Способи перетворення сонячної енергії

24 Березня 2009

    За способом перетворення сонячної енергії найпоширенішим є поділ сонячних систем на пасивні та активні.
    У пасивних системах для нагромадження й розподілу тепла використовують традиційні елементи будинку. Додаткове устаткування у них незначне, і тому вони економніші, хоча й недостатньо продуктивні. Для їхньої експлуатації не потрібен спеціальний обслуговуючий персонал.
    В активних системах, навіть найпростіших, присутній значний арсенал технічних засобів: плоскі водяні й повітряні колектори, спеціальні акумулятори тепла, системи розподілу тепла та контролю за надходженням тепла. Це здорожчує будівництво й потребує кваліфікованого монтажу.
    У реальній практиці зазвичай застосовують комбінацію різних систем і планувальних прийомів.
    Найпростіша і водночас найзручніша система сонячного обігрівання – це звернене на південь вікно, теплова масивність будинку і добротна ізоляція віконних рам. Також нескладними в ужитку є термосифонні повітряні колектори або сонячні водонагрівачі. Прості системи необов'язково найбільш ефективні (хоча нерідко таки ефективні), але при тривалому терміні служби вони економніші, бо на їх спорудження, експлуатацію та ремонт витрачається менше будівельних матеріалів та електричної енергії.
    Поряд з вищенаведеними, найпростішою системою сонячного обігрівання є також колектори, що працюють тільки коли світить сонце і будинок має потребу в теплі. Такі колектори можна взимку встановлювати на відкритих площадках біля будинку, а влітку демонтувати їх. Можна прикріплювати їх і до стін та дахів. У кожному разі повітря з будинків подається в колектор, нагрівається сонячним промінням і знову надходить в приміщення. Вентилятор включається при зниженні температури до певної позначки. В процесі роботи системи відповідні датчики визначають, чи світить сонце і чи колектор достатньо нагрітий, щоб і повітря будинку нагрілося до потрібної температури. Другий датчик визначає, чи приміщення взагалі потрібно обігрівати. Цей чутливий датчик настроюють таким чином, щоб використати енергію сонця, поки воно світить (звичайно цей процес може здійснюватися вручну шляхом простого вмикання або вимикання вентилятора). Оскільки в цьому режимі роботи акумулятор тепла не передбачається, то сам будинок повинен діяти як контейнер нагромадженого тепла та нагріватися до температури, яку можуть витримати люди у ньому.
    Чим масивніший будинок, тим більше тепла він може нагромадити, тим довше може обходитися без тепла після заходу сонця або з появою хмар, і тим вищим буде загальний ККД цієї простої системи. Покриті землею та підземні будинки з ізоляцією між бетоном і ґрунтом є дуже близькими до цих простих систем, оскільки масивні бетонні конструкції добре акумулюють тепло.
    Система вищого рівня складності нагромаджує сонячне тепло в теплоакумуляторі. Якщо сонячна енергія на будинок надходить, але приміщення потребує більше тепла, то вмикається обігрівальна система, що нагромадила тепло раніше. Однак в ідеалі приплив сонячного тепла через вікна повинен задовольнити потребу в обігріві і під час роботи колектора. З метою спрощення цілого комплексу дублююча обігрівальна система ізольована від системи збору та розподілу сонячного тепла. Коли сонця немає й акумулятор заряджений, тепло у будинок надходить в першу чергу від сонячного акумулятора. Якщо цього недостатньо, то включається дублююча система обігріву.
    Прямий обігрів – найпростіший спосіб використання сонячного тепла. Він вимагає орієнтації основних приміщень на південь. Надлишки тепла забирає внутрішній термальний масив: цегельні або кам'яні підлоги, внутрішні стіни, каміни, ємності з водою або іншими рідинами. Оптимальне розташування масиву – у зоні безпосередньої сонячної радіації, що кількакратно збільшує його акумулюючу здатність. Через це каміни та інші масивні частини інтер’єру розташовують безпосередньо за прозорими елементами фасаду.
    Орієнтовно рекомендується на 1 м2 прозорої поверхні мати 1 м3 термального масиву з високою теплопоглинальною здатністю.
    Необхідним елементом у сонячних системах цього типу є надійна система теплоізоляції і сонцезахисту приміщень. Для цього використовують стаціонарні або рухливі жалюзі, штори, спеціальні занавіски, навіси покрівель та ін.
    Нагрівання зовнішнього термального масиву поширене в житлових будинках з пасивними сонячними системами. Найвідоміший варіант цього масиву – бетонна, цегляна або кам'яна південна стіна, пофарбована в темний колір. На невеликій відстані від неї робиться скляне облицювання. Теплоносієм є повітря, що нагрівається в прошарку між стіною та облицюванням. Повітря нагріває стіну, а та поступово передає отримане тепло приміщенню. Таким чином у цій конструкції сполучаються функції колектора та акумулятора.
    Нагрівання ізольованого заскленого обсягу – це, практично, модифікація прямого обігріву. Засклений обсяг теплиці, атріуму (зимового саду), оранжереї може або примикати до південного фасаду будинку, або вбудовуватися в нього.
Повітря, що нагрівається в теплиці, розходиться по інших приміщеннях шляхом природної конвекції або по каналах з механічним спонуканням та нескладною системою датчиків. Це зазвичай термостат, що регулює відкриття клапана, коли температура повітря в теплиці досягає необхідного значення. Внутрішній термальний масив акумулює тепло так само, як і описані вище. Приміщення теплиці або атріуму може бути повністю ізольоване від будинку. При правильній експлуатації його можна використовувати для потреб родини. Атріум можна вважати найважливішим елементом сонячного будинку, бо він є буферною зоною між інтер'єром та зовнішнім середовищем.

Автор - Роман СИДОРОВИЧ
Стаття з журналу «Є» (3/2006)