Реклама на порталі

Сонячне теплопостачання. Сонячне опалення: наскільки ефективно? Особливості опалення сонячним теплом

Головним критерієм затишку у приватному котеджі чи квартирі є тепло. У холодному будинку навіть найшикарніша обстановка не допоможе створити комфортних умов. Але щоб оптимальна для проживання температура підтримувалася в приміщенні не лише влітку, а й узимку знадобиться монтаж системи опалення.

Зробити це сьогодні можна легко, придбавши як джерело тепла газовий, дизельний або електричний котел. Але проблема полягає в тому, що паливо для такого обладнання коштує дорого та доступно не у всіх населених пунктах. Що ж тоді вибрати? Найкращим рішеннямє альтернативні джерела тепла і, зокрема, сонячне опалення.

Пристрій та принцип роботи

Що ж така система? Насамперед слід сказати, що є два варіанти сонячного опалення. Вони передбачають використання різних як у конструктивному плані, так і за призначенням елементів:

  • Колектори;
  • Фотоелектричні панелі.

І якщо обладнання першого типу призначене суто для підтримки у приміщенні комфортної температури, сонячні панелі для опалення будинку можуть застосовуватися для отримання електрики та тепла. Їх принцип роботи заснований на перетворенні енергії сонця та накопиченні її в акумуляторах, щоб потім використовувати для різних потреб.

Дивимося відео, все про цей колектор:

Застосування колектора дозволяє організувати лише сонячне системи опалення для приватного будинку, при цьому використовується теплова енергія. Такий пристрій діє в такий спосіб. Сонячні промені підігрівають воду, яка є теплоносієм і надходить із трубопровід. Ця ж система може використовуватися і як гаряче водопостачання. До складу входять спеціальні фотоелементи.

Пристрій колектора

Але крім них у комплектацію сонячного опалення включено:

  • Спеціальний бак;
  • Аванкамери;
  • Радіатор, виконаний із трубок та укладений у короб, у якого передня стінка виконана зі скла.

Сонячні батареї для опалення будинку розміщуються на даху. У ньому вода нагріваючись переміщається в аванкамеру, де відбувається її заміна гарячим теплоносієм. Це дозволяє підтримувати у системі постійний динамічний тиск.

Види опалення з використанням альтернативних джерел

Найпростіший спосіб перетворення енергії світила на тепло – це використання сонячних батарейдля опалення будинку. Вони все частіше використовуються як додаткові джерела енергії. Але що ж являють собою ці пристрої та чи вони дійсно ефективні?

Дивимося відео, види та їх особливості роботи:

Завдання, встановленого на даху колектора сонячного системи опалення для будинку ввібрати якомога більше сонячного випромінювання, перетворивши його потім на так необхідну людиніенергію. Але при цьому слід враховувати, що воно може бути перетворене як на теплову, так і електричну енергію. Для отримання тепла та підігріву води використовують сонячні системиопалення. Для отримання електричного струму використовують спеціальні батареї. Вони акумулюють енергію вдень і віддають її вночі. Проте сьогодні є й комбіновані системи. У них сонячні панелі виробляють одночасно тепло та електрику.

Щодо сонячних водонагрівачів для опалення будинку, то вони представлені на ринку широкою лінійкою. Причому моделі можуть мати різне призначення, дизайн, принцип роботи, габарити

Різні варіанти

Наприклад, за зовнішньому виглядута конструкції системи опалення приватного будинку поділяються на:

  1. Плоскі;
  2. Трубчасті вакуумні.

За призначенням вони класифікуються на використовувані для:

  • Системи опалення та ГВП;
  • Для нагрівання води у басейні.

Є відмінності та принцип роботи. Сонячне опалення із застосуванням колекторів є ідеальним вибором для дачних будиночків, тому що не вимагають підключення до електромережі. Моделі з примусовою циркуляцією підключають до загальної системи опалення, циркуляція теплоносія здійснюється за допомогою насоса.

Дивимося відео, порівнюємо плоский та трубчастий колектор:

Не всі колектори придатні для сонячного опалення заміського будинку. Відповідно до цього критерію вони поділяються на:

  • Сезонні;
  • Цілорічні.

Перші застосовуються для опалення дачних будівель, другі у приватних домоволодіннях.

Порівнюємо зі звичайними система опалення

Якщо порівнювати це обладнання з газовим або електричним, воно має набагато більше переваг. Насамперед це економія палива. Влітку сонячне опалення здатне повністю забезпечити людей, що проживають у будинку. гарячою водою. Восени та навесні, коли ясні дні мало, обладнання можна використовувати для зниження навантаження на стандартний котел. Що стосується зимової пори, то зазвичай у цей час ефективність роботи колекторів дуже мала.

Дивимося відео, ефективність колекторів узимку:

Але крім економії палива використання обладнання, що працює на сонячних батареях, знижує залежність від газу та електрики. Для встановлення сонячного опалення не потрібно отримувати дозвіл та встановити його зможе кожен, хто має елементарні знання у сантехніці.

Дивимося відео, критерії підбору обладнання:

Ще один плюс - це велика тривалість роботи колектора. Гарантований термін служби обладнання становить не менше 15 років, отже, на цей період ваші комунальні платежі будуть мінімальними.

Однак, як і будь-який пристрій у колектора є деякі недоліки:

  • На сонячні водонагрівачі для приватного будинку ціна є досить високою;
  • неможливість використання як єдиного джерела тепла;
  • Необхідна установка бака-накопичувача.

Є ще один нюанс. Ефективність роботи сонячного опалення залежить від регіону. У південних районах, де активність сонця високого обладнання матиме найбільший ККД. Тому найвигідніше використовувати таке обладнання на півдні та менш ефективним воно буде на півночі.

Вибір сонячного колектора та його монтаж

Перш ніж приступати до встановлення обладнання, що входить до опалювальної системи, необхідно вивчити його можливості. Для того щоб дізнатися скільки тепла потрібно на обігрів будинку, необхідно розрахувати його площу. Важливо вибрати місце для встановлення сонячного колектора. Воно має бути максимально освітленим протягом дня. Тому зазвичай обладнання встановлюється на південній частині даху.

Виконання монтажних робіткраще довірити спеціалістам, тому що навіть невелика помилка в установці системи сонячного опалення призведе до значного зниження ефективності системи. Тільки за правильної установкисонячного колектора він прослужить до 25 років, причому повністю окупивши себе за перші 3 роки.

Основні типи колекторів та їх характеристики

Якщо будівля з якихось причин не підходить для встановлення обладнання, то можна розмістити панелі на сусідній будівлі, а накопичувач поставити у підвалі.

Переваги сонячного опалення

Нюанси, на які варто звернути увагу при виборі цієї системи, були розглянуті вище. І якщо ви все зробили правильно, ваша система опалення на сонячних колекторах доставить вам тільки приємні моменти. Серед її переваг слід зазначити:

  • Можливість цілорічного забезпечення будинку теплом, з можливістю регулювання температури;
  • Повна автономія від централізованих комунальних мереж та зниження фінансових витрат;
  • використання сонячної енергії на різні потреби;
  • Тривалий експлуатаційний термін обладнання та рідкісні аварійні ситуації.

Єдине, що зупиняє споживачів від покупки сонячної системи для опалення приватного будинку – це залежність їхньої роботи від географії проживання. Якщо у вашому регіоні ясні дні рідкість, ефективність обладнання буде мінімальною.

Nbsp; РОЗРАХУНОК Системи теплопостачання з використанням сонячних теплових колекторів Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи для студентів усіх форм навчання спеціальності Енергетичні установки, електростанції на базі нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії РОЗРАХУНОК Системи теплопостачання з використанням сонячних теплових колекторів: методичні вказівкидо виконання розрахунково-графічної роботи для студентів усіх форм навчання спеціальності Енергетичні установки, електростанції на базі нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії/ А. В. ЗМІСТ 1. ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛУЖЕННЯ 1.1. Конструкція та основні характеристики плоского сонячного колектора 1.2. Основні елементи та принципові схеми систем сонячного теплопостачання 2. ЕТАПИ ПРОЕКТУВАННЯ 3. РОЗРАХУНОК ТЕПЛОТИ НА ОПАЛЕННЯ БУДІВЛІ 3.1. Основні засади 3.2. Визначення трансмісійних теплових втрат 3.3. Визначення витрати теплоти на підігрів вентиляційного повітря 3.4. Визначення витрат теплоти на гаряче водопостачання 4. РОЗРАХУНОК СИСТЕМИ СОНЯЧНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ БІБЛІОГРАФІЯ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Конструкція та основні характеристики плоского сонячного колектора

Плоский сонячний колектор (СК) є основним елементом систем сонячного опалення та гарячого водопостачання. Принцип його дії простий. Більшість сонячної радіації, що падає на колектор, поглинається поверхнею, яка є «чорною» по відношенню до сонячного випромінювання. Частина поглиненої енергії передається рідини, що циркулює через колектор, а решта втрачається внаслідок теплообміну з навколишнім середовищем. Тепло, що відноситься рідиною, є корисним теплом, яке або акумулюється, або використовується для покриття опалювального навантаження.

Основні елементи колектора такі: поглинаюча пластина, зазвичай з металу, з чорним покриттям, що не відбиває, що забезпечує максимальне поглинання сонячного випромінювання; труби або канали по яких циркулює рідина або повітря і які знаходяться в тепловому контакті з поглинаючою пластиною; теплова ізоляція днища та бічних кромок пластини; один або кілька повітряних проміжків, розділених прозорими покриттями для теплоізоляції пластини зверху; і нарешті, корпус, що забезпечує довговічність та стійкість до впливу погодних факторів. На рис. 1 показано поперечні перерізиводо- та повітронагрівача.

Рис. 1. Схематичне зображення сонячних колекторів з водяним та повітряним теплоносіями: 1 – теплова ізоляція; 2 – повітряний канал; 3 – прозорі покриття; 4 – поглинаюча пластина; 5 – труби, з'єднані із пластиною.

Прозоре покриття зазвичай роблять із скла. Скло має чудову стійкість до атмосферних впливів і хороших механічними властивостями. Воно відносно недорого і за низького вмісту окису заліза може мати високу прозорість. Недоліками скла є крихкість та велика маса. Поряд із склом можливе застосування і пластмасових матеріалів. Пластмаса зазвичай менш схильна до поломки, легка і у вигляді топких листів недорога. Однак вона, як правило, не має такої ж високої стійкості до впливу погодних факторів, як скло. На поверхню пластмасового листа легко наносяться подряпини і багато пластмас з часом деградують і жовтіють, внаслідок чого знижується їхня пропускальна здатність по відношенню до сонячного випромінювання та погіршується механічна міцність. Ще однією перевагою скла в порівнянні з пластмасами є те, що скло поглинає або відображає все довгохвильове (теплове) випромінювання, що падає на нього, що випускається поглинаючою пластиною. Втрати тепла в навколишнє середовищешляхом випромінювання знижуються при цьому більш ефективно, ніж у разі пластмасового покриття, яке пропускає частину довгохвильового випромінювання.

Плоский колектор поглинає як пряме, і дифузне випромінювання. Пряме випромінювання викликає відкидання тіні освітлюваним сонцем предметом. Дифузне випромінювання відбивається і розсіюється хмарами та пилом, перш ніж досягає поверхні землі; на відміну прямого випромінювання воно призводить до утворення тіней. Плоский колектор зазвичай встановлюють нерухомо будівлі. Його орієнтація залежить від розташування та пори року, протягом якого має працювати сонячна енергетична установка. Плоский колектор забезпечує низькопотенційне тепло, необхідне нагрівання води та опалення приміщення.

Сонячні колектори, що фокусують (концентрують), у тому числі з параболічним концентратором або концентратором Френеля, можуть застосовуватися в системах сонячного теплопостачання. Більшість фокусуючих колекторів використовує лише пряму сонячну радіацію. Перевага фокусуючого колектора в порівнянні з плоским полягає в тому, що він має меншу площу поверхні, з якої тепло втрачається в навколишнє середовище, а отже, робоча рідина може бути нагріта в ньому до вищих температур, ніж у плоских колекторах. Однак для потреб опалення та гарячого водопостачання більш висока температура майже (або зовсім) не має значення. Для більшості концентруючих систем колектор повинен стежити за положенням сонця. Системи, що не дають зображення сонця, зазвичай вимагають регулювання кілька разів на рік.

Слід розрізняти миттєві характеристики колектора (тобто характеристики в Наразічасу, що залежать від метеорологічних та робочих умов в цей момент), та його довгострокові характеристики. На практиці колектор системи сонячного теплопостачання працює у широкому діапазоні умов протягом року. У деяких випадках робочий режим характеризується високою температурою та низькою ефективністю колектора, в інших випадках, навпаки, низькою температурою та високою ефективністю.

Для розгляду роботи колектора за змінних умов необхідно визначити залежність його миттєвих характеристик від метеорологічних та режимних факторів. Для опису характеристик колектора необхідні два параметри, один з яких визначає кількість поглиненої енергії, а інший – втрати тепла у навколишнє середовище. Ці параметри найкраще визначаються внаслідок випробувань, у яких вимірюється миттєва ефективність колектора у відповідному діапазоні умов.

Корисна енергія, що відводиться з колектора в даний момент часу, - це різниця кількості сонячної енергії, поглиненої пластиною колектора, та кількості енергії, що втрачається в навколишнє середовище. Рівняння, яке застосовується для розрахунку майже всіх існуючих конструкцій плоского колектора, має вигляд:

де - Корисна енергія, що відводиться з колектора в одиницю часу, Вт; - Площа колектора, м 2; - Коефіцієнт відведення тепла з колектора; - щільність потоку сумарної сонячної радіації у площині колектора Вт/м 2 ; - пропускальна здатність прозорих покриттів по відношенню до сонячного випромінювання; - поглинальна здатність пластини колектора по відношенню до сонячного випромінювання; - Повний коефіцієнт теплових втрат колектора, Вт / (м 2 ° С); -температура рідини на вході колектор, °С; - температура довкілля, °З.

Сонячна радіація, що падає на колектор, у будь-який момент часу складається з трьох частин: прямої радіації, дифузної радіації та радіації, відбитої від землі або навколишніх предметів, кількість якої залежить від кута нахилу колектора до горизонту та характеру цих предметів. Коли проводяться випробування колектора, щільність потоку радіації. Iвимірюють за допомогою піранометра, встановленого під тим же, що колектор, кутом нахилу до горизонту. Застосовуваний під час розрахунків f-Метод вимагає знання середніх місячних приходів сонячної радіації на поверхню колектора. Найчастіше в довідниках є дані щодо середніх місячних приходів радіації на горизонтальну поверхню.

Щільність потоку сонячної радіації, поглинається пластиною колектора в певний момент часу, дорівнює добутку щільності потоку падаючої радіації I, пропускної спроможності системи прозорих покриттів tта поглинальної здатності пластини колектора a. Обидві останні величини залежать від матеріалу та кута падіння сонячного випромінювання (тобто кута між нормаллю до поверхні та напрямом сонячних променів). Пряма, дифузна та відбита складові сонячної радіації надходять на поверхню колектора під різними кутами. Тому оптичні характеристики tі aповинні розраховуватися з урахуванням вкладу кожного компонента.

Колектор втрачає тепло у різний спосіб. Втрати тепла від пластини до прозорим покриттям і від верхнього покриття до зовнішнього повітря відбуваються шляхом випромінювання та конвекції, але співвідношення цих втрат у першому та другому випадках не однаково. Втрати тепла через ізольовані днище та бічні стінки колектора обумовлені теплопровідністю. Колектори повинні проектуватися таким чином, щоб усі теплові потерни були найменшими.

Добуток повного коефіцієнта втрати U Lі різниці температур у рівнянні (1) є втрати тепла від поглинаючої пластини за умови, що її температура всюди дорівнює температурі рідини на вході. При нагріванні рідини пластина колектора має вищу температуру, ніж температура рідини на вході. Це необхідна умоваперенесення тепла від пластини до рідини Тому фактичні втрати тепла від колектора більше значеннятвори . Різниця втрат враховується за допомогою коефіцієнта відведення тепла F R.

Повний коефіцієнт втрат U Lдорівнює сумі коефіцієнтів втрат через прозору ізоляцію, днище та бічні стінки колектора. Для добре спроектованого колектора сума двох останніх коефіцієнтів зазвичай становить близько 0,5 - 0,75 Вт/(м 2 °С). Коефіцієнт втрат через прозору ізоляцію залежить від температури поглинаючої пластини, числа та матеріалу прозорих покриттів, ступеня чорноти пластини в інфрачервоній частині спектру, температури навколишнього середовища та швидкості вітру.

Рівняння (1) зручне для розрахунку сонячних енергетичних систем, оскільки корисна енергія колектора визначається за температурою рідини на вході. Однак втрати тепла в навколишнє середовище залежать від середньої температури поглинаючої пластини, яка завжди вище температури на вході, якщо нагрівається рідина, проходячи через колектор. Коефіцієнт відведення тепла F Rдорівнює відношенню фактичної корисної енергії, коли температура рідини в колекторі збільшується у напрямку потоку, до корисної енергії, коли температура всієї поглинаючої пластини дорівнює температурі рідини на вході.

Коефіцієнт F Rзалежить від витрати рідини через колектор та конструкції поглинаючої пластини (товщини, властивостей матеріалу, відстані між трубами тощо) і майже не залежить від інтенсивності сонячної радіації та температур поглинаючої пластини та навколишнього середовища.

Основні елементи та принципові схеми систем сонячного теплопостачання

Системи сонячного теплопостачання (або геліоустановки) можна поділити на пасивні та активні. Найпростішими та найдешевшими є пасивні системи, або «сонячні будинки», які для збору та розподілу сонячної енергії використовують архітектурні та будівельні елементи будівлі та не вимагають додаткового обладнання. Найчастіше такі системи включають зачорнену стіну будівлі, звернену на південь, на деякій відстані від якої розташоване прозоре покриття. У верхній та нижній частині стіни є отвори, що з'єднують простір між стіною та прозорим покриттям із внутрішнім об'ємом будівлі. Сонячна радіація нагріває стіну: повітря, що омиває стіну, нагрівається від неї і надходить через верхній отвір до приміщення будівлі. Циркуляція повітря забезпечується за рахунок природної конвекції, або вентилятором. Незважаючи на деякі переваги пасивних систем, використовуються в основному активні системи зі спеціально встановленим обладнанням для збирання, зберігання та розповсюдження сонячної радіації, оскільки ці системи дозволяють покращити архітектуру будівлі, підвищити ефективність використання сонячної енергії, а також забезпечують великі можливості регулювання теплового навантаження та розширюють галузь застосування. Вибір, склад та компонування елементів активної системи сонячного теплопостачання в кожному конкретному випадку визначаються кліматичними факторами, типом об'єкта, режимом теплоспоживання, економічними показниками. Специфічним елементом цих систем є сонячний колектор; застосовувані елементи, такі як теплообмінні пристрої, акумулятори, дублюючі джерела теплоти, сантехнічна арматура широко використовуються в промисловості. Сонячний колектор забезпечує перетворення сонячного випромінювання в теплоту, що передається теплоносію, що нагрівається, що циркулює в колекторі.

13
Акумулятор є важливим компонентом системи сонячного теплопостачання, оскільки через періодичність надходження сонячної радіації протягом дня, місяця, року максимум теплоспоживання об'єкта не збігається з максимумом теплонадходження. Вибір обсягу акумулятора залежить від характеристик системи. Акумулятор може бути виконаний у вигляді бака або іншої ємності, заповненої акумулюючою теплотою речовиною. В системах, що експлуатуються зазвичай на 1 м 2 сонячного колектора припадає від 0,05 до 0,12 м 3 місткості бака-акумулятора. Існують проекти міжсезонного акумулювання сонячної енергії, причому місткість бака-акумулятора досягає 100 - 200 м 3 . Баки-акумулятори можуть працювати за рахунок теплоємності робочої речовини або теплоти фазових перетворень різних матеріалів. Однак на практиці через простоту, надійність і порівняльну дешевизну найбільшого поширення набули акумулятори, в яких робочою речовиною є вода або повітря. Водяні акумулятори являють собою сталеві циліндричні резервуари з шаром теплоізоляції. Найчастіше вони розташовуються у підвалі будинку. У повітряних акумуляторах застосовують засипку із гравію, граніту та інших твердих наповнювачів. Дублююче джерело теплоти також є необхідним елементом сонячної установки. Призначення джерела – повне забезпечення об'єкта теплотою у разі нестачі або відсутності сонячної радіації. Вибір типу джерела визначається місцевими умовами. Це може бути або електробойлер, або водогрійний котел або котельня на органічному паливі. Як теплообмінні пристрої використовуються різні типитеплообмінників, що широко застосовуються в енергетиці та теплотехніці, наприклад, швидкісні теплообмінники, водяні підігрівачі тощо.

Крім основних елементів, описаних вище, сонячні систем теплопостачання можуть включати насоси, трубопроводи, елементи системи КВП і автоматики і т. д. Різне поєднанняцих елементів призводить до великої різноманітності систем сонячного теплопостачання за їх характеристиками та вартістю. На основі використання геліоустановок можуть бути вирішені завдання опалення, охолодження та гарячого водопостачання житлових, адміністративних будівель, промислових та сільськогосподарських об'єктів.

Геліоустановки мають таку класифікацію:

1) за призначенням:

Системи гарячого водопостачання;

Системи опалення;

Комбіновані установки для цілей теплохолодопостачання;

2) на вигляд використовуваного теплоносія:

Рідинні;

Повітряні;

3) за тривалістю роботи:

Цілорічні;

Сезонні;

4) за технічним рішенням схеми:

Одноконтурні;

Двоконтурні;

Багатоконтурні.

Найбільш часто застосовуваними теплоносіями в системах сонячного теплопостачання є рідини (вода, розчин етиленгліколю, органічні речовини) та повітря. Кожен з них має певні переваги та недоліки. Повітря не замерзає, не створює великих проблем, пов'язаних із витоком та корозією обладнання. Однак через низьку щільність і теплоємність повітря розміри повітряних установок, витрати потужності на перекачування теплоносія вищі, ніж у рідинних систем. Тому в більшості експлуатованих систем сонячного теплопостачання перевага надається рідинам. Для житлово-комунальних потреб основний теплоносій – вода.

При роботі сонячних колекторів у періоди з негативною температурою зовнішнього повітря необхідно або використовувати як теплоносій антифриз, або якимось способом уникати замерзання теплоносія (наприклад, своєчасним зливом води, нагріванням її, утепленням сонячного колектора).

Системи сонячного теплопостачання малої продуктивності, що забезпечують невеликих віддалених споживачів, часто працюють за принципом природної циркуляції теплоносія. Бак з водою розташовується вище за сонячний колектор. Ця вода подається в нижню частинуСК, розташованого під певним кутом, де починає нагріватися змінювати свою щільність і самопливом підніматися вгору каналами колектора. Потім вона надходить у верхню частину бака, а її місце в колекторі займає холодна водаз його нижньої частини. Встановлюється режим природної циркуляції. У потужніших і продуктивних системах циркуляція води у контурі сонячного колектора забезпечується з допомогою насоса.

Принципові схемисистем сонячного теплопостачання представлені на рис. 2, 3 можна розділити на дві основні групи: установки, що працюють за розімкнутою або прямоточною схемою (рис. 2); установки, що працюють за замкненою схемою (рис. 3). В установках першої групи теплоносій подається в сонячні колектори (рис. 2 а, б) або теплообмінник геліоконтуру (рис. 2 в), де він нагрівається і надходить або безпосередньо до споживача, або в бак-акумулятор. Якщо температура теплоносія після геліоустановки виявляється нижчою за заданий рівень, то теплоносій догрівається в дублюючому джерелі теплоти. Розглянуті схеми знаходять застосування, переважно, у промислових об'єктах, у системах із довготривалим акумулюванням теплоти. Щоб забезпечити постійний температурний рівень теплоносія на виході з колектора, необхідно змінювати витрати теплоносія відповідно до закону зміни інтенсивності сонячної радіації протягом дня, що потребує застосування автоматичних пристроївта ускладнює систему. У схемах другої групи передача теплоти від сонячних колекторів здійснюється через бак-акумулятор, або шляхом безпосереднього змішування теплоносіїв (рис. 3 а), або через теплообмінник, який може бути розташований як усередині бака (рис. 1.4 б), так і поза ним (Рис. 3 в). До споживача нагрітий теплоносій надходить через бак і при необхідності догрівається в дублюючому джерелі теплоти. Установки, що працюють за схемами, представленими на рис. 3 можуть бути одноконтурними (рис. 3 а), двоконтурними (рис.3 б) або багатоконтурними (рис. 3 в, г).

Рис. 2. Принципові схеми прямоточних систем: 1-сонячний колектор; 2- акумулятор; 3-теплообмінник

Рис. 3. Принципові схеми систем сонячного теплопостачання

Застосування тієї чи іншої варіанта схеми залежить від характеру навантаження, типу споживача кліматичних, економічних чинників та інших умов. Розглянуті на рис. 3 схеми знайшли в даний час найбільше застосування, тому що відрізняються порівняльною простотою, надійністю в експлуатації.

Етапи ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Розрахунково-графічна робота складається з наступних основних етапів:

1) Виконання креслення «План будівлі».

2) Вибір теплової схеми системи опалення з використанням сонячних колекторів

3) Виконання креслення «Схема опалення та ГВП із використанням сонячних теплових колекторів»

4) Розрахунок опалювального навантаження (опалення та ГВП).

5) Розрахунок системи сонячного теплопостачання та частки теплового навантаження, що забезпечується за рахунок сонячної енергії f- методом.

6) Оформлення пояснювальної записки.

Спорудити сонячне опалення приватного будинку своїми руками – не така й складна задача, як здається непоінформованому обивателю. Для цього знадобляться навички зварювальника та матеріали, доступні у будь-якому будівельному магазині.

Актуальність створення сонячного опалення приватного будинку своїми руками

Отримати повну автономію – мрія кожного власника, який починає приватне будівництво. Але чи справді сонячна енергія здатна опалювати житловий будинок, особливо якщо пристрій для накопичення зібрано в гаражі?

Залежно від регіону сонячний потік може давати від 50 Вт/кв.м у похмурий день до 1400 Вт/кв.м. За таких показників навіть примітивний колектор із низьким ККД (45-50%) та площею 15 кв.м. може видавати за рік близько 7000-10000 кВт*ч. А це заощаджені 3 тонни дров для твердопаливного казана!

  • в середньому на квадратний метрпристрої доводиться 900 Вт;
  • щоб підвищити температуру води, необхідно витратити 1,16 Вт;
  • враховуючи також втрати теплового колектора, 1 кв.м зможе нагріти близько 10 літрів води на годину до температури 70 градусів;
  • для забезпечення 50 л гарячої води, необхідної одній людині, знадобиться витратити 3,48 кВт;
  • Звірившись з даними гідрометцентру про потужність сонячного випромінювання (Вт/кв.м) в регіоні, необхідно 3480 Вт розділити на потужність сонячного випромінювання, що вийшла - це і буде потрібна площа сонячного колектора для нагрівання 50 л води.

Як стає зрозуміло, ефективне автономне опаленняВиключно з використанням сонячної енергії здійснити досить проблематично. Адже в похмуру зиму сонячного випромінювання вкрай мало, а розмістити на ділянці колектор площею 120 кв.м. не завжди вийде.

То невже сонячні колектори нефункціональні? Не варто заздалегідь скидати їх із рахунків. Так, за допомогою такого накопичувача можна влітку обходитися без бойлера - потужності буде достатньо для забезпечення сім'ї гарячою водою. Взимку ж вдасться скоротити витрати на енергоносії, якщо подавати вже нагріту воду із сонячного колектора в електричний бойлер.
Крім того, сонячний колектор стане чудовим помічником теплового насосу в будинку з низькотемпературним опаленням (теплими підлогами).

Так, взимку нагрітий теплоносій використовуватиметься в теплих підлогах, А влітку надлишки тепла можна відправити в геотермальний контур. Це дозволить зменшити потужність теплового насоса.
Адже геотермальне тепло не відновлюється, так що з часом у товщі грунту утворюється «холодний мішок», що все збільшується. Наприклад, у звичайному геотермальному контурі початку опалювального сезону температура становить +5 градусів, а кінці -2С. При підігріві ж початкова температура піднімається до +15 С, а до кінця опалювального сезону не падає нижче за +2С.

Влаштування саморобного сонячного колектора

Для впевненого у своїх силах майстра зібрати тепловий колектор не складе труднощів. Можна розпочати з невеликого пристрою для забезпечення гарячої води на дачі, а у разі успішного експерименту перейти до створення повноцінної сонячної станції.

Плоский сонячний колектор із металевих труб

Найпростіший у виконанні колектор – плоский. Для його влаштування знадобиться:

  • зварювальний апарат;
  • труби із нержавіючої сталі або міді;
  • сталевий лист;
  • загартоване скло або полікарбонат;
  • дерев'яні дошки для рами;
  • негорючий утеплювач, здатний витримати нагрітий до 200 градусів метал;
  • чорна матова фарба, стійка до високих температур.

Складання сонячного колектора досить проста:

  1. Труби приварюються до сталевого листа – він виступає як адсорбера сонячної енергії, тому прилягання труб має бути максимально щільним. Все фарбується у матовий чорний колір.

  2. На аркуш із трубами кладеться рама так, щоб труби опинилися з внутрішньої сторони. Просвердлюються отвори для входу та виходу труб. Укладається утеплювач. Якщо використовується гігроскопічний матеріал, потрібно подбати про гідроізоляцію – адже намоклий утеплювач більше не захищатиме труби від охолодження.

  3. Утеплювач фіксується листом ОСБ, усі стики заповнюються герметиком.
  4. З боку адсорбера кладеться прозоре скло або полікарбонат із невеликим повітряним зазором. Воно служить для запобігання охолодженню сталевого листа.
  5. Фіксувати скло можна за допомогою дерев'яних віконних штапиків, попередньо проклавши герметики. Він запобігає потраплянню холодного повітря та захистить скло від стиснення рами при нагріванні та охолодженні.

Для повноцінного функціонування колектора знадобиться накопичувальний бак. Його можна зробити з пластикової бочки, утепленої зовні, в якій спіраллю покладено теплообмінник, з'єднаний із сонячним колектором Вхід нагрітої води повинен розташовуватись зверху, а вихід холодної – знизу.

Важливо правильно розмістити бак та колектор. Щоб забезпечити природну циркуляцію води, бак повинен бути вище колектора, а труби – мати постійний нахил.

Сонячний нагрівач із підручних матеріалів

Якщо зі зварювальним апаратомдружбу звести так і не вдалося, можна зробити простий сонячний нагрівач із того, що під рукою. Наприклад, з бляшанок. Для цього в дні робляться отвори, самі банки скріплюються один з одним герметиком, на нього сідають у місцях з'єднання з ПВХ-трубами. Фарбуються в чорний колір і укладаються в раму під скло, як і звичайні труби.

Фасад будинку із сонячних батарей

Чому б замість звичайного сайдингу не обробити будинок чимось корисним? Наприклад, зробивши з південного боку всю стіну сонячний нагрівач.

Таке рішення дозволить оптимізувати витрати на опалення відразу за двома напрямками – знизити витрати на енергоносій та суттєво скоротити тепловтрати за рахунок додаткового утепленняфасаду.

Пристрій просто до неподобства і не вимагає спеціальних інструментів:

  • на утеплювач укладений забарвлений оцинкований лист;
  • поверх укладена нержавіюча гофрована труба, також пофарбована в чорний;
  • все прикрите листами полікарбонату та зафіксовано алюмінієвими куточками.

Якщо ж і цей спосіб здається складним, на відео представлений варіант з жерсті, поліпропіленових трубта плівки. Куди простіше!

Екологія споживання. Більшість року ми змушені витрачати гроші на опалення своїх будинків. У такій ситуації будь-яка допомога буде не зайвою. Енергія сонця підходить для цих цілей якнайкраще: абсолютно екологічно чиста і безкоштовна.

Більшість року ми змушені витрачати гроші на опалення своїх будинків. У такій ситуації будь-яка допомога буде не зайвою. Енергія сонця підходить для цих цілей якнайкраще: абсолютно екологічно чиста і безкоштовна. Сучасні технологіїдозволяють здійснювати сонячне опалення приватного будинку не лише у південних районах, а й в умовах середньої смуги.

Що можуть запропонувати сучасні технології

У середньому 1 м2 поверхні землі отримує 161 Вт сонячної енергії за годину. Зрозуміло, на екваторі цей показник буде набагато вище ніж у Заполяр'ї. Крім того, щільність сонячного випромінювання залежить від пори року. У Московській області інтенсивність сонячного випромінювання у грудні-січні відрізняється від травня-липня більш ніж уп'ятеро. Проте сучасні системинастільки ефективні, що здатні працювати практично всюди землі.

Завдання використання енергії сонячної радіації з максимальним ККД вирішується двома шляхами: пряме нагрівання в теплових колекторах та сонячні фотоелектричні батареї.

Сонячні батареї спочатку перетворюють енергію сонячних променів на електрику, потім передають через спеціальну системуспоживачам, наприклад електрокотлу.

Теплові колектори нагріваючись під дією сонячних променів нагрівають теплоносій систем опалення та гарячого водопостачання.

Теплові колектори бувають декількох видів, серед яких відкриті та закриті системи, плоскі та сферичні конструкції, напівсферичні колектори концентратори та багато інших варіантів.

Теплова енергія, отримана з сонячних колекторів, використовується для нагрівання гарячої води або теплоносія системи опалення.

Незважаючи на явний прогрес у розробці рішень щодо збирання, акумулювання та використання сонячної енергії, існують переваги та недоліки.

Ефективність сонячного опалення в наших широтах є досить низькою, що пояснюється недостатньою кількістю сонячних днівдля регулярної роботи системи

Плюси та мінуси від використання енергії сонця

Найочевиднішим плюсом використання енергії сонця є загальнодоступність. Насправді навіть у саму похмуру та хмарну погоду сонячна енергія може бути зібрана та використана.

Другий плюс – це нульові викиди. По суті, це екологічно чистий і природний вид енергії. Сонячні батареї та колектори не роблять шуму. Найчастіше встановлюються на дахах будинків, не займаючи корисну площу заміської ділянки.

Недоліки, пов'язані з використанням енергії сонця, полягають у непостійності освітленості. У темний час доби нема чого збирати, ситуація посилюється тим, що пік опалювального сезону припадає на найкоротші світлові дні на рік.


Істотний недолік опалення, що базується на застосуванні сонячних колекторів, полягає у відсутності можливості накопичувати теплову енергію. У схему включено лише розширювальний бак

Необхідно стежити за оптичною чистотою панелей, незначне забруднення різко знижує ККД.

Крім того, не можна сказати, що експлуатація системи на сонячній енергії обходиться повністю безкоштовно, існують постійні витрати на амортизацію обладнання, роботу циркуляційного насоса та електроніки, що управляє.

Відкриті сонячні колектори

Відкритий сонячний колектор є незахищеною від зовнішніх впливів системою трубок, за якими циркулює теплоносій, що нагрівається безпосередньо сонцем. Як теплоносій застосовується вода, газ, повітря, антифриз. Трубки або закріплюються на панелі, що несе, у вигляді змійовика, або приєднуються паралельними рядами до вихідного патрубка.


Сонячні колектори відкритого типу не здатні впоратися із опаленням приватного будинку. Через відсутність ізоляції теплоносій швидко остигає. Їх використовують у літній часв основному для нагрівання води в душових або басейнах

У відкритих колекторів зазвичай немає ніякої ізоляції. Конструкція дуже проста, тому має невисоку вартість та часто виготовляється самостійно.

Зважаючи на відсутність ізоляції практично не зберігають отриману від сонця енергію, відрізняються низьким ККД. Застосовуються їх переважно у літній період для підігріву води у басейнах або літніх душових. Встановлюються в сонячних і теплих регіонах, при невеликих перепадах температури навколишнього повітря та води, що підігрівається. Добре працюють тільки в сонячну, безвітряну погоду.

Найпростіший сонячний колектор з теплоприймачем, зробленим з бухти полімерних труб, забезпечить постачання підігрітої води на дачі для поливу та побутових потреб

Трубчасті сонячні колектори

Трубчасті сонячні колектори збираються з окремих трубок, якими курсує вода, газ або пара. Це один з різновидів геліосистем відкритого типу. Проте теплоносій набагато краще захищений від зовнішнього негативу. Особливо у вакуумних установках, влаштованих за принципом термосів.

Кожна трубка підключається до системи окремо, паралельно. При виході з експлуатації однієї трубки її легко поміняти на нову. Вся конструкція може збиратися безпосередньо на даху будівлі, що значно полегшує монтаж.

Трубчастий колектор має модульну структуру. Основним елементом є вакуумна трубка, кількість трубок варіюється від 18 до 30, що дозволяє точно підібрати потужність системи

Важкий плюс трубчастих сонячних колекторів полягає в циліндричній формі основних елементів, завдяки яким сонячне випромінювання вловлюється круглий світловий день без застосування дорогих систем стеження за пересуванням світила.

Спеціальне багатошарове покриття створює своєрідну оптичну пастку для сонячних променів. На схемі частково показана зовнішня стінка вакуумної колби, що відображає промені на стінки внутрішньої колби.

По конструкції трубок розрізняють пір'яні та коаксіальні сонячні колектори.

Коаксіальна трубка є судиною Дьяюра або всім знайомий термос. Виготовлені із двох колб між якими відкачано повітря. На внутрішню поверхню внутрішньої колби нанесено високоселективне покриття, що ефективно поглинає сонячну енергію.

Теплова енергія від внутрішнього селективного шару передається тепловій трубці або внутрішньому теплообміннику алюмінієвих пластин. На цьому етапі трапляються небажані тепловтрати.

Пір'яна трубка є скляним циліндром з вставленим всередину перовим абсорбером.

Для хорошої теплоізоляції із трубки відкачано повітря. Передача тепла від абсорбера відбувається без втрат, тому ККД пір'яних трубок вище.

За способом передачі тепла є дві системи: прямоточні та з термотрубкою (heat pipe).

Термотрубка являє собою запаяну ємність з рідиною, що легко випаровується.

Усередині термотрубки знаходиться рідина, що легко випаровується, яка сприймає тепло від внутрішньої стінки колби або від пір'яного абсорбера. Під дією температури рідина закипає і у вигляді пари піднімається нагору. Після того як тепло віддано теплоносія опалення або гарячого водопостачання, пара конденсується в рідину і стікає вниз.

Як легковипаровується рідини часто застосовується вода при низькому тиску.

У прямоточній системі використовується U-подібна трубка, за якою циркулює вода або теплоносій системи опалення.

Одна половина U-подібної трубки варта холодного теплоносія, друга відводить нагрітий. При нагріванні теплоносій розширюється та надходить у накопичувальний бак, забезпечуючи природну циркуляцію. Як і у випадку з термотрубкою, мінімальний кут нахилу повинен становити не менше 20⁰.

Прямоточні системи більш ефективні, оскільки відразу нагрівають теплоносій.

Якщо системи сонячних колекторів заплановані до використання цілий рік, то них закачується спеціальні антифризи.

Плюси та недоліки трубчастих колекторів

Застосування трубчастих сонячних колекторів має ряд переваг та недоліків. Конструкція трубчастого сонячного колектора складається з однакових елементів, які легко замінити.

Переваги:

  • низькі тепловтрати;
  • здатність працювати при температурі до -30⁰С;
  • ефективна продуктивність протягом усього світлового дня;
  • гарна працездатність у областях з помірним та холодним кліматом;
  • низька парусність, обґрунтована здатністю трубчастих систем пропускати крізь себе повітряні маси;
  • можливість виробництва високої температуритеплоносія.

Конструктивно трубчаста конструкція має обмежену апертурну поверхню. Має такі недоліки:

  • не здатна до самоочищення від снігу, льоду, інею;
  • висока вартість.

Незважаючи на спочатку високу вартість, трубчасті колектори швидше окупаються. Мають великий термін експлуатації.

Плоскі закриті сонячні колектори

Плоский колектор складається з алюмінієвого каркасу, спеціального шару, що поглинає - абсорбера, прозорого покриття, трубопроводу і утеплювача.

Як абсорбер застосовують зачорнену листову мідь, що відрізняється ідеальною для створення геліосистем теплопровідністю. При поглинанні сонячної енергії абсорбером відбувається передача отриманої ним сонячної енергії теплоносію, що циркулює по системі трубок, що примикає до абсорберу.

Із зовнішнього боку закрита панель захищена прозорим покриттям. Воно виготовлене із протиударного загартованого скла, що має смугу пропускання 0,4-1,8мкм. Такий діапазон припадає максимум сонячного випромінювання. Протиударне скло є хорошим захистом від граду. З тильного боку панель надійно утеплена.

Плоскі сонячні колектори відрізняються максимальною продуктивністю та простою конструкцією. ККД їх збільшено за рахунок застосування абсорбера. Вони здатні вловлювати розсіяне та пряме сонячне випромінювання

У переліку переваг закритих плоских панелей числяться:

  • простота конструкції;
  • гарна продуктивність у регіонах із теплим кліматом;
  • можливість встановлення під будь-яким кутом за наявності пристроїв для зміни кута нахилу;
  • здатність самоочищатися від снігу та інею;
  • низька ціна.

Плоскі сонячні колектори особливо вигідні, якщо їхнє застосування заплановане ще на стадії проектування. Термін служби якісних виробів становить 50 років.

До недоліків можна віднести:

  • високі тепловтрати;
  • велика вага;
  • висока парусність при розташуванні панелей під кутом до горизонту;
  • обмеження у продуктивності при перепадах температури понад 40°С.

Сфера застосування закритих колекторів значно ширша, ніж геліоустановок відкритого типу. Влітку вони здатні повністю задовольнити потребу у гарячій воді. У прохолодні дні, не включені комунальниками в опалювальний період, вони можуть працювати замість газових та електрообігрівачів.

Порівняння характеристик сонячних колекторів

Найголовнішим показником сонячного колектора є ККД. Корисна продуктивність різних за конструкцією сонячних колекторів залежить від різниці температур. При цьому плоскі колектори значно дешевші за трубчасті.

Значення ККД залежить від якості виготовлення сонячного колектора. Мета графіка показати ефективність застосування різних систем залежно від різниці температури

При виборі сонячного колектора варто звернути увагу на ряд параметрів, що показують ефективність та потужність приладу.

Для сонячних колекторів є кілька важливих характеристик:

  • коефіцієнт адсорбції - показує відношення поглиненої енергії до загальної;
  • коефіцієнт емісії - показує ставлення переданої енергії до поглиненої;
  • загальна та апертурна площа;
  • ККД.

Апертурна площа – це робоча площа сонячного колектора. У плоского колектора апертурна площа є максимальною. Апертурна площа дорівнює площі абсорбера.

Способи підключення до системи опалення

Оскільки пристрої на сонячній енергії не можуть забезпечити стабільне та цілодобове постачання енергії, необхідна система стійка до цих недоліків.

Для середньої смуги Росії сонячні пристрої що неспроможні гарантувати стабільний приплив енергії, тому використовують як додаткова система. Інтегрування в існуючу систему опалення та гарячого водопостачання відрізняється для сонячного колектора та сонячної батареї.

Схема підключення теплового колектора

Залежно від цілей використання теплового колектора використовуються різні системи підключення. Варіантів може бути кілька:

  1. Літній варіант для гарячого водопостачання
  2. Зимовий варіантдля опалення та гарячого водопостачання

Літній варіант найпростіший і може обходитись навіть без циркуляційного насоса, використовуючи природну циркуляцію води.

Вода нагрівається в сонячному колекторі та за рахунок теплового розширення надходить у бак-акумулятор або бойлер. При цьому відбувається природна циркуляція: місце гарячої води з бака засмоктується холодна.

Взимку при негативних температурах пряме нагрівання води не можливе. За закритим контуром циркулює спеціальний антифриз, забезпечуючи перенесення тепла від колектора до теплообмінника в баку.

Як будь-яка система, заснована на природній циркуляції, працює не дуже ефективно, вимагаючи дотримання необхідних ухилів. Крім того, акумулюючий бак повинен бути вищим ніж сонячний колектор.

Щоб вода залишалася якомога довше за гарячий бак необхідно ретельно утеплити.

Якщо Ви хочете дійсно досягти максимально ефективної роботисонячного колектора, схема підключення ускладнюється.

За системою сонячного колектора циркулює теплоносій, що незамерзає. Примусову циркуляцію забезпечує насос під керуванням контролера.

Контролер управляє роботою циркуляційного насоса на основі показань як мінімум двох температурних датчиків. Перший датчик вимірює температуру в накопичувальному баку, другий – на трубі подачі гарячого теплоносія сонячного колектора. Як тільки температура в баку перевищить температуру теплоносія, в колекторі контролер вимикає циркуляційний насос, припиняючи циркуляцію теплоносія у системі.

У свою чергу, при зниженні температури в накопичувальному баку нижче заданої включається опалювальний котел.

Схема підключення сонячної батареї

Було б привабливо застосувати подібну схему підключення сонячної батареї до електромережі, як це реалізовано у разі сонячного колектора, накопичуючи енергію, що надійшла за день. На жаль, для системи електропостачання приватного будинку створити блок акумуляторів достатньої ємності дуже дорого. Тому схема підключення виглядає так.

При зниженні потужності електричного струму від сонячної батареї блок АВР ( автоматичне включеннярезерву) забезпечує підключення споживачів до загальної електромережі

З сонячних панелей заряд надходить на контролер заряду, який виконує кілька функцій: забезпечує постійне заряджання акумуляторів і стабілізує напругу. Далі електричний струмнадходить на інвертор, де відбувається перетворення постійного струму 12В або 24В змінний однофазний струм 220В.

На жаль, наші електромережі не пристосовані для отримання енергії можуть працювати тільки в одному напрямку від джерела до споживача. З цієї причини ви не зможете продавати видобуту електроенергію або хоча б змусити лічильник крутитися у зворотний бік.

Використання сонячних батарей вигідно тим, що вони надають більш універсальний вид енергії, але при цьому не можуть зрівнятися ефективності з сонячними колекторами. Однак останні не мають можливості накопичувати енергію на відміну від сонячних фотоелектричних батарей.

Як порахувати необхідну потужність колектора

При розрахунку необхідної потужностісонячного колектора дуже часто помилково проводять обчислення, виходячи з сонячної енергії, що надходить, в найхолодніші місяці року.

Справа в тому, що в інші місяці року вся система постійно перегріватиметься. Температура теплоносія влітку на виході з сонячного колектора може досягати 200°З при нагріванні пари або газу, 120°С антифризу, 150°С води. Якщо теплоносій закипить, він частково випарується. В результаті його доведеться замінити.

  • забезпечення гарячого водопостачання трохи більше 70%;
  • забезпечення опалювальної системи трохи більше 30%.

Решту необхідного тепло має виробляти стандартне опалювальне обладнання. Проте за таких показників на рік економиться в середньому близько 40% на опаленні та гарячому водопостачанні.

Потужність вироблюваної однією трубкою вакуумної системи залежить від географічного розташування. Показник сонячної енергії падаючої на рік на 1 м2 землі називається інсоляцією. Знаючи довжину та діаметр трубки, можна вирахувати апертуру – ефективну площу поглинання. Залишається застосувати коефіцієнти абсорбції та емісії для обчислення потужності однієї трубки на рік.

Приклад розрахунку:

Стандартна довжина трубки становить 1800 мм, ефективна – 1600 мм. Діаметр 58мм. Апертура - затінена ділянка створювана трубкою. Таким чином площа прямокутника тіні становитиме:

S = 1,6*0,058 = 0,0928м2

ККД середньої трубки становить 80%, сонячна інсоляція для Москви становить близько 1170 кВт*год/м2 на рік. Таким чином одна трубка виробить на рік:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86 кВт * год

Це дуже приблизний розрахунок. Кількість енергії, що виробляється, залежить від орієнтування установки, кута, середньорічної температури і т.д. опубліковано

Основним елементом систем активного теплопостачання є сонячний колектор (СК). абсорбер, яким циркулює теплоносій; конструкція теплоізольована з тильної та засклена з лицьового боку.

У системах високотемпературного теплопостачання (понад 100 °С) застосовують високотемпературні сонячні колектори. В даний час найбільш ефективним з них вважається концентруючий сонячний колектор Луза, що є параболічним жолобом з чорною трубкою в центрі, на яку концентрується сонячне випромінювання. Такі колектори дуже ефективні у випадках, коли необхідно створювати температурні умовивище 100 °С для промисловості або виробництва пари в електроенергетиці. Вони використовуються на деяких сонячних теплових станціях у Каліфорнії; для північної Європи вони недостатньо ефективними, тому що не можуть використовувати розсіяну сонячну радіацію.

Світовий досвід. В Австралії на надягання рідини до температури нижче 100 °С витрачається близько 20 % загальної споживаної енергії. Встановлено, що для забезпечення теплою водою 80% сільських житлових будинків на 1 особу необхідно 2…3 м2 поверхні сонячного колектора та бак для води ємністю 100…150 літрів. Широким попитом користуються установки з площею 25 м2 та бойлером для води на 1000...1500 л, що забезпечують теплою водою 12 осіб.

У Великій Британії жителі сільської місцевості на 40…50 % задовольняють потреби у тепловій енергії за рахунок використання випромінювання Сонця.

У Німеччині на дослідницькій станції під Дюссельдорфом апробовано активну сонячну водонагрівальну установку (площу колекторів 65 м2), що дозволяє отримувати в середньому за рік 60 % необхідного тепла, а влітку 80…90 %. У разі Німеччини сім'я, що з 4-х людина, може повністю забезпечити себе теплом за наявності енергетичного даху площею 6…9 м2.

Найбільш широко теплова енергія Сонця застосовується для обігріву теплиць та створення в них штучного клімату; кілька способів використання сонячної енергії у такому напрямку випробувано у Швейцарії.

У Німеччині (м. Ганновер) в Інституті техніки, садівництва та сільського господарства досліджується можливість використання сонячних колекторів, розміщених поруч із теплицею або вмонтованих у її конструкцію, а також самих теплиць як сонячного колектора з використанням підфарбованої рідини, що пропускається через подвійне покриття теплиці та нагрівається. сонячним випромінюванням Результати досліджень показали, що у кліматичних умовах Німеччини нагрівання з використанням лише сонячної енергії протягом усього року не повністю задовольняє потреби у теплі. Сучасні сонячні колектори за умов Німеччини можуть забезпечити потреби сільського господарства у теплій воді влітку на 90 %, взимку на 29…30 % й у перехідний період - на 55…60 %.

Активні сонячні опалювальні системинайбільш поширені в Ізраїлі, Іспанії, на острові Тайвань, в Мексиці та Канаді. Тільки в Австралії понад 400 000 будинків мають сонячні водонагрівачі. В Ізраїлі понад 70 % усіх односімейних будинків (близько 900 000) обладнано сонячними водонагрівачами із сонячними колекторами. загальною площею 2,5 млн. м2, що забезпечує можливість щорічної економії палива в кількості близько 0,5 млн. т н.е.

Конструктивне вдосконалення плоских СК відбувається за двома напрямками:

  • пошук нових неметалевих конструкційних матеріалів;
  • удосконалення оптико-теплових характеристик найбільш відповідального вузла абсорбер-світлопроникний елемент.