Запаси носіїв енергії неминуче вичерпуються, а на іншому кінці планети арабські шейхи, які все життя сидять на нафті, вже почали замислюватися про альтернативні джерела енергії. Це вірний сигнал про те, що пора б більш серйозно підходити до використання невичерпного джерела енергії - енергії Сонця. В європейських країнах близько 60% всього опалення вже переведено на геліосистеми повністю або частково. З нашої інертністю це станеться дуже нескоро, тому поки не збереш геліосистему своїми руками, ніхто її не принесе.
Засоби альтернативної енергетики
Тому розглядати це питання глобально для нас з вами не має ніякого сенсу. Тільки індивідуальний підхід допоможе ефективно використовувати сонячну енергію. В індивідуальних, звичайно, цілях. В принципі, щоб реалізувати систему опалення Сонцем, можна купити елементи, змонтувати їх, налаштувати і запустити в дію. Тільки це неймовірно дорого. Ризикувати такими сумами ми не можемо, тому хоча б в плані експерименту можна зібрати сонячні колектори для опалення своїми руками. Практично з відходів і сміття.
Звичайно, така система не підійде для триповерхової вілли, але для дачі цілком зможе стати цілком робочим засобом опалення, хоча все залежить від обсягу вкладень, матеріалів, засобів автоматизації та грамотності виконання. Розрахунок такої системи, до речі, дуже непроста штука, тому його ми розглянемо дуже приблизно і для невеликого приміщення.
Розрахунок опалення на сонячних колекторах
Тут все дуже відносно, оскільки за даними NASA один квадратний метр площі землі в середніх широтах отримує близько півтора кіловат енергії. Параметр цей дуже відносний, і зовсім не тому, що агентство приховує правду від людей, а тому що кількість сонячної енергії, яке потрапить на наш колектор, дуже залежить від хмарності, кута положення Сонця, напрямки світлового потоку і маси інших параметрів, список яких зайняв б не одну сторінку. Але те, що при грамотному використанні цього виду енергії можна забезпечити теплом і гарячою водою повноцінний житловий будинок, це доведений факт.
Принцип дії сонячного колектора простий і заснований на елементарних законах фізики, а щоб не вдаватися в доказову базу, що складається з формул і складних розрахунків, досить сказати, що в наших широтах навіть в похмуру погоду гелиосистема може працювати повноцінно, а в сонячний полудень видавати до 1600 кВт енергії. Сонячний колектор працює дуже просто. Вода, яка знаходиться в замкнутому просторі, приймає теплову енергію від сонячних променів. Енергія не має можливості вийти назовні, тому накопичується в колекторі. Система, зібрана своїми руками, може забезпечити дуже невисокий ККД, приблизно 50-60%, але цього вистачить, щоб повноцінно опалити будинок.
Типи сонячних колекторів для опалення
Є кілька конструктивних рішень, які дозволять опалювати приміщення сонячною енергією і найпростіші з них коротко описані нижче:
- Повітряні сонячні колектори. Такі системи нагрівають повітря безпосередньо без теплоносія. Тобто в системі не задіяна вода, а це значить, що ККД у такого колектора буде вище, оскільки одна ланка втрати тепла відпадає. Влаштовані вони схематично так: інфрачервоні промені потрапляють через світлопроникний плівку або поверхню (полікарбонат, поліетилен, скло) на теплоприемник, а він вже розподіляє отримане тепло у вигляді нагрітого повітря по приміщеннях.
- Плоский сонячний колектор. Являє собою ємність чорного кольору, встановлену під кутом в 30 градусів до сонячних променів. Це найдешевша і проста система, але у неї є мінус - працює вона тільки протягом світлового дня.
- Трубчасті сонячні колектори. Схема роботи така ж, як і у плоских колекторів, а циркуляція рідини здійснюється природним шляхом. Їх перевага в тому, що площа круглого колектора рівномірніше і ефективніше нагрівається від сонячних променів, а обсяг теплоносія може бути більше.
- Вакуумні сонячні колектори. Принцип дії їх трохи інший, але вони зовні схожі на трубчасті колектори. Різниця в тому, що роль теплоізолятора грає вакуумна скляна труба, всередині якої знаходиться чорна труба з теплоносієм.
Це базові види сонячних колекторів, але існує безліч модифікацій всіх цих схем, в які включені відбивачі, концентратори променів, автоматизовані системи, що стежать, які направляють промінь безпосередньо на колектор під потрібним кутом, незалежно від кута розташування Сонця.
Сонячні колектори для опалення взимку
Зима - зовсім не привід забувати про геліоколектори. Вони ефективні як взимку, так і влітку. Складність полягає в тому, що:
- взимку світловий день коротше;
- сонячний кут сильно залежить від регіону;
- сніг закриває площину нагріву колектора.
Саме проблема з розморожуванням снігу на поверхні сонячного колектора викликає найбільші проблеми, особливо в колекторах вакуумного типу, які за умовчанням влітку мають більш високий ККД. Плоскі ж колектори справляються з обмерзанням своїми силами і можуть розтопити полій і сніговий покрив, але в будь-якому випадку, при температурах нижче 15 градусів, необхідно ставити контролер, який би забезпечував постійну температуру теплоносія в колекторі. Реалізація може бути будь-яка - від подачі нагрітої води з акумулятора, електричний обігрівач. Тоді колектор запуститься сам і зможе працювати далі в штатному режимі.
Звичайно, вакуумний колектор своїми руками виконати навряд чи вийде, а ось плоский, причому будь-яких розмірів, цілком можливо. Тому варто експериментувати і боротися за тепло в будинку за допомогою безцінного і безкоштовного природного джерела - сонячної енергії.