Проблеми на преобразуването на слънчевата енергия в топлинна чрез слънчеви колектори

Икономии чрез използването на слънчева енергия - слънчев топлинен колектор:
отопление, бойлер.

Битовата енергетика - бойно поле на корпорациите за кесията на потребителите.
...Честните конструктори на слънчеви отоплителни системи за жилището казват, че слънчевите нагреватели само "помагат за отоплението и спестяват биогорива"...

забележка:
В тази статия става дума за слънчеви колектори и бойлери от типа "черна кутия" ("плоски слънчеви колектори"), без огледала и отражатели, и слънчеви колектори-бойлери от типа "вакуумна стъклена тръба" ("вакуумни слънчеви колектори") - с миниатюрни отражатели, чиято ширина е приблизително равна на диаметъра на вакуумните тръби. Именно тези типове слънчеви нагреватели най-често се предлагат за домашно използване.

From KThesaurus by Daniel Naber:
Solar dish, solar collector, solar furnace - a concave mirror that concentrates the rays of the sun; can produce high temperatures.

Слънчеви колектори от типа "черна кутия", монтирани на покрива

( СНИМКАТА: ЮЛИ 2007. БЪЛГАРИЯ, ВАРНЕНСКА ОБЛАСТ. СЕЛО ОРЕШАК )

Идеалното място за използване на най-често предлаганите на пазара за индивидуална употреба слънчеви нагреватели представлява планетата Меркурий.

Mercury - the smallest planet and the nearest to the sun
convection - the transfer of heat through a fluid (liquid or gas) caused by molecular motion
(KThesaurus by Daniel Naber, under GNU License)

Там Слънцето не търчи по небосвода, няма атмосфера - нищо не задържа слънчевата светлина, конвекцията (convection) не отнема топлината, напълно липсва "метеорология" (с нейния вятър, прах, град, слана, мокър сняг, лед). На Меркурий птиците няма да цапат с отровните си изпражнения слънчевите колектори и няма да ги драскат с крака, дърветата няма да правят сянка. Слабата гравитация в съчетание с липсата на вятър, сняг, дъжд позволява да се конструират леки, елегантни слънчеви колектори.

Да, Меркурий - това е идеалното място за слънчеви колектори. Но на нас при земните условия ни се налага да мислим как най-правилно да използваме слънчевата енергия.

Температура на обект, поставен на снега при слънчево време

( СНИМКАТА: НОЕМВРИ 2007. БЪЛГАРИЯ, ВАРНЕНСКА ОБЛАСТ. СЕЛО ОРЕШАК )

Анализът на конструкцията на слънчевите нагреватели показва, че за тяхната ефективна работа е необходимо слънчевите лъчи да се концентрират върху преобразувателя на слънчева радиация в топлинна енергия. За тази цел обикновено се използват скъпи алуминиеви огледала. За концентрацията на слънчевата светлина върху топлоприемника ние решихме да използваме платно за сенници и алуминиево фолио. Стойността на един квадратен метър от такова олекотено "огледало" е най-малко 50 пъти по-ниска от стойността на квадратен метър от типа "черна кутия" или "вакуумна тръба". По този начин, чрез използването на евтин отражател на слънчева светлина, се понижава и стойността на слънчевата енергия.

(Много примамливо в качеството на отражател беше използването на блестящи метализирани полимерни материи, но не успяхме да намерим такива с необходимата непрозрачност.)

Задачата за следенето движението на слънцето се решава с обикновен часовников механизъм - не е необходимо да се върти целия колектор, а само огледалото около топлоприемника. При това през нощта отражателят може до голяма степен да намали образуването на слана върху топлоприемника - отражателят предотвратява инфрачервеното радиационно охлаждане на топлоприемника. В случаите на неблагоприятни метеорологични условия - мокър сняг, градушка, дъжд при нулева температура - отражателят като чадър покрива топлоприемника.

Експериментален модел на слънчев отражтел от плат за сенници и алуминиево фолио

( СНИМКАТА: НОЕМВРИ 2007. БЪЛГАРИЯ, ВАРНЕНСКА ОБЛАСТ. СЕЛО ОРЕШАК )

Производителите на слънчеви нагреватели с маниакален инат се стремят да усложняват и оскъпяват конструкцията им, за да ги накарат да дават температура от 65 градуса по Целзий и повече. (Или отдаваната температура е повод да оберат парите на злощастните потребители на безплатна слънчева енергия?) През зимните месеци обаче да се получи висока температура и необходимото количество енергия е много скъпо. Именно за това добросъвестните проектанти на жилищно отопление казват, че "слънчевите нагреватели само помагат за отоплението и спестяват биогорива". В този смисъл, че през зимата понякога е възможно с помощта на стоцици квадратни метри слънчеви нагреватели от типа "черна кутия" и "вакуумна тръба" да се събере необходимото за отоплението на дома количество енергия, но това икономически не е оправдано.

Нашата домашна топлинна енергийна система предвижда "усвояване" на топлинна енергия при всякаква температура, за нея в някои случаи топлоносител с температура +10 градуса по Целзий, получавана от слънчев нагревател, представлява енергиен източник. (Вж. също статията За отоплението на жилището и други домакински нужди не винаги е необходима топлинна енергия с висока температура.) През зимните студени и ветровити дни има много голяма разлика - да се нагрее топлоносителя в слънчевия колектор до +65 или до +10 градуса - ефективността на слънчевия нагревател се увеличава за сметка на намаляване на топлозагубите (heat losses) от рода на радиационното охлаждане (обратно инфрачервено излъчване) и конвекционното охлаждане от вятъра.

По този начин, тъй като при домашната енергосистема няма строги изисквания към температурата, добивана от слънчевия топлинен колектор, конструкцията на преобразувателя на слънчева светлина в топлина с използвания рефлектор от плат за сенници и алуминиево фолио е много прост и ефективен, а значи и икономичен.

2006-2007

първата публикация:
"Проблеми на преобразуването на слънчевата енергия в топлинна чрез слънчеви колектори"
energy-saving.hit.bg/articles/solar_collectors_problems.html