3. Системи пасивного сонячного енергозабезпечення

3.1. Сонячне випромінювання

У результаті термоядерних реакцій Сонце виділяє енер­гію. Потік її становить 3,8-10²⁶ Вт, з яких близько 1,7- 10^і7 Вт досягає Землі. Приблизно 7 % загальної сонячної радіації припадає на ультрафіолетове випромінювання, 47,3 знахо­диться у спектрі видимого світла і 45,7 припадає на спектр інфрачервоного і теплового випромінювання.

Позаатмосферне сонячне випромінювання складає 1353 Вт/м². Це абсолютне значення сонячної сталої протя­гом року змінюється на ±3,4 % У зв'язку із зміною відстані від Землі до Сонця.

У шарах атмосфери відбувається поглинання і розсію­вання сонячного випромінювання. Поглинання зумовлене вмістом в атмосфері водяної пари, діоксиду вуглецю то­що. Розсіювання спричиняється молекулами та аерозолями. Аерозольне розсіювання залежить від кількості та розміру частинок пилу, завислого в атмосфері. Внаслідок цих про­цесів до земної поверхні доходить лише частина енергії, що надходить поза атмосферою. Крім того, кількість випромі­нювання, що одержується на Землі, залежить від висоти над рівнем моря і положення Сонця на небесній півсфері відносно точки спостереження. На середніх широтах за яс­ної погоди густина потоку випромінювання, одержуваного поверхнею, розміщеною перпендикулярно сонячним проме­ням, у межах ±4 год від полудня, становить у середньому 70 % сонячної сталої (0,9...1,0 кВт/м²).

Сонячне випромінювання, що досягає земної поверхні, складається з прямої та розсіяної (дифузійної) радіації. Сума прямої та розсіяної радіації, тобто повне сонячне ви­промінювання, одержане горизонтальною поверхнею, на­зивають інсоляцією.

Сонячну радіацію вимірюють піргеліометра­ми, пірометрами, соляриметрами та актинометрами. Остан­ні два прилади за типом відносять до пірометрів.

Піргеліометр оснащений датчиком для вимірювання гус­тини потоку сонячної радіації при перпендикулярному па­дінні променів. Застосовують піргеліометри конструкцій Ангстрема, Аббата, із срібним диском.

Принцип дії більшості піранометрів ґрунтується на ви­мірюванні різниці температур чорних (що поглинають ви­промінювання) і білих (що відбивають випромінювання) поверхонь за допомогою термоелементів. Останні компенсу­ють коливання температури навколишнього середовища і подають сигнали (вимірювані у мілівольтах), які легко за­реєструвати, записати і проінтегрувати у часі.

Піранометром вимірюють інтегральну півсферичну со­нячну (пряму і розсіяну) радіацію, опромінювану, горизон­тальну поверхню (для цього прилад спрямовується перпен­дикулярно до сонячних променів). При вимірюванні потоку розсіяної радіації прилад захищають екраном.

На кафедрі теплоенергетики НАУ (Національного аг­рарного університету) розроблені радіометри (вид піро­метрів) для оцінки інтенсивності сонячного випромінюван­ня при наявності концентраторів сонячних променів.

3.2. Системи сонячного енергопостачання. Класифікація систем

Нині способи застосування енергії сонячного випромінювання досягли високої технологічної досконалості та ефективності.

Способи утилізації сонячної енергії поділяють на дві основні групи: пряме використання сонячної радіації і не­пряме, через її вторинний прояв, у вигляді енергії вітру, енергетичних запасів біомаси рослин тощо.

Пряме використання сонячної енергії, в свою чергу, по­діляють на теплове, фото- і термоелектричне перетворення сонячної радіації, тобто одержання теплової і електричної енергії при впливі сонячного випромінювання на різного ро­ду спеціальні пристрої. Найширше застосування, в тому числі в агропромисловому комплексі, знаходить спосіб пе­ретворення сонячної енергії у теплову.

Системи, що використовують сонячну енергію для ви­роблення теплоти і холоду, поділяють за такими ознаками:

будовою — пасивні та активні;

призначенням — системи гарячого водопостачання; опалення, холодопостачання; комбіновані — системи теплопостачання (опалення i гаряче водопостачання), теплохолодопостачання (опалення, гаряче водо- i холодопостачання); сушіння; опріснювання води тощо;

часом роботи протягом року — сезонні та цілорічні;

ступеней охоплення споживачів — індивідуальні, груповi, централізовані;

часом, акумулювання енергії— без акумулятора, iз короткостроковим акумулюванням (1...2 діб), iз довгостроковим (сезонним) акумулюванням;

характером руху теплоносія у процесі нагріву — без циркуляції, iз природною або примусовою циркуляцією;

режимом відбору теплоти — з постійною або змінною температурою) теплоносія;

наявністю дублюючого джерела — із дублером, без дуб­лера (автономні);

ступенем автоматизації системи — напівавтоматизовані, з частковою, комплексною або повною автоматизацією;

кількістю контурів — одно-, дво- i багатоконтурні.

Кожна із систем тепло- та холодопостачання складається, як правило, з трьох основних елементів: приймача сонячного випромінювання (колектора), сховища теплоти (акумулятора) i системи розподілу теплоти.

Фотоелектричні перетворювачі сонячної енергії за своєю фізичною природою відносять до обладнання, що здійснює пряму тpaнcфopмaцiю сонячної радіації в електричну енергію без проміжних стадій. Ці системи поділяють на наземні та космічні.

3.3. Пасивні системи сонячного опалення

Пасивна система сонячного опалення визначається про­стотою передусім з точки зору конструктивного вирішення i досить високою ефективністю, що здатна забезпечити в умовах України до 60 % навантаження опалювальної споруди.

Будівлю iз пасивним використанням теплоти сонячної радіації можна визначити як побудовану згідно із кліматичними процесами даної місцевості, опалювальну природним шляхом безпосередньо через будівельні елементи, в яких максимально використовується енергія сонячного випромінювання для створення мікроклімату у приміщенні, що задовольняє вимоги норм проектування.