Cолнечные системы для получения тепловой энергии включают в себя группу абсорберов, соединённых трубопроводами с насосом и аккумулятором горячей воды. В нижней части такого аккумулятора размещается змеевик, соединённый с солнечной системой. В верхней части обычно имеется змеевик, не показанный на схеме, который питается горячей водой от резервного источника тепла в виде газового котла. К аккумулятору присоединены системы отопления и горячего водоснабжения. Первые конструкции аккумуляторов выполнялись в виде бака, в нижней части этого аккумулятора размещён нагревательный змеевик от солнечной системы, а вверху имеется змеевик, подключённый к котлу. Холодная вода поступает в нижнюю часть аккумулятора температурой 10оС, нагревается до 60оС и подаётся через верхний патрубок на потребление. Недостаток такой конструкции аккумулятора состоит в том, что одна и та же вода направляется и в отопительную сеть и в систему горячего водоснабжения, хотя для этих систем требуются разные параметры воды. Для горячего водоснабжения желательна температура около 60оС, в то время как для панельных систем отопления, которые наиболее целесообразно сочетать с солнечными системами, необходима вода с параметрами 40-30оС.

Абсорберы для получения тепловой энергии могут иметь и другое конструктивное исполнение. Например, часто используют вакуум-коллекторы Такие абсорберы представляют собой батарею трубок с зачернённой наружной поверхностью, расположенных внутри других трубок. Пространство между этими трубками вакуумировано. Под трубками размещён зеркальный рефлектор, с помощью которого обеспечивается фокусированное об лучение трубок. Благодаря вакуумированию межтрубного пространства происходит поглощение тепловой энергии внутренними трубками без обратной потери поглощённого тепла в окружающее пространство. Незамерзающий теплоноситель циркулирует по мелким трубочкам. Подобный вакуум-коллектор массой 35 кг, состоящий из 12 вакуумированных трубок и площадью поглощения инсоляции 1,9 м2, обеспечивает поступление солнечной энергии в количестве 580 – 600 кВт.ч в среднем в год. Не менее часто тепловые абсорберы выполняются в виде плоских панелей, покрытых сверху специальным стеклом, обеспечивающим погло-щение более 90 % солнечного излучения. Внутри такой панели размещён регистр из медных трубок, уложенных на абсорбер, покрытый чёрным хромовым слоем. Под аборбером находится слой высокоэффективной теплоизоляции. Рама панели изготовлена из оцинкованной стали. По медным трубкам такого абсорбера циркулирует незамерзающий теплоноситель, в качестве которого обычно используется водный раствор этиленгликоля. По данным фирм-изготовителей таких абсорберов, при площади поглощения инсоляции 2,2 м2 удаётся в среднем получить до 530 кВт.ч солнечной энергии в год. КПД таких плоских коллекторов составляет 85% при коэффицинте теплопоглощения, достигающем 3,4 Вт/(м2.К).

Во многих развитых странах продолжается использование солнечной энергии для электрического тока. Как уже отмечалось выше, такие установки применяются не только в странах Азии и Африки, но и в Центральной Европе. Достаточно отметить, что в этих странах применение солнечных коллекторов мощностью выше 10 кВт выросло за последнее десятилетие более, чем в 40 раз. Использование солнечной энергии кроме экономического имеет ещё и экологическое значение, поскольку это позволяет снижать эмиссию вредных газов в атмосферу. В источниках Германии приводятся данные, свидетельствующие о том, что за счёт применения солнечных коллекторов в системах отопления выброс в атмосферу углекислого газа снижается более, чем на 20 %. При этом наиболее заметно это уменьшение наблюдается в системах отопления, использующих в качестве энергоносителя сетевой газ. Физический принцип действия солнечных коллекторов для получения электроэнергии состоит в прямом преобразовании светового облучения в электрический потенциал по так называемому фотоэффекту Иоффе-Беккереля. Солнечная ячейка состоит из двух тончайших слоёв кремния (Si), отделённых друг от друга промежуточным слоем. При облучении на верхнем слое образуется избыток электронов, в то время как на нижнем слое – их недостаток. В результате в промежуточном слое создаётся некая разность потенциалов. Если соединить эти два разделённых друг от друга слоя электропроводом, появляется движение электронов, то есть появляется электрический ток.

Такие солнечные коллекторы, называемые Photovoltaik-System, применяются,в частности, на космических кораблях. Фирмой Vaillant [20] разработаны четыре типа модулей электрических солнечных коллекторов. Монокристаллический коллектор марки auroPower массой 17 кг и габаритными размерами 1575х826х46 мм обеспечивает получение электриче-ского тока мощностью 175 Вт. Этот поликристаллический коллектор массой 16 кг, габаритными размерами 1318х994х46 мм и мощностью генерируемого электротока 160 Вт. Коэффициент полезного действия составляет 13 %. Это значит, что из 100 % солнечной энергии, падающей на поверхность модуля, лишь 13 % преобразуется в электрическую энергию. Тем не менее эконо-мические расчёты показывают, что комплект таких модулей суммарной площадью 20 м2 обеспечивает ежегодно получение электроэнергии в климатических условиях центральной Европы в количестве 500 кВт.ч на 1 м2 поверхности коллектора. Все эти конструкции обла-дают высокой износоустойчивостью и могут без ремонта успешно работать в течение 25 лет. Основая проблема использования таких солнечных коллекторов состоит в том, что невозможно аккумулировать получаемую с их помощью электроэнергию.

Солнечная энергия в Испании >>