ЕНЕРГІЯ СОНЦЯ
Сонце - це найбільше джерело енергій в Україні.
Енергії сонця, яка протягом 15 хвилин потрапляє на поверхню нашої планети, може забезпечити річну потребу енергії людства.
Сонячна енергія, керує усіма природними процесами, що відбуваються на нашій планеті: дощ, вітер, фотосинтез, океанічні течії, тощо. Викопні види палива - такі як газ, нафта та вугілля, з'явилися в результаті впливу енергії сонця.
Глобальне сонячне випромінювання складається з прямого і розсіяного світла. На його шляху до поверхні Землі трапляються молекули повітря, частинки пилу, хмари, які заломлюють та розсіюють світлові промені, таке випромінювання називається дифузним. Частина променів, яка досягла поверхні без зміни напрямку називається прямим випромінюванням.
В Україні частина дифузного (розсіяного) випромінювання становить 40% в травні і 80% в грудні. Сумарна кількість сонячної енергії, яка потрапляє на поверхню країни в річному діапазоні, варіюється від 1400 кВт*год/м2 (Крим) до 1000 кВт*год/м2 (Полісся).
ГЕЛІОТЕРМІЧНА УСТАНОВКА
Геліотермічні установки використовуються для нагріву води санітарного призначення, для підтримки системи опалення, а також для підігріву води в басейні. За допомогою типової геліотермічної установки, можна забезпечити до 80% річної потреби гарячої води. В залежності від стану утеплення будинку, можна забезпечити до 40% потреби теплової енергії для опалення, в приватному будинку можливо навіть і на 100% опалюватися за рахунок енергії сонця. Сучасна система опалення приватного будинку, являє собою комбінацію з різних джерел теплової енергії, як правило комбінують газовий котел, тепловий насос або палетний камін з геліотермічною установкою.
Екологічність і дуже низькі експлуатаційні витрати - це основні аргументи, які спонукають до інвестицій для влаштування геліотермічної установки. Збільшення екологічної свідомості серед населення, а також постій ріст цін на викопні енергоносії, безумовно позитивно впливають на розвиток ринку геліоенергетики в нашій державі.
Використання сонячної енергії - це суттєвий крок на шляху до сталого енергозабезпечення і повинна підтримуватися на державному рівні.
КОМПОННТИ ГЕЛІОТЕРМІЧНОЇ УСТАНОВКИ Сонячний колектор
Технологічний розвиток сонячних колекторів практично досягнув свого найбільшого розвитку і в найближчому майбутньому не передбачається великих змін, особливо в його конструкції. Виробники намагаються знайти потенціал для оптимізації саме у зменшені вартості матеріалів, які використовуються для виготовлення колектора. Тому, на даний момент, науковий світ тягнеться до розширення сфери застосування геліотермічних установок. Наприклад, вже стало можливо використовувати теплову сонячну енергію для отримання холоду. Хоча, спеціальні холодильні машини, які виробляють холод з тепла були винайдені в середині минулого століття, проте використання сонячної енергії в даній технології з'явилося лише декілька років тому. Деякі виробники пропонують такі концептуальні рішення, як контрольоване вироблення пари в сонячному колекторі (вакуумного типу з дзеркальним концентратором) для певних виробничих процесів.
На вітчизняному ринку представленні два основних типи сонячних колекторів - плоскі та вакуумні. Ці два типи колекторів відрізняюся будовою та різними показниками продуктивності. Продуктивність сонячного колектору залежить від декількох основних факторів, по перше це - технічні характеристики самого колектора: коефіцієнт корисної дії та коефіцієнти тепловтрат; по друге це - потужність сонячного випромінювання, зовнішня температура і робоча температура колектора.
Серцем будь-якого колектору - є абсорбер. За його допомогою сонячне світло перетво-рюється в теплову енергію. Абсорбер - це спеціальне покриття, темно-синього кольору, яке наноситься (напиляється) на внутрішню поверхню сонячного колектору. Високоселективне покриття забезпечує максимальне перетворення сонячного світла в тепло, будова колектора повинна забезпечити мінімальні втрати теплової енергії з поверхні абсорберу. Селективний шар поглинає до 95 % сонячної інсоляції. Абсорбуючий шар може бути виконаний на основі чорного хрому або оксиду титану і кремнію. До кожного сонячного колектору підводяться трубопроводи по яких подається теплоносій, що забезпечує передачутеплової енергії від колектора до системи опалення.
Плоский сонячний колектор
Будова плоского сонячного колектору.Плоский сонячний колектор складається з корпусу, в основі, якого знаходиться тепло ізолюючий матеріал, який зменшує втрати тепла через нижню частину колектора. Система трубопроводів розташо-вана над теплоізоляцією, далі знаходиться абсорбер у вигляді металевої пластини на яку нанесений високоселективний матеріал.
На поверхні розташоване спеціальне скло з низькимвмістом заліза, що дає змогу зменшити рефлекторну здатність скляної поверхні. 
Розміри стандартного плоского колектору становлять 2 - 2,5 м2. Більшість виробників, пропонують різні види кріплень для будь-яких типів даху та виду покрівлі.
Вакуумний колектор
Принцип перетворення сонячного світла в теплову енергію у плоского колектора і у вакуумного - абсолютно ідентичний. Основна відмінність полягає в якості теплооізоляції, оскільки вакуумний колектор складається з багатьох вакуумних колб, які виконані за принципом термосу.
Абсорбуюче покриття нанесене на внутрішню трубку колби. Вакуум характеризується відмінними теплоізолюючими якостями, що дозволяє використовувати колектор даного типу для вироблення високотемпературного теплоносія. Приклади застосування даної технології зустрічаються в побутових системах опалення, а також в індустріальних виробничих процесах для отримання високотемпературного теплоносія або навіть пари.
Вакуумні колектори розрізняються за будовою і таким чином поділяються на два основних типи: колектори з тепловою трубкою (Heat-Pipe) і колектори проточного типу з «U» подібно трубкою (U-Pipe). Також, слід розрізняти поняття «апертурна площа», «загальна площа» і «площа абсорберу». Продуктивність сонячного колектору залежить від величина площі абсорберу або апертурної площі, загальна площа описує зовнішні розміри колектору.
Вакуумний колектор типу теплової трубки (HEAT-PIPE)
Особливість даного типу колекторів полягає у використанні теплової трубки, тобто це герметична мідна трубка, в середині якої вакуум. Ця трубка заповнена невеликою кількістю рідини, яка починає випаровуватися при потраплянні сонячних променів на площину абсорберу. Пар піднімається у верхню частину мідної трубки, передає тепло вторинному теплоносієві, конденсує і повертається в рідкій формі в початкове положення.
Вакуумний колектор з U-подібною трубкою
Система трубопроводів, в колекторі даного типу, виконана таким чином, що вторинний теплоносій відразу нагрівається сонячними променями. Як правило колектори встановлюються під певним кутом нахилу та з певною орієнтацією стосовно сторін світу, без можливості зміни цих параметрів в процесі експлуатації̈установки. Сонячні промені потрапляють на площину колектора під різним кутом протягом дня впродовж всього року, особливі відмінності спостерігаються між літнім та зимовим періодами.
Ряд європейських виробників оснащують свої колектори параболічним дзеркальним концентратором, який розташовується під вакуумними трубками. Це дає змогу сфокусу-вати сонячні промені на всій площині вакуумної трубки. Такі переваги особливо помітні в хмарну погоду при великій кількості розсіяних променів.
Як правило колектори встановлюються під певним кутом нахилу та з певною орієнтацією стосовно сторін світу, без можливості зміни цих параметрів в процесі експлуатації установки. Сонячні промені потрапляють на площину колектора під різним кутом протягом дня впродовж всього року, особливі відмінності спостерігаються між літнім та зимовим періодами.
Теплоносій
Оскільки сонячний колектор встановлюється ззовні будівлі, то в зимовий період, особливо вночі, він може зазнавати впливу низьких температур. Переважна більшість виробників для запобігання замерзання колектора використовує спеціальний антифриз. Незамерзаюча рідина - це суміш поліпропеленгліколя з водою. Температура замерзання цієї рідини залежить від концентрату суміші. Зазвичай постачальник готує суміш незамерзаючої рідини у відповідності з кліматичними умовами регіону, де встановлюється геліотермічна установка.
Використання спеціальної рідини вимагає застосування додаткового тепл1ообмінника, що дозволяє відділити сонячну установку від системи опалення. Проте існує єдиний виробник сонячних установок, якому вдалося використовувати воду в якості теплоносія навіть в зимовий період. Компанія Paradigma (Німеччина) розробила і запатентувала спеціальний алгоритм антизамерзання, що запобігає замерзанню теплоносія в колекторі. Використання даної технології можливе лише з вакуумними колекторами проточного типу. Оскільки вони характеризуються низькими тепловтратами і витрати енергії на функцію антизамерзання будуть найнижчими.
Теплоакумулююча ємність
Загальна ефективність геліотермічної установки залежить не лише від сонячного колектора, а також від характеристик теплоакумулюючої ємності. Вона повинна бути підібрана таким чином, щоб забезпечити збереження теплової сонячної енергії протягом декількох днів. Для реалізації цього завдання ємність повинна мати низькі показники тепловтрат. Добре ізольована ємність дає можливість краще використовувати сонячну енергію.
Бойлер непрямого нагріву
Для нагріву води санітарного призначення (гаряче водопостачання) використовується бойлер не прямого нагріву. В класичній схемі виконання геліотермічної установки використо-вується бойлер з двома змієвиками (бівалентний бойлер).
Бойлери такого типу зустрічаються в більшості випадків в будинках приватного типу, де кількість використання гарячої води відносно не велика.
Нижній теплообмінник використовується для приготування гарячого водопостачання за рахунок геліотермічної установки.
Комбінована теплоакумулююча ємність
Як правило, для реалізації проекту з влаштування геліотермічної установки на підтримку системи опалення і приготування гарячого водопостачання, використовується комбінована теплоакумулююча ємність. В середині ємності знаходиться теплоносій системи опалення, тобто та сама вода, що і в котлі чи радіаторах. Проте в даному випадку, вона може нагріватися не тільки за допомогою котла, а також за допомогою сонячних колекторів. Повноцінне опалення за рахунок сонячної енергії можливе лише в період міжсезоння, тобто восени або на весні. В зимовий період, продуктивність сонячного колектору буде суттєво меншою, в першу чергу - це обумовлено тривалістю світлового дня, а також низькою зовнішньою температурою.
Конструкція комбінованої теплоакумулюючої ємності виконана таким чином, що котел нагріває теплоносій тільки у верхній частині, звідки відбувається розбір теплоносія на систему опалення, та приготування гарячої води, а геліотермічна установка нагріває весь об'єм ємності.
Насосна станція
Транспортування сонячної енергії від колекто-ра до ємності відбувається за допомогою циркуляційного насосу. Оперуючи показни-ками датчиків температури і об'ємного потоку, регулятор самостійно визначає необхідний алгоритм роботи установки. Облік про-дуктивності установки визначає за принципом теплового лічильника. В разі необхідності автоматика проводить само діагностику для визначення порушення в роботі системи. Регу-лятор може самостійно виправляти невеликі несправності , наприклад самостійно запускати програму розповітрення, коригувати час або змінювати швидкість об'ємного потоку.
Мембранний розширювальний бак
Завдання мембранного розширювального баку полягає в тому, щоб компенсувати розширення теплоносія, яке відбувається під час його нагріву та охолодження і запобігти спрацю-ванню запобіжного клапану. В разі стагнації (кипіння) геліотермічної установки, збільшується тиск в геліоконтурі теплоносій витискається паром з сонячного колектору, який також компенсується в розширювальному баку.
Система трубопроводів
Основним матеріалом для виконання траси геліотермічної установки являється гофрований трубопровід з нержавіючої сталі. Характерною перевагою гофрованого трубопроводу над мідним - є його гнучкість. Слід також звернути увагу на характеристики теплоізоляції, оскільки під час стагнації температура в геліоконтурі може сягати понад 130°С, тому ізоляція має бути виконана з матеріалу, який здатен витримувати високі температурні навантаження (мінімум 150°С). Зовнішні участки теплоізоляції повинні бути стійкими до ультрафіолетового випромі-нювання.Геліотермічна установка
За основним призначенням геліотермічні установки, які використовуються в приватних будинках можна розділити на два основних типи:
- геліотермічна установка для приготування гарячого водопостачання
- геліотермічна установка для підтримки системи опалення та приготування гарячого водопостачання
ВИКОНАННЯ МОНТАЖНИХ РОБІТ ПО ВСТАНОВЛЕННЮ ГЕЛІОТЕРМІЧНОЇ УСТАНОВКИ
Кожен з виробників сонячних установок пропонує власні інструкції з монтажу. Хоча будова різних геліотермічних установок дуже схожа, проте, необхідно уважно ознайомитися з вимогами виробника, щодо виконання монтажних робіт. Тому що, не тільки правильна робота установки залежить від якості монтажу, а також виконання гарантійних умов можливе лише при дотримані всіх правил монтажу, які вказані в інструкції виробника.
Далі наведено приклади виконання монтажних робіт з встановлення вакуумних сонячних колекторів торгової марки Paradigma (Німеччина).
При виконанні монтажних робіт необхідно дотримуватися наступних правил з монтажу та з техніки безпеки:
- забезпечити наявність, міцність і стійкість огороджувальних конструкцій, риштувань, настилів, драбин, для безпечного пересування по даху. Забезпечити працівників необхідними засобами захисту та використовувати їх за призначенням;
- монтаж геліотермічної установки відбувається тільки за допомогою оригінальних компонентів кожної компанії – виробника;
- при можливості виконати максимальну кількість робіт на землі;
- встановлення сонячного колектору здійснюється з орієнтацією на південь;
- кут встановлення, відносно горизонту, становить 15°- 90°;
- слід уникати затінення сонячного колектору;
- сонячний колектор встановлюється вакуумними трубками донизу;
- використання поліпропіленових трубопроводі та пресових з'єднань не дозволяється;
- сонячний колектор постачається з спеціальним захисним чохлом, який знімається лише після вводу в експлуатацію;
- гідравлічні з'єднання, геліотермічного контуру, виконуються тільки за допомогою цангових з'єднань або паяного з'єднання з твердим припоєм;
- при виконанні робіт з пайки твердим припоєм необхідно дотримуватися правил пожежної безпеки, а також забезпечити в приміщення провітрювання;
- гідравлічне підключення сонячного колектору з трубопроводами геліоконтуру може відбуватися з лівої або з правої сторони.
Варіанти встановлення сонячних колекторів
Розташування на похилому даху: при розташуванні сонячного колектору один над одним, мінімальна відстань між колекторами повинна становити 15 см, щоб забезпечити доступу до кожного окремого колектору для здійснення монтажу та проведення сервісного обслуговування.
Розташування на плоскому даху: при розташуванні колекторів один за одним необхідно враховувати мінімальну відстані між колекторами, таким чином, щоб попередній колектор не затіняв наступного. Мінімальна відстань залежить від висоти колектору і від кута нахилу.
Розташування на фасаді: монтаж сонячних колекторів на фасаді будівлі здійснюється лише у горизонтальній площині.
Монтаж колекторів на похилий дах
Розташування сонячних колекторів на похилому даху здійснюється з урахуванням мінімальних відступів до краю покрівлі.
