Оценка возможности эксплуатации гелиоколлекторов с учетом инсоляции в городе Благовещенск Амурской области

Автор: Захарова Д.М., Николаенко С.О.

Журнал: Научный журнал молодых ученых @young-scientists-journal

Статья в выпуске: 2 (11), 2018 года.

Бесплатный доступ

В статье проведен расчет солнечной инсоляции на территории города Благовещенска Амурской области и рассмотрена возможность исходя из солнечной инсоляции использования гелиоколлекторов.

Гелиоколлектор, инсоляция, энергоносители, метеостанция, теплоноситель

Короткий адрес: https://sciup.org/147228969

IDR: 147228969

Текст научной статьи Оценка возможности эксплуатации гелиоколлекторов с учетом инсоляции в городе Благовещенск Амурской области

Из-за подорожания энергоносителей традиционного вида особое значение получает альтернативная энергетика, одной из важнейших частей которой является использование солнечной энергии, то есть – солнечная энергетика.

Этот вид энергетики основан на использовании солнечной энергии с преобразованием ее в электрическую и/или тепловую энергию с помощью соответствующих приборов. Для преобразования энергии Солнца используются фотоэлектрические панели, а так же гелиоколлекторы эффективность которых напрямую зависит от уровня инсоляции в данной местности.

Очевидно, что чем выше инсоляция, тем эффективнее работают гелиопанели, так как на них поступает больше энергии.

Солнечными тепловыми коллекторами называют устройства, в которых происходит преобразование света в тепло с помощью специальных элементов – поглотителей излучения. Такие коллекторы не способны непосредственно производить электроэнергию, как полупроводниковые солнечные батареи. Они предназначены для нагрева жидкости теплоносителя и с успехом используются в системах снабжения горячей водой и отопления жилья.

Принцип работы солнечных коллекторов уникален. Если в котлах нагрев жидкости происходит за счет энергии, высвобождающейся при сгорании топлива, а в тепловых насосах – тепла почвы, воздуха или воды, то гелиоколлекторы получают его напрямую от главного источника тепла в солнечной системе – Солнца. Источник этот практически неиссякаемый, экологичный, доступный всем на Земле и, что немаловажно, бесплатный.

На сегодняшний день стоимость тепловой электроэнергии в России высока, что приводит к необходимости снижать её потребление посредством использования альтернативных источников тепла. Различные виды установок требуют разные показатели, время года, уровень солнечной инсоляции, облачность, местоположение и др. Следовательно, выбирать их необходимо исходя из характеристики установки.

Для оценки возможности использования гелиоколлекторов на территории города Благовещенск Амурской области нами были сделаны следующие расчеты: произвели анализ солнечной инсоляции в течении 15 лет с 1985-2015, расчеты производились через год в течении 12 месяцев. Рассчитаем оптимальный промежуток солнечной инсоляции, когда гелиоустановку использовать наиболее целесообразно.

Расчет инсоляции проводился по данным метеостанции размещенной на территории города Благовещенск. Расчетные показатели приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Расчетные показатели инсоляции в городе Благовещенск за период с 1985 по 2015 гг.

	1985	1987	1989	1991	1993	1995	1997	1999	2001	2003	2005	2007	2009	2011	2013	2015
Январь	2095,4	2092,9	2109,7	2159,7	2109,7	2109,7	2090,7	2106,6	2109,7	2110,6	2069,1	2116,7	2095,6	2102,6	2092,2	2109,7
Февраль	2851,4	3053,2	5916,4	3038,6	3052,9	3065,4	3048,8	3058,8	3016	3053	3035	2948	3052,3	2956,9	2984,3	2919,1
Март	4825,3	4903,2	4783,2	4818,4	4841,2	4872,8	4818,2	4772,8	4700	4867,9	4784	4725,6	4512,6	4729,7	4684,5	4896,4
Апрель	5642,6	5936,1	5899,7	5094,1	5806,7	6300,2	5830	6141,5	5830,4	5926,7	4457,3	5785	6421,8	5661,7	5379,4	5780,2
Май	5964,7	6050,8	6256,5	5789,7	5167,7	5490,3	5818,6	5911,8	5855,5	6011,2	4769,8	4536,6	5877,4	5317,5	4316,4	4634,9
Июнь	4700,9	5806,5	5183,8	5148,1	4309,6	5384,5	5570	5562,3	6347,6	6096,1	5463,3	5765,7	3882,8	4538,4	4736,4	5018,6
Июль	5739	5041,1	4956,9	4601,8	4795,3	4950,3	5607,6	5660	4902,4	4894	5406,6	5793,3	4859,3	4609,5	3671,1	5400
Август	4219,4	4361,8	6147	4843,1	4696,3	5273,3	4651,9	5126,7	5432,7	4742,1	5597,7	5262,9	4528,1	4802,2	3374,8	4393,1
Сентябрь	3931,3	4335,9	4673	3841,5	4422	3939	4490,5	4524,5	5076,2	4346,6	4110	4133,7	4265,3	4182,8	4158,7	4376,2
Октябрь	3094,5	3151,3	3172,8	3043,2	3005,2	2930,3	3142,3	3184,9	3246,4	3132,1	3023,9	2921	2798,2	2773,8	2601,2	2758,5
Ноябрь	2322,4	2316,9	2373,3	2258,2	2292,6	2318,1	2369,9	2299,4	2312,4	2217,6	2085,9	2290,2	2287,7	2243,8	1947,8	2320,4
Декабрь	1881,3	1883,8	1883,8	1883,8	1862,3	1883,8	1871,4	1883,8	1844,6	1883,8	1858,8	1877,4	1860,1	1882,5	1845,4	1883,8

Рисунок 1 – Инсоляция в г.Благовещенск в период с 1985 по 2015 гг.

Представленный на рисуке 1 график показывает, что максимальных значений инсоляция достигает в период с апреля по сентябрь. Максимальное значение составляет 6300,1 кДж/м2.

Исходя из полученных результатов нами проведена оценка возможности использования гелиоустановок на территории г.Благовещенска. В качестве объектов расчета нами использованны установки Ураган 770, Спект-850С, Я-SOLAR. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Основные характеристики представленных гелиоколлекторов

О) о	Размер	Корпус	Селективное покрытие	Поглоще ние/ излучение	Стекло	Прозрачность максимум/ среднее	4 го о	ю CL т 5"
(Г ^ о У)	2065* 1073* 105 см	Алюминиевый профиль 37 кг	Tinox	95% / 5%	Суперпрозрачное гелиостекло антиблик	96%/94%	о о +	о о S
т го о го CL I^s-	2000* 1000* 80 см	Алюминиевый профиль 37 кг	BlueTecEtaPlus	95% /5%	Текстурированное гелиостекло	94/92.5%	о Ю ¥	о о О)
Ё"О ф§ о ⁰⁰	2050* 1050* 95 см	Алюминиевый профиль 39 кг	BlueTecEtaPlus	95% /5%	Суперпрозрачное гелиостекло антиблик, nodrop	98%/96%	о LD +	о ю 'хГ CN

Как показывает сравнение все гелиоколлекторы имеют похожие технические характеристики, основное отличие заключается в используемом остеклении и его прозрачности. Для оценки поступающей мощности солнечного излучения проведем расчет на площадь на 1 м2 и на 2 м2 (табл. 3).

Таблица 3 – Среднее за 12 месяцев, мощность солнечной инсоляции на 1 м2- на 2 м2

Месяц	Мощность солнечного излучения кВт/м2
Месяц	На 1 м²	На 2 м²
Январь	2.1	4.2
Февраль	3.05	6.1
Март	4.75	9.5
Апрель	5.8	11.6
Май	6.25	12.5
Июнь	6.34	12.68
Июль	5.7	11.4
Август	5.1	10.2
Сентябрь	4.6	9.2
Октябрь	3.1	6.2
Ноябрь	2.3	4.6
Декабрь	1.8	3.6

Для примера проведем расчет солнечного коллектора Я-SOLAR объемом 80 и 150 литров. Как показывает анализ в зависимости от требуемой температуры эксплуатация коллекторов может быть как круглогодичной так и в определенный период (табл. 4).

Таблица 4 – Расчеты по солнечному коллектору Я-SOLAR площадью поглощения солнечного излучения 2 м2

Месяц

Мощность солнечного излучения кВт, на 1м²

Нагрев 80 литров воды до 80

Нагрев с 80-150 литров на 80

На 1 м²

На 2 м²

50^о С

60^о С

70^о С

80^о С

90л

100л

110л

120л

130л

140л

150л

3.7 кВт

4.6 кВт

5.5 кВт

6.4 кВт

7.3 кВт

8.1 кВт

8.9 кВт

9.7 кВт

10.5 кВт

11.3 кВт

12.1 кВт

Январь

2.1 кВт

4.2 кВт

Февраль

3.05кВт

6.1кВт

Март

4.75кВт

9.5кВт

Апрель

5.8кВт

11.6кВт

Май

6.25кВт

12.5кВт

Июнь

6.34кВт

12.68кВт

Июль

5.7кВт

11.4кВт

Август

5.1кВт

10.2кВт

Сентябрь

4.6кВт

9.2кВт

Октябрь

3.1кВт

6.2кВт

Ноябрь

2.3кВт

4.6кВт

Декабрь

1.8кВт

3.6кВт

Изходя из полученых результатов, на диаграмме мы можем наблюдать следущее: пик солнечной инсоляции приходится на месяца с апреля по август в течении 15 лет, 5 месяцев использование солнечных коллекторов (гелиоустановок) наиболее эфективно, уровень солнечной инсоляции в апреле составляет 5100 Вт, в августе – 6250 Вт.

Приведенные расчеты свидетельствуют, что в период с января по февраль максимальное использование солнечного коллектора невозможно, максимальная температура до которой может нагреться 80 литров воды находится на значении 55—75 °C . С марта по сентябрь использование коллектора максимально эффективно, на 800С можно нагреть более 150 литров воды, с октября по декабрь использование коллектора менее эффективно нагрев воды достигает от 50 до 75 °C , все это мы можем варьировать по своему желанию, а именно: можем уменьшить объем и увеличить температуры воды или увеличить объем и уменьшить температуру, все это можно осуществлять самостоятельно в зависимости от собственных нужд. Таким образом, использование гелиоколлекторов эффективно и обоснованно на территории города Благовещенск Амурской области.

Список литературы Оценка возможности эксплуатации гелиоколлекторов с учетом инсоляции в городе Благовещенск Амурской области

Квашнина В.А., Астахов М.Ю. Эффективность использования солнечных батарей в климатических условиях Санкт-Петербурга // Молодой ученый. 2017. № 8. С. 52-55. URL https://moluch.ru/archive/142/40003/ (дата обращения: 16.04.2018).
Температура воздуха и ее характеристики [Электронный ресурс] Атлас-Якутии - Режим доступа: http://www.atlas-yakutia.ru/weather/spravochnik/temp/climate_sprav-temp_3151002059.php (дата обращения: 13.04.2018).

Статья научная