Күн энергиясын су жылыту үшін қолдану

 

Использование солнечной энергии для нагрева воды

Cолнечный нагреватель воды пассивного  типа на крыше частного дома

Солнечные водонагреватели уже давно стали символом достатка, благополучия и современного образа жизни не только в Европе, но и в Америке, Японии и других высокоразвитых странах.

Производство установок для получения тепла от энергии солнца за последнее время возрасло в мире в несколько раз. На сегодняшний день вводится в эксплуатацию более 3 млн. установок в год, и эта статистика получена не только за счет стран с теплым климатом. Свою эффективность вакуумные солнечные коллекторы доказали даже в климатических условиях Аляски.

Высокие темпы развития этого вида энергии стали возможны благодаря разработке солнечных нагревателей воды на тепловых вакуумных трубках, способных эффективно работать при низких температурах (-30°С и даже -40°С). Помимо этого своё влияние оказали повышение цен на энергоносители и снижение стоимости оборудования, благодаря переносу производства ведущих мировых производителей в страны Азиатско-тихоокеанского региона.

Солнечный коллектор нагревателя воды активного типа (сплит-система)

Сплит-система. Бак с теплообменником

Использование солнечных водонагревателей позволяет решить вопросы автономного горячего водоснабжения, частичного или полного отопления, обогрева теплиц и т.д. Солнечные нагреватели воды могут использоваться как в частных домах, так и в гостиницах, столовых и любых других местах с постоянным отбором горячей воды. Используя солнечную энергию можно уменьшить затраты на нагрев воды на две трети, затраты на отопление – до 30% в год.

На этапе строительства дома можно сразу запланировать установку солнечной системы. В дополнение к обычной системе отопления устанавливается солнечный нагреватель, а на крышу вашего дома устанавливается модульный солнечный коллектор. Таким образом можно оптимизировать горячее водоснабжение вашего дома или обогревать помещение с помощью бесплатной солнечной энергии.

Солнечные водонагреватели можно разделить на две категории: пассивные (термосифонные) и активные (сплит-системы).

Нагреватели пассивного типа функционируют за счёт естественной циркуляции, которая возникает при разности плотностей горячей и холодной воды. Водонагреватели данного типа предназначены для использования при температуре окружающей среды выше 0 ºC (т.е. весной, летом и осенью). На зимний период производится слив воды из системы и демонтаж вакуумных трубок. Кроме того существуют водонагреватели промежуточного типа, работающие под давлением. Их особенностью является то, что монтируются они не обязательно выше точки отбора воды, в отличие от термосифонных систем.

Активные нагреватели воды используют блок электроники, набор клапанов и циркуляционные насосы для движения теплоносителя через коллектор. Они обычно дороже пассивных систем, но и более эффективны. Особенностью сплит-систем является возможность их эксплуатации при низких температурах (до -40°С). Это достигается за счёт использования антифриза, который не замерзает на морозе.

Солнечная энергия для нагрева воды и отопления

Ежедневно солнце поставляет нам колоссальный энергетический потенциал. Этот источник энергии практически неисчерпаем, и будет доступен еще несколько миллиардов лет. Горючие материалы – уголь, природный газ и нефть – напротив доступны лишь в ограниченном объеме. Будущие поколения уже не смогут прибегать к ним постоянно. А солнце, без сомнения, останется доступным.

Солнечные установки для нагрева воды

Для использования солнечной энергии в качестве источника для нагрева воды существуют определенные предпосылки, так как в течение года расход, в принципе, всегда одинаков. Поэтому солнечную энергию предпочтительней использовать для нагрева воды и для отопления.

Правильно установленная солнечная система способна удовлетворить потребность в энергии для подогрева воды на 50% или даже 65%. В летние месяцы эта цифра может достигать ста процентов. А это означает, что традиционную систему нагрева можно будет вообще не включать. А это большой плюс, ведь в летние месяцы нет потребности в отоплении, а это означает, что традиционная система будет работать с низким КПД.

Солнечную энергию можно использовать еще качественней, если вместо обычной техники подключить посудомоечную машину, работающую на теплой воде.

Солнечные установки для нагрева воды отличает простота и техническое совершенство. Наша фирма обладает многолетним опытом работы с этими установками и ух монтажом. Мы предлагаем богатую палитру приборов, соответствующих любым запросам.

Как же работает термическая солнечная установка

Сердцем термической солнечной установки является коллектор. Плоский коллектор, самая распространенная форма коллектора, он состоит из избирательно покрытого абсорбера, который служит для поглощения падающих солнечных лучей и превращения их в тепло. Для минимизации термический потерь коллектор помещают в термоизолированный ящик с прозрачным покрытием (чаще всего из стекла).

Через абсорбер протекает жидкость – теплоноситель (как правило, это смесь из воды и экологически безопасного антифриза). Эта жидкость циркулирует между коллектором и резервуаром горячей воды. Термические солнечные установки запускаются при помощи специального солнечного регулятора. Когда температура в коллекторе превышает температуру в накопители на несколько градусов, включается циркуляционный насос, и жидкость – теплоноситель переносит тепло из коллектора в резервуар горячей воды.

Компоненты солнечной установки для нагрева воды:

• Солнечный регулятор
• Датчик температуры в коллекторе
• Датчик температуры в накопителе
• Циркуляционный насос
• Подключение к холодной воде
• Водосток горячей воды
• Расширительный бак
• Датчик температуры для подогрева
• Циркуляционный насос первичной сети.

Традиционное отопление обеспечивает первичную цепь таким образом, что доступно достаточное количество горячей воды. А солнечная установка производит мало или совсем не производит полезной энергии. Солнечные установки легко интегрируются в техническое оснащение здания. И тогда, солнечная установка, срок службы которой 20 лет и более, прекрасно дополняет традиционную отопительную технику.

К тому же установка термической солнечной системы способствует сокращению выбросов углекислого газа в окружающую среду, что отличает солнечную установку от традиционных способов нагрева воды.

Оптимальным с точки зрения биологии является комбинированное использование солнечных установок и рациональной энерготехники (современные котлы с теплотой сгорания) при возможно низком потреблении энергии. Энергетический период амортизации термической солнечной установки (промежуток времени, до которого солнечная установка производит столько энергии, сколько надо для ее производства) составляет полтора – два с половиной года. Это отличает ее от традиционной системы, где для работы системы необходим определенный объем энергии (тепла или тока) и все большее количество первичной энергии (уголь, природный газ, нефть, уран), где период энергетической амортизации никогда не наступит.

Не слишком ли дорого стоят солнечные установки?

Очень часто в качестве недостатка использования солнечной установки приводят ее нерентабельность. Это же приводит к грубому отказу от использования возобновляемых источников энергии. А задаетесь ли вы вопросом о рентабельности, покупая алюминиевые колпаки на свою машину? Или работа котла, работающего на жидком топливе, произведенного где-то в семидесятые годы экономически выгодна? Кроме того, не следует забывать, какой колоссальный вклад вносят солнечные установки в защиту окружающей среды. Приемлемые цели на традиционные энергоносители лишь вуалируют реальную картину. В цену следует также включать расходы на устранения вреда, нанесенного окружающей среде и здоровью. Также следует учитывать, что традиционные источники энергии будут только дорожать в обозримом будущем по причине их исчерпаемости.Солнце же, напротив, поставляет свою энергию совершенно бесплатно. И при первом знакомстве может показаться, что первичное капиталовложение очень велико. Но кроме низких расходов на техническое обслуживание и работу насоса, других расходов не потребуется. Тот, кто сегодня вкладывает деньги в солнечные установки, инвестирует в будущее.

Солнечные пруды

Ни фокусирующие зеркала, ни солнечные фотоэлементы (см. ниже) не могут вырабатывать энергию в ночное время. Для этой цели солнечную энергию, накопленную днем, нужно сохранять в теплоаккумулирующих баках. Этот процесс естественным образом происходит в так называемых солнечных прудах.

Солнечные пруды имеют высокую концентрацию соли в придонных слоях воды, неконвективный средний слой воды, в котором концентрация соли возрастает с глубиной и конвекционный слой с низкой концентрацией соли - на поверхности. Солнечный свет падает на поверхность пруда, и тепло удерживается в нижних слоях воды благодаря высокой концентрации соли. Вода высокой солености, нагретая поглощенной дном пруда солнечной энергией, не может подняться из-за своей высокой плотности. Она остается у дна пруда, постепенно нагреваясь, пока почти не закипает (в то время как верхние слои воды остаются относительно холодными). Горячий придонный "рассол" используется днем или ночью в качестве источника тепла, благодаря которому особая турбина с органическим теплоносителем может вырабатывать электричество. Средний слой солнечного пруда выступает в качестве теплоизоляции, препятствуя конвекции и потерям тепла со дна на поверхность. Разница температур на дне и на поверхности воды пруда достаточна для того, чтобы привести в действие генератор. Теплоноситель, пропущенный по трубам через нижний слой воды, подается далее в замкнутую систему Рэнкина, в которой вращается турбина для производства электричества.

1. Высокая концентрация соли   2. Средний слой.   3. Низкая концентрация соли   4. Холодная вода "в" и горячая вода "из"

Этот тип электростанции испытан в Бейт Ха'Арава (Израиль), возле Мертвого моря. Израиль является мировым лидером в области использования соленых солнечных прудов. Компания "Ormat Systems Inc." установила несколько таких систем в акватории Мертвого моря.

Самая крупная из них имеет мощность 5 МВт. Пруд площадью 20 га превращает солнечный свет в электричество при КПД около 1%. Нижние слои воды в пруде имеют очень высокую плотность. Хотя солнечный пруд успешно работал в течение нескольких лет, в 1989 г. его пришлось закрыть по экономическим соображениям. Крупнейшим в США является солнечный пруд площадью 0,3 га в Эль Пасо (штат Техас). Он проработал без остановки с момента своего открытия в 1986 г. Он приводит в действие 70-киловаттный турбогенератор Рэнкина и опреснительную установку объемом 20 000 литров в день, а также поставляет техническое тепло на соседний пищевой комбинат. Температура воды в пруде может достичь и удерживаться на уровне выше 90 оC в теплоаккумулирующей зоне. Во время пиковой мощности эта установка способна производить более 100 кВт·ч электроэнергии в час, а объем опресненной питьевой воды составляет более 350000 литров в сутки. За пять лет работы установка выработала свыше 50000 кВт·ч электроэнергии. Искусственный соленый солнечный пруд сооружен в Майамисбурге (штат Огайо, США). Он используется для обогрева городского плавательного бассейна и дома отдыха.

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ (ГЭС)

Для коммунальных хозяйств наиболее привлекательной среди возобновляемых источников энергии является электроэнергия, полученная за счет использования воды; её экономическая целесообразность была успешно доказана. Были построены ГЭС мощностью до 10 ГВт. Но если сравнивать оценку ученых относительно существующих в мире экономических ресурсов для достижения суммарной установленной мощности ГЭС в 3 000 ГВт, и цифру в 10 000 ГВт, характеризующую потребление энергии по всему миру, видно, что сделано еще довольно мало. В Европе, кстати, основной гидроэнергетический потенциал уже реализован: 98% потребляемой энергии в Норвегии вырабатывается за счет гидроэнергетики, а правительство Германии заявило, что в стране уже не существует больше мест для размещения ГЭС. Рассматривая мировое распространение гидроэнергетики можно отметить, что сегодня уже задействовано около 10% существующих гидроресурсов. Большим потенциалом для развития гидроэнергетики обладают страны Азии и Африки.

Мировое потребление энергии воды  

В настоящее время в мире установлены ГЭС суммарной мощностью 630 000 МВт. Эти данные неточны, поскольку вклад от малых гидроэлектростанций и частных систем трудно подсчитать, но предполагается, что эти источники энергии могут добавить лишь несколько процентов к основному показателю. Годовое мировое производство электроэнергии - 2200 млрд кВт·ч; это означает, что ГЭС работают на 40% своей мощности.

Самый большой гидроэнергетический комплекс в мире находится на реке Парана между Парагваем и Бразилией. Он называется Дамба Итаипу, а суммарная мощность его 18 турбин составляет 12600 МВт. Использование энергии воды становится все более популярным во многих регионах мира. Например, в Китае и Индии ожидается резкий рост развития гидроэнергетики. В 1999 году Китай ввел в строй гидроэлектростанцию Эртан мощностью 3300 МВт, состоящую из шести турбин по 550 МВт каждая. Эртан - вторая по величине в Азии ГЭС и является крупнейшим производителем электроэнергии в Китае.

Самые крупные ГЭС  

Гидроэлектростанции, строящиеся сейчас в Китае, имеют суммарную установленную мощность 32000 МВт. В Индии 12 крупномасштабных проектов, каждый по 3700 МВт установленной мощности, получили одобрение правительства. Строительство самой крупной в мире ГЭС - "Плотины трёх ущелий" в Китае, установленной мощностью 18.2 ГВт - вошло во вторую стадию проекта, начатого в 1998 году. Хотя возведение дамбы было временно отложено в августе 1998 года из-за обширного наводнения на реке Янцзы, второй этап планировался к завершению в 2003 году. Третий этап должен закончиться в 2009 году, когда станция начнет работать на полную мощность. Около 3,7 млрд долларов США уже потрачено на строительство "Дамбы трёх ущелий", включая затраты, связанные с работами по дренажу строительной площадки из-за разлива Янцзы. По завершению строительства длина плотины будет 2 км, высота - 200 метров, а длина водохранилища - 550 км. Официальные лица Китая оценивают первоначальную стоимость проекта в 25 млрд долларов США. Строительство "Дамбы трёх ущелий" было предметом долгих споров. Природные и социальные проблемы, связанные со строительством, огромны. Загрязнение воды в Янцзы удвоится, так как дамба будет "задерживать" около 50 видов загрязняющих веществ, поступающих в воду от горнодобывающей промышленности, фабрик и населенных пунктов. Ранее все эти загрязняющие вещества смывались в море сильным течением реки. Тяжёлый ил отложится в верхнем течении реки (перед дамбой) и засорит речные каналы Чонгиньга. От 1,1 до 1,9 млн человек будут переселены для освобождения территории под водохранилище. Около 1300 мест, имеющих археологическую ценность, окажутся или затопленными, или перенесенными в другие районы. Некоторые исчезающие виды флоры и фауны будут также подвержены опасности. В 1996 году Экспортно-Импортный Банк США отказался давать кредиты американским компаниям, собирающимся работать над проектом китайской плотины, ссылаясь на экологические проблемы.