Солнечная энергия – самый доступный и недорогой источник энергии. По подсчету ученых солнечная энергия, поступающая на Землю, превышает энергопотребление населения планеты за год на 30000 раз и намного больше запасов топлива на земном шаре. Годовой поток солнечного излучения на территории России изменяется в широких пределах. Так на 1 м2 горизонтальной поверхности на северных островах и северо-восточной Сибири за год падает 550-830 кВт×ч, на большей части европейской территории и Сибири – 830-1200 кВт×ч, южных районах Поволжья, Сибири и Дальнего Востока – 1100-1380 кВт⋅ч, а в Закавказье, Средней Азии 1400-1600 – кВт×ч.
В связи с этим возникает необходимость эффективно использовать этот дешевый источник энергии. Поэтому и появилась новая отрасль энергетики – гелиоэнергетика, задачей которой является более эффективное использование тепловой энергии солнца для человеческих нужд.
Солнечные дома – пока редкость для нашей страны, однако данная технология идеально подходит для загородного дома или коттеджа.
Рис. 1
Существует несколько примеров использования солнечной энергии отдельно взятого частного дома: обеспечение горячей водой, отопление помещений, кондиционирование воздуха, бытовые печи, получение электрической энергии.
Солнечные технологии могут быть двух видов. Фотоэлектрические батареи (прямое преобразование солнечной энергии в электрический ток) и солнечные коллекторы, которые способны аккумулировать энергию солнца в специальных приспособлениях.
Рис. 2
Существует активная и пассивная системы энергосбережения дома. Активная система заключается в использовании тепловых солнечных коллекторов и/или солнечных батарей, компьютерного и инженерного оборудования для управления световым и тепловым режимами в доме. Пассивная система – это использование архитектурно-строительных инноваций на стадии проектирования и строительства дома (выбор оптимальной формы здания, эффективная теплоизоляция ограждающих конструкций (стен, крыш, фундамента)), организация подземного теплообмена и современной системы вентиляции дома.
Таблица 1
Использование солнечной энергии
|
Тип |
Поступление излучения |
|
Пассивное использование солнечной энергии |
|
|
С прямым улавливанием солнечного излучения |
Через окна или примыкающий к южной стене зимний сад (оранжерею, теплицу) |
|
С косвенным улавливанием солнечного излучения |
На теплоаккумулирующую стену, расположенную за остеклением южного фасада |
|
Активное использование солнечной энергии |
|
|
С вертикальным улавливанием солнечного излучения |
Через встроенные коллекторы или примыкающую к стене теплицу (зимний сад, оранжерею) |
|
С угловым улавливанием солнечного излучения |
Автономные коллекторы, расположенные вне здания |
|
С контуром принудительной циркуляции воздуха и галечным аккумулятором теплоты |
Через коллекторы с воздушным теплоносителем |
|
Фотоэлектрические установки наземного использования |
|
|
С угловым и вертикальным улавливанием солнечной радиации |
Крышное, настенное, крыше-настенное размещение фотогальванических модулей |
|
С автономным размещением установок |
Использование соседних нежилых зданий и сооружений, установка специальных каркасов для развертывания модулей |
Используемые в солнечных домах коллекторы – это преобразователи тепловой энергии солнца. Принцип их работы довольно прост. На крыше здания устанавливаются солнечные трубы (которые поглощают солнечный свет и нагревают жидкость, которая циркулирует между коллектором и солнечной батареей. Проводниками тепла служат тепловые трубки.
В зависимости то требуемого результата нагретая вода может быть использована как теплоноситель системы отопления, так и в качестве подогретой питьевой воды.
Для производства электричества с помощью солнечных коллекторов происходит нагревание материала теплоносителя, с дальнейшим преобразованием накопительной тепловой энергии в электрическую. Также существует несколько способов использования солнечной энергии для кондиционирования воздуха. Прежде всего, это использование абсорбционных кондиционеров, приводимых в действие с помощью тепловой энергии. Есть третья возможность для кондиционирования воздуха – охлаждение с использованием испарения. Все системы могут работать на энергии солнца, их дополнительное преимущество – использование абсолютно безопасных рабочих жидкостей: простой воды, солевого раствора или аммиака. В принципе компрессоры могут приводиться в действие солнечной энергией (при помощи электричества и фотоэлектрических батарей). Более перспективны абсорбционные охладители, использующие тепло солнечных коллекторов, поскольку использование приводит к применению экологически безвредных охладителей.
Еще одно очень интересное применение солнечной энергии – это солнечные печи. Приготовление пищи на камнях в жаркий день было известно еще нашим предкам. В настоящее время люди пошли дальше и изобрели солнечную печь, которая гораздо эффективнее раскаленных камней. Несмотря на разнообразие солнечных печей, действуют они одинаково, используя солнечное излучение, готовят или разогревают пищу. Основных типов конструкций существующих в настоящее время три: коробочные, с зеркальным концентратором, комбинированные. Все эти конструкции могут быть легко изготовлены с помощью подручных материалов – картона, фольги и клея.
Коробочные солнечные печи представляют собой теплоизолированную коробку, чаще всего из обычного картона, верх которой покрыт прозрачным стеком или пластиком. К такой коробке для увеличения сбора тепла часто добавляют одно или несколько зеркал – отражателей. Такие нагреватели используются в основном для относительно медленного приготовления больших объемом пищи. Долговечность таких конструкций может быть весьма высокой до 10 лет.
Эти печи представляют собой обычное вогнутое зеркало, собирающее лучи в своем фокусе. Совсем необязательно добиваться идеальной геометрии данного зеркала, т.к. в фокусе обычно располагается большая по площади кастрюля, особенностью таких кухонь является большая температура нагрева кастрюли с пищей, т.е. её удобно использовать, когда нужно быстро, как на обычной плите, приготовить относительно небольшое количество пищи. Недостатком такой конструкции является необходимость следить за солнцем (приходится поворачивать зеркало примерно раз в полчаса), и возможность получения ожогов глаз и рук при неосторожном обращении.
Рис. 3. Солнечные кухни с параболическими концентраторами
Комбинированная схема солнечной печи является наиболее простой по конструкции и представляет собой зеркало – концентратов, состоящее из нескольких плоских зеркал и кастрюли, которая термоизолирована от окружающего воздуха обычным полиэтиленовым пакетом.
Следовательно свой частный дом или коттедж можно построить полностью автономным или перестроить под автономный, конечно затраты на постройку такого дома будут превышать затраты на постройку обычного дома, но эти затраты быстро окупятся. Проживание в таком доме, в котором нет никаких химически вредных веществ – это здоровье, долголетие и хорошее самочувствие.
Библиографическая ссылка
Ряднова В.С., Алифанова А.И. Использование солнечной энергии в жилищном строительстве // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8-1. – С. 50-52;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=32425 (дата обращения: 19.04.2024).