Активні і пасивні сонячні установки

Використання сонячної енергії

Енергетичний потенціал

Сонце – гігантське джерело енергії, яке має діаметр 1392 тис. км, масу 2·10³⁰ кг і в 333 тис. разів перевищує масу Землі. Хімічний склад Сонця 81, 76 % водень, 18, 14 % гелій і 0, 1 % азот.

В середині Сонця відбуваються термоядерні реакції перетворення водню в гелій і кожної секунди 4 млрд. кг матерії перетворюється в енергію. Потужність сонячного випромінювання складає 4·10²³ кВт.

Сонячну енергію людство використовувало з стародавніх часів. Сонячна енергія – це невичерпане відновлюване джерело енергії. За рік на поверхню Землі потрапляє потік сонячної енергії в кількості 5, 6·10²⁴ Дж. Атмосфера Землі відбиває 35 % цією енергії, решта витрачається на нагрів земної поверхні

Завдяки природним і кліматичним умовам наша країна має значні перспективи у використанні сонячної енергії, відомо, що 60 % енергії у виробництві і побуті витрачається на низько потенційні процеси з температурою до 100 °С. Найбільш розповсюджені установки для гарячого водопостачання, опалювання, охолодження, опріснювання, нагріву парників, сушіння сільськогосподарської сировини та ін.

Активні і пасивні сонячні установки

Розрізняють активні і пасивні сонячні установки. На практиці в активних системах сонячні промені потрапляють у спеціальні пристрої, де енергія перетворюється у теплоту з розрахунковими параметрами. З пристроїв теплова енергія систематично передається теплоносієм до споживачів, або в акумулюючи пристрої. У результаті забезпечується рівномірне постачання споживачів і більш повне використання енергії.

Розглянемо найпростішу активну сонячну установку більш детально (див. рис. 1.1.).

Рис. 1.1. Активна сонячна установка.

1 – сонячний колектор; 2 – акумулятор тепла; 3 – споживач тепла; 4 – помпа.

Сонячна енергія поступає в геліоприймач (сонячний колектор), де промені нагрівають спеціальну панель, найчастіше металеву. Від цієї панелі нагрівається теплоносій, який віддає тепло в акумулятор, з якого воно споживається в міру необхідності.

Найпростіші геліоколектори складаються з темної металевої поверхні, яку омиває циркулюючий теплоносій. Колектор розміщують в ящику, на дні якого встановлена теплоізоляція, а зверху герметично закривають віконним склом або плівкою. Через колектор сонячної панелі циркулює теплоносій, який нагрівається і поступає для безпосереднього використання або акумуляції. Теплоносій у системі циркулює за допомогою помпи, або за принципом природної циркуляції. Сонячна енергія, яка потрапляє на зачорнену поверхню, перетворюється на теплову (див. рис. 1.2.).

Рис. 1.2. Схема геліоколектора.

1 – сонячний колектор; 2 – скло; 3 – теплоізоляція; 4 – корпус.

Для запобігання значних втрат тепла з зачорненої поверхні колектора (1) передню стінку колектора герметизують склом або плівкою (2). Задні і бічні стінки теплоізолюються мінеральною ватою (3), товщиною 50÷ 100 мм. Віконне скло, яким закривають колектор, повинно мати хорошу прозорість і стійкість до погодних умов. Такі сонячні колектори широко застосовують для нагрівання води в побуті, сільському і комунальному господарстві, де температура теплоносія складає 50÷ 90 °С.

Найпростішою пасивною сонячною установкою може бути теплиця (див. рис. 1.3.).

Рис. 1.3. Пасивна сонячна установка.

1 – скло; 2 – земля; 3 – північна стіна; 4 – вентиляційний канал

Вона має розвинуту скляну поверхню з південої сторони і засипану грунтом стіну з північної сторони. Насипана земля є одночасно ізолятором і акумулятором. Для циркуляції повітря в грунті зроблені канали. Вдень нагрівається земля, а вночі тепло відводиться повітрям, і потрапляє в теплицю. На рис. 1.4. показана теплиця з примусовою циркуляцією повітря і акумулятором із каміння.

Рис. 1.4. Теплиця з акумулятором. 1 – теплиця; 2 – акумулятор; 3 – канал для циркуляції повітря; 4 – вентилятор.