Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема подключении теплового коллектора

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

  1. Летний вариант для горячего водоснабжения
  2. Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор.

Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Чтобы ночью коллектор не превратился в радиатор охлаждения необходимо прекращать циркуляцию воды принудительно

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй — на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора. Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе.

В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Схема подключения солнечной батареи

Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Преимущества отопительной системы на солнечных батареях

Можно отметить несколько достоинств солнечных батарей для отопления дома:

  • Круглый год ваш дом обеспечен необходимым теплом. Также можно регулировать температурный режим в доме по своему усмотрению.
  • Тотальная независимость от жилищно-комунальных служб. Теперь вам не придется платить огромные счета за отопление.
  • Солнечная энергия – это такой запас, который можно использовать на различные нужды бытового характера.
  • У таких батарей очень хороший эксплуатационный срок. Они редко выходят из строя, поэтому не придется беспокоиться о том, что необходим ремонт или замена некоторых компонентов.

Есть некоторые нюансы, на которые стоит обратить внимание перед тем, как остановить свой выбор на данной системе. Ведь такая система может подойти не для всех

Во многом качество такой отопительной системы зависит от географии проживания. Если вы проживаете в таком регионе, где солнце светит далеко не каждый день, то такие системы будут неэффективными. Еще одним недостатком данной системы является то, что солнечные батареи стоят недешево. Правда, не стоит забывать о том, что такая система со временем себя полностью окупит.

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Продолжительность солнечного сияния на территории России

Для того чтобы снабдить дом необходимым количеством тепла, потребуется от 15 до 20 кв. метров площади солнечных батарей. Один квадратный метр выделяет в среднем до 120Вт.

Для того чтобы получать около 500кВт тепла в месяц, нужно чтобы в месяце было около 20 солнечных дней.

Обязательным условием является установка солнечных батарей на южную сторону крыши, так как на нее распространяется больше всего тепла. Для того чтобы отопление от солнечных батарей было максимально эффективным, угол наклона крыши должен составлять около 45 градусов. Желательно, чтобы возле дома не росли высокие деревья и не находились другие предметы, которые могут создавать тень. Стропильная система дома должна обладать необходимой прочностью и надежностью. Так как солнечные батареи не совсем легкие, нужно позаботиться о том, чтобы они не нанесли вред зданию и не спровоцировали разрушительные процессы. Вероятность обрушения возрастает зимой, так как в это время на крыше, помимо тяжелых батарей, будет накапливаться снег.

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Солнечные батареи как правило размешают на крыше дома

Несмотря на то, что солнечные батареи стоят довольно дорого, они все больше набирают популярность. Их используют даже там, где климат не слишком жаркий. Такую систему можно использовать и в качестве дополнительного отопления дома. Наиболее эффективны такие системы в летние месяцы, когда солнце светит почти каждый день. Однако не стоит забывать о том, что дом необходимо отапливать преимущественно в зимние месяцы.

Зеленые технологии для производства тепла

В среднем на 1 м2 земной поверхности поступает 161 Вт солнечной энергии в час. Конечно, на экваторе этот показатель будет во много раз выше, чем в Арктике. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от сезона.

В Подмосковье интенсивность солнечной радиации в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что могут работать практически где угодно на Земле.

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройстваСовременные солнечные системы способны эффективно работать в пасмурную и холодную погоду до -30 ° С

Проблема использования энергии солнечного излучения с максимальной эффективностью решается двумя способами: прямым нагревом в тепловых коллекторах и фотоэлектрическими солнечными батареями. Солнечные панели сначала преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, а затем передают ее через специальную систему потребителям, например, в электрический котел.

Коллекторы тепла, нагревающиеся под воздействием солнечных лучей, нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.

Популярные статьи  Камины в интерьере квартиры или дома: идеи оформления и дизайна

Галерея изображенийФотографии из Солнечные коллекторы являются основными поставщиками хладагента, подготовленного для использования в системах отопления загородных домов. Коллектор представляет собой систему труб, открытых или закрытых темной поверхностью, что улучшает поглощение солнечного света поверхностью. Они используются для отопления всех помещений виды теплоносителей, используемых в системах отопления В наших широтах тепла, получаемого в результате обработки солнечной энергией, недостаточно для полноценной работы отопления. Концентрическая форма и увеличительное стекло увеличенного размера помогут повысить производительность. Доступны модификации солнечных коллекторов, которые привлекают большую часть солнечного света в виде вогнутых концентраторов с зеркальным отражателем. Модели, используемые для производства крупномасштабной переработанной солнечной энергии, оснащены устройствами для отслеживания движения солнца Повышение производительности системы не только за счет изменения формы и использования приспособлений для перемещения. Увеличение в основном за счет увеличения принимающей поверхности Солнечный коллектор на крыше дома Светильник с впитывающей поверхностью Открытый вакуумный солнечный коллектор Для нагрева воздуха и пара Линза для увеличения производительности светильника Концентраторный коллектор с рефлектором Промышленная модель с подвижным устройством Мощная группа концентраторов коллекционеры

Доступны несколько типов коллекторов тепла, включая открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторов и многие другие варианты. Тепловая энергия солнечных коллекторов используется для нагрева горячей воды или теплоносителя в системе отопления.

Промышленность в широком ассортименте выпускает коллекторные системы для включения в автономную тепловую сеть. Однако самый простой вариант дачи сделать своими руками несложно:

Галерея изображенийФотографии из Солнечные коллекторы – один из самых простых и дешевых вариантов изготовления устройств своими руками. Коллектор представляет собой змеевик, расположенный по-разному, подключенный к контурам теплообмена, и резервуар, служащий хранилищем для подготовленного теплоносителя. Чаще всего используются коллекторы, медные трубы и змеевики охлаждения.Для увеличения производительности радиатор солнечного отопления меняет форму устройства, увеличивается площадь поглощения.На самом деле распространенным и популярным вариантом подручного материала являются стальные трубы с тройниками из разобранных водопровода или их пластиковые аналоги Активно используются пластиковые бутылки с отрезанным дном и горлышком. Они используются в качестве светопроводящей оболочки металлического приемника, расположенного внутри бутылок. Интересным решением является использование алюминиевых банок, которые раньше служили емкостями для сока и широкого ассортимента газированных напитков, а также жесткого коллектора из ПП и ПВХ. Самодельный закрытый солнечный свет. Простой дизайн Медь трубчатый коллекторный змеевик Методы повышения эффективности Использование жестких водопроводных труб и фитингов Пластиковые бутылки при производстве коллекторов Пневматический солнечный коллектор Полимерные трубы в собственном производстве

Несмотря на очевидный прогресс в разработке решений для сбора, хранения и использования солнечной энергии, есть преимущества и недостатки.

Принцип работы системы

После наполнения водой системы тут же начнется отопление солнечной энергией. Нагреваемая вода начнет подниматься вверх и заполнять собой накопительный бак, вытесняя холодную воду в радиатор. Подобный процесс будет проходить непрерывно, пока показатели температуры воды, выходящей из радиатора и поступающей в нее, не сравняются.

При расходовании воды из системы на бытовые нужды – душ, мытье посуды и т.д., в аванкамеру будет добавляться вода из водопровода. Поскольку аванкамера будет сообщаться с накопительным баком в нижней части, перемешивания теплой и холодной воды происходить практически не будет. Теплая вода подлежит забору из верхней части накопительного бака.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема подключении теплового коллектора

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

  1. Летний вариант для горячего водоснабжения
  2. Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор.

Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

Чтобы ночью коллектор не превратился в радиатор охлаждения необходимо прекращать циркуляцию воды принудительно

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй — на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора. Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе.

В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Схема подключения солнечной батареи

Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Устройство и принцип работы солнечного отопления

Солнечное отопление частного дома — инновационная технология, о которой пока еще не все имеют четкое представление. Между тем, все возможности для установки и использования соответствующих комплексов имеются практически у любого домовладельца. Необходимость финансовых вложений существует только для приобретения аппаратуры или оборудования, все остальное он получит бесплатно.

Существует два варианта организации солнечного отопления:

  1. Солнечные батареи;
  2. Солнечные коллекторы.

Использование солнечных батарей — более затратный метод, требующий присутствия большого количества оборудования. Используются фотоэлектрические элементы, расположенные на открытой площадке под нужным углом для максимально перпендикулярного падения солнечных лучей. Они вырабатывают электрический ток, который накапливается в аккумуляторных батареях, преобразуется в переменный ток со стандартными параметрами, после чего направляется на отопительные приборы.

Популярные статьи  Сифон для мойки: конструкция, назначение, особенности монтажа своими руками

Отопление от солнечных батарей в частном доме дает массу дополнительных возможностей. Такой способ имеет значительное преимущество —электрический ток, который вырабатывают солнечные батареи, можно использовать не только на обогрев дома, но и на питание любых приборов, на освещение или иные надобности.

Солнечные коллекторы действуют по другому принципу. Они не вырабатывают, а получают от Солнца тепловую энергию, которая нагревает теплоноситель в емкостях или трубках. В принципе, коллектором можно считать любую емкость с водой, выставленную на солнце, но имеются специальные конструкции, способные продемонстрировать наибольшую эффективность. Такой вариант системы значительно проще, дешевле и доступен для самостоятельного изготовления.

Полученное тепло сразу реализуется в повышении температуры теплоносителя, который аккумулируется в накопительной емкости, откуда распределяется по отопительным контурам дома. Оптимальным способом обогрева является использование низкотемпературных систем, таких как теплый пол. Они не нуждаются в сильном нагреве, что соответствует возможностям солнечных коллекторов. В ночное время расходуется теплоноситель, нагретый за день.

Правила выбора

Установка фотоэлектрических панелей позволяет снизить счета за электроэнергию. Они преобразуют накопленную солнечную энергию в электричество, которое необходимо, например, для питания устройств, используемых каждый день. Если вы собираетесь купить самые эффективные солнечные панели и создать собственную солнечную установку, обязательно прочтите это руководство. Мы расскажем, что вам нужно учесть, чтобы купить правильный продукт.

Место установки. Чаще всего на крыше монтируется фотоэлектрическая установка. Она должна быть наклонена под углом 30, максимум 35 градусов. Тогда панели будут работать достаточно эффективно. В случае дома с плоской крышей необходимо использовать специальную конструкцию, которая увеличит расстояние между панелями и исключит риск потемнения.

Пиковая мощность – это электрическая мощность, полученная в условиях испытаний (сокращенно STC) при солнечной освещенности 1000 Вт / м2. Стандартная пиковая мощность составляет несколько сотен Вт (например, солнечная панель 500 Вт). При этом следует учитывать, что среднее значение этого параметра с учетом всего года эксплуатации панелей составит около 10% от общей пиковой мощности, указанной производителем.

Допуск мощности. Из допуска мощности мы можем определить, насколько велика разница между реальной мощностью и номинальной пиковой мощностью. Если его значение положительное, это означает, что реальная мощность панели не ниже пиковой мощности, а иногда даже может быть выше.

Эффективность выражается в процентах. Это отношение максимальной электрической мощности к мощности солнечного излучения, попадающего на поверхность ячеек. Рекомендуется выбирать панели с наивысшим КПД, поскольку указанная мощность может быть получена при установке меньшего размера. Лучшая фотоэлектрическая панель имеет КПД не менее 13%.

Габаритные размеры и вес. В среднем высота фотоэлектрических панелей, имеющихся на рынке, составляет около 166 см, а ширина – 99 см. Их толщина в свою очередь составляет 3,5 см, иногда чуть больше или меньше. Модели, адаптированные для создания домашней установки, состоят из 60 ячеек, а предназначенные для промышленных целей – 72 ячейки. Расстояние между ними от 4 до 5 мм. В среднем фотоэлектрическая панель весит 19 кг.

Гарантия

При комплектовании элементов для строительства фотоэлектрической установки также следует обращать внимание на срок гарантии. Чаще всего это 10, максимум 12 лет

Чем дольше период защиты, тем больше мы можем быть уверены, что для производства панелей использовались компоненты хорошего качества. Также не стоит забывать проверить гарантию мощности. Обычно производители гарантируют, что в первые 10 лет эксплуатации установки мощность не упадет ниже 90% от начального значения, а через 15 лет – ниже 80%.

Диапазон рабочих температур. Установленная фотоэлектрическая панель должна быть устойчивой к неблагоприятным погодным условиям. Ее рабочая температура должна охватывать широкий диапазон – от -40 ºC до +85 ºC.

Фотоэлектрическая установка имеет не только преимущества, но и несколько недостатков. Однако вложение в нее практически всегда окупается. Кстати, по оценкам экспертов, панели, обращенные на юг под углом 40 градусов, могут производить от 900 до 1300 кВтч электроэнергии в год. В рейтинге лучших солнечных панелей мы собрали только лучшие и проверенные варианты, как для кемпинга, рыбалки, так и для домашней установки, поэтому каждый сможет выбрать модель для себя.

Преимущества отопительной системы на солнечных батареях

Можно отметить несколько достоинств солнечных батарей для отопления дома:

  • Круглый год ваш дом обеспечен необходимым теплом. Также можно регулировать температурный режим в доме по своему усмотрению.
  • Тотальная независимость от жилищно-комунальных служб. Теперь вам не придется платить огромные счета за отопление.
  • Солнечная энергия – это такой запас, который можно использовать на различные нужды бытового характера.
  • У таких батарей очень хороший эксплуатационный срок. Они редко выходят из строя, поэтому не придется беспокоиться о том, что необходим ремонт или замена некоторых компонентов.

Есть некоторые нюансы, на которые стоит обратить внимание перед тем, как остановить свой выбор на данной системе. Ведь такая система может подойти не для всех. Во многом качество такой отопительной системы зависит от географии проживания

Если вы проживаете в таком регионе, где солнце светит далеко не каждый день, то такие системы будут неэффективными. Еще одним недостатком данной системы является то, что солнечные батареи стоят недешево. Правда, не стоит забывать о том, что такая система со временем себя полностью окупит

Во многом качество такой отопительной системы зависит от географии проживания. Если вы проживаете в таком регионе, где солнце светит далеко не каждый день, то такие системы будут неэффективными. Еще одним недостатком данной системы является то, что солнечные батареи стоят недешево. Правда, не стоит забывать о том, что такая система со временем себя полностью окупит.

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Продолжительность солнечного сияния на территории России

Для того чтобы снабдить дом необходимым количеством тепла, потребуется от 15 до 20 кв. метров площади солнечных батарей. Один квадратный метр выделяет в среднем до 120Вт.

Для того чтобы получать около 500кВт тепла в месяц, нужно чтобы в месяце было около 20 солнечных дней.

Обязательным условием является установка солнечных батарей на южную сторону крыши, так как на нее распространяется больше всего тепла. Для того чтобы отопление от солнечных батарей было максимально эффективным, угол наклона крыши должен составлять около 45 градусов. Желательно, чтобы возле дома не росли высокие деревья и не находились другие предметы, которые могут создавать тень. Стропильная система дома должна обладать необходимой прочностью и надежностью. Так как солнечные батареи не совсем легкие, нужно позаботиться о том, чтобы они не нанесли вред зданию и не спровоцировали разрушительные процессы. Вероятность обрушения возрастает зимой, так как в это время на крыше, помимо тяжелых батарей, будет накапливаться снег.

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Солнечные батареи как правило размешают на крыше дома

Несмотря на то, что солнечные батареи стоят довольно дорого, они все больше набирают популярность. Их используют даже там, где климат не слишком жаркий. Такую систему можно использовать и в качестве дополнительного отопления дома. Наиболее эффективны такие системы в летние месяцы, когда солнце светит почти каждый день. Однако не стоит забывать о том, что дом необходимо отапливать преимущественно в зимние месяцы.

Популярные статьи  Кровать из массива дерева: натуральная, надежная и долговечная

Преимущества и недостатки данной технологии

У любой, реально существующей системы, имеются свои плюсы и минусы, есть они и у солнечной электростанции. К достоинствам можно отнести следующие факторы:

  1. Автономность. Качество вашей жизни перестанет зависеть от исправности государственных электросетей. Не секрет, что периодические перебои с электроэнергией изрядно портят нервы. А если вы работаете дома, то автономное энергоснабжение вам просто необходимо, иначе отсутствие электричества может привести не только к моральным, но и к материальным издержкам.
  2. Вариативность. Возможность поэтапного наращивания мощности. Не обязательно сразу переводить весь дом на солнечную энергию. Для начала, будет достаточно одной панели и автомобильного аккумулятора, от которых вы с легкостью сможете запитать несколько светодиодных светильников или уличных фонарей. В качестве эксперимента и для приобретения необходимого опыта, можно начать с фонтана на солнечных батареях или электрификации кухни. Постепенно увеличивая мощность системы, можно переходить к более серьезным приборам, например, подключать вентиляторы летом и небольшой обогреватель зимой. А досконально изучив тему, можно приступать к глобальным проектам, перевести отопление на энергию солнца или запитать теплицу.
  3. Экологическая безопасность. В процессе производства электрической энергии в окружающую среду не выделяются вредные элементы, а при утилизации вышедших из строя компонентов, не образуются вредные соединения.
  4. Законность. Для закупки и установки солнечных панелей на своей крыше или прилегающем к дому участке, вам не потребуется никаких дополнительных разрешений.
  5. Долговечность. Если элементы в панелях качественные и подключены правильно, а сами батареи установлены по всем правилам, система прослужит вам не одно десятилетие.

Теперь о недостатках:

При нынешней ситуации с углеродными энергоносителями, переходить на альтернативные источники энергии или нет – вопрос не стоит. Тут главное, определиться, какой из возобновляемых ресурсов подойдет именно вам. Если информация из этой статьи была вам полезна, поделитесь ей с друзьями и не забудьте подписаться на наш блог, впереди еще много интересного.

Виды солнечной радиации

В атмосфере солнечная радиация на пути к поверхности земли частично поглощается, а частично рассеивается и отражается от облаков и земной поверхности. В атмосфере наблюдается три вида солнечной радиации: прямая, рассеянная и суммарная.

Прямая солнечная радиация — радиация, приходящая к земной поверхности непосредственно от диска Солнца. Солнечная радиация распространяется от Солнца по всем направлениям. Но расстояние от Земли до Солнца так велико, что прямая радиация падает на любую поверхность на Земле в виде пучка параллельных лучей, исходящего как бы из бесконечности. Даже весь земной шар в целом так мал в сравнении с расстоянием до Солнца, что всю солнечную радиацию, падающую на него, без заметной погрешности можно считать пучком параллельных лучей.

На верхнюю границу атмосферы приходит только прямая радиация. Около 30 % падающей на Землю радиации отражается в космическое пространство. Кислород, азот, озон, диоксид углерода, водяные пары (облака) и аэрозольные частицы поглощают 23 % прямой солнечной радиации в атмосфере. Озон поглощает ультрафиолетовую и видимую радиацию. Несмотря на то, что его содержание в воздухе очень мало, он поглощает всю ультрафиолетовую часть радиации (это примерно 3 %)

Таким образом, у земной поверхности ее вообще не наблюдается, что очень важно для жизни на Земле

Прямая солнечная радиация на пути сквозь атмосферу также рассеивается. Частица (капля, кристалл или молекула) воздуха, находящаяся на пути электромагнитной волны, непрерывно «извлекает» энергию из падающей волны и переизлучает ее по всем направлениям, становясь излучателем энергии.

Около 25 % энергии общего потока солнечной радиации проходя через атмосферу, рассеивается молекулами атмосферных газов и аэрозолем и превращается в атмосфере в рассеянную солнечную радиацию. Таким образом рассеянная солнечная радиация — солнечная радиация, претерпевшая рассеяние в атмосфере. Рассеянная радиация приходит к земной поверхности не от солнечного диска, а от всего небесного свода. Рассеянная радиация отлична от прямой по спектральному составу, так как лучи различных длин волн рассеиваются в разной степени.

Так как первоисточником рассеянной радиации является прямая солнечная радиация, поток рассеянной зависит от тех же факторов, которые влияют на поток прямой радиации. В частности, поток рассеянной радиации возрастает по мере увеличение высоты Солнца и наоборот. Он возрастает также с увеличением в атмосфере количества рассеивающих частиц, т.е. со снижением прозрачности атмосферы, и уменьшается с высотой над уровнем моря в связи с уменьшение количества рассеивающих частиц в вышележащих слоях атмосферы. Очень большое влияние на рассеянную радиацию оказывают облачность и снежный покров, которые за счет рассеяния и отражения падающей на них прямой и рассеянной радиации и повторного рассеяния их в атмосфере могут в несколько раз увеличить рассеянную солнечную радиацию.

Рассеянная радиация существенно дополняет прямую солнечную радиацию и значительно увеличивает поступление солнечной энергии на земную поверхность. Особенно велика ее роль в зимнее время в высоких широтах и в других районах с повышенной облачностью, где доля рассеянной радиации может превышать долю прямой. Например, в годовой сумме солнечной энергии на долю рассеянной радиации приходится в Архангельске — 56 %, в Санкт-Петербурге — 51 %.

Суммарная солнечная радиация — это сумма потоков прямой и рассеянной радиаций, поступающих на горизонтальную поверхность. До восхода и после захода Солнца, а также днем при сплошной облачности суммарная радиация полностью, а при малых высотах Солнца преимущественно состоит из рассеянной радиации. При безоблачном или малооблачном небе с увеличением высоты Солнца доля прямой радиации в составе суммарной быстро возрастает и в дневные часы поток ее многократно превышает поток рассеянной радиации. Облачность в среднем ослабляет суммарную радиацию (на 20-30 %), однако при частичной облачности, не закрывающей солнечного диска, поток ее может быть больше, чем при безоблачном небе. Существенно увеличивает поток суммарной радиации снежный покров за счет увеличения потока рассеянной радиации.

Суммарная радиация, падая на земную поверхность, большей частью поглощается верхним слоем почвы или более толстым слоем воды (поглощенная радиация) и переходит в тепло, а частично отражается (отраженная радиация) .

Заключение

Даже изготовленный (или смонтированный) своими руками, преобразователь энергии солнца в тепловую решает сразу несколько задач:

  • обеспечивает горячее водоснабжение с марта по ноябрь;
  • «сокращает» отопительный сезон (уже с середины февраля-начала марта можно переходить на солнечное отопление);
  • помогает эффективному функционированию домашних бассейнов, теплиц, а также системе «теплых плов»;
  • снижает тепловые потери частного дома;
  • существенно экономит расходы на отопление (можно обойтись без дополнительных обогревателей) и горячую воду;
  • способствует энергонезависимости жилища, его истинной автономности.
Оцените статью
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий