Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии

Раздел: Энергетика

В предыдущих главах мы отметили, что если в коллекторе используется вода, то в нее необходимо добавлять антикоррозийные средства и антифризы. Это означает, что непосредственное использование такой воды для домашних нужд или купания невозможно.

Нужно, чтобы в коллекторе тепло было передано чистой воде, которую затем можно использовать. Лучший пример теплообменника — радиатор горячей воды, который устанавливается в наших домах для отопления. В данном случае теплая вода нагревает воздух. Другой пример — охладитель (радиатор), устанавливаемый в автомобиле. В этом случае горячая вода охлаждается воздухом.

На схеме показан принцип действия теплообменника. Теплая жидкость или воздух движется в широкой трубе. В узкую трубу поступает жидкость или воздух, имеющие более низкую температуру, чем вещество, содержащееся в широкой трубе. Тепло передается через металлическую поверхность узкой трубы более холодной жидкости или воздуху, которые затем нагреваются. Какова будет степень нагревания и как быстро будет происходить выравнивание температуры в обеих трубах после того, как произойдет взаимодействие, зависит от размера труб, свойств жидкости и скорости ее движения.

Теплонакопление

Если рассматривать накопление энергии в ближайшей перспективе и думать только об отоплении домов, то в данном случае есть несколько способов накапливать избыток тепла, получаемого в солнечный день, и использовать его в другой день, когда солнечная панель не дает достаточного количества тепла.

От солнечной панели мы получаем теплую жидкость или нагретый воздух. Если у нас нет необходимости в них в данный конкретный момент, то мы накапливаем тепло в водном резервуаре или каменном контейнере.

Хорошо изолированный водный резервуар может сохранять тепло с высокой температурой в течение недели, а в лучшем случае — до 10 дней. Каменный контейнер наполнен несколькими кубометрами обычного серого камня. Каждый такой камень имеет в диаметре от 3 до 10 см. Каменный контейнер наиболее подходит для накопления теплого воздуха. Теплый воздух подается с одной стороны каменного контейнера. Тепло передается холодным камням до тех пор, пока их температура не сравняется с температурой воздуха.

Чтобы извлечь максимальную пользу от исходящего от контейнера тепла, последний размещают в центре дома, как правило, в погребе. В США обычно каменный резервуар служит частью конструкции дома, например, в северной стене дома. Какой должен быть объем воды или каменного резервуара, зависит от многих факторов, например, от нагреваемой площади жилища и необходимого периода накопления.

В южной части США, где расположено большинство домов, обогреваемых Солнцем, даже в зимнее время дни теплые и солнечные, в то время как ночи — холодные. Как правило, тепло накапливают в дневное время с тем, чтобы использовать в ночное, но зимой отдельные дни бывают столь пасмурными, что для накопления тепла необходимы один—три дня.

В Швеции проблема выглядит совсем иначе. Невозможно определить без практического опыта, какое количество теплой жидкости можно получить в течение солнечного зимнего дня, как много тепла можно накопить.

На схеме изображен случай, когда резервуар — накопитель тепла и теплообменник — жидкость (вода) помещены в каменный резервуар. Нагретая жидкость от солнечной панели накапливается и нагревает воду, которую затем можно использовать. Та часть тепла, которая остается в накопительном резервуаре, распространяется в каменном контейнере и нагревает его. Проходящий сквозь контейнер воздух нагревается и подается в помещение.