9. Використання поновлюваних енергоресурсів

Сонячні батареї

Сьогодні більше 2 мільярдів людей на планеті досі залежать від дарів, газу і гасу для приготування їжі і обігріву приміщень. Ці джерела палива, а також відсутність доступу до електрики призводять до значних негативних наслідків для здоров'я, довкілля і економічного розвитку.

Нині впровадження альтернативних джерел енергії, автономних і децентралізованих, в багатьох країнах вигідніше, як з економічної, так і з екологічної точки зору. Викопне паливо стає джерелом енергії вчорашнього дня, яке не може забезпечити стійкий розвиток людства в довгостроковій перспективі. Сьогодні в майбутнє сміливо заглядають інші форми енергії, одна з яких - ЕНЕРГІЯ СОНЦЯ.

Східна Європа - сонячний регіон, тому застосування сонячних фотоелектричних панелей тут, особливо актуально.

Сонячні колектори призначені для перетворення сонячної енергії у теплову для підігріву води на побутові потреби та підтримки системи опалення. Завдяки конструктивним удосконаленням та високому коефіцієнту абсорбції (95%) сонячні колектори ефективно працюють майже 9 місяців на рік. Скло колекторів ударостійке, та гарантує механічну стійкість до атмосферних опадів (граду), чи попадання твердих предметів. Використання незамерзаючої рідини (розчину гліколю) забезпечує роботу колекторів за низьких температур повітря - до -30°С. Системи сонячного теплопостачання, якщо вони правильно розраховані та якісно змонтовані, вважаються одними із найбільш надійних та довговічних.

Сонячний колектор - у ньому відбувається перетворення сонячної енергії в теплову. Відбір тепла виробляється за допомогою прокачування через його канали рідкого теплоносія. Колектори необхідно орієнтувати у південному напрямку (припустиме відхилення без істотного зниження ефективності до 60 °). Однак можливий варіант монтажу двох груп колекторів: одна група на захід, інша на схід. Для досягнення максимальної ефективності в літній період, кут нахилу повинен складати 25-35 °.

Для сонячних колекторів які експлуатуються цілий рік (ефективність у літній період знижується, а в інші збільшується) кут нахилу повинен складати близько 40-60 °. Під кутом 90 ° встановлюються колектора, робота яких розраховується в зимовий період, зокрема для систем опалення.

Бак-теплообмінник-акумулятор. Особливістю роботи систем сонячного опалення є необхідність акумулювання сонячної теплової енергії з метою її використання в різний час доби. Це можливо зробити за допомогою використання в системі бака-акумулятора. Дана необхідність зумовлена нестабільність сонячного випромінювання протягом доби, у той час як гаряча вода і опалення необхідні постійно, навіть у той час, коли воно взагалі відсутнє. Ефективність установки значно залежить від правильності вибору обсягу бака-акумулятора.

Всі баки повинні встановлюватися в приміщеннях захищених від атмосферних впливів.

З точки зору використання водонагрівачів в геліосистемах можна виділити кілька типів:

- Вертикальні баки непрямого нагріву, можуть використовуватися в системах як з природною циркуляцією, так і з примусовою циркуляцією теплоносія:

а.) з одним теплообмінником, застосовується в геліосистемах, коли площа одного теплообмінника достатня для відбору теплової енергії від встановлюваної площі сонячних колекторів і немає необхідності догріву від одно контурних котлів (як дублююче джерело, встановлюється електричний ТЕН або догрів здійснюється за допомогою двоконтурних котлів)

Рис.9.1. Вертикальний бак непрямого нагріву з одним теплообмінником

б.) з двома теплообмінниками, застосовується в геліосистемах, для дублювання від одно контурних котлів, а також, якщо є необхідність відбору теплової сонячної енергії на опалення, якщо ви монтуєте котельню і плануєте в майбутньому встановити геліоустановки, доцільно використовувати одно контурний котел і бак з двома теплообмінниками (на верхній підключити котел).

Рис.9.2. Вертикальний бак непрямого нагріву з з двома теплообмінниками

- Горизонтальні баки непрямого нагріву, об'єм бака 125-200 літрів, встановлюється в геліосистемах з природною циркуляцією теплоносія, якщо немає можливості розташувати бак вертикального виконання, в інших випадках рекомендується використовувати баки вертикального виконання.

Контролер є обов'язковим елементом геліосистем з примусовою циркуляцією теплоносія. Він здійснює контроль стану і керування процесом нагріву від сонця геліосистеми, а також може керувати іншими теплотехнічними процесами в загальній системі. Контролер отримує від датчиків температури інформацію і вибирає необхідний режим роботи. Ефективність та безпека геліосистеми в значній мірі залежать від контролера, закладених у нього алгоритмів роботи, надійності елементів.

Насосна станція використовується в системах з примусовою циркуляцією (така система на 30% ефективніше системи з природною циркуляцією) і призначена для забезпечення циркуляції теплоносія в колекторному колі. Гідравлічний опір колекторного кола досить мало, що дає можливість використовувати малопотужні насоси, споживана потужність яких мізерно мала в порівнянні з отриманою тепловою енергією від сонячних колекторів.

Розрахуємо кількість енергії, яка потрібна для забезпечення гарячою водою мешканців буд по вул. Зубрівській 11.

Спочатку порахуємо добову потребу у теплі для обігріву води на 1 особу:

Qт_д = (1+z)*ρ*c*(t₂ – t₁)/3600 = (1+0.5)*1000*4186*(55 – 10)/3600 =

= 4.7 кВт * год;

де z - коефіцієнт енергетичних втрат системи;

ρ - питома густина води;

с - питома теплоємність води;

t₁ - температура холодної води;

t₂ - температура гарячої води.

Тепер розраховуємо загальну річну потребу енергії на гаряче водопостачання:

Qт=Qт_д*d+0.8* Qт_д*( t₂- t_1л/ t₂-t_1з) * (N–d) *0.239 = 4.7*191+0.8*4.7*(55-15/55-5)*(365-191)*0.239 = 1.42 МВт*год/рік;

де d - нормативна тривалість опалювального сезону у конкретно визначеному регіоні України;

t_1л - температура холодної води влітку;

t_1з - температура холодної води взимку;

N - кількість днів роботи системи.

Далі рахуємо скільки енергії потрібно для всього будинку:

Q₁₁ = Qт * Nл = 1,42 * 290 = 411,8 МВт*год/рік.

Вартістьцієї енергії при тарифі с = 1,32 грн/кВт*год становить:

Ц₁₁ = Q₁₁* с = 411,8* 1,32 = 543576 грн

Тепер розраховуємо кількість і вартість сонячних колекторів, які б задовольнили 25 % потреб будинку у енергії для нагріву води.

Нижче наведено характеристики сонячного колектора:

Таблиця 9.1

Характеристики сонячного колектора СВК-А-30

Кількість труб, (шт.)	30
Пікова потужність Вт	1846
Площа абсорбції / апертури, (м2)	2.41/2.81
Ємність теплообмінника, (л)	2.07
H (мм)	2000
W (мм)	2440
S (мм)	1216
Вага, кг	97
Ціна, грн	14773

В середньому в одному дні - є 6 сонячних годин. В наступній формулі порахуємо скільки таких годин є в цілому році :

Г=365*6=2190 год.

Визначаємо кількість енергії, яку виробить колектор за рік:

Е_пан= Г*0.25= 2190*1,846=4042,7 кВт*год

Наосновіданихзтаблиці, миможемопорахуватискількипотрібнопанелейсонячнихколекторів потужністю 1,846кВт для забезпечення 25 %річних потреб будинку у теплоті для нагріву води:

N_пан=Q_0,25 / Е_пан = (411,8*0,25 * 10³) / 4042,7 = 25шт.

Визначаємо кількість енергії, яку вироблять ці колектори за рік:

Е_{пан р}= Е_пан * 25 = 4042,7 * 25 = 102950 кВт*год

Визначаємо вартість енергії, яку вироблять ці панелі за рік

Ц_е/е= Е_{пан р} * с = 102950 * 1,32 = 135894 грн.

Тариф 1 кВт*год електроенергії для даного будинку становить с =1.32 грн.

Далірахуємо скільки коштує 25сонячних колекторів:

Ц_пан=Ц_кол.п * 25 * k = 14773 * 25 * 1,5 = 553988 грн,

де k – коефіцієнт, що враховує витрати на обслуговування колекторів.

Обраховуємо скільки за рік ми заощаджуємо в грошах:

Ц _{сон.ен. =} Ц₁₁ - Ц_е/е=543576 – 135894 = 407682грн.

Обраховуємо за скільки ці сонячні колектори окупляться, якщо не буде зростати ціна на електроенергію:

Ток = (Ц_е/е + Ц_пан) / Ц _сон.ен. = (135894+ 553988) /407682= 1,7 роки.

Виконавши дані розрахунки я визначив, що найбільш економічно вигідним в плані терміну окупності є використання сонячних колекторів потужністю 1,8кВт, для даного будинку на 25 – 50 % від загальних потреб на нагрівання води, тому для даного будинку я б встановив саме таке число колекторів.