Использование солнечной энергии для отопления и горячего водоснабжения

Общие сведения.

Большинство направлений альтернативной энергетики основаны на использовании возобновляемых источников энергии. Возобновляемыми источниками энергии называются ресурсы энергии, которые постоянно циклически возобновляют свою энергетическую ценность и энергия которых может быть преобразована в полезную работу. Возобновляемые источники энергии можно использовать постоянно, без временных ограничений, в то время как использование традиционного топлива ограничено имеющимися запасами.

К возобновляемым источникам энергии относятся: солнечная радиация, ветер, потоки рек, морские волны и приливы, внутреннее тепло Земли.

Возобновляемые источники энергии на Земле, являются продуктами непрерывной деятельности Солнца.

Лучистая энергии Солнца: преобразуется в энергию ветра (2,5%); преобразуется в энергию морских течений (0,04%); падает на поверхность океана (33%); падает на сушу (15%); усваивается растениями (0,12%).

Преимуществами возобновляемых источников энергии, по сравнению с традиционными, является то, что:

- они практически неисчерпаемы;

- не загрязняется окружающая среда;

- отпадает необходимость в добыче, переработке и доставке топлива;

- нет необходимости использовать воду для охлаждения, извлекать зольные отходы или продукты распада;

- нет необходимости в дефицитных высокотемпературных материалах, за исключением солнечных концентраторов тепла;

- могут работать без обслуживания;

- нет потребности в транспортировке энергии.

Физические основы солнечной энергетики

Солнечная энергетика - направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде.

Свет представляет собой электромагнитные волны. Энергия этих волн сконцентрирована в форме пучков или пакетов - фотонов. В космосе через 1 м² в 1 с проходит 3 · 10²¹ фотонов, энергия которых зависит от длины волны.

В основе солнечной энергетики лежат два физических явления.

1. В результате взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, энергия фотонов передается электронам веществам. В результате увеличивается внутренняя энергия вещества, то есть повышается его температура.

2. В результате взаимодействия электромагнитного излучения с полупроводниками определенной структуры,  полупроводник становится для внешней цепи  источником электродвижущей силы, он осуществляет непосредственное превращение лучистой энергии в электрическую.

Солнечная энергия может использоваться как для производства электроэнергии, так и для отопления и горячего водоснабжения.

Использование  солнечной энергии для отопления и горячего водоснабжения

Основным элементом всех установках, преобразующих солнечное излучение в тепло, является коллектор, в котором происходит нагрев теплоносителя. В качестве теплоносителя могут использоваться как жидкости, так и газы. Наиболее распространенными теплоносителями являются воздух и вода

Установки солнечного теплоснабжения можно разделить на две основные группы: 1) работающие по разомкнутой, или прямоточной, схе­ме (рис.8.1); 2) работающие по замкнутой схеме (рис.8.2).

Рис.8.1. Схемы прямоточных гелиосистем: 1 - солнечный коллектор; 2 - аккумулятор тепла; 3 – теплообменник

В установках первой группы теплоноситель подается в солнечные коллекторы (рис.8.1,а,б) или в теплообменник гелиоконтура (рис.8.1,в), где он нагревается и поступает либо непосредственно к потребителю, либо в бак-аккумулятор.

Рис.8.2. Схемы замкнутых гелиосистем

В установках второй группы передача теплоты от солнечных коллекторов осуществляется либо че­рез бак-аккумулятор, либо путем непосредственного смешения теплоносителей (рис.8.2,а), либо через теплообменник, который может быть расположен как внутри бака (рис.8.2.б), так и вне его (рис.8.2,в).