Мырзабай Бекжан Бекмуртович, Мукажанова Айгерим Талгатовна

Солнечная энергетика в Казахстане

mukajanova95@mail.ru

Научный сотрудник Института теоретической математики

и научных вычислений ЕНУ им. Л.Н.Гумилева, Астана, Казахстан

Научный руководитель – Достияров А.М.

Солнечная энергетика — направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемые источники энергии и является «экологически чистой», то есть не производящей вредных отходов во время активной фазы использования^.. Наиболее очевидная область использования солнечной энергии - подогрев воздуха и воды. В районах с холодным климатом необходимо отопление жилых здании и горячее водоснабжение. В промышленности так же требуется большое количество горячей воды. В Австралии, например на подогрев жидкости до температуры ниже 100 ˚С расходуется почти 20 % потребляемой энергии. в связью с этим в некоторых странах, особенно в Австралии, Израиле, США, Японии активно расширяется производство солнечных нагревательных систем.

Энергия солнца используется в нагревателях воды, воздуха, солнечных дистилляторах, зерносушилках, солнечных башнях. Основным элементом солнечной нагревательной системы является приемник, в котором происходит поглощение солнечного излучения и передача энергии жидкости. Есть два основных вида систем солнечного нагрева воды: пассивная и активная. К пассивным относятся так называемые "солнечные водонагреватели", где в одном блоке, устанавливаемом на крыше, объединены солнечный коллектор и бак с водой. Эта система меньше и дешевле, но хуже для холодного климата. Зимой основным источником энергии является электронагреватель, который компенсирует потери тепла из бака в морозы. Некоторые пассивные солнечные водонагреватели в принципе не подходят для круглогодичного использования, так как не имеет защиты от перемерзания и встроенного электронагрева.

Активные системы дороже, но дают больше возможностей и пригодны для использования в зимнее время. Электродогрев может использоваться для обеспечения нужной температуры воды, особенно в пасмурную погоду, когда солнечной энергии мало. В целом за год такие системы расходуют меньше электричества, поскольку бак находится в помещении и не нужно компенсировать его потери тепла. Активные системы можно использовать не только для нагрева воды, но и для систем отопления. Мощность активных систем можно до некоторых пределов менять, устанавливая больше солнечных коллекторов, например, в случаях когда нужно нагревать больше воды или увеличить площадь отапливаемых помещений.

Каждая активная солнечная система горячего водоснабжения/отопления включает в себя:солнечные коллекторы, контроллер, циркуляционный насос, расширительный бак, основной бак-аккумулятор, соединительные трубы. Мощность каждого компонента рассчитывается в зависимости от нужд потребителя. Срок службы солнечных коллекторов 15-30 лет, остального оборудования в зависимости от типа и производителя, обычно не менее 5 лет.

Солнечный водонагреватель с вакуумным коллектором, наиболее эффективный, хотя и самый дорогой, состоит из двух основных элементов:

· наружного блока — солнечных вакуумных коллекторов;

· внутреннего блока — резервуара-теплообменника.

Наружный блок состоит из вакуумных трубок, с нанесенным с внутренней стороны селективным покрытием в несколько слоев и отражающего слоя. Данное покрытие имеет самое важное значение в работе солнечных коллекторов. Эффективность селективной покрытия измеряется коэффициентом поглощения (α) солнечной энергии, относительной излучающей способностью (ε) длинноволновой тепловой радиации и отношением поглощательной способности к излучательной (α/ε). Основные виды селективные покрытия используемых для вакуумных коллекторов : Al-N-Al, Al-N/SS/CU

Солнечный вакуумный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, ослабляя зависимость от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии коллекторов достигает 98 %, но из-за потерь, связанных с отражением света стеклянными трубками и их неполной светопроницаемостью, он ниже.

КПД солнечных коллекторов в первом приближении может быть рассчитан по следующей формуле:

,

где — расчётное значение КПД, — номинальный (оптический) КПД установки при нормальных условиях, — коэффициент, зависящий от типа и теплоизоляции коллектора, — разность температур теплоносителя и окружающего воздуха(гр. С), E — инсоляция (Вт/кв.м.).

Данные для некоторых типов коллекторов приведены ниже.

Тип коллектора	Номинальный КПД	Коэффициент
Плоский солнечный коллектор	72-75	3-5
Вакуумный солнечный коллектор с тепловыми трубками	60-65	0,7-1,1
Пластиковый солнечный коллектор	50-60	до 80

Вакуумный солнечный коллектор – система, применяющаяся для преобразования энергии солнца в любое время года. При его производстве используются современные материалы, созданные на основе вакуумных нанотехнологий. Удобство в эксплуатации, большая долговечность и эффективность предлагаемых водонагревательных систем гарантирована.

Преимущества использования вакуумного солнечного коллектора:

• Гелиосистема имеет высокую производительность даже в осенне-зимний сезон.

При производстве вакуумного солнечного коллектора используется наилучший теплоизолятор – вакуум. Общие потери тепла в коллекторе минимальны, т.к. в вакууме не происходит потерь на теплопроводность и конвекцию. Поэтому КПД вакуумного коллектора сохраняется стабильно высоким даже при неблагоприятных погодных условиях – температуре воздуха до -45°С и рассеянном солнечном свете, а его производительность до 40% выше, чем у других видов коллекторов.

• Каждый солнечный луч используется в гелиосистеме оптимальным образом.

Абсорбер, являющийся важной деталью конструкции вакуумного солнечного коллектора, имеет форму цилиндра, что позволяет максимально эффективно использовать для преобразования каждый солнечный луч от восхода и до заката солнца. Благодаря цилиндрической форме абсорбера вакуумный коллектор в три раза эффективнее и способен улавливать рассеянную энергию солнца по сравнению с коллекторами, имеющими плоскую форму, и может произвести до 40% тепловой энергии больше, чем другие системы с аналогичной площадью абсорбера.

• Вакуумные солнечные коллекторы отличаются повышенной надежностью.

Вакуумный солнечный коллектор будет радовать Вас своим теплом долгие годы. Залог его высокой долговечности и надежности – использование в конструкции высококачественных современных материалов. Так, все детали, находящиеся в непосредственном контакте с теплоносителем, изготовлены из меди высокого качества, а трубки коллектора выполняются из особого ударопрочного (боросиликатного) стекла, которому не страшен даже град до 35 мм. Вакуумные коллекторы хорошо зарекомендовали себя в регионах с суровым климатом, где нередки шквальные ветра и даже ураганы, т.к. панель коллектора имеет небольшую парусность. Замена вакуумных трубок в случае их повреждения не вызывает особого затруднения, т.к. не требует полной остановки и слива всей системы.

• После оледенения, покрытия снегом или инеем система быстро вновь готова к работе.

По сравнению с другими видами коллекторов, вакуумный коллектор быстрее возвращается в рабочее состояние, избавляясь от снега, льда или инея и снова готов дарить Вам свое тепло. Это объясняется тем, что стеклянное покрытие коллектора имеет очень небольшую толщину, благодаря чему тепловая инерция прибора сводится к минимуму.

• Вакуумный солнечный коллектор способен обеззараживать воду.

В нагреваемой коллектором воде под действием высоких температур и вакуума размножение различных бактерий становится невозможным.

Солнечные коллекторы преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло. Инфракрасное излучение, которое проходит сквозь облака, также поглощается и преобразуется в тепло.

Резервуар-теплообменник представляет собой систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный отопитель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной энергии. Нагретая вода поступает из теплообменника внутреннего блока в радиаторы системы отопления, а вода из резервуара используется для горячего водоснабжения.

Подогреватель газовый или электрический должен ставиться не параллельно солнечному нагревателю (в этом случае он будет греть холодную воду), а обязательно последовательно, после солнечного нагревателя. Тогда его вклад в нагрев будет минимальным, поскольку он будет только догревать воду, уже нагретую солнцем.

Солнечная энергетика как и в других странах используется и производится в нашей стране. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии. Несмотря на то, что Казахстан расположен на широтах между 42 и 55 градусами к северу, потенциал солнечной радиации на территории республики достаточно значителен и составляет 1300-1800 кВтч/ год. В связи с континентальным климатом, количество солнечных часов в году составляет 2200-3000. Наличие значительного потенциала солнечной энергии делает возможным его экономическое использование в Казахстане.Основным направлением использования является получение горячей воды с помощью солнечных коллекторов. По оценкам местных специалистов, используя солнечную энергию для подогрева воды на нужды горячего водоснабжения, можно получить около 13 млн. Гкал тепла, что позволяет сэкономить более 1млн. тонн топлива в нефтяном эквиваленте. Использование солнечных коллекторов для подогрева воды можно осуществлять как для горячего водоснабжения отдельных зданий, так и на котельных системах централизованного теплоснабжения. В рамках проекта ПРООН/ГЭФ и Правительства Казахстана «Развитие возможностей для более эффективного использования энергии в снабжении теплом и горячей водой в Казахстане» при поддержке Канадского Агентства по Международному Развитию осуществлен плотный проект по установке солнечных коллекторов общей площадью 260 на одной из котельных г. Алматы.

Казахстан обладает значительными ресурсами солнечной энергии. Потенциально возможная выработка солнечной энергии в Казахстане оценивается в 2,5 млрд кВт/ч в год. Около 70% территории Казахстана относятся к районам с преобладанием солнечных дней в году.

Однако, эти ресурсы не нашли широкого применения вплоть до настоящего времени. Привлекательной была бы организация в стране производства солнечных батарей на кремниевой основе. Тем более, что Казахстан богат соответствующим сырьем.

Недавно в Астане запущен завод по производству фотоэлектрических модулей. Запуск производственной линии дочернего предприятия Казатомпрома — ТОО «Astana Solar» произвел Президент Нурсултан Назарбаев. На новом заводе будут выпускаться солнечные батареи на основе 100-процентного казахстанского кремния. Завод оснащен автоматизированным оборудованием последнего поколения. Проектная мощность планируемых к выпуску фотоэлектрических пластин составит 50 Мвт с расширением в перспективе до 100 Мвт.

Есть примеры успешного сотрудничества в этой сфере. В 2012 г. консорциум «Солнечная крыша» в Казахстане, состоящий из фирм PRETHERM solutions GmbH, BAE Batterien GmbH, DPU Investment GmbH и PRETHERM GmbH соорудил «солнечную крышу» в Байконуре, и в качестве второго места добавился Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева в Астане. Обе установки мощностью 10 кВт каждая сооружены на основе Программы DENA «Солнечные крыши», провозглашенной «Немецким энергетическим агентством» (DENA) и финансируемой Федеральным министерством экономики и технологий в рамках экспортной инициативы «Возобновляемые источники энергии». Они будут эксплуатироваться в течение 10 лет.

Поиск по сайту: