Солнечное излучение подвержено сезонным, погодным и суточным изменениям. В условиях Центральной и Западной Европы оно невелико, так что здесь солнечная энергия лишь ограниченно подходит для отопления помещений.

Капитальные вложения в Солнечную отопительную систему пока, как правило, выше достигаемой экономии затрат на отопление. Поэтому в данной главе рассматривается лишь вопрос подготовки горячей воды с использованием солнечных батарей. Такое применение солнечных батарей целесообразно и в Европе, поскольку подготовка горячей воды в установках центрального отопления в летнее время очень неэкономична, а солнечные батареи в этот период наиболее эффективны.

Если излучаемое летом тепло аккумулировать в течение долгого времени, то высвобождаемую затем энергию можно было бы использовать для отопления помещения. В принципе возможно химическое аккумулирование солнечного тепла, но вопросы его практического применения в ближайшем будущем вряд ли будут решены.

Информацией по солнечным энергоустановкам располагает Общество солнечной энергии. Мастеру на все руки можно рекомендовать брошюру Клау-дио Лоренц-Ладенера «Гелиоустановки в индивидуальном строительстве».

Принцип работы

Солнечное излучение, проникающее непосредственно через окно,     способствует    нагреву помещения. Однако для того, чтобы иметь возможность использования этой энергии независимо от времени суток, ее необходимо аккумулировать. Для накопления солнечной энергии используется коллектор (батарея).

Солнечное излучение превращается в тепло, если оно на своем пути встречает какое-либо тело и поглощается им. Чем темнее это тело, тем выше поглощение, а вместе с ним и нагрев. Этот принцип использован при конструировании панельного солнечного коллектора. Он состоит из темной абсорбционной панели, которая воспринимает (поглощает) солнечные лучи и передает тепло жидкому теплоносителю, который протекает через эту панель. Чтобы ограничить потери тепла, коллектор с задней и боковых сторон теплоизолируют и закрывают сте-клопанелью.

Стекло пропускает как коротковолновые, так и длинноволновые лучи; поэтому двойная стеклозащита панели может уменьшить потери тепла.

Солнечные коллекторы фокусируют лучистую энергию с помощью вогнутого зеркала, благодаря чему жидкий теплоноситель может нагреваться до высокой температуры. Эти коллекторы, однако, не могут воспринимать диффузную радиацию и поэтому на практике не применяются.

Вакуумные солнечные коллекторы используют солнечную энергию даже при незначительном излучении и низкой температуре.

Коллекторы можно устанавливать на крыше, однако их можно монтировать и в других местах (под углом 45° к южному направлению в умеренных широтах).

Аккумулированное тепло транспортируется жидким теплоносителем (смесь воды с антифризом),  который,  протекая по коллектору, воспринимает тепло, отдает его в аккумулятор через теплообменник и вновь возвращается охлажденным в коллектор (10). Эта циркуляция осуществляется, в основном, за счет гравитационных сил. Так как нагреваемый жидкий теплоноситель имеет меньший удельный вес по сравнению с холодным, он поднимается вверх, а охлажденный опускается вниз. Гравитационная циркуляция возможна в тех случаях, когда аккумулятор располагают над коллектором. Так как аккумуляторы обычно устанавливают в подвале, в гелиоустановках применяют, как правило, принудительную циркуляцию с помощью насоса, который включают тогда, когда температура коллектора определенно выше, чем нижней части аккумулятора. Теплообменник, который находится в нижней части ото пительного    аккумулятора, передает тепло рабочего тела аккумулирующей воде. Чем больше разность температур между аккумулирующей средой и рабочим телом (теплоносителем), тем больше может быть передано тепла. Нагретая вода поднимается вверх и может быть использована для нужд потребления. Подвод холодной воды осу ществляют снизу. Он должен быть сконструирован таким образом, чтобы не возникало температурное расслоение в аккумуляторе. Вместимость аккумулятора необходимо определять по расходу отопительной воды.

Если вместимость его недостаточна, то он не сможет работать в пасмурные дни или часы. В любом случае аккумулятор гелиоустановки нужно выбирать более емким, чем обычный водяной накопитель тепла. Дополнительное отопление. Так как воспринимаемая на поверхности    Земли    энергия Солнца зависит от погоды, в отопительной системе должно быть предусмотрено устройство дополнительного водопо-догрева, которое включается в тех случаях, когда солнечной энергии становится недостаточно. Это дополнительное устройство монтируют в верхней части аккумулятора на 1/3 его высоты, с тем чтобы нагревался по возможности больший объем содержащейся в нем воды. Для этого обычно используют электронагреватель. Целесообразно применить комбинацию с теппообменником, который наполняется при включении системы центрального отопления. При этом первичная энергия в зимний период    используется    значительно эффективнее, так как в это время потребление электрического тока значительно выше.

Экономическая эффективность

Экономическая эффективность применения солнечных коллекторов для нагрева воды бытового использования спорна. В зависимости от исходных данных и характеристик гелиоустановки можно прийти к очень разным результатам.

Энергия Солнца является практически даровой энергией. Однако, чтобы иметь возможность ее использовать, необходимы относительно высокие капиталовложения, которые окупаются в тех случаях, когда гелиоустановка хорошо работает. Исследования дали различные показатели работы солнечных установок. Лучшие установки в середине лета имеют показатель энергетической рентабельности 5,3, т. е. полученная энергия в 5,3 раза превышает энергетические затраты на подогрев и работу циркуляционных насосов. Даже наименее эффективная установка работала с показателем 1,2, т. е. и в этом случае получено больше энергии, чем затрачено (газовый аккумулятор или газовый проточный водоподогреватель использовал привычную энергию значительно лучше).

Относительно плохо функционируют гелиоустановки в зимний период. В это время ими производится намного меньше энергии, чем затрачивается в виде вспомогательной энергии. Отопительный котел, газоаккумулятор или печь на жидком топливе в этих условиях более эффективны. Поэтому зимой и в межсезонье целесообразно использовать дополнительный подогрев, который не базируется на электрической энергии.

Стоимость строительства и введения в действие гелиоустановки зависит от метода монтажа. Сборные коллекторы, поставляемые готовыми агрегатами, относительно дороги, поэтому наиболее распространены монтажные работы на месте.

Важнейшими работами по строительству гелиоустановки, выполняемыми собственными силами, являются планирование и прокладка трубопроводов.

Не допуская большой ошибки, можно утверждать, что гелиоустановку следует рассчитывать на 10-летний срок окупаемости. Коллектор гелиоустановки имеет, как правило, наименьший ресурс, тогда как трубопроводы и аккумулятор могут использоваться значительно дольше. Для долгосрочных оценок следует проводить соответствующие расчеты.