ЕСТЕСТВЕННЫЙ ПОТОК ТЕПЛА

При проектировке дома необходимо помнить о естественных тепловых потоках. Как известно, теплый воздух поднимается вверх, поэтому с помощью преимущественного использования верхних этажей можно сэкономить достаточно тепловой энергии. Для уменьшения воздействия зимнего холода буферные зоны здания, т.е. комнаты, которые не обогреваются или обогреваются частично (бытовые помещения, вестибюли, кладовые) должны быть ориентированы на север. Наличие вестибюля у входных дверей также является энергосберегающим элементом: вестибюли сокращают потерю тепла и обеспечивают буферную зону между внешней и внутренней средой.

СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

С древнейших времен человек использует энергию Солнца для нагрева воды. В основе многих солнечных энергетических систем лежит применение солнечных коллекторов. Коллектор поглощает световую энергию Солнца и преобразует ее в тепло, которое передается теплоносителю (жидкости или воздуху) и затем используется для обогрева зданий, нагрева воды, производства электричества, сушки сельскохозяйственной продукции или приготовления пищи. Солнечные коллекторы могут применяться практически во всех процессах, использующих тепло.

Для типичного жилого дома или квартиры в Европе и Северной Америке нагрев воды - это второй по энергоемкости домашний процесс. Для ряда домов он даже является самым энергоемким. Использование энергии Солнца способно снизить стоимость бытового нагрева воды на 70%. Коллектор предварительно подогревает воду, которая затем подается на традиционную колонку или бойлер, где вода нагревается до нужной температуры. Это приводит к значительной экономии средств. Такую систему легко установить, она почти не требует ухода.

В наши дни солнечные водонагревательные системы используются в частных домах, многоквартирных зданиях, школах, автомойках, больницах, ресторанах, в сельском хозяйстве и промышленности. У всех перечисленных заведений есть нечто общее: в них используется горячая вода. Владельцы домов и руководители предприятий уже смогли убедиться в том, что солнечные системы для нагрева воды являются экономически выгодными и способны удовлетворить потребность в горячей воде в любом регионе мира.

ИСТОРИЯ

Люди нагревали воду при помощи Солнца с давних времен, до того, как ископаемое топливо заняло лидирующее место в мировой энергетике. Принципы солнечного отопления известны на протяжении тысячелетий. Покрашенная в черный цвет поверхность сильно нагревается на солнце, тогда как светлые поверхности нагреваются меньше, белые же меньше всех остальных. Это свойство используется в солнечных коллекторах - наиболее известных приспособлениях, непосредственно использующих энергию Солнца. Коллекторы были разработаны около двухсот лет назад. Самый известный из них - плоский коллектор - был изготовлен в 1767 году швейцарским ученым по имени Гораций де Соссюр. Позднее им воспользовался для приготовления пищи сэр Джон Гершель во время своей экспедиции в Южную Африку в 30-х годах ХIX века.

Технология изготовления солнечных коллекторов достигла практически современного уровня в 1908 году, когда Вильям Бейли из американской "Carnegie Steel Company" изобрел коллектор с теплоизолированным корпусом и медными трубками. Этот коллектор весьма походил на современную термосифонную систему (см. ниже). К концу первой мировой войны Бейли продал 4 000 таких коллекторов, а бизнесмен из Флориды, купивший у него патент, к 1941 году продал почти 60 000 коллекторов. Введенное в США во время второй мировой войны нормирование меди привело к резкому падению рынка солнечных обогревателей.

До всемирного нефтяного кризиса 1973 года эти устройства пребывали в забвении. Однако кризис пробудил новый интерес к альтернативным источникам энергии. В результате возрос спрос и на солнечную энергию. Многие страны живо интересуются развитием этой области. Эффективность систем солнечного отопления с 1970-х постоянно возрастает благодаря использованию для покрытия коллекторов закаленного стекла с пониженным содержанием железа (оно пропускает больше солнечной энергии, чем обычное стекло), улучшенной теплоизоляции и прочному селективному покрытию.

РЫНОК СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Солнечные системы горячего водоснабжения для жилых домов технически совершенны и встречаются повсеместно. Значительный спрос на плоские коллекторы отмечается в Израиле, Китае, на Кипре, в Японии, Австралии, Австрии, Германии, Греции, Турции и США. В Европе спросом пользуются в основном индивидуальные системы нагрева воды для отопления жилых помещений и бассейнов. Общее производство солнечных коллекторов в мире в 1995 году составляло 1,3 млн м2, около 40% рынка приходится на долю Европы и стран Средиземноморского региона. Общая площадь установленных солнечных коллекторов превысила 30 млн м2, а с 1980 года отмечается быстрый рост их продаж. С 1989 года они постоянно увеличиваются приблизительно на 20% в год.

В Европе лидером в области производства солнечных систем стала Греция, на долю которой приходится 40% производства и 30% продаж на рынке Германии. На острове Крит планируется в течение двух лет установить 20 000 коллекторов. В Греции устанавливается 70 000 солнечных систем в год, что позволяет снизить выбросы двуокиси углерода на 1,5 млн тонн за счет уменьшения использования ископаемых видов топлива.

Площадь установленных солнечных коллекторов в мире (Источник: IEA SHC программа: Рынок солнечных коллекторов для горячего водоснабжения в странах-членах Международного энергетического агентства (IEA), декабрь 2002)

Площадь установленных плоских и вакуумных солнечных коллекторов на душу населения в странах-членах Международного энергетического агентства в 2000 году

Наибольшая в Европе площадь установленных солнечных коллекторов на душу населения в 2002 году отмечалась на Кипре и составляла 0,5 м2, второе и третье места занимали соответственно Греция и Австрия. Площадь коллекторов на душу населения в Австрии в 2002 г. увеличилась до 0,2 м2, а общая площадь составила 1,5 млн м2. Австрия лидирует по количеству продаж солнечных коллекторов на душу населения. На втором месте Греция, но обе страны уступают мировым лидерам - Израилю и Кипру. Анализ статистических данных, таких как площадь установленных коллекторов на душу населения, показывает, что благоприятные климатические условия имеют меньшее значение, чем социально-экономические условия. Успех Кипра объясняется не только отсутствием других местных источников энергии, но и принятым в стране благоприятным законодательством. Сильные законы в поддержку использования солнечной энергии существуют и в Израиле. Законы Израиля и Кипра требуют установки солнечных водонагревателей во всех новых домах. Эти требования вводились поэтапно: так, в Израиле поначалу только новые здания высотой до восьми этажей должны были иметь коммунальную солнечную водонагревательную систему с соответствующим баком-накопителем. Позже эту норму распространили на все новые виды жилья. И, наконец, в 1983 году вступили в силу новые правила, по которым гостиницы, больницы и школы были обязаны установить солнечные водонагревательные системы. Эти новые законы были подкреплены финансовыми стимулами. Подобные усилия предпринимались и на Кипре; подсчитано, что около 90% частных домов и 15% квартир на острове теперь оборудованы солнечными водонагревателями.

ПОТЕНЦИАЛ

Общий пригодный для немедленной эксплуатации потенциал использования солнечных коллекторов составляет, согласно некоторым подсчетам, 360 млн м2, что в денежном выражении соответствует 50 млрд долларов США при ежегодном темпе роста 23%. В 2005 г. площадь остекленных солнечных коллекторов в ЕС составила 28 млн м2. Кроме того, неостекленные солнечные коллекторы для обогрева бассейнов, вероятно, достигнут общей площади 20 млн м2.