Концентрирующий солнечный коллектор. Нагрев воды солнечной энергией. Солнечный водонагреватель.

27.10.2018

Концентрирующий солнечный коллектор. Нагрев воды солнечной энергией. Солнечный водонагреватель.

Я уже много писал о возможности использования солнечных водонагревателей, но тема настолько неисчерпаема, что постоянно рождаются и новые идеи, и переосмысление уже известных в плане их практического использования на дачном участке. В данной статье хотело бы порассуждать о концентрирующем солнечном коллекторе.

На один квадратный метр поверхности, перпендикулярный лучам солнца падает 800 – 1000 Ватт солнечной энергии. Это известный факт. Другим фактом является то, что теплоемкость воды равна 4200 Дж/Кг*град. Т.е. если мы, допустим, хотим иметь 200 литров достаточно горячей воды (50 гр С), которая начала нагреваться с 10-15 градусов (после прохладной ночи), что бы вся семья вечером могла принять душ. Но на её нагрев придется потратить 200 л х 40 гр х 4,2 КДж = 33.600 КДж! Или примерно 9,5 КВт энергии. И это без учета теплопотерь. А с их учетом цифру можно смело почти удвоить.

Не слабо, да? Где же их взять-то, эти 15 Квт? Поскольку для получения такого количества тепла нужно иметь а) собственно солнечный коллектор площадью хотя бы 1-2 метра (что уже считается большим), б) он должен быть постоянно ориентирован на солнце (что почти невозможно), в) 10 часов «чистого» солнца (что в средней полосе редкость, обычно тут переменная облачность).

Все эти грустные факты и делают перспективу использования солнечной энергии в плане надежного получения горячей воды весьма туманными. И все заканчивается банальной черной бочкой на крыше с чуть теплой водой, и с по большей части эпизодическим ее использованием.

Но выход из этой ситуации есть, и выход реальный. Надо построить концентрирующий солнечный коллектор.

Эпизод 1. Призрак угрозы (остаться без солнечного света).

Окна моей квартиры выходят на юго-запад. Солнце в них появлялось только после обеда и растения на подоконнике постоянно испытывали нехватку света. А тут еще напротив начали дом строить. Ну все, подумал я, теперь вообще солнца и света не будет. Строили они строили, и наконец построили. И я очень этому рад, что напротив построили этот дом. Потому что уж не знаю почему, но на доме том сделали зеркальные фасады лоджий, причем слегка закругленные. И теперь солнце, пусть хоть и отраженное, но светит и в мои окна буквально с утра! И мои кактусы просто таки воспряли духом. Прямого солнца стало меньше на час, а отраженного добавилось на 5 часов! Оно отражается от зеркального остекления лоджий и светит на наш дом.

Эпизод 2. Империя наносит ответный удар. (Греки сжигают римский флот).

Слова «концентрирующий солнечный коллектор» наверняка у многих ассоциируются с высокими космическими технологиями, видятся огромные ажурные параболические отражатели, гиперболоиды инженера Гарина… И такого на дачном участке просто не осилить никогда.

А между тем, концентрирующим солнечным коллектором пользовался еще Архимед! При защите своего города Сиракузы от римского нападения с моря, он приказал солдатам отполировать свои бронзовые щиты, и выстроил их вдоль побережья. Когда к городу приблизились римские корабли, по команде Архимеда все воины начинали пускать солнечные зайчики на один из кораблей. И через несколько минут корабль загорался! А зайчики направлялись на следующий корабль. Потеряв «на ровном месте» несколько больших кораблей, римляне предпочли по-быстрому ретироваться и изменить тактику.

Возможно, это всего лишь легенда, но в Сиракузах памятник Архимеду стоит. Да и идея совершенно здравая. И все нынешние водяные гелиостанции работают именно по такому же принципу. Никто не морочится строительством гигантских параболических зеркал. Все используют маленькие дешевые плоские зеркала, которые направляют отраженные лучи на один «центральный бак». Так почему же нам не воспользоваться этой «плодотворной идеей в дебюте»? Все ведь известно, что у светлых стен домов, обращенных к югу, весна наступает на месяц раньше.

Проблема первая. Зеркала. Использовать настоящие зеркала и глупо и дорого. Тяжелые, дорогие, хрупкие… Согласно справочным данным, Коэффициент отражения ИК-лучей несущих тепло (а именно они нас и интересуют) у алюминиевой фольги равен 85-97%! (круче него только серебро). Так что нам мешает использовать обычную бытовую фольгу (для запекания). Она копейки стоит, 50 руб 5 кв. м. Для прочности надо ее на что то наклеить. Например, на листы дешевого оргалита, обрезки фанеры, и т.п. Нам большие –то куски как раз и не нужны! Нам нужно много маленьких, по 0,5 кв. метра. Не больше. И зеркало будет представлять небольшой лист оргалита или фанеры, на колышке, что бы можно было его в землю воткнуть где угодно. Стоить оно будет «пол-рубля».

Проблема вторая. Ориентация на солнце. Во «взрослых» гелиосистемах используют т.н. гелиотрекеры, системы слежения за Солнцем. Ну там то и понятно. Они не воду для душа греют, а пар для турбин, до 400 гр, между прочим. И его надо греть постоянно. Но у нас то другая задача. Нам надо нагреть 200 литров воды и по быстрому. Причем нагреть, а не вскипятить и выпарить. Нагрели — перелили в другую бочку – термос и расходуем себе потихоньку. А бочка – коллектор уж там греет как нибудь.

Давайте посмотрим, что нам будет стоить «нагреть по быстрому». Допустим, у нас есть солнечный коллектор площадью в 1 метр. На него направлены солнечные зайчики с зеркал в 5 кв метров. Пусть их эффективность 80%, т.е. наш метровый коллектор получает тепло еще с 4-х метров площади. Итого 5 кв. метров. А 5 метров нам дадут наши заветные 10-15 КВт тепла всего за 3 часа! (а не за 10). Ну а если увеличить площадь зеркал до 10 кв. метров, то хватит и 2-х часов, с запасом.

Хотя нам скорость и не так важна, важен результат. Даже если мы установим несколько зеркал, ориентированных на солнце так, что бы они отражали солнечные лучи хотя бы в течении часа – двух, мы уже поднимем эффективность солнечного водонагревателя в разы! И получение достаточного количества горячей воды станет абсолютной реальностью.

Для максимально быстрого эффекта нам, конечно, нет смысла греть всю бочку сразу. Да и емкость коллектора – приемника солнечных зайчиков будет невелика, вряд ли больше 30-50 литров (чем меньше, тем быстрее будет происходить нагрев). 5 КВт энергии «взгреют» эти 30 литров воды до 50-60 градусов меньше чем за 20 минут! После чего нам надо сразу слить ее в хорошо утепленный накопитель-термос горячей воды и расходовать по своему усмотрению. А коллектор тем временем приступит к нагреву следующей порции.

На мой взгляд, идея весьма реализуема, и главное — за небольшие деньги. В европейской части России, где нас не балует солнце, единственный способ реально получить от него тепло — это концентрация его лучей. По крайней мере, расчеты, пусть и такие примитивные прикидочные и простые, это подтверждают.

И, кстати, ничто нам не мешает использовать такие простые солнечные коллекторы для зимнего обогрева садового дома. Пусть зимой солнце нас не балует. Но начиная с февраля оно показывается все чаще и чаще. И день уже не так короток. А отдохнувшим от дачных дел за зиму дачникам не терпится открыть новый сезон. Вот тут такой концентрирующий солнечный коллектор был бы как раз кстати. Ничто не мешает установить на участке несколько щитов оклееных фольгой и направить их на дом. Пусть быстрее согреется, когда солнце светит. Только помните об Архимеде…

Добавить комментарий