie z własnym kontrolerem, który automatycznie przełączy system do sieci stacji w przypadku krytycznego braku naładowania;
• urządzenie do zamiany stałego prądu elektrycznego na prąd przemienny.

Bardzo najlepsza opcja system ogrzewania podczas używania alternatywne źródło energia - Układ elektryczny. Umożliwi to ogrzanie dużych pomieszczeń poprzez zainstalowanie podłóg przewodzących. Co więcej, instalacja elektryczna umożliwia elastyczne zmiany reżimu temperatur w pomieszczeniach mieszkalnych, a także eliminuje konieczność instalowania nieporęcznych grzejników i rur pod oknami.

W ideał instalacja elektryczna grzewcza wykorzystująca energię słoneczną musi być dodatkowo wyposażona w termostat i automatyczne regulatory temperatury we wszystkich pomieszczeniach.

Zastosowanie kolektorów słonecznych

Systemy grzewcze oparte na kolektorach słonecznych pozwalają na ogrzewanie nie tylko budynków mieszkalnych i domków letniskowych, ale również całych kompleksów hotelowych i obiektów przemysłowych.

Takie kolektory, których zasada opiera się na „efektu cieplarnianym”, akumulują energię słoneczną przez dalsze użycie praktycznie bez strat. Daje to kilka możliwości:

• zapewnić pełne ogrzewanie lokalu mieszkalnego;
• ustawić autonomiczny tryb zaopatrzenia w ciepłą wodę;
• wdrożyć ogrzewanie wody w basenach i saunach.

Praca kolektora słonecznego polega na zamianie energii promieniowania słonecznego wchodzącego do zamkniętej przestrzeni na energię cieplną, która jest gromadzona i magazynowana przez długi czas. Konstrukcja kolektorów nie pozwala na ucieczkę zmagazynowanej energii przez przezroczystą instalację. Instalacja centralnego ogrzewania hydraulicznego wykorzystuje efekt termosyfonu, dzięki któremu ogrzana ciecz wypiera zimną, zmuszając ją do przeniesienia się w miejsce ogrzewania.

Istnieją dwie implementacje opisanej technologii:

• kolektor płaski;
• kolektor próżniowy.

Najczęściej spotykany jest płaski kolektor słoneczny. Ze względu na swoją prostą konstrukcję z powodzeniem stosowany jest do ogrzewania pomieszczeń w budynkach mieszkalnych oraz do ogrzewania wody użytkowej. Urządzenie składa się z płyty absorbera energii zamontowanej w przeszklonym panelu.

Drugi typ, kolektor próżniowy z bezpośrednim przenoszeniem ciepła, to zbiornik na wodę z ustawionymi pod kątem rurkami, przez które podgrzana woda unosi się, aby zrobić miejsce na zimną ciecz. Ta naturalna konwekcja powoduje ciągłą cyrkulację Działający płyn w zamkniętym obiegu kolektora i dystrybucji ciepła w całym systemie grzewczym.

Inną konfiguracją kolektora próżniowego jest zamknięta konstrukcja rurki miedzianej ze specjalną cieczą o niskiej temperaturze wrzenia. Po podgrzaniu ciecz ta odparowuje, pochłaniając ciepło z metalowych rurek. Opary uniesione do góry kondensują się wraz z przeniesieniem energii cieplnej do chłodziwa - wody w systemie grzewczym lub głównym elemencie obwodu.

Realizując ogrzewanie domu poprzez wykorzystanie energii słonecznej należy wziąć pod uwagę ewentualną przebudowę dachu lub ścian budynku w celu uzyskania maksymalnego efektu. Projekt musi uwzględniać wszystkie czynniki: od lokalizacji i zaciemnienia konstrukcji po geograficzne wskaźniki pogodowe obszaru.

Pewnego grudniowego popołudnia niedaleko Zurychu fizyk A. Fischer wytwarzał parę; wtedy słońce znajdowało się w najniższym punkcie, a temperatura powietrza wynosiła 3°C. Dzień później kolektor słoneczny o powierzchni 0,7 m2 podgrzał 30 litrów zimnej wody z wodociągu ogrodowego do +60°C.

Energię słoneczną zimą można z łatwością wykorzystać do ogrzewania powietrza w pomieszczeniach. Wiosną i jesienią, kiedy często jest słonecznie, ale zimno, słoneczne ogrzewanie pomieszczeń pozwoli nie włączać ogrzewania głównego. Pozwala to zaoszczędzić trochę energii, a co za tym idzie pieniędzy. W przypadku domów rzadko używanych lub sezonowych (daki, bungalowy) ogrzewanie słoneczne jest szczególnie przydatne w zimie, ponieważ. eliminuje nadmierne wychłodzenie ścian, zapobiegając niszczeniu przed kondensacją wilgoci i pleśnią. W ten sposób roczne koszty eksploatacyjne są zasadniczo zmniejszone.

Przy ogrzewaniu domów za pomocą ciepła słonecznego konieczne jest rozwiązanie problemu izolacji termicznej pomieszczeń w oparciu o elementy architektoniczne i konstrukcyjne tj. podczas tworzenia skuteczny system Ogrzewanie słoneczne powinno budować domy o dobrych właściwościach termoizolacyjnych.

Koszt ciepła
Ogrzewanie postojowe

Wkład solarny do ogrzewania domu
Niestety okres dopływu ciepła od Słońca nie zawsze pokrywa się w fazie z okresem pojawiania się obciążeń termicznych.

Większość energii, którą mamy do dyspozycji w okresie letnim jest marnowana ze względu na brak stałego zapotrzebowania na nią (w rzeczywistości system kolektora jest do pewnego stopnia systemem samoregulującym: gdy temperatura nośnika osiągnie wartość równowagi, absorpcja ciepła ustaje, ponieważ straty ciepła z kolektora słonecznego zrównują się z odbieranym ciepłem).

Ilość ciepła użytkowego pobranego przez kolektor słoneczny zależy od 7 parametrów:

1. ilość przychodzącej energii słonecznej;
2. straty optyczne w izolacji przezroczystej;
3. właściwości absorpcyjne powierzchni odbierającej ciepło kolektora słonecznego;
4. sprawność przekazywania ciepła z radiatora (z powierzchni odbierającej ciepło kolektora słonecznego do cieczy, czyli od wartości sprawności radiatora);
5. przepuszczalność przezroczystej izolacji termicznej, która determinuje poziom strat ciepła;
6. temperatura powierzchni odbierającej ciepło kolektora słonecznego, która z kolei zależy od prędkości chłodziwa i temperatury chłodziwa na wlocie do kolektora słonecznego;
7. temperatura zewnętrzna.

Sprawność kolektora słonecznego, tj. stosunek zużytej energii do energii padającej będzie określony przez wszystkie te parametry. Na korzystne warunki może osiągnąć 70%, a w przypadku niesprzyjających warunków może spaść do 30%. Dokładną wartość sprawności można uzyskać ze wstępnych obliczeń jedynie poprzez pełne modelowanie zachowania systemu, z uwzględnieniem wszystkich wymienionych powyżej czynników. Oczywistym jest, że taki problem można rozwiązać tylko przy użyciu komputera.

Ponieważ gęstość strumienia promieniowania słonecznego stale się zmienia, do oszacowania obliczeń można używać sum całkowitych promieniowania na dzień, a nawet na miesiąc.

W tabeli. 1 jako przykład podano:

Tabela 1. Miesięczne ilości promieniowania słonecznego dla Kew (koło Londynu)

Z tabeli wynika, że ​​powierzchnia o optymalnym kącie nachylenia otrzymuje (średnio w ciągu 8 miesięcy zimowych) około 1,5 raza więcej energii niż powierzchnia pozioma. Jeżeli znane są sumy napływu promieniowania słonecznego na powierzchnię poziomą, to w celu przeliczenia na powierzchnię pochyloną można je pomnożyć przez iloczyn tego współczynnika (1,5) i przyjętej wartości sprawności kolektora słonecznego równej 40 %, tj.

1,5*0,4=0,6

Spowoduje to ilość użyteczna energia pochłaniane przez nachyloną powierzchnię odbierającą ciepło w danym okresie.

W celu określenia efektywnego wkładu energii słonecznej w zaopatrzenie budynku w ciepło, nawet poprzez ręczne obliczenia, konieczne jest sporządzanie przynajmniej miesięcznych bilansów zapotrzebowania i ciepła użytkowego otrzymanego od Słońca. Dla jasności rozważ przykład.

Korzystając z powyższych danych i biorąc pod uwagę dom o współczynniku strat ciepła 250 W/°C, roczna liczba stopniodni wynosi 2800 (67200°C*h). a powierzchnia kolektorów słonecznych wynosi np. 40 m2, to uzyskuje się następujący rozkład w miesiącach (patrz tabela 2).

Tabela 2. Obliczanie efektywnego udziału energii słonecznej

Koszt ciepła
Po obliczeniu ilości ciepła dostarczanego przez Słońce konieczne jest przedstawienie go w kategoriach pieniężnych.

Koszt wytworzonego ciepła zależy od:

Uzyskane w ten sposób koszty operacyjne można następnie porównać z kosztami kapitałowymi słonecznego systemu grzewczego.

Zgodnie z tym, jeśli przyjmiemy, że w powyższym przykładzie solar System grzewczy stosuje się zamiast tradycyjnego systemu grzewczego, który zużywa np. paliwo gazowe i wytwarza ciepło w cenie 1,67 rubla/kWh, wówczas do ustalenia wynikających z tego rocznych oszczędności potrzeba 8358 kWh dostarczanych przez energię słoneczną (wg. obliczenia w tabeli 2 dla powierzchni kolektora 40 m2) pomnóż przez 1,67 rubla / kWh, co daje

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

Ogrzewanie postojowe
Jednym z najczęściej zadawanych pytań przez osoby, które chcą zrozumieć wykorzystanie energii słonecznej do ogrzewania (lub w jakimkolwiek innym celu) jest pytanie: „Co robisz, gdy słońce nie świeci?” Po zrozumieniu pojęcia magazynowania energii zadają następujące pytanie: „Co zrobić, gdy w akumulatorze nie ma już energii cieplnej?” Pytanie jest zasadne, a potrzeba nadmiarowego, często tradycyjnego systemu jest główną przeszkodą w powszechnym przyjęciu energii słonecznej jako alternatywy dla istniejących źródeł energii.

Jeśli wydajność słonecznego systemu grzewczego nie jest wystarczająca do utrzymania budynku w okresie zimnej, pochmurnej pogody, konsekwencje, nawet raz na zimę, mogą być na tyle poważne, że konwencjonalny pełnowymiarowy system grzewczy należy uznać za kopia zapasowa. Większość budynków ogrzewanych energią słoneczną wymaga pełnego systemu zapasowego. Obecnie w większości obszarów energię słoneczną należy traktować jako sposób na ograniczenie zużycia tradycyjnych form energii, a nie jako ich całkowity substytut.

Grzejniki konwencjonalne są odpowiednimi zamiennikami, ale istnieje wiele innych alternatyw, na przykład:

kominki;
- piece na drewno;
- grzejniki na drewno.

Załóżmy jednak, że chcieliśmy zrobić instalację solarną na tyle dużą, aby zapewnić ciepło do pomieszczenia w najbardziej niesprzyjających warunkach. Ponieważ połączenie bardzo zimnych dni i długich okresów pochmurnej pogody jest rzadkie, dodatkowy rozmiar elektrowni słonecznej (kolektor i akumulator) wymagany w takich sytuacjach byłby zbyt drogi, aby zaoszczędzić stosunkowo mało paliwa. Ponadto przez większość czasu system będzie działał z mocą mniejszą niż nominalna.

Solarny system grzewczy zaprojektowany do dostarczania 50% obciążenia grzewczego może zapewnić wystarczającą ilość ciepła tylko na 1 dzień bardzo zimnej pogody. Dzięki podwojeniu wielkości instalacji słonecznej dom będzie miał ciepło na 2 mroźne pochmurne dni. W przypadku okresów dłuższych niż 2 dni kolejny wzrost rozmiaru będzie tak samo nieuzasadniony jak poprzedni. Ponadto będą okresy łagodnej pogody, kiedy druga podwyżka nie będzie potrzebna.

Teraz, jeśli zwiększymy powierzchnię kolektorów instalacji grzewczej o kolejne 1,5 raza, aby wytrzymać 3 dni mroźne i pochmurne, to teoretycznie wystarczy pokryć 1/2 całego zapotrzebowania dom zimą. Ale oczywiście może to nie mieć miejsca w praktyce, ponieważ czasami zdarzają się 4 (lub więcej) kolejnych dni zimnej pochmurnej pogody. Aby uwzględnić ten 4 dzień, potrzebujemy słonecznego systemu grzewczego, który teoretycznie może zebrać 2 razy więcej ciepła niż budynek potrzebuje na sezon grzewczy. Oczywiste jest, że okresy chłodu i zachmurzenia mogą być dłuższe niż przewidziano w projekcie słonecznego systemu grzewczego. Im większy kolektor, tym mniej intensywnie wykorzystywany jest każdy dodatkowy przyrost jego wielkości, tym mniej energii zostaje zaoszczędzonej na jednostkę powierzchni kolektora i tym mniejszy zwrot z inwestycji na każdą dodatkową jednostkę powierzchni.

Podjęto jednak śmiałe próby zgromadzenia wystarczającej ilości energii cieplnej pochodzącej z promieniowania słonecznego, aby pokryć całe zapotrzebowanie na ogrzewanie i zrezygnować z ogrzewania postojowego. Z rzadkim wyjątkiem systemów takich jak G. Hay Solar House, długoterminowe magazynowanie ciepła jest prawdopodobnie jedyną alternatywą dla systemu pomocniczego. Pan Thomason zbliżył się do 100% ogrzewania słonecznego w swoim pierwszym domu w Waszyngtonie; tylko 5% obciążenia grzewczego zostało pokryte przez standardową nagrzewnicę olejową.

Jeżeli system pomocniczy pokrywa tylko niewielki procent całkowitego obciążenia, to warto zastosować ogrzewanie elektryczne, mimo że wymaga ono wytworzenia w elektrowni znacznej ilości energii, która jest następnie zamieniana na ciepło do ogrzewania (10500...13700 kJ zużywa się w elektrowni do wytworzenia 1 kWh energii cieplnej w budynku). W większości przypadków grzejnik elektryczny będzie tańszy niż olej lub Piekarnik gazowy, a stosunkowo niewielka ilość energii elektrycznej potrzebnej do ogrzania budynku może uzasadniać jego wykorzystanie. Ponadto grzałka elektryczna jest urządzeniem mniej materiałochłonnym ze względu na stosunkowo niewielką ilość materiału (w porównaniu z grzałką) użytego do produkcji cewek elektrycznych.

Ponieważ sprawność kolektora słonecznego znacznie wzrasta, jeśli pracuje on w niskich temperaturach, system grzewczy musi być tak zaprojektowany, aby korzystał z jak najniższych temperatur - nawet na poziomie 24...27°C. Jedną z zalet systemu ciepłego powietrza Thomason jest to, że nadal pobiera użyteczne ciepło z akumulatora w temperaturach zbliżonych do temperatury pokojowej.

W nowym budownictwie można liczyć na to, że systemy grzewcze będą wykorzystywały niższe temperatury, na przykład poprzez wydłużenie grzejników żebrowych rurowych z gorącą wodą, zwiększenie rozmiarów paneli promiennikowych lub zwiększenie objętości powietrza przy niższej temperaturze. Projektanci najczęściej decydują się na ogrzewanie pomieszczeń ciepłym powietrzem lub zastosowanie powiększonych paneli promiennikowych. System ogrzewania powietrznego najlepiej wykorzystuje zmagazynowane ciepło o niskiej temperaturze. Promiennikowe panele grzewcze mają duże opóźnienie (pomiędzy włączeniem systemu a nagrzaniem przestrzeni powietrznej) i zwykle wymagają wyższych temperatur pracy niż systemy na gorące powietrze. W związku z tym ciepło z zasobnika nie jest w pełni wykorzystywane w niższych temperaturach, które są akceptowalne dla systemów ciepłego powietrza, a ogólna wydajność takiego systemu jest niższa. Przewymiarowanie systemu paneli promiennikowych w celu osiągnięcia wyników podobnych do uzyskiwanych z powietrzem może wiązać się ze znacznymi dodatkowymi kosztami.

Aby poprawić ogólną Wydajność systemu(ogrzewanie słoneczne i dodatkowy system rezerwowy) przy jednoczesnej redukcji kosztów całkowitych poprzez eliminację przestojów części składowe wielu projektantów wybrało drogę integracji kolektora słonecznego i baterii z systemem pomocniczym. Wspólne elementy to:

Fani;
- pompy;
- wymienniki ciepła;
- organy zarządzające;
- Rury;
- przewody powietrzne.

Liczby w artykule Inżynieria systemów pokazują różne schematy takich systemów.

Pułapką w projektowaniu interfejsów między systemami jest wzrost liczby elementów sterujących i ruchomych części, co zwiększa prawdopodobieństwo awarii mechanicznej. Pokusa zwiększenia sprawności o 1-2% poprzez dodanie kolejnego urządzenia na styku systemów jest niemal nieodparta i może być najczęstszą przyczyną awarii słonecznego systemu grzewczego. Zwykle grzałka wspomagająca nie powinna ogrzewać komory akumulatora ciepła słonecznego. Jeśli tak się stanie, faza pozyskiwania ciepła słonecznego będzie mniej wydajna, ponieważ proces ten prawie zawsze będzie przebiegał w wyższych temperaturach. W innych systemach obniżenie temperatury akumulatora w wyniku wykorzystania ciepła przez budynek poprawia ogólną sprawność systemu.

Przyczyną innych wad tego obwodu są duże straty ciepła z akumulatora z powodu jego stale wysokich temperatur. W systemach, w których sprzęt pomocniczy nie ogrzewa akumulatora, ten ostatni traci znacznie mniej ciepła, jeśli przez kilka dni nie będzie słońca. Nawet w tak zaprojektowanych instalacjach straty ciepła z zasobnika wynoszą 5...20% całkowitego ciepła pochłoniętego przez solarny system grzewczy. Z podgrzewaną baterią sprzęt pomocniczy straty ciepła będą znacznie większe i mogą być uzasadnione tylko wtedy, gdy pojemnik na akumulator znajduje się wewnątrz ogrzewanego pomieszczenia budynku

Ogrzewanie słoneczne to sposób ogrzewania budynku mieszkalnego, który z dnia na dzień staje się coraz bardziej popularny w wielu, w większości rozwiniętych, krajach świata. Największymi sukcesami w dziedzinie słonecznej energetyki cieplnej mogą się dziś poszczycić kraje Europy Zachodniej i Środkowej. Na terenie Unii Europejskiej w ciągu ostatniej dekady odnotowuje się roczny wzrost w branży energii odnawialnej o 10-12%. Ten poziom rozwoju jest bardzo istotnym wskaźnikiem.

kolektor słoneczny

Jednym z najbardziej oczywistych zastosowań energii słonecznej jest jej wykorzystanie do ogrzewania wody i powietrza (jako nośników ciepła). W regionach klimatycznych, w których panuje zimna pogoda, dla komfortowego pobytu ludzi obliczenia i organizacja systemów grzewczych dla każdego budynku mieszkalnego są obowiązkowe. Powinny mieć dostęp do ciepłej wody na różne potrzeby, poza tym domy muszą być ogrzewane. Oczywiście najlepszą opcją byłoby tutaj użycie schematu, w którym działają systemy zautomatyzowane zaopatrzenie w ciepło.

Przedsiębiorstwa przemysłowe wymagają w procesie produkcyjnym dużych ilości codziennej ciepłej wody. Przykładem jest Australia, gdzie prawie 20 proc. całej zużywanej energii zużywa się na podgrzanie nośnika ciepła do temperatury nieprzekraczającej 100 o C. Z tego powodu w części rozwiniętych krajów Zachodu, a w większym stopniu w Izraelu, Ameryka północna, Japonii i oczywiście w Australii rozwój produkcji solarnych systemów grzewczych jest bardzo szybki.

W najbliższym czasie rozwój energetyki będzie niewątpliwie ukierunkowany na wykorzystanie promieniowania słonecznego. Gęstość promieniowania słonecznego włączona powierzchnia ziemiśrednio 250 watów na metr kwadratowy. I to pomimo faktu, że dwa waty na metr kwadratowy wystarczą do zaspokojenia potrzeb ekonomicznych osoby w najmniej uprzemysłowionych obszarach.

Korzystną różnicą między energią słoneczną a innymi gałęziami przemysłu energetycznego, które wykorzystują procesy spalania paliw kopalnych, jest przyjazność dla środowiska otrzymywanej energii. Eksploatacja urządzeń solarnych nie pociąga za sobą uwalniania szkodliwych emisji do atmosfery.

Dobór schematu aplikacji sprzętu, systemów pasywnych i aktywnych

Istnieją dwa schematy wykorzystania promieniowania słonecznego jako systemu ogrzewania domu. Są to systemy aktywne i pasywne. Pasywne systemy ogrzewania słonecznego – takie, w których elementem bezpośrednio pochłaniającym promieniowanie słoneczne i wytwarzającym z niego ciepło jest konstrukcja samego domu lub jego poszczególnych części. Tymi elementami mogą być ogrodzenie, dach, oddzielne części budynku zbudowanego na podstawie określonego schematu. Systemy pasywne nie wykorzystują ruchomych części mechanicznych.

Systemy aktywne działają w oparciu o przeciwny schemat ogrzewania domu, aktywnie wykorzystują urządzenia mechaniczne (pompy, silniki, podczas ich używania obliczają również wymaganą moc).

Najprostsze w konstrukcji i mniej kosztowne pod względem finansowym przy instalacji obwodu są systemy pasywne. Takie obiegi grzewcze nie wymagają instalowania dodatkowych urządzeń do pochłaniania i późniejszego rozprowadzania promieniowania słonecznego w domowej instalacji grzewczej. Działanie takich systemów opiera się na zasadzie bezpośredniego ogrzewania przestrzeni mieszkalnej bezpośrednio przez ściany przepuszczające światło znajdujące się od strony południowej. Dodatkową funkcję grzewczą pełnią zewnętrzne powierzchnie elementów ogrodzenia domu, które wyposażone są w warstwę przezroczystych ekranów.

Do rozpoczęcia procesu przemiany promieniowania słonecznego na energię cieplną wykorzystywany jest system konstrukcji oparty na wykorzystaniu odbiorników słonecznych o przezroczystej powierzchni, gdzie główną funkcję pełni „efekt cieplarniany”, wykorzystuje się zdolność szkła do zatrzymywania promieniowania cieplnego , co podnosi temperaturę w pomieszczeniu.

Należy zauważyć, że zastosowanie tylko jednego z rodzajów systemów może nie być do końca uzasadnione. Często dokładne obliczenia pokazują, że dzięki zastosowaniu zintegrowanych systemów można osiągnąć znaczne zmniejszenie strat ciepła i zmniejszenie zapotrzebowania na energię w budynku. Ogólna praca systemów aktywnych i pasywnych poprzez połączenie pozytywnych właściwości da maksymalny efekt.

Powszechnie stosowane obliczenia wydajności pokazują, że pasywne wykorzystanie promieniowania słonecznego zapewni około 14 do 16 procent zapotrzebowania na ogrzewanie domu. Taki system będzie ważną częścią procesu wytwarzania ciepła.

Jednak pomimo pewnych pozytywne cechy systemy pasywne, główne możliwości pełnego zaspokojenia potrzeb budynku w zakresie ciepła, nadal konieczne jest stosowanie aktywnych urządzeń grzewczych. Układy, których funkcją jest bezpośrednie pochłanianie, akumulacja i dystrybucja promieniowania słonecznego.

Planowanie i kalkulacja

Oblicz możliwość zainstalowania aktywnych systemów grzewczych wykorzystujących energię słoneczną (krystaliczne ogniwa słoneczne, kolektory słoneczne), najlepiej na etapie projektowania budynku. Jednak ten moment nie jest obowiązkowy, instalacja takiego systemu jest również możliwa na istniejącym zadaniu, niezależnie od roku jego budowy (podstawą sukcesu jest prawidłowe obliczenie całego schematu).

Montaż wyposażenia odbywa się po południowej stronie domu. Taka lokalizacja stwarza warunki do maksymalnego pochłaniania napływającego promieniowania słonecznego w okresie zimowym. Fotokomórki przetwarzające energię słoneczną i montowane na nieruchomej konstrukcji są najskuteczniejsze, gdy są zamontowane względem powierzchni ziemi pod kątem równym geograficznemu położeniu ogrzewanego budynku. Kąt dachu, stopień skrętu domu na południe - to ważne punkty, które należy wziąć pod uwagę przy obliczaniu całego schematu ogrzewania.

Fotokomórki słoneczne i kolektory słoneczne należy instalować jak najbliżej miejsca poboru energii. Pamiętaj, że im bliżej zbudujesz łazienkę i kuchnię, tym mniejsze będą straty ciepła (w tym przypadku wystarczy jeden kolektor słoneczny, który ogrzeje oba pomieszczenia). Głównym kryterium oceny doboru potrzebnego sprzętu jest jego wydajność.

Aktywne solarne systemy grzewcze dzielą się na następujące grupy według następujących kryteriów:

1. Zastosowanie obwodu zapasowego;
2. Sezonowość pracy (przez cały rok lub w określonym sezonie);
3. Cel funkcjonalny - ogrzewanie, zaopatrzenie w ciepłą wodę i systemy kombinowane;
4. Stosowanym nośnikiem ciepła jest ciecz lub powietrze;
5. Zastosowane rozwiązanie techniczne dla liczby obwodów (1, 2 lub więcej).

Ogólne dane ekonomiczne będą głównym czynnikiem wyboru jednego z rodzajów sprzętu. Kompetentna kalkulacja termiczna całego systemu pomoże ci podjąć właściwą decyzję. Obliczenia należy przeprowadzić z uwzględnieniem wskaźników każdego konkretnego pomieszczenia, w którym planowana jest organizacja ogrzewania słonecznego i (lub) ciepłej wody. Należy wziąć pod uwagę lokalizację budynku, klimatyczne warunki naturalne, wielkość kosztu wypieranego zasobu energetycznego. Prawidłowe obliczenia i udany wybór schematu organizacji zaopatrzenia w ciepło są kluczem do ekonomicznej wykonalności korzystania z urządzeń do pozyskiwania energii słonecznej.

System ogrzewania słonecznego

Najczęściej stosowanym schematem ogrzewania jest instalacja kolektorów słonecznych, które zapewniają akumulację pobranej energii w specjalnym pojemniku - akumulatorze.

Do chwili obecnej najbardziej rozpowszechnione są schematy ogrzewania dwuprzewodowego dla lokali mieszkalnych, w których zainstalowany jest system wymuszonego obiegu chłodziwa w kolektorze. Zasada jego pracy jest następująca. Ciepła woda dostarczana jest z góry zasobnika, proces przebiega automatycznie zgodnie z prawami fizyki. Zimna woda bieżąca dostarczana jest pod ciśnieniem do dolnej części zbiornika, woda ta wypiera podgrzaną wodę zgromadzoną w górnej części zbiornika, która następnie trafia do systemu zaopatrzenia w ciepłą wodę domu, aby zaspokoić swoje potrzeby domowe i grzewcze.

W przypadku domu jednorodzinnego zwykle montowany jest zbiornik magazynowy o pojemności od 400 do 800 litrów. Aby podgrzać nośnik ciepła o takich objętościach, w zależności od naturalne warunki wymagane jest prawidłowe obliczenie pola powierzchni kolektora słonecznego. Konieczne jest również uzasadnienie ekonomicznego wykorzystania sprzętu.

Standardowy zestaw wyposażenia do montażu słonecznego systemu grzewczego to:

• Bezpośrednio sam kolektor słoneczny;
• System mocowania (podpory, belki, uchwyty);
• Zbiornik;
• Zbiornik kompensujący nadmierne rozszerzanie się nośnika ciepła;
• Urządzenie sterujące pompą;
• Pompa (zestaw zaworów);
• Czujniki temperatury;
• Urządzenia wymiany ciepła (stosowane w schematach o dużych ilościach);
• Rury izolowane cieplnie;
• Armatura zabezpieczająca i kontrolna;
• Dopasowywanie.

System oparty na panelach ciepłochłonnych. Takie panele z reguły są używane na etapie nowej budowy. Do ich montażu konieczne jest zbudowanie specjalnej konstrukcji zwanej gorącym dachem. Oznacza to, że panele należy montować bezpośrednio w konstrukcji dachu, wykorzystując elementy dachu jako integralne elementy obudowy sprzętu. Taka instalacja obniży koszty tworzenia systemu grzewczego, jednak będzie wymagała wysokiej jakości prac związanych z hydroizolacją połączeń urządzeń i dachu. Ten sposób instalacji sprzętu będzie wymagał starannego zaprojektowania i zaplanowania wszystkich etapów pracy. Konieczne jest rozwiązanie wielu problemów związanych z orurowaniem, umieszczeniem zbiornika magazynowego, montażem pompy, regulacją spadków. Sporo problemów z instalacją będzie musiało zostać rozwiązanych, jeśli budynek nie zostanie skierowany na południe w najbardziej udany sposób.

Ogólnie rzecz biorąc, projekt słonecznych systemów grzewczych będzie się różnił od innych w takim czy innym stopniu. Tylko podstawowe zasady systemu pozostaną niezmienione. Dlatego niemożliwe jest podanie dokładnej listy niezbędnych części do pełnej instalacji całego systemu, ponieważ podczas procesu instalacji może być konieczne użycie dodatkowych elementów i materiałów.

Systemy ogrzewania cieczą

W układach działających w oparciu o płynny nośnik ciepła jako medium magazynujące stosuje się zwykłą wodę. Pochłanianie energii odbywa się w płaskich kolektorach słonecznych. Energia jest magazynowana w zbiorniku magazynowym i wykorzystywana w razie potrzeby.

Do przesyłania energii z zasobnika do budynku stosuje się wymiennik ciepła woda-woda lub woda-powietrze. System zaopatrzenia w ciepłą wodę wyposażony jest w dodatkowy zbiornik, zwany zbiornikiem podgrzewającym. Woda jest w nim podgrzewana pod wpływem promieniowania słonecznego, a następnie trafia do konwencjonalnego podgrzewacza wody.

System ogrzewania powietrznego

Taki system wykorzystuje powietrze jako nośnik ciepła. Chłodziwo jest podgrzewane w płaskim kolektorze słonecznym, a następnie ogrzane powietrze trafia do ogrzewanego pomieszczenia lub specjalnego urządzenia magazynującego, gdzie pochłonięta energia jest magazynowana w specjalnej dyszy, która jest ogrzewana przez napływające gorące powietrze. Dzięki tej funkcji system nadal dostarcza ciepło do domu nawet w nocy, gdy promieniowanie słoneczne nie jest dostępne.

Systemy z wymuszonym i naturalnym obiegiem

Podstawą działania systemów z naturalną cyrkulacją jest niezależny ruch chłodziwa. Pod wpływem rosnącej temperatury traci swoją gęstość i dlatego skłania się do górnej części urządzenia. Powstała różnica ciśnień sprawia, że ​​sprzęt działa.