У статті розглянуто використання сонячної енергії для опалення будинку в Росії і в порівнянні з використанням в Європі

Ключові слова: сонячна енергія, опалення, Сонячні ресурси

Хочу подякувати міністерство вищої освіти Іраку за постійну підтримку

Вступ

Актуальність.

З чим пов'язаний постійне зростання цін на енергію? Звичайно, з коливанням і збільшенням цін на нафту і газ на світовому ринку через виснаження їх запасів. Але ж існують альтернативні поновлювані джерела енергії, за які не треба нікому платити, які не забруднюють навколишнє середовище і не виснажуються - це вітер, сонце, тепло землі, тепло повітря, морські хвилі і навіть енергетичний потенціал нашої планети. З усіх видів альтернативних джерел найчастіше використовуються сонячні батареї і вітрогенератори, значно рідше - термальні джерела і ґрунтові теплообмінники. Наприклад, установка сонячних батарей для опалення будинку допоможе скоротити на 70% споживання енергії, а значить, і витрати із сімейного бюджету.

Приблизно третина джерел енергії (вугілля, нафта, газ) ми перетворюємо в тепло: велика частина цієї енергії використовується для опалення приміщень і підігріву води. Зміни клімату і залежність від викопних джерел енергії, запаси яких помітно скоротяться в найближчі десятиліття, змушують нас діяти швидко. Широке застосування сонячної енергії для опалення житлових будинків вже сьогодні показує, як ми можемо впоратися з цією проблемою. Це означає не тільки використання нових стандартів при будівництві, але і те, що треба різко скоротити споживання енергії в будинку. Провівши продуману розбудову будинку і використовуючи велику термічну геліосистему, можна скоротити витрату тепла на чверть або навіть на третину. Тільки за цієї умови в майбутньому буде достатньо сировини (такого як деревина), щоб покрити решту потреба в енергії.

1. Використання сонячної енергії для опалення будинку в Росії

Сонячні батареї для опалення будинку встановлюються на дах, збільшуючи її захисну функцію і, безсумнівно, надають будинку високотехнологічний і сучасний вигляд. Їх можна встановлювати як відразу при будівництві будинку, так і на будинок давньої споруди, принципового значення це не має.

Монтаж сонячних батарей для опалення будинку проводиться так само, як і Сонячні батареї для опалення можна використовувати і на багатоквартирних будинках. Тобто, фахівець по вікнах цілком може впоратися з монтажем колектора на даху. Подальшу установку обладнання краще довірити фахівцеві з опалення та водопостачання.

Треба сказати, що в сучасних сонячних батареях для опалення будинку використовується загартоване скло і ущільнювальні фланці унікальній конструкції, тому вони абсолютно стійкі до погодних катаклізмів і механічних пошкоджень.

Сонячна батарея для опалення будинку - істотна економія грошей. З'ясовуючи, скільки коштує сонячна батарея і чи буде вам вигідна її установка, слід враховувати різні чинники: щоденну потребу в гарячій воді, площа і кут нахилу даху, освітленість даху сонцем і т. Д.

Щоб не утруднятися з обчисленням індивідуальних параметрів, можна скористатися середніми показниками: на 1 людину потрібен 1 м² светопоглощающую поверхні. Визначити параметри і скільки коштує сонячна батарея для опалення вашого будинку, можна виходячи з того, що на 10 кв. м теплої підлоги потрібно встановити 1 м² поверхні колектора. [4]

Інсоляцію також можна враховувати за середніми показниками для вашої місцевості. При середній інсоляції в 1000 кВт / год на 1 м² в рік, може бути отримана енергія, як від спалювання 100 літрів газу або інших видів палива.

Наприклад, німецький сонячний колектор Roto Sunroof, досить популярний в Європі. Його площа - 2,13 м². Двох колекторів досить для забезпечення гарячою водою сім'ї з 4 осіб, це приблизно 2000 кВт / год електроенергії на рік. Установка з трьох колекторів виробляє, відповідно, 3000 кВт / год енергії. [1] Підраховуючи, скільки коштує сонячна батарея, слід виходити з необхідного і достатнього кількості енергії для забезпечення вашого будинку.

Якщо в будинку встановлено традиційне опалення, яке працює під час низької сонячної активності і сонячна батарея, то енергією сонця перекривається 70% споживаної енергії. Коли будете підраховувати, у скільки вам обійдеться сонячна батарея і чи варто її купувати, врахуйте економію своїх витрат на електроенергію на 70%.

Мал. 1. Сонячні ресурси Росії

Мал. 2. Сонячна радіація (кВт год / м2 день)

Зростання цін на енергоносії в Росії змушує проявляти інтерес до дешевих джерел енергії. Найбільш доступною є сонячна енергія. Енергія сонячної радіації, що падає на Землю в 10 000 разів перевищує кількість вироблюваної людством енергії. Проблеми виникають в технології збору енергії і в зв'язку з нерівномірністю надходження енергії на геліоустановки. Тому сонячні колектори і сонячні батареї застосовуються або спільно з акумуляторами енергії або як засіб додаткового підживлення для основної енергетичної установки.

Країна у нас велика і картина розподілу сонячної енергії по її території досить різноманітна (рис. 1 і 2.). [3]

Зони максимальної інтенсивності сонячного випромінювання (рис.2). На 1 квадратний метр надходить понад 5 кВт / год. сонячної енергії в день.

За південному кордоні Росії від Байкалу до Владивостока, в районі Якутська, на півдні Республіки Тива і Республіки Бурятія, як це не дивно, за Полярним Кругом в східній частині Північної Землі.

Надходження сонячної енергії від 4 до 4,5 кВт / год на 1 кв. метр в день

Краснодарський край, Північний Кавказ, Ростовська область, південна частина Поволжя, південні райони Новосибірської, Іркутської областей, Бурятія, Тува, Хакасія, Приморський і Хабаровський край, Амурська область, острів Сахалін, великі території від Красноярського краю до Магадана, Північна Земля, північно схід Ямало-Ненецького АТ.

Від 2,5 до 3 кВт / год на кв. метр в день

По західній дузі - Нижній Новгород, Москва, Санкт-Петербург, Салехард, східна частина Чукотки і Камчатки.

Від 3 до 4 кВт / год на 1 кв. метр в день

Найбільшу інтенсивність (рис.3) потік енергії має в травні, червні та липні. У цей період в середній смузі Росії на 1 кв. метр поверхні припадає 5 кВт.год в день. Найменша інтенсивність в грудні-січні, коли 1 кв. метр поверхні припадає 0,7 кВт / год в день.

Якщо встановити сонячний колектор під кутом 30 градусів до поверхні, то можна забезпечити знімання енергії в максимальному і мінімальному режимі відповідно 4,5 і 1.5 кВт год на 1 кв. метр в день.

Рис.3. Розподіл інтенсивності сонячного випромінювання в середній смузі Росії по місяцях [5]

Виходячи з наведених даних можна розрахувати площа плоских сонячних колекторів, необхідну для забезпечення гарячого водопостачання сім'ї з 4-х чоловік в індивідуальному будинку. Нагрівання 300 літрів води від 5 градусів до 55 градусів в червні можуть забезпечити колектори площею 5,4 квадратного метра, в грудні 18 кв. метрів. Якщо застосувати більш ефективні вакуумні колектори, то необхідна площа колекторів знижується приблизно вдвічі.

Рис.4. Покриття потреб в ГВП на рахунок сонячної енергії [5]

На практиці сонячні колектори бажано застосовувати не в якості основного джерела ГВС, а в якості пристрою для підігріву води, що надходить в опалювальну установку. В цьому випадку витрата палива різко знижується. При цьому забезпечується безперебійна подача гарячої води і економія коштів на ГВС і опалення будинку, якщо це будинок для постійного проживання. На дачах, в літню пору, для отримання гарячої води, застосовуються різні види сонячних колекторів. Від колекторів заводського виготовлення до саморобних пристроїв, виготовлених з підручних матеріалів. Розрізняються вони, перш за все, по ефективності. Заводський ефективніше, але коштує дорожче. Практично безкоштовно можна зробити колектор з теплообмінником від старого холодильника.

У Росії встановлення сонячних колекторів регламентується РД 34.20.115-89 «Методичні вказівки з розрахунку і проектування систем сонячного обігріву», ВСН 52-86 «Установки гарячого сонячного водопостачання. Норми проектування ». Є рекомендації з використання нетрадиційних джерел енергії в тваринництві, кормовиробництві, селянських господарствах і сільському житловому секторі, розроблені за заявкою Мінсільгоспу в 2002 році. Діють ГОСТ Р 51595 «Сонячні колектори. Технічні вимоги », ГОСТ Р 51594« Сонячна енергетика. Терміни та визначення". [2]

У цих документах досить докладно описані схеми застосовуються сонячних колекторів і найбільш ефективні способи їх застосування в різних кліматичних умовах.

2. Використання сонячної енергії для опалення будинку в Європі

Європейці широко застосовують сонячні батареї в своїх будинках, адже вони економічні і екологічні. Дійсно, досвід просунутих жителів Європи, які, як відомо, вміють рахувати гроші, варто перейняти і для вітчизняних будинків.

У Німеччині держава дотує витрати на установку сонячних колекторів, тому їх застосування стійко зростає. У 2006 році було встановлено 1 мільйон 300 тисяч квадратних метрів колекторів. З цієї кількості приблизно 10% дорожчі і ефективні вакуумні колектори. Загальна площа встановлених на сьогоднішній день сонячних колекторів склала приблизно 12 мільйонів квадратних метрів.

В Європейських країнах сонячні колектори для опалення використовують в 50% від загальної кількості встановлених геліосистем. Однак слід розуміти, що геліосистеми використовують лише для підтримки опалення та економії основного енергоресурсу, оскільки споживання тепла значно перевищує вироблення енергії геліосистемою в опалювальний період.

Найбільш поширеним є використання геліосистем з добовою акумулюванням теплової енергії. Недоліком сонячних систем для підтримки опалення з добовим акумулюванням теплоти є неможливість використовувати надлишки теплоти в літній час. Виходом з даної ситуації може бути використання сезонного акумулювання. Однак таку систему вкрай складно реалізувати на практиці через необхідність установки величезних накопичувальних ємностей (об'ємом від 10 м³). Як правило, такі ємності закопують під землю або будують спеціальний резервуар з бетону з кришкою.

висновок

Таким чином слід зазначити, що проведене дослідження дозволяє зробити висновок:

Навчитися використовувати сонячну енергію для отримання теплової енергії люди намагалися з давніх часів.

Перші сонячні нагрівачі з'явилися у Франції. Натураліст Ж. Бюффон створив велике увігнуте дзеркало, яке фокусувало в одній точці відображені сонячні промені. Це дзеркало було здатне в ясний день швидко запалити сухе дерево на відстані 68 м.

Незабаром після цього шведський вчений Н. Соссюр побудував перший водонагрівач. Це був звичайний дерев'яний ящик зі скляною кришкою, проте вода в ньому нагрівалася сонцем до 88 ° С.

У 1774г. великий французький вчений А. Лавуазьє вперше застосував лінзи для концентрації теплової енергії сонця. Незабаром в Англії відшліфували велике двоопукле скло, розплавляють чавун за три секунди і граніт - за хвилину.

Сонячний колектор - один з найпростіших способів використання енергії сонця, який не вимагає великих вкладень, високих технологій і великого рівня знань.

Системи теплопостачання на базі сонячних колекторів удосконалюються в усьому світі, щоб зробити їх об'єктом масового попиту.

Сучасне суспільство є свідком чергового глобального переходу на нові енергоносії, який почався приблизно на початку 90-х років минулого століття.

Визначальною характеристикою поточного етапу є його екологічна спрямованість, прагнення позбутися залежності від викопних ресурсів, видобуток і використання яких виснажує і забруднює природу.

Вважається, що розробка джерел альтернативної енергії все ще справа завтрашнього дня, насправді за окремими напрямами в технічній практиці вже сталася тиха революція.

Одним з успішних напрямків стала геліоенергетика.

Одним з ключових напрямків геліоенергетики є виробництво та експлуатація сонячних колекторів.

За допомогою сонячних колекторів можна обігрівати приміщення навіть при мінусових температурах.

Колектори активно застосовуються в багатьох країнах, вітчизняні споживачі також починають придивлятися до акумулює сонячну радіацію установкам.

література:

1. Актуальні питання технічних наук (II): міжнародна заочна наукова конференція (г. Пермь, лютий 2013) / відп. ред .: Г. А. Кайнова. - Перм: Меркурій, 2013. - 107 с.

2. Альтернативна енергетика та енергозбереження в регіонах Росії: матеріали науково-практичного семінару, м Астрахань, 14-16 квітня 2010 р / Астраханський гос. ун-т, Акад. електротехнічних наук Російської Федерації; сост. Л. Х. Зайнутдинова. - Астрахань: Астраханський ун-т, 2010. - 101 с.

3. Вісник Краснодарського регіонального відділення Російського географічного товариства: збірник Вип. 7 / відп. ред .: І. Г. Чайка, Ю. В. Єфремов. - Краснодар, 2013-399 с.

4. Йе В. Дослідження ефективності використання сонячної енергії для систем автономного енергопостачання в Республіці Союзу М'янма: дисертація ... кандидата технічних наук: 05.14.08 / Йе Вин; Місце захисту: Нац. дослідні. ун-т МЕІ. - Москва, 2013. - 155 с.

5. Курбатов, Н. Е. Використання відновлюваних джерел енергії в умовах Забайкалля: способи і пристрої для перетворення енергії сонячного випромінювання [Текст] / Н. Є. Курбатов, Е. Н. Курбатов; Федеральне агентство з освіти, Держ. освітній заклад вищ. проф. освіти «Забайкальський держ. ун-т »(ЗабГУ) Ч. 3. Використання відновлюваних джерел енергії в умовах Забайкалля: природні середовища в якості акумуляторів сонячної енергії. - Чита, 2012. - 154 с.