Greenpix - огромный LED-дисплей на солнечных батареях

Перед вами - Greenpix Zero Energy Wall, гигантский LED-дисплей, который недавно установили на одной из стен пекинского развлекательного комплекса Xicui и который вне сомнения привлечет внимание туристов, которые посетят Олимпийские игры.

Дисплей площадью 1858 кв.м является наибольшим подобным дисплеем, состоит из множества LED-лампочек, управляемых компьютером. Но еще удивительнее то, что все эти лампочки питаются энергией солнца благодаря множеству солнечных панелей. Следовательно днем он накапливает энергию, а вечером и ночью устраивает световые шоу, используя ровно столько энергии, сколько удалось накопить на протяжении дня. Проект будет закончен в июне, как раз к Олимпийским играм.

SOLo Lounge - журнальный столик на солнечных батареях

Это уже не первый стол со встроенными солнечными панелями, который нам встречался. Но в отличие от предыдущего, этот кажется немножко более элегантный :) По размеру он сравнимый с журнальными столиками, но его преимущество перед ними в том, что он может накапливать солнечную энергию и заряжать любые ваши гаджети, от плееров к ноутбукам, через USB-порты. В нем самом есть также LED-подсветка, которая будет питаться от тех же солнечных батарей, и встроенный LCD-дисплей, который будет сообщать об уровне заряда батарей. Столик даже поддерживает Bluetooth, очевидно, для звязку с плеєрами/телефонами/ноутбуками, но зачем конкретно это необходимо, не уточняется.

Более того, он еще и водонепроницаемый, так что если его случайно забыть под дождем (например, на балконе), ему это никак не повредит. Сам стол сделан из нержавеющей стали, стекла, ну и, само собой, кремниевых солнечных панелей. Стоимость столов SOLo Lounge на сайте производителя не указана (очевидно чтобы сразу не шокировать потенциальных покупателей), не тем меньше, заказать такой у них уже можно.

Характеристика фотоэлектрического преобразователя

Всякий раз при работе с любым источником питания необходимо представлять себе, какова связь между собой напряжения и тока, а также зависимость их от нагрузки. В большинстве случаев взаимосвязь определяется законом Ома. К сожалению, кремниевые солнечные элементы являются нелинейными устройствами и их поведение нельзя описать простой формулой. Вместо нее для объяснения характеристик элемента можно пользоваться семейством простых для понимания кривых (рис. 1).

Исследовать вольтамперные характеристики (рис. 1) можно более детально с помощью схемы, представленной на рис. 2. В схеме измеряются выходные напряжения и ток, протекающий через переменную резистивную нагрузку. Будем предполагать, что интенсивность света в процессе измерения остается постоянной.




Сначала с помощью потенциометра установим максимальное значение сопротивления. При этом фактически в цепи нет никакого тока и результирующее выходное напряжение можно считать равным напряжению холостого хода, представляющему собой напряжение, которое генерирует элемент, когда к нему не подключено никакой нагрузки. Оно составляет около 600 мВ (0,6 В). Величина этого напряжения может слегка изменяться при переходе от одного элемента к другому в одной партии и от одной фирмы-изготовителя к другой.

При уменьшении сопротивления резистора элемент все более нагружается. Как и в случае обычной батарейки питания, это вызывает возрастание потребляемого тока. Одновременно выходное напряжение слегка падает, как это и должно произойти с нестабилизированным источником питания. Пока в этом нет ничего удивительного.

Затем происходит нечто странное. Достигается такое положение, когда с уменьшением сопротивления нагрузки выходной ток более не увеличивается. Ничто не может привести к увеличению тока — даже короткое замыкание. На практике этот ток вполне справедливо называют током короткого замыкания.



В сущности, солнечный генератор стал источником постоянного тока. Возникает вопрос: что же с напряжением? Напряжение будет постоянно уменьшаться пропорционально возрастанию нагрузки.

Как только сопротивление нагрузки станет равным нулю, напряжение упадет до нуля. Кстати, короткое замыкание фотоэлектрического преобразователя не приводит к выходу его из строя.

Сила тока, которую может развить элемент, зависит от интенсивности света. Для первого измерения мы произвольно выбрали самый высокий уровень облученности, которому соответствует верхняя кривая (рис. I). Каждая следующая кривая была получена на том же элементе при постепенном снижении интенсивности света.

Защита батареи

Теперь, когда батарея собрана, необходимо предохранить ее от механических повреждений и воздействия погодных условий.

Лучше всего поместить элементы лицевой поверхностью на чистый лист стекла или оргстекла. Предпочтительнее использовать защитное стекло, затем, в порядке убывания защитных свойств, идут упрочненное оконное стекло, акриловый пластик и обычное оконное стекло. Прозрачное покрытие предохраняет батарею от механических повреждений при ударах и скручивании, изгибах. Но оно плохо защищает от влаги.

Как известно, кремний слегка гигроскопичен; это означает, что он впитывает совсем немного воды. Однако после длительного периода времени наблюдается постепенное снижение выходных характеристик элемента, обусловленное влиянием влажности. Таким образом, срок службы батареи непосредственно зависит от качества влагоизоляции.

Влагоизоляцию можно обеспечить многими способами. В соответствии с одним из них тыльную сторону можно залить жидкой резиной. Для этого необходимо сделать рамку по периметру защитного стекла, чтобы жидкий полимер не перелился через край. Кроме того, прочная рамка хорошо предохраняет защитное стекло от бокового удара.

Согласно другому методу, тыльную сторону батареи покрывают толстым листом майларового пластика и нагревают всю батарею, например с помощью лампы накаливания, до расплавления майлара и его сцепления с передней защитной крышкой. Эта операция требует определенного навыка, особенно в случае больших батарей. Заднюю майларовую крышку можно просто приклеить. Часто упомянутая операция проще нагрева, но при этом ухудшаются изоляционные свойства.

Наконец, тыльную сторону элементов батареи можно покрыть несколькими слоями латекса. Это выглядит не так эстетично, но обеспечивает достаточно хорошие влагоизоляционные свойства.
Последним способом по порядку, по не по значимости является изготовление влагонепроницаемой герметично изолированной коробки для элементов. Это дорого, но обеспечивает необходимую влагоизоляцию.

Можно было бы долго продолжать рассказ о том, как пользоваться солнечными элементами. Но почему бы читателю не перевернуть страницу и не узнать это самому?

Пайка солнечных элементов

После того как солнечные элементы подобраны для работы, необходимо их спаять. Обычно в нашем распоряжении имеются серийные солнечные элементы, снабженные токосъемными сетками и тыльными контактами, которые предназначены для припайки к ним проводников.

При изготовлении контакты чаще всего покрываются припоем, содержащим небольшое количество серебра. Серебро предохраняет жало паяльника от разрушения и возможной адгезии тонких металлических контактов при пайке. Помните, что токосъемные сетки также хрупки, как металлические проводники печатных плат.
Изготовители солнечных элементов обычно используют особые припой, флюс и проводники для соединений. Припой, содержащий 2 % серебра, всегда можно приобрести в магазине. Вместо канифоли необходимо использовать обычный флюс на водной основе, чтобы его легко можно было смыть с поверхности элемента после пайки.

Труднее всего найти плоский, ленточный проводник, так как он редко бывает в продаже. Тем не менее можно изготовить нечто похожее, если взять медную проволоку и расплющить ее коней молотком. Вместо нее можно использовать медную фольгу или просто тонкую медную проволоку.




Сам процесс пайки несложен, но его необходимо выполнять быстро. Пластина кремния является очень хорошим теплоотводом, и если касаться паяльником элемента длительное время, жало паяльника остынет ниже температуры плавления припоя.
Сначала необходимо залудить проволоку, используя немного большее количество припоя, чем обычно, но не слишком. Солнечный элемент уже залужен при изготовлении.

Для работы рекомендуется использовать паяльник мощностью 30 или 40 Вт. Жало паяльника должно быть чистым и прогретым. Пока паяльник греется, на элемент наносится флюс и залуженная проволока прижимается к основанию контакта элемента. Теперь прикасаются горячим паяльником к поверхности проволоки. Необходимо, чтобы соединение «обволоклось» расплавленным припоем
и обеспечился надежный контакт проволоки с элементом. Пайка выполняется за одно касание: работать надо быстро, но аккуратно. Тыльный контакт припаивается аналогично. Для получения последовательной цепочки элементов лицевой контакт первого элемента соединяется проводом с тыльным контактом второго. Затем
другим отрезком провода соединяют лицевой контакт второго с тыльным третьего и т. д.

Лицевой контакт является отрицательным электродом, в то время как тыльный — положительным.

Другим широко распространенным способом является соединение элементов по типу черепичной крыши. Если вы когда-либо видели черепичную крышу, вы уже поняли идею.

Лицевой контакт одного элемента накрывается сверху тыльным контактом другого. Место касания прогревается паяльником, и таким образом два элемента соединяются друг с другом. Такое соединение показано на рис. 7.

Необходимо набрать на жало некоторое избыточное количество припоя, чтобы надежно спаять элементы. Будьте осторожны и не перегрейте элемент, иначе контакта вообще не будет.

Таким способом лучше паять небольшие элементы, у которых можно одновременно прогреть всю область контакта. Лучше всего пользоваться специальным прямоугольным наконечником для паяльника, предназначенным для выпайки интегральных микросхем из печатных плат. Равномерные нагрев и давление явятся залогом успеха.


Источник: http://sun-powers.blogspot.com/2008/09/20.html

Резка элементов на части

Не всегда серийные элементы в точности соответствуют вашему замыслу. Хотя вам пытаются предложить возможно больший выбор, нет способа удовлетворить все запросы.

К счастью, этого и не требуется. Монокристаллическим солнечным элементам можно придать любую желаемую форму.
Что это обстоит именно так, вам следует знать, ибо монокристаллические солнечные элементы изготовлены из большого моиокристалла. Атом кремния имеет четыре валентных электрона и образует кубическую кристаллическую решетку. На рис. 6 представлен типичный круглый солнечный элемент с выделенной зернистой структурой.

Если приложить усилие к этой структуре из сильно связанных электронов, то вдоль дефектной линии появится трещина. Это очень похоже на трещину, возникающую в результате землетрясения. Структура кристалла известна, и, следовательно, направление трещины можно предсказать.

Если усилие приложено к краю изображенной на рис. 6 пластины в точке А, то механические силы, действующие внутри кристалла, расколют его на две половины. Теперь вместо одного элемента имеются два.

Скажем, необходимо расколоть такой элемент на четыре одинаковые части. Этого можно достичь, приложив усилие сначала вдоль вертикальной дефектной линии, а затем вдоль горизонтальной.
К счастью, это можно проделать одновременно. Большинство монокристаллических круглых элементов помечено крестиком в центре. Если нажать в этой точке ножом с крестообразным наконечником, элемент расколется на четыре аккуратные части.
Не страшно, если вы не попадете точно по центру. Элемент расколется, но не на равные части. Размеры осколков будут определяться точкой приложения усилия, но все они будут расколоты вдоль одинаковых плоскостей.



Линии скола всегда параллельны друг другу, и все пересечения происходят под прямым углом. Руководствуясь этими правилами, можно получить элементы любых необходимых размеров.

Пытаясь в первый раз расколоть элемент, необходимо быть предельно осторожным: нельзя работать на твердой поверхности. Прилагая большое усилие к элементу, лежащему на твердой плоской поверхности, можно лишь проделать в нем отверстие.

Для создания механического напряжения необходимо, чтобы
элемент прогнулся. Я установил, что пары листов бумаги (можно газетной) достаточно при расколе элемента.

Расколоть таким образом можно только монокристаллические элементы. Недавно появившиеся поликристаллические элементы (wacker cells) расколоть симметрично не удается. Если попытаться сделать это, солнечный элемент разлетится на миллион осколков.
Поликристаллический элемент легко отличить от монокристаллического. Монокристалл в результате обработки имеет ровную, гладкую структуру поверхности. Поликристалл выглядит как оцинкованная сталь с ее характерным видом поверхности.

Обратное смещение

При работе с солнечными батареями, как правило, сталкиваются с явлением, не имеющим места при использовании обычных источников питания. Это явление связано с так называемым обратным смещением. Чтобы попять, что это такое, обратимся к рис. 4.




На этом рисунке изображены 8 последовательно соединенных элементов. Полное выходное напряжение цепочки составляет 4 В, а в качестве нагрузки подключен резистор RL. Пока все хорошо.
Но давайте затемним фотоэлемент D непрозрачным предметом, например рукой, и посмотрим, что произойдет. Вероятно, вы думае¬те, что напряжение упадет до 3,5 В, не так ли? Ничего подобного!

Солнечный элемент, который не производит электрической энер¬гии, представляет собой звено с большим внутренним сопротивлени¬ем, а не закоротку. Происходит то же, что и при размыкании выклю¬чателя, но этот выключатель разомкнут не полностью — через него протекает небольшой ток.
В большинстве случаев эффективное сопротивление затемненного солнечного элемента во много раз больше величины нагрузочного резистора RL. Поэтому практически можно рассматривать RL как кусок проволоки, соединяющий отрицательный и положительный выводы.

Это означает, что функцию нагрузки выполняет теперь элемент D. Что же делают остальные элементы? Снабжают энергией эту нагрузку!



В результате элемент D разогревается и при достаточно сильном разогреве может выйти из строя (взорваться). В итоге у нас остается батарея из последовательно!"! цепочки с одним бездействующим элементом — незавидная ситуация.
Эффективный путь решения этой проблемы — параллельное подключение шунтирующих диодов ко всем элемента*, как это показано на рис. 5. Диоды подключены так, что при работе солнечного элемента они обратно смещены напряжением самого элемента. Поэтому через диод ток не протекает, и батарея функционирует нормально.

Предположим теперь, что один из элементов затеняется. При этом диод оказывается прямо смещенным и через него протекает в нагрузку ток в обход неисправного элемента. Конечно, выходное напряжение всей цепочки уменьшится на 0,5 В, но устранится источник саморазрушающей силы.

Дополнительное преимущество состоит в том, что батарея продолжает нормально функционировать. Без шунтирующих диодов она бы полностью вышла из строя.

На практике нецелесообразно шунтировать каждый элемент батареи. Необходимо руководствоваться соображениями экономии и использовать шунтирующие диоды, исходя из разумного компромисса между надежностью и стоимостью.

Как правило, один диод используют для защиты 1/4 батареи. Таким образом, на всю батарею требуется всего 4 диода. В этом случае эффект затенения будет приводить к 25%-ному (вполне допустимому) снижению выходной мощности.

Источник: http://sun-powers.blogspot.com/2008/09/20.html

Фотоэлектрические батареи

Можно догадаться, о чем пойдет речь. Действительно, чтобы использовать преимущества обоих способов включения, можно комбинировать последовательное и параллельное соединение элементов. Подобная комбинация называется батареей.
Батареи можно составлять в любой желаемой комбинации. Простейшей батареей является цепочка из последовательно включенных элементов. Можно также соединить параллельно цепочки элементов, отдельные элементы в цепочках или сочетать их в любой другой комбинации. На рис. 3 представлены лишь три примера из возможных комбинаций.

Различия в характере соединений элементов на рис. 3, хотя все они обладают одинаковыми выходными характеристиками, продиктованы различными требованиями к надежности. На рис. 3, а три последовательные цепочки элементов соединены параллельно. Такой способ используется, когда высока вероятность короткого замыкания отдельных элементов.

На рис. 3, б представлена схема параллельно-последовательного соединения элементов.
При таком соединении выход из строя одного из элементов, например, из-за появления трещины, не приводит к потере целой цепочки вследствие разрыва цепи. В последнем примере (рис. 3, в) приняты во внимание оба случая с минимумом соединений.




Возможны и другие типы соединений, и их выбор должен определяться конкретными условиями работы вашего устройства.

Следует помнить одно важное условие. Независимо от полета вашей фантазии параллельно подключаемые цепочки из элементов обязательно должны соответствовать друг другу по напряжению. Нельзя параллельно соединять цепочку из 15 элементов и короткую цепочку из 5 элементов. При таком соединении батарея не будет работать.

Источник: http://sun-powers.blogspot.com/2008/09/20.html

20 конструкций с солнечными элементами

Байере Т.
20 конструкций с солнечными элементами: Пер. с англ.— М.: Мир, 1988.— 197 с, ил.
ISBN 5—03—000407—6

В книге американского специалиста описаны разнообразные устройства, позволяющие обеспечить использование энергии солнечных батарей в быту. Основное внимание уделено конкретным конструкциям для освещения и вентиляции помещений, управления потоками воды в фонтанах, зарядки аккумуляторов, стимуляции роста растений, электропитания музыкальных инструментов и т. п.

Дня читатетелей, увлекающихся самодеятельным техническим творчеством.

Это означает, что при любом числе 2-амперных солнечных элементов в цепи 1-амперный элемент будет определять величину полного выходного тока, т. е. 1 А

Солнечные элементы использовались бы очень редко, если бы эксплуатировались в пределах упомянутых параметров. Лишь в некоторых случаях требуется такое низкое напряжение (0,5 В) при произвольных требованиях к величине потребляемого тока.
К счастью, здесь нет ограничений. Солнечные элементы можно соединять последовательно и параллельно с целью увеличения выходных характеристик.

Будем рассматривать солнечные элементы как обычные батарейки. Известно, что для увеличения яркости фонаря используют несколько батареек. В сущности, при последовательном включении батареек увеличивается полное напряжение (рис. 1).

То же самое можно проделать с солнечными элементами. Соединяя положительный вывод одного элемента с отрицательным выводом другого, от двух элементов можно получить напряжение величиной 1 В. Подобным образом три элемента дадут 1,5 В, четыре — 2 В и т. д. Теоретически напряжение, развиваемое последовательно соединенными солнечными элементами, при условии, что имеется достаточное их количество, может достичь тысячи вольт!

К сожалению, с точки зрения увеличения выходного тока последовательное соединение обладает присущим ему недостатком. При последовательном соединении элементов питания выходной ток не превосходит уровня, характерного для худшего элемента в цепи. Это справедливо для всех источников питания независимо от того, являются ли они батареей, блоком питания или солнечными элементами.




Это означает, что при любом числе 2-амперных солнечных элементов в цепи 1-амперный элемент будет определять величину полного выходного тока, т. е. 1 А. Следовательно, если вы стремитесь достичь максимальных характеристик, необходимо согласовать токи всех элементов цепи.

Хорошо, с напряжением все ясно. Но как увеличить выходной ток солнечного элемента? Ведь солнце светит с определенной яркостью.

Выходной ток зависит от площади поверхности элемента, и поэтому естественный путь повышения тока — это увеличение площади элемента (или элементов). Элементов? Именно!



Если взять четыре элемента размером 5x5 см² каждый и соединить их параллельно, как показано на рис. 2, то можно достичь такого же результата, как при замене четырех элементов одним размером 10x10 см² (в обоих случаях площадь поверхности одинакова и составляет 100 см²).

Необходимо усвоить, что при параллельном соединении увеличивается лишь величина тока, а не напряжения. Независимо от количества параллельно соединенных элементов (4 или 50) генерируемое напряжение составит не более 0,5 В.

Источник: http://sun-powers.blogspot.com/2008/09/20.html

Основные принципы работы солнечного элемента

Принцип работы солнечного элемента достаточно прост и заключается в следующем.

При освещении кремниевый солнечный элемент генерирует электрическое напряжение величиной 0,5 В. Независимо от типа и схемы
включения все (большие и малые) кремниевые солнечные элементы генерируют напряжение 0,5 В.

По-иному обстоит дело с выходным током элемента. Он зависит от интенсивности света и размера элемента, под которым подразумевается площадь поверхности. Ясно, что элемент площадью 10 х 10 см² в 4 раза превосходит элемент площадью 5x5 см², следовательно, он выдает в 4 раза больший ток.

Сила тока зависит также от длины волны света и его интенсивности, причем она прямо пропорциональна интенсивности излучения. Чем ярче свет, тем больший ток генерируется солнечным элементом.

Источник материала: http://sun-powers.blogspot.com/2008/09/20.html

Солнечный обогреватель

Идея использовать солнечную энергию не новая, но практическое ее использование в Украине еще не распространено. Вот я начал работать над системой, которая будет давать теплую воду, при этом тепло будет нахаляву.

Вот схема:



Самый сложный элемент - это солнечный коллектор (collector). Для него использую совецкий плоский радиатор для отопления помещений; коробка будет из дерева и обитая тонкой бляхой и герметизированная силиконом; и все накроется двумя слоями стекла.

Солнечная энергия на службе у изобретателя

Севастопольский изобретатель Дмитрий Чулков (на снимке) на международный форум "Экологические технологии и новации", что 3-5 апреля проходит в Национальном комплексе "Экспоцентр Украины", привез свое ноу-хау - "Тепловую панель Чулкова". Изобретение Дмитрия Вячеславовича, рожденный его же таки "Ателье технических решений", дает возможность экономить на отоплении жилья. Оно, говорят, предельно простое - в стандартный оконный стеклопакет вставляют черную светопоглощающую поверхность и устанавливают две газоотводных трубки. В феврале, например, когда морозы в Севастополе достигали 10 градусов, изобретатель в собственной квартире с помощью солнца получал воздух, нагретый до 70 градусов тепла.

04.04.08 Микола МАГДИЧ, Голос Украины
Фото Андрея НЕСТЕРЕНКА.

Современные технологии и солнечная энергия превращают одежду в источник питания для смартфонов

Известный итальянский дизайнерский дом ZEGNA представил первую коммерчески доступную куртку со встроенными солнечными батареями, которая была представлена на показе мод Pitti Uomo, что проходит сейчас в Флоренции (с 20 по 23 июня этого года).


Рис. - куртка со встроенными солнечными батареями

Показ данного произведения проходил под девизом "Будущее верхней одежды здесь" (The future of outerwear is here!). Производитель утверждает, что эта солнечная куртка "Solar JKT" - первая ласточка в премиум сегменте верхней одежды, которая позволяет заряжать мобильные телефоны, музыкальные плееры iPod и другие устройства, используя солнечную энергию. Солнечная куртка от ZEGNA Sport, разработанная в эксклюзивном сотрудничестве с Interactive Wear, будет выпущена на рынок в рамках весенне-летней коллекции компании в 2008 году.

Модули солнечных батарей в этой куртке вмонтированы в неопреновый воротник; электричество, что генерируется, от этих батарей передается через токопроводящую ткань в аккумуляторную батарею или непосредственно в подключенное устройство.

Частные солнечные фермы

Мы давно привыкли, что крупные энергокомпании, просто фирмы и правительственные организации, институты и университеты создают солнечные электростанции из обширнейших полей солнечных батарей. С другой стороны, частники нередко покрывают солнечными панелями крыши своих домов, чтобы покрыть собственные энергетические расходы. А теперь быстро набирает силу третье направление в солнечной энергетике, в некотором роде, промежуточное.

С недавних пор обычные фермеры начали отводить свои поля (или их часть) под собственные солнечные электростанции, чтобы зарабатывать на продаже электроэнергии. Во всей Европе таких примеров пока — считанные единицы, однако, они показывают любопытный и, что важно, рентабельный путь развития альтернативной энергетики.

New York Times рассказывает замечательную историю одного из первых "солнечных" фермеров Европы — немца Хайнера Гёртнера (Heiner Gärtner). Когда в 2002-м он принял от своего отца свиноферму, дела шли ужасно. Так что встал даже вопрос о продаже 150-летней 200-акровой фермы, основанной ещё прадедом Хайнера.

В 2004-м Гёртнер-младший заинтересовался альтернативной энергетикой и вместе со своим бывшим одноклассником Ове Петерсеном (Ove Petersen), пройдя кучу инстанций, взял $5-миллионный кредит в банке и ещё ряд ссуд. Друзья установили на поле Гёртнера 10 тысяч 50 солнечных батарей, добившись от властей своего родного городка Буттенвизена разрешения подключить их к местной энергосети.

А теперь Хайнер получает более $600 тысяч ежегодно только от продажи солнечного электричества. Причём, отмечает фермер, ценность этой энергии для близлежащих сотен и сотен домов заключается не столько в киловатт-часах самих по себе, сколько в том, что эта дополнительная мощность позволяет непринуждённо покрывать резкий пик расхода электричества, когда жаркими летними днями все врубают кондиционеры на полную.

Тут нужно сказать, что по германским законам электроэнергия, полученная от солнечных ферм, выкупается по очень высоким расценкам, дабы поощрять развитие альтернативной энергетики. Так что два немца рассчитывают возвратить все свои долги лет за 15.

Любопытно, что Хайнер не отказался полностью от свиноводства, оставив у себя 1 тысячу голов, на случай, если цены на свинину вдруг пойдут вверх. Зато "солнце есть всегда", смеётся Гёртнер.

«СОЛНЕЧНЫЕ ГОРОДА»

В настоящее время существует несколько относительно новых проектов «солнечных городов».
Наиболее известны из них два — проф. Джованни Франчия (Генуя) и проф. Ги Ротье (Ницца).

В проекте «солнечного города» на 100 тыс. жителей, созданного авторским коллективом под руководством проф. Франчия в составе Америфеса, Берталотта, Мареско, Пагано, все энергетические потребности, такие, как горячее водоснабжение, отопление помещений и кондиционирование воздуха, должны осуществляться с помощью солнечной энергии. Солнечные лучи отражаются системой зеркал во внутренние помещения, которые таким образом освещаются. Размеры предлагаемых аккумуляторов обеспечивают независимость здания от любой формы внешней энергии, даже при отсутствии солнца в пасмурные дни.

Проект «Экополис» Ги Ротье, осуществленный с помощью проф. Мориса Туше и инженера по солнечной энергии Анри Бу-тье, впервые был представлен в 1971 г. конгрессу Средиземноморской кооперации по солнечной энергии. Проектируемый город состоит из расположенных на холме террас, внутренние пространства освещаются через «световые коридоры». Фокусирующие солнечные коллекторы, расположенные в наружных концах коридоров, направляют солнечные лучи внутрь зданий, где они используются для освещения и отопления помещений. «Экопо-лис» — город, где внутренние пространства освещаются направленными солнечными лучами. Жилье, которое занимает треть объема сооружения, расположено на наружной поверхности холма. Внутри зданий размещены сады, общественные и рабочие помещения, торговые предприятия, магазины, службы и транспортные коммуникации. Эти два проекта содержат немало фантазии, но они заслуживают серьезного обсуждения среди архитекторов, так как демонстрируют возможности и проблемы, которые существуют в строительстве «солнечных городов».

Для того чтобы разработать планы строительства городов для следующего столетия, необходимо содружество ученых, инженеров, архитекторов, политиков, законодателей, подрядчиков и общественности. Задача трудная, но решение должно быть и будет найдено.

Сабади П.Р.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Во многих «солнечных домах» к солнечной тепловой системе добавляется важный вспомогательный элемент — тепловой насос.

Тепловой насос, используя свободные источники тепла и другие возможности, уменьшает нагрузку на солнечную тепловую систему.

Принцип теплового насоса описан английским физиком лордом Келвином в 1852 г.

Насосная установка берет тепло из окружающей воды при низких температурах. Источником могут быть грунтовые воды, реки, ручьи, озера, почва, воздух и дренажные воды. Это свободное тепло превращается в тепло с высокой температурой и таким образом может использоваться для отопления и подогрева воды. В пасмурные дни эта система помогает солнечной установке. Тепловые насосы делают солнечные дома более независимыми в холодные периоды года, хотя нельзя забывать, что они требуют внешнего энергетического снабжения.

Первый «солнечный дом» с тепловыми насосами был построен в Новой Гаване (США) в 1950 г. «Солнечный дом» в Альбюкерке (США, 1956) также обогревается с помощью тепловых насосов. Сейчас многие современные «солнечные дома», такие, как экспериментальный «солнечный дом» (Делавер, США), снабжены системами насосов.
Однако многие специалисты выражают сомнения в целесообразности применения тепловых насосов для солнечных установок.

Сабади П.Р.

СОЛНЦЕ КАК ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

«Перевозчик» солнечной энергии — излучение. Оно состоит из видимых световых лучей и невидимого ультрафиолетового и инфракрасного излучения (рис. 5). Видимые световые лучи имеют длину волны от 0,4 мкм до 0,8 мкм, длина волны ультрафиолетовых лучей меньше 0,4 мкм, а инфракрасных — больше 0,8 мкм

Примерно 9% солнечного излучения лежит в полосе теплового излучения. Солнце, ярко светящийся газовый шар, состоит в основном из водорода (70%) и гелия (27%). Энергия — это результат термоядерных реакций. При этом Солнце теряет миллионы тонн своей массы каждую секунду. Интенсивность излучения на поверхности Солнца 70—80 тыс. кВт/м² при температуре 6000° С. Наша Земля получает небольшую, но значительную часть этой энергии — приблизительно 180 000 млрд. кВт. Это примерно в 18 тыс. раз больше, чем то количество энергии, которое человечество выработало к сегодняшнему дню на всей Земле.

За пределами земной атмосферы поток излучения составляет 1394 Вт/м², или 2 кал/см² в мин. Эта величина называется солнечной постоянной. Проходя через атмосферу, огромное количество этого излучения (30—40%) рассеивается, и поверхность Земли на уровне моря в ясный день получает 0,855 кВт/м² — 1кВт/м² прямой радиации. Естественно, что часть (около 50%) рассеянного в атмосфере света достигает поверхности Земли также в виде энергии.

Продолжительность солнечного излучения и его интенсивность зависят от времени года, погодных условий и, конечно, от географического положения местности. Около 25% поверхности Земли получает солнечный свет, т. е. прямое солнечное излучение, в течение всего дня. В большинстве стран продолжительность действия прямого солнечного света и интенсивность излучения измеряются десятками дней. Для технических расчетов пользуются среднегодовыми показателями, из которых выводятся средние величины для каждого часа дня и каждого месяца.

Эти величины определяются отдельно для горизонтальных и различным образом ориентированных вертикальных поверхностей. Пользуясь такими данными, можно получить соответствующие значения эффекта радиации для каждого часа дня.

Сабади П. Р.

Солнечная энергетика

В настоящее время фотоэлектрическая энергетика - самый гибкий способ производства энергии. Его применение варьируется от микросистем, рассредоточенных по обширным территориям, до крупномасштабных электростанций. Эту технологию можно использовать в любых регионах мира - безотносительно к географии и климатическим условиям. Тем не менее это одновременно и наиболее высокозатратная из "солнечных" технологий. Вероятно, именно по этой причине все политические инициативы прошлого, направленные на внедрение фотоэлектрических процессов генерирования энергии, были в большей или меньшей степени убыточны.

Долгое время основу финансирования сектора составляли прямые субсидии или кредиты с низкими процентными ставками. В большинстве случаев добиться подобных субсидий было весьма непросто - это было сопряжено с преодолением огромного количества бюрократических рогаток. Кроме того, этот источник инвестиций всегда был крайне ограничен - обычно денег хватало не более чем на несколько недель. При этом объем финансирования на каждый последующий год был еще и весьма неопределенным, что крайне затрудняло планирование. Отрасль не имела возможности разрабатывать долгосрочные инвестиционные программы и маркетинговые стратегии.

Позднее был запущен механизм льготного налогообложения предприятий, которые выпускали и устанавливали солнечные батареи. Однако эта система была отменена, когда развитие солнечной энергетики достигло уровня, на котором эта сфера деятельности оказалась достаточно инвестиционно привлекательной и без предоставления налоговых льгот. И все же данный сектор энергетики пока еще остается высокозатратным и не способен обходиться без внешней поддержки. С точки зрения производителей отрасли, одной из форм такой поддержки может быть предоставление фиксированных субсидий, предназначенных для покрытия затрат на установку солнечных батарей при строительстве новых зданий. Кроме того, большую пользу могла бы принести система предоставления займов с льготными процентными ставками.

Запущенная в Германии программа "Сто тысяч крыш" может значительно ускорить процесс перемещения технологии от рыночных ниш к массовому производству фотоэлектрических систем, предназначенных для широкого применения. Впервые в истории эта программа обеспечивает отрасли надежную базу для долгосрочного планирования инвестиций. Ее основная цель - дать сектору толчок, необходимый для перехода на качественно новый уровень: от развития на основе субсидий к рыночной системе финансирования за счет заказчиков. При этом очевидно, что подобная задача может быть решена только объединенными усилиями производителей солнечных элементов, сборочно-монтажных фирм, банков и заказчиков. Авторы программы рассчитывают, что ее осуществление значительно ускорит промышленное внедрение солнечных систем, что позволит обеспечить экономию на масштабах. В свою очередь, это создаст стимул для широкого распространения технологии как в развивающихся, так и в индустриальных странах и послужит средством мотивирования других правительств к разработке аналогичных или даже более масштабных программ.

В Великобритании тоже наблюдается ощутимый прогресс в секторе фотоэлектрических технологий, но развитие идет другим путем - проблема выживания отрасли решается на рыночной основе. Например, одна из крупнейших частных компаний сектора производства солнечных батарей, Intersolar, разработала несколько необычную маркетинговую стратегию. Ее основная идея - продавать фотоэлектрические источники на этапе строительства зданий, что будет обходиться потребителям значительно дешевле, чем приобретать их дополнительно как самостоятельный товар.

Как Intersolar, так и другие производители этого профиля, в том числе AstroPower из США, намереваются продвигать свою продукцию на рынок путем создания совместных предприятий с компаниями, которые специализируются на строительстве жилых зданий. По словам менеджеров Intersolar, практика свидетельствует, что покупать более дорогие солнечные батареи готовы многие, но в будущем для их производителей будет выгоднее продавать не батареи, а энергию. В долгосрочной перспективе эти компании намереваются устанавливать фотоэлектрические источники за свой счет и сами же будут обеспечивать их нормальное функционирование, а произведенное электричество поставлять владельцам зданий.

Плоские коллекторы.

Этот тип коллекторов имеет плоскую поглощающую поверхность, его работа основана на парниковом эффекте. Плоские коллекторы состоят из каркаса (пластикового, стеклянного или деревянного), прозрачного покрытия (одинарного, двойного, тройного, стеклянного или пластикового), поглощающих поверхностей (избирательных или неизбирательных), изоляции и средств передачи тепла (воздух, вода, масло, бензин и т. д.).

Характерные особенности избирательных наружных поверхностей в современных солнечных коллекторах были экспериментально изучены проф. Табором, который определил оптимальную комбинацию двух тонких слоев прозрачного покрытия, которая обеспечивает 94% поглощения солнечной радиации при 6% соответствующей эмиссии. Все элементы плоского коллектора образуют вместе устройство для поглощения солнечной радиации, которое охлаждается средствами теплопередачи. Однако получаемая солнечная энергия может быть использована лишь частично, так как часть ее теряется при отражении, поглощении или утечке через конструктивные элементы.
Оптимальный по КПД плоский коллектор с температурной шкалой до 100° С должен обладать следующими качествами: прочными конструкциями; при потребности в средней температуре эффективностью не ниже 50—60%; при низких температурах—70—80%, высоких температурах —20—30%.

Материалы, используемые для изоляции, а также облицовки плоского коллектора должны обладать возможно более низкой теплопроводностью. При коротком периоде солнечной радиации рабочая температура коллектора должна достигаться в минимальные сроки. Наружная поверхность теплоизоляции должна быть устойчива при любых атмосферных условиях.

Главные теплопотери коллекторов происходят вследствие загрязнения, затенения от стоек и перемычек каркаса, отражения от стеклянных покрытий, а также при передаче тепла сквозь стекло. Кроме того, существуют потери радиации, передаваемой стеклянными покрытиями, возникающие в результате теплопотерь через водосточные желоба в поглощающих поверхностях (они пропорциональны разности в температурах наружных и поглощающих слоев и, следовательно, могут быть представлены. значением К для коллектора), а также потери тепла от поглощения холодной воды, конвекции в воздушных слоях между поверхностью коллектора и стеклянным покрытием, потери тепла, проводимого через стойки или изоляцию стеклянного покрытия и через воздух между коллектором и стеклянным покрытием.

Соотношение между энергией поступающей радиации и полезной тепловой производительностью определяет эффективность коллектора. Самая высокая температура, которая может быть получена коллектором, достигается тогда, когда добавочное полезное тепло не уходит через средства теплопередачи, т. е. когда полученная энергия радиации равна потерям коллектора плюс извлеченное полезное тепло. Это называется непроизводительной, или уравновешенной, температурой.

Различные непроизводительные температуры соответствуют проекту и качеству коллектора, интенсивности радиации и окружающим условиям. Например, в средней Европе солнечная радиация в 800 ккал/ч может считаться нормальной величиной. При такой радиации коллектор с одинарным остеклением может
выработать температуру до 100° С, в то время как коллектор с тройным остеклением может дать температуру до 190° С, а обычный коллектор с плоским покрытием обеспечивает нагрев лишь до 70—80° С.

Эффективность коллектора может быть увеличена специальной обработкой стеклянного покрытия, панелей, листового материала и поглощающих поверхностей.




Наиболее известными «классическими» коллекторами считаются: водяной тип — MIT (рис. 40); воздушный тип — Денован-Блисс (рис. 41); воздушный тип —Лёф (рис. 42); масляный тип — Александров (рис. 43); воздушный тип — Франция (рис. 44).





Не считая этих ставших уже классическими коллекторов, в сегодняшней практике используются и другие модели, снабженные интересными усовершенствованиями. Солнечные коллекторы, работающие летом и зимой в суровых климатических и тепловых режимах, подвергаются различным опасностям, которые могут быть учтены в проекте.

Основные проблемы, встречающиеся при эксплуатации солнечных коллекторов, следующие: перегрев, опасность замерзания, коррозия, загрязнение, повреждение, тепловое расширение (сужение), утечка тепла.

Эти проблемы могут изменяться в зависимости от климатических условий, средства их устранения меняются от одной модели к другой. Фирма-изготовитель гарантирует работу коллекторов, обеспечивает такие технические характеристики, как эффективность, тепловые величины и т. д., в соответствии со стандартом.

Сабади П.Р.

Фокусирующие коллекторы (концентраторы радиации).

Эти коллекторы имеют вогнутую поверхность. Типичный пример таких коллекторов показан на рис. 39. Они концентрируют солнечные лучи зеркалами или эффективными линзами. Температура от 200° С до 500° С может быть получена путем слабой концентрации (1 : 10). При более высокой концентрации лучей может быть достигнута до 4000 °С.

В тяжелой индустрии или в исследовательских работах солнечные концентраторы составляют часть солнечных топок или солнечных силовых станций.

Солнечная топка в Одейло-фон-Ромё (Французкие Пиренеи) имеет систему параболических зеркал 40 м высоты и 54 м ширины (фокусная длина 18,4 м). При этом достигается =4000° С (максимальная термическая мощность установки 1000 кВт), которая используется для экспериментов по плавке.

Большие концентраторы радиации построены также в США, Японии, Австрии, Алжире, Греции, Советском Союзе и других странах.

Концентрирующие коллекторы, или, как их называют, зеркальные коллекторы, должны находиться под постоянным контролем. Они очень чувствительны к загрязнению пылью и мусором, которые снижают их оптические качества. Зеркала можно защитить от воздействия погодных условий стеклянным покрытием, но стекло в отличие от поверхностных коллекторов должно часто очищаться, чтобы не ослабить прямую радиацию добавочным рассеиванием.

Радиационные концентраторы обычно используют только прямую радиацию. Но исследования последних лет показывают, что, несмотря на это свойство, такие коллекторы могут использоваться в среднеевропейских климатических условиях для бытовых целей.

Солнечные коллекторы, построенные научно-исследовательской лабораторией фирмы «Филипс GmBH», снабжены тепловым отражающим фильтром с окисью индия (Sr₂O₃), который имеет
трансмиссию для солнечного света Т=85% и отражатель для тепловой радиации R —90%. Коллектор обладает поглощающей способностью солнечной радиации, равной 95%. Некоторые показатели, характерные для коллектора фирмы «Филипс» с дополнительным покрытием, приводятся в табл. 8. Эти показатели были получены экспериментально при нагреве воды в летних условиях.

ТАБЛИЦА 8 ПОКАЗАТЕЛИ КОЛЛЕКТОРОВ ФИРМЫ ФИЛИПС
Погодные условия ------------- Общая радиация, Вт/м ---- кпд, %
Безоблачное небо, ясно ---------- 800 ------------------- 61
Слабая облачность, туман ------- 600 -------------------- 58
Средняя облачность ---------------- 300 -------------------- 45
Сплошная облачность -------------- 150 -------------------- 20

Фирма «Лайби, Нойеншвандер и К°» (Берн, Швейцария) также выпускает фокусирующие солнечные коллекторы, которые состоят из многочисленных параболических зеркал. Прямая радиация, поглощаемая зеркалами, концентрируется в трубе, направленной по фокусирующим линиям, проходя через которую поток жидкости нагревается. Для избежания тепловых потерь при передаче концентрируемая энергия должна попадать непосредственно внутрь трубы, которая для этой цели делается прозрачной. Внутри нее имеется черный поглотитель, который передает полученную энергию на нагревательные средства с помощью конвекции.

В Великобритании компания «Силовые системы» использует параболические фокусирующие солнечные коллекторы, в которых цилиндрические параболические рефлекторы вращаются вокруг трубы по фокусирующим направлениям, следующим за солнцем. Труба с циркулирующей жидкостью зачернена для поглощения радиации и покрыта концентрической стеклянной трубой для уменьшения тепловых потерь.

Дальнейшая эксплуатация покажет, какой тип коллектора наиболее экономичен.

СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ

Задача солнечных коллекторов — аккумуляция солнечной радиации с максимально возможной эффективностью. Существуют различные типы коллекторов, отличающихся внешней формой наружных поверхностей, устройством поглощающих поверхностей и аккумулирующих средств.

Для отопления помещения зимой при неблагоприятной погоде солнечные коллекторы должны преобразовывать значительное количество поступающей солнечной радиации в полезное тепло. Они должны повышать рабочую температуру до 60—90° С при очень низких температурах наружного воздуха. При таких температурах коллекторы используют около 70% поступающей солнечной радиации на нагревание жидкости (или газа), посредством которых отапливается помещение. Тип коллекторов выбирается в зависимости от задач, которым они служат. Коллекторы могут быть плоскими, поглощающими солнечные лучи, не концентрируя, а направляя или рассеивая их, а также трубчатыми, полосовыми, листовыми или полыми, преобразующими в тепло прямую солнечную радиацию, концентрируемую оптическими или другими приспособлениями.

Плоские коллекторы, будучи открытыми для солнечных лучей, что особенно важно в условиях европейского климата, представляют собой тепловой источник большой площади и низкой энергетической плотности. Для того чтобы коллектор работал правильно, он должен быть тщательно изолирован с обеих сторон .
Две фирмы, «Браун Бовери К» (Маннгейм) и «Филипс А. Г.» (Аахен), опубликовали результаты годового эксперимента. Для нескольких местностей, включая Брегеиц (Ворарльберг) и Гей-дельберг, фирма «Браун Бовери» определила объем энергии, которую нужно получить. Экспериментальные устройства были снабжены поверхностными коллекторами площадью 1,5 м². Согласно средним полученным параметрам, подсчитано, что в ФРГ количество солнечной энергии может обеспечить нагрев 80% горячей воды, требуемой летом, около 20%—в зимний период и 65% —в межсезонье. Приведенные данные, естественно, зависят от климатических и технических условий (общей поверхности коллектора, объема аккумуляторов, изоляции, КПД системы и т. д.).

Фирма «Браун Бовери» впервые использовала поверхностные коллекторы для подогрева воды в открытом плавательном бассейне в Вейле — коллектор площадью в 3 тыс. м² нагревает воду до 24° С. Этот бассейн, проект которого выполнен под руководством Министерства исследований и технологии, является первым примером использования солнечной радиации в качестве энергетического источника в Западной Европе. Извлеченный из этого опыт может представлять значительный интерес при обеспечении энергией частных плавательных бассейнов.

Научно-исследовательская лаборатория фирмы «Филипс ОтвН» достигла высокой эффективности в использовании фокусирующих коллекторов, которые применялись первое время на большой площади в экспериментальном доме в Аахене.

В Англии, США, Франции и ФРГ уже применяются различные типы солнечных коллекторов.


Фокусирующие коллекторы (концентраторы радиации).
Плоские коллекторы.

СОЛНЕЧНЫЙ ДОМ

Реклама:
ГАЛПРОЕКТ: ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖИЛЫХ ДОМОВ , ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ , ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ, МАГАЗИНОВ, ЗАГОРОДНЫХ ДОМОВ , КОТТЕДЖНЫХ ПОСЕЛКОВ, ПЕРЕПЛАНИРОВКА КВАРТИР, ИНТЕРЬЕРЫ


Совсем недавно энергообеспечение зданий за счет солнечной энергии в России считалось экономически невыгодным, тогда как за рубежом: в Канаде, Финляндии, США, Японии, Австралии, Израиле, Греции и многих других странах такие дома давно уже существовали. В связи с постоянным ростом стоимости энергоносителей в России постепенно стал расти интерес к вопросам энергосбережения и использования возобновляемых источников энергии, среди которых одним из основных является солнечная энергия.

Солнечный дом



Работы в этом направлении велись в том числе в Ассоциации производителей энергоэффективных окон (АПРОК) и в Московском Государственном строительном университете (МГСУ).

На основании этих исследований, архитектором Захаровой Т.В. была разработана программа "Солнечный дом" и запроектирован архитектурный проект "Сол-1", в котором реализован концептуальный подход к вопросам формирования комфортной, экологически чистой среды обитания при максимальном использовании активных и пассивных систем энергосбережения, а грамотное архитектурно-конструктивное и планировочное решения создают эффект энергоресурсосбережения и позволяют сэкономить от 30 до 80% энергии, по сравнению с традиционными решениями.

Система энергоресурсосбережения эффективно работает только при правильно выбранном архитектурно-конструктивном решении зданий и сооружений. Такой комплексный подход развит и проработан программой "Солнечный дом".

На выставке "Жилище-99" (ВВЦ) за продвижение и внедрение энергосберегающих и экологически чистых технологий программа "Солнечный дом" и архитектурный проект удостоены золотой медали.

Итак, сегодня, на страницах нашего журнала мы беседуем с автором программы и архитектурного проекта "Солнечный дом" Т.В. Захаровой.

- Татьяна Владимировна, что подразумевается под понятием "Солнечный дом", как возникла идея его создания?

- "Солнечный дом" - это оптимальное комплексное сочетание архитектурно-планировочных и инженерных решений для создания комфортной среды обитания современного человека. Этот дом предполагает не перекраивание природы под свои нужды, А МАКСИМАЛЬНОЕ ВРАСТАНИЕ ЧЕЛОВЕКА В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ, установление гармонии между ними, использование современных материалов и технологий, инженерных систем позволяет отказаться от многих традиционных подходов к строительству. Совершенно бессмысленно из-за недостаточной теплоизоляции здания отапливать за свой счет окружающее пространство или сжигать высококалорийное и дорогое топливо в огромных количествах, когда необходимую энергию можно извлечь из протекающей рядом реки или моря, из земли и даже из ветра и Солнца. Весь вопрос в том, сколько это будет стоить. И мы хотим, чтобы наш дом, созданный из экологически чистых материалов и использующий при эксплуатации самое современное инженерное оборудование, обходился при строительстве и эксплуатации дешевле, чем дом традиционной конструкции.

Архитекгурно-планировочное и конструктивное решения для каждого такого дома индивидуально. В наш дом мы собрали все новейшие российские технологии, с которыми наша программа должна войти в XXI век.

По мнению экспертов в области строительства и архитектуры в недалеком будущем наши здания должны будут стать более энергоэффективными и приспособленными к окружающей среде. При этом комфорт, эстетические качества и экономичность таких зданий будут более высокими. Для отопления, охлаждения и освящения таких зданий будут использовать минимум природных ресурсов.

Такие здания должны стать не только источником экономии средств, но и предметом моды!

К комплексному решению "Солнечного дома" мы подходили постепенно. Еще в 1993 г. в Москве был создан Научно-исследовательский и проектный центр "Энергоэффективные здания", являющийся структурным подразделением фирмы "Сол". Основной функцией этого центра являлись исследования в области экономии энергии, инсоляции, солнцезащиты и производства энергоэкономического остекления, стеклопакетов, солнцезащитных устройств, тепловых солнечных коллекторов, фотоэлектрических элементов, тепловых насосов и другого оборудования зданий. Кроме того, задачей центра являлась разработка новых типов зданий, использующих для теплоснабжения и охлаждения возобновляемые источники энергии. Центр занимается, также, вопросами экономии энергии для освещения, в том числе - автоматическим регулированием искусственного освещения.

Опыт проектирования и строительства зданий с системами солнечного теплоснабжения в нашей стране еще не велик, поэтому мы начали с проектирования индивидуальных домов с пассивными гелеосистемами, используя стены тромба, гравийные теплоаккумуляторы, а зимние сады и ряд таких элементов конструкции здания, как атриумы, веранды, теплицы и т.д. служили средством привлечения заказчиков. Такие элементы пассивного использования солнечной энергии, как зимние сады и встроенные теплицы показали свою высокую эффективность для энергосбережения. Кроме того, эти элементы повышают комфорт и уют дома, позволяют снежной российской зимой наслаждаться окружением естественной зелени. Правильно запроектированные теплицы обеспечивают в центральных районах России значительную экономию топлива.

Пассивные гелеосистемы могут быть эффективны как в индивидуальных, так и многоэтажных домах. Методы расчета таких систем зависят от формы и объема здания, местных климатических условий, инсоляции и других факторов.

- Если есть пассивные системы солнечного теплоснабжения, значит существуют и активные? В чем различие этих систем?

- Использование специального инженерного оборудования, такого, как солнечные коллекторы, теплообменники, баки-накопители нагретой солнцем воды или другой жидкости, автоматику, регуляторы, фотоэлектрические элементы (преобразователи солнечной энергии в электрическую, и т.д.) - такие системы называются активными. Архитектурно-строительные системы, улавливающие солнечное тепло, направляющие его в глубь помещения, аккумулирующие его там и отдающие его в нужное время во внутреннюю среду называются, в отличие от активных, пассивными. Эти системы не требуют практически никакого инженерного оборудования.

- Татьяна Владимировна, известен ли опыт применения солнечных систем в России?

- Пока что в нашей стране имеется сравнительно ограниченный опыт применения систем солнечного теплоснабжения с использованием солнечных коллекторов, хотя работы по их созданию велись довольно давно на основе государственных программ. К сожалению, при низкой стоимости энергоносителей, конечные потребители не были заинтересованы в дополнительных затратах на новое нетрадиционное оборудование, а об экологии никто всерьез не задумывался. Солнечные коллекторы не производились, их пытались "внедрять", принимая программы и постановления, но небольшие партии коллекторов делались из дешевых подручных материалов, и срок службы таких коллекторов был намного меньше их срока окупаемости.

Тем не менее, неплохо работали отдельные системы и в Украине, Грузии и в Средней Азии, и некоторых других районах. Именно в этих наиболее солнечных районах и велись ранее основные работы по гелеосистемам, а применение их в России было достаточно ограничено.

Гелеосистемы в России - это, в основном, системы горячего водоснабжения, и большинство их сосредоточено в Краснодарском крае, хотя имеются несколько опытных установок и в других южных регионах России, вплоть до Забайкалья. Системы разрабатывались, как правило, для применения на крупных объектах, например для горячего водоснабжения больниц, пансионатов или санаториев, и имеют площадь солнечных коллекторов в десятки и сотни квадратных метров. Часть из них используют коллекторы импортного производства, а применение отечественных разработок в этой области ограничено недостаточным производством современных и высокоэффективных солнечных коллекторов. Так, например, в Сочи за последние годы созданы и работают системы солнечного горячего водоснабжения пансионата "Шексна", использующая полностью импортное оборудование, и системы в санатории "Лазоревское", где коллекторы отечественные.

Около 15 лет назад был построен экспериментальный солнечный дом в Армении, где применялись тепловые коллекторы. Были экспериментальные объекты типа "солнечной деревни" в Краснодарском крае, но там основным оборудованием были фотоэлектрические преобразователи. За последние годы этот опыт по созданию "солнечных домов" не был востребован.

- А как обстоят дела с разработкой "солнечных домов" за рубежом?

- Многие зарубежные страны развивают у себя использование возобновляемых источников энергии, применение солнечной энергии наиболее развито. Многие россияне во время своих зарубежных поездок видели в таких странах, как Турция, Греция или Израиль солнечные водонагреватели на крышах отелей, ресторанов или коттеджей. Наиболее динамично развивается применение солнечной энергии в Германии. Принятие специальных программ по экологии и энергосбережению, оказание существенной государственной поддержки этому направлению привело к тому, что счет построенных систем и установок ежегодно идет на сотни тысяч квадратных метров. С учетом экономии энергии при эксплуатации создаются новые проекты зданий, целенаправленно и комплексно реализующие основную идею - комфортное жилье в экологически чистой среде, без затраты своих средств на ее обогрев. Значительно меньше развиты системы фотоэлектрического преобразования солнечной энергии. Это связано с сохраняющейся до сих пор высокой стоимостью оборудования. Они применяются только в ограниченных случаях, когда получение электроэнергии другими способами не возможно или обходится еще дороже.

- Каковы перспективы применения новых материалов и энергосберегающих технологий?

- Основные мировые тенденции постепенно проникают в Россию. По мере роста стоимости энергоносителей и в нашей стране начинает формироваться рынок энергосберегающих технологий и использование солнечных систем теплоснабжения. Для демонстрации потенциальным потребителям в едином комплексе всех возможностей новых материалов и энергосберегающих технологий, инженерных систем солнечного теплоснабжения, тепловых аккумуляторов и тепловых насосов, а также и специальньх архитектурных и конструкторских решений нами ведутся переговоры о реальном строительстве нескольких демонстрационных и жилых объектов - зданий коттеджного типа, выполненных с учетом основных принципов формирования новой среды обитания. Где они будут расположены? Как минимум один объект должен быть расположен в Москве или ближайшем Подмосковье, поскольку Москва является главным информационным центром страны, хотя климат здесь не самый лучший для демонстрации всех возможностей "солнечного дома". Остальные объекты должны быть построены на юге России, чтобы продемонстрировать возможности новых технологий с максимальной эффективностью.

- Какие материалы и оборудование Вы собираетесь использовать?

- Несмотря на все экономические трудности, переживаемые нашей страной, научная мысль в ней никогда не замирала. Поэтому, начав поиск материалов и подбор оборудования для строительства "солнечного дома" по разработанному нами проекту, мы столкнулись с тем, что нашими учеными разработан и запатентован ряд новых и очень интересных изобретений в области строительных материалов и технологий, так что выбор у нас есть. Так, пока далеко не полностью используются возможности такого традиционного для России материала, как древесина. И кому, как не России, с ее мировыми запасами леса, быть законодателем "строительной моды" на этот материал. Самое интересное, что в ряде развитых европейских стран интерес к деревянному домостроению начинает активно развиваться, потому что дерево является наиболее экологичным материалом, тем более если древесину подвергнуть современной технологической обработке, сделав ее не только влаго-, но и огнестойкой. Что же касается оборудования для солнечных систем теплоснабжения, то здесь, в значительной мере, придется опираться на зарубежных производителей. В России есть перспективные разработки солнечных коллекторов, представляющих интерес не только для отечественного, но и для зарубежного рынка, а все остальное оборудование системы пока будет поставляться из Германии.

- А что же вообще представляет собой солнечный коллектор о котором вы упоминаете?

- Солнечный коллектор - это специальный теплообменник, в котором энергия солнечного излучения преобразуется в тепло. Существуют десятки вариантов их конструкций, но принцип их устройства одинаков. Обычно это плоская металлическая панель, в которой имеются каналы для жидкости. Поверхность этой панели, обращенная к Солнцу, - черная, для лучшего прогрева. Эта панель устанавливается в корпус, выполненный в виде плоской рамы. Для снижения тепловых потерь под панелью устанавливается теплоизоляция, а сверху она защищена специальным стеклом.

Жидкость (вода или специальный теплоноситель), проходящая через коллектор, нагревается солнечным излучением, а затем это тепло используется для нагрева водопроводной воды или отопления. Температура нагрева жидкости зависит от многих факторов: плотности и долготы солнечного излучения, эффективности конструкции коллектора, расхода жидкости через него, температуры окружающего воздуха и т.д. Следует отметить, что современные коллекторы позволяют получать на выходе из них достаточно высокие температуры теплоносителя, приближающиеся к 100 °С и даже выше.

- Татьяна Владимировна, в заключении хотелось бы узнать, когда будет построен первый солнечный дом по Вашему проекту?

- На данный момент стадия рабочее проектирование завершена, но к сожалению первый объект будет построен в Германии. Ведутся переговоры о строительстве таких домов в Московской области и южных регионах России. Первый объект на самообеспечении в виде передвижного демонстрационного жилого модуля, рассчитанного на жизнеобеспечение двух человек (два спальных места, мини кухня, душевая, гардероб, откидной стол и стулья, баки-накопители холодной и горячей воды, места для хранения аппаратуры) был запроектирован и изготовлен в 1999 г. Он демонстрировался на выставке "Спасение-2000".

Особенно актуальными вопросы энергосбережения становятся в связи с реализацией программы реформирования и модернизации жилищно-коммунального комплекса, согласно которому расходы на электро- и теплоснабжение в ближайшее время в стопроцентном объеме лягут на плечи населения.

Архитектор Т.В. Захарова, лицензия Г 626700, рег.№ РЦ - 0665
Российский Лицензионный Архитектурный Центр
тел. 482-50-93, тел./факс 211-10-36, факс 482-43-58, 473-21-39 (вечер)

Источник: "Строительный путеводитель", 22(154), июль 2001 г.

Другие системы СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Кроме описанных выше существует много других систем. Во многих патентных бюро во всем мире зарегистрированы тысячи наименований. Современная солнечная обогревательная система часто бывает снабжена тепловым насосом и иногда солнечными элементами, которые еще увеличивают число возможных комбинаций. Во многих случаях принципы и основные элементы остаются такими же, как и в системах, о которых говорилось выше.

Возможность использования солнечной энергии с целью отопления очень оптимистично оценивается в некоторых странах. По прогнозам Г. Гейяна, французского инженера-электрика, Франция сможет сэкономить около 5 тыс. кВт-ч электроэнергии на каждый дом в 2000 г., если будет построен миллион «солнечных домов». Это даст ежегодную экономию примерно 5 млрд. кВт-ч, а учитывая горячее водоснабжение и отопление,— /млрд. (10*) кВт-ч (7 тыс. кВт-ч на 1 дом). Это означает 0 7% всех потребностей Франции в электроэнергии в 2000 г. Фактические возможности еще более значительны. Р. Шерри и М. Морс, авторы книги «Солнечная панель», предполагают, что 35% обогрева и воздушного кондиционирования зданий в США к 2035 г будет производиться за счет солнечной энергии. К 1985 г 2 млн. баррелей нефти может быть сэкономлено ежедневно за счет солнечного обогревания.
Эксперименты в Туркмении (СССР) показали, что дополнительная стоимость зданий, оборудованных такими системами (отопление, 300 л горячей воды на семью в день и кондиционирование летом), составит не более 4—6% всей стоимости здания. Это может окупиться в сравнительно короткий срок за счет экономии электроэнергии и нефти.



К сожалению, очень важные вопросы пропорций между стоимостью зданий и солнечной энергии еще не обсуждались в деталях. Основная проблема состоит в том, что для каждого здания и разных климатических условий существуют свои оптимальные цифры. Ученые и инженеры до сих пор не пришли к единому мнению по поводу оптимальных методов использования солнечной энергии.
Институт Батей в Женеве (Ж- К- Курвуазье и Ж- Фурнье) опубликовал интересные расчеты для района Женевского озера, касающиеся использования солнечной энергии для обогрева. В Женеве, Лозанне и Невшателе ежегодные потребности в нефти для отопления жилища исчисляются в 3043 л (в Лейсане — 5650 л). Расчеты показывают, что даже при средней интенсивности излучения (число солнечных часов в год в Женеве— 1979, в Лозанне—1971, Невшателе—1699, Лейсане—1808) возможна довольно большая экономия нефти.

Для дома с жилой площадью 120 м2 и поверхностью коллектора 50 м2 (эффективность 70%) 48% ежегодно потребляемой нефти может быть сэкономлено в Женеве (1463 л), 52% в Лозанне (1583 л), 41% в Невшателе (1245 л), 47% в Лейсане (2650 л). Таким образом, использование солнечной энергии для обогрева домов в Швейцарии приведет к значительной экономии нефти, будут сэкономлены большие средства, а кроме того, меньше будет загрязняться окружающая среда.

Сабади П.Р.

Система Вагнера, или пассивное использование солнечной энергии

В зданиях, оборудованных системой такого рода, солнечная радиация непосредственно конвертируется в обогревание воздуха. Там нет солнечных коллекторов, но дом частично или полностью имеет покрытие из прозрачного стекла. Воздух между стеной дома и наружным стеклом нагревается вследствие парникового эффекта. Само здание обычно служит частью аккумулятора.

Типичный пример — «Растущий дом» (архит. М. Вагнер). Это здание, спроектированное в 1931 г., имеет площадь около 94 м². Гостиная находится в центре здания, а другие комнаты расположены вокруг нее. Дом окружен стеклянным покрытием на расстоянии 1,5 м от конструкций. Эта воздушная подушка позволяет
достичь парникового эффекта. Эта идея также используется в автономном «солнечном доме», который исследуется в Кембридже. О нем уже говорилось выше.

Система Бриджерса— Пакстона

Эта система, разработанная в 1956 г., была одной из первых, где распределение тепла было достигнуто обогреванием пола. Тепло принимается водяными коллекторами. Теплонакопитель и теплоноситель — вода. Эта система используется сегодня почти исключительно европейскими изготовителями.

Типичный пример — конторское здание Бриджерса—Пакстона в Альбюкере (Нью-Мексико, США). Отопление здания и конди ционирование осуществляются за счет солнечной энергии. Полезная площадь составляет около 410 м². Солнечные коллекторы, использующие воду, делаются из алюминия и имеют площадь поглощающей поверхности 71 м². Аккумулятор тепла вмещает 23 тыс. л воды.

Теплоотдача осуществляется с помощью наполненных водой труб, которые проходят по потолку и полу. Установка снабжена также тепловыми насосами. Эта система удовлетворительно функционирует с 1956 г.

Система Байера

Основное в этой системе — размещение в южной стене дома 90 баков, каждый вместимостью 200 л (всего 18 тыс. л воды). Когда светит солнце, окрашенные в черный цвет внешние поверхности открыты, и солнечная радиация, попадая на них через стеклянную пластину, нагревает воду . Ночью или в плохую погоду эти поверхности закрываются с внешней стороны движущимися покрытиями (щиты из тяжелого утеплителя) и отдают жилому помещению тепло, полученное в течение дня.

Типичный пример — дом Байера в Нью-Мексико (США, 1972 г.). Жилая площадь 185 м² (один этаж), полезная площадь коллектора — 24,1 м². На 90% дом обогревается за счет солнечной энергии, остальные 10% восполняются двумя каминами на древесном топливе. Летом «водяные стены» охлаждаются ночным воздухом и в течение дня используются для воздушного кондиционирования. Движущаяся внешняя плита имеет 35 см в толщину, весит всего 6,75 кг/м² и играет важную роль в качестве утеплителя. Запасное отопление (два камина) используется не более 10 раз в год.

Sky-therm-система (Хэй-Джеллот)

В этой системе, основанной на принципе попеременного нагревания и испарения и примененной впервые в 1967 г., нет солнечных коллекторов и аккумуляторов тепла в обычном смысле этого слова. Поглощение и аккумулирование солнечной энергии осуществляется лотком с водой глубиной 21 см, установленным на плоской кровле. Лоток сделан из черных полиэтиленовых секций, которые покрываются тяжелыми полиуретановыми пластинами толщиной 4,5 см. Зимней ночью лоток накрыт и дом обогревается через потолок. Летом лоток оставляют открытым ночью и накрывают днем, осуществляя таким образом кондиционирование воздуха в помещении .

Типичный пример — дом в Финиксе (США, 1967 г.). Экспериментальный дом с одной комнатой, одноэтажный. Жилая площадь 11 м². Площадь водного лотка 15,8 м². Здание испытывалось два года и результаты оказались удовлетворительными. Дом, больший по величине, оборудованный такой системой, строится в Атаседеро, в Калифорнии (США).

Система Тромба—Мишеля

Эта французская система солнечных домов (патент CRNS Тромба, 1956 г.) основана на принципе накопления солнечной энергии только в массе здания и напоминает систему Лефевра. Солнечная радиация поглощается вертикальными, обращенными на юг поверхностями с тройным остеклением, которые устанавливаются на черной бетонной стене (30 — 40 см). Поверхность стекла занимает 10% всей поверхности здания. Теплый воздух поступает через маленькие отверстия в жилое помещение и распределяется посредством естественной конвекции. Первый экспериментальный дом, в котором использован этот метод, был построен в Пиренеях в 1962 г.

Типичный пример — «Солнечное шале» в Одейло (архитектор ры Ф. Громб и Дж. Мишель, 1968 г.) (рис. 29). Шале имеет жилую площадь 80 м2 (в одном уровне). Вся южная сторона (кроме двойной двери) покрыта солнечными коллекторами. Так как климатические условия в Одейло очень благоприятны (2750 солнечных часов, 360 теплых дней в году) 0,5 м2 поверхности коллектора достаточно для каждых 10 м3 здания (в Париже 1 м2 на IU м , Шовенси-ле-Шато 1,3 м2 на. 10 м3). Потребности дома в тепле исчисляются 32 тыс. кВт-ч в год, 65% удовлетворяются за счет солнечной энергии. Запасное отопление электрическое.
Энергетическая автономия здания рассчитана на два дня.

Система Моргана

Эта первая европейская система была построена в 1961 г. около Ливерпуля в Англии. Здание обогревается только солнечной энергией и некоторыми незначительными источниками (человеческое тепло, лампы). Там нет солнечных коллекторов в обычном смысле этого слова и нет аккумуляторов, так как тепло накапливается в стенах и потолке здания.

Типичный пример — школа святого Георгия в Валласей (Ливерпуль, Англия; архйт. А. Е. Морган, 1961 г.). Двухэтажное здание школы, рассчитанной на 320 учеников, имеет 67 м в длину. Южная сторона на.90% состоит из стекла, за которым помещается окрашенная в черный цвет бетонная стена. Бетонный потолок и кирпичные стены сделаны такого размера, чтобы они могли поглотить как можно ^больше тепла, сохранить его, а затем отдать. Там нет запасного обогрева, а потребность в дополнительном отоплении осуществляется за счет человеческого тепла, электрического света. Энергетическая автономия здания 7 дней. Измерения, проделанные Ливерпульским университетом (М. Г. Давиес) показывают, что такая обогревательная система действует удовлетворительно.

Система Лефевра

Эта очень интересная и простая система была впервые использована в 1954 г. Стены здания обогреваются посредством вертикально установленных коллекторов и служат аккумуляторами (рис. 28). Таким образом, обычно очень дорогой аккумулятор тепла устраняется, и вся обогревательная система становится дешевле.
Типичный пример — дом Лефевра в Стоверстоне (Пенсильвания, США; архит. X. Р. Лефевр, 1954 г.). Двухэтажный дом,
в котором отапливается только нижний этаж (общая полезная площадь 116 м2). Солнечный коллектор воздушного типа с двойным остеклением (площадь поверхности 41,8 м2) устанавливается вертикально на втором этаже с южной стороны. Никаких специальных аккумуляторов, они устроены в стенах. Жилые помещения обогреваются циркуляцией теплового воздуха. Около 40—50% всех потребностей в обогреве дома осуществляется за счет солнечной энергии. Запасное отопление газовое.

Система Лёфа

Первая система с воздушными коллекторами и аккумуляторами с гравием была использована в Булдер-Хаус, построенном в 1945 г. Обогревание - осуществлялось распределением горячего воздуха. Аккумулятор тепла мог устанавливаться как горизонтально, так и вертикально (рис. 27).



Типичный пример — дом Лёфа в Денвер Колорадо (США, 1959 г.). Жилая площадь около 186 м2. Площадь поверхности коллекторов воздушного типа 55,7 м2. Они установлены на южной стороне кровли под углом 45°. Воздух, нагреваемый в кол лекторах, подается с помощью мотора в 1 л. с. в аккумулятор, который состоит из двух вертикальных цилиндров (91 см в диаметре, 5,5 м в высоту), заполненных 6 т гравия. Воздух проходит через горячий гравий и поступает в жилое помещение. Зимой около 25—30% необходимой отопительной энергии и часть потребностей в горячей воде удовлетворяются солнечной энергией. Летом специальные коллекторы с одинарным остеклением дают энергию для кондиционирования, а коллекторы с двойным остеклением снабжают горячей водой.

Система Блисса — Денована

Дом, оборудованный такой системой с аккумулятором, заполненным гравием, был построен в 1945 г. Нагретый воздух из солнечного коллектора поступал в аккумулятор, а оттуда уже в жилое помещение через вторую циркуляционную систему (рис. 26).

Типичный пример — Дом Блисса в Амадо, Аризона (США; архитекторы Р. В. Блисс и М. К. Денован, 1954 г.). Это был первый дом, в котором обогревание и кондиционирование осуществлялось целиком за счет солнечной энергии.
Одноэтажный дом площадью 65 м2. Площадь поверхности солнечного коллектора воздушного типа 29,2 м2, одинарное стекло, аккумулятор вместимостью 65 т с галькой (емкость 35 м3), в подвале было предусмотрено запасное электрическое обогревание, но оно не используется. Летом кондиционирование осуществлялось при помощи той же системы.



Эстетические и архитектурные проблемы не были решены, но правильность всей системы была доказана. Эта система также стала классической и с тех пор часто использовалась во многих зданиях с некоторыми изменениями, иногда усовершенствованиями.

Система Телкеса—Раймонда.

В этой системе были впервые установлены в 1948 г. солнечные коллекторы воздушного типа с аккумуляторами, использующими глауберову соль (Na2SO4-10H2O) (рис.25).

В солнечных коллекторах нагревался воздух, который поступал в химические аккумуляторы. Теплый воздух по каналам направлялся из аккумуляторов в жилые помещения.



Типичный пример — Дом Пибоди в Довер-Масс (США; архитекторы М. Телкес и Е. Раймонд, 1948 г.). Двухэтажный дом, однако второй этаж не отапливается. Солнечные коллекторы воздушного тина площадью 66,9 м2 установлены вертикально с южной стороны. Аккумуляторы тепла емкостью 13,3 м3, наполненные глауберовой солью (Na2SO4-10H2O). Общий объем аккумулятора — 28,3 м3; 80% всех потребностей в отоплении дома удовлетворялись за счет солнечной энергии. Запасное обогревание — электрическое. Энергетическая автономия здания— шесть дней.

Система MJT.

Самый первый «солнечный дом», построенный между 1939 и 1959 г., в Массачусетсом технологическом институте архитекторами X. С. Хоттелом, Б. Б. Воертсом, А. Г. Диетсом, С. Д. Энгебретсоном, имел водяную отопительную систему, ставшую с тех пор классической (рис. 23). Вода, наполняющая солнечные коллекторы (с одинарным, двойным
ii тройным остеклением), поглощала солнечное тепло. Эта теплая вода накачивалась в аккумуляторы, расположенные в подвале. Горячая вода в аккумуляторах нагревала воздух, который нагнетался в жилые помещения.



Типичный пример системы MJT дает «солнечный дом» № 3 (архитекторы, X. С. Хоттел и С. Д. Энгебретсон, 1949 г.). Экспериментальное здание одноэтажное, однокомнатное. Площадь пола 55,7 м2. Площадь поверхности солнечного коллектора водяного типа 37,2 м2, наклон в южную сторону 57°, двойное остекление, цилиндрические аккумуляторы 91 см в диаметре, 9,1 м высоты, емкостью 6750 л. 30% энергии радиации поступает в аккумуляторы. В среднем 90% всех потребностей в отоплении дома удовлетворялись за счет солнечной энергии (в самые холодные месяцы 75—85%). Энергетическая автономия здания (независимость от внешних источников энергии) составляет два дня.

СИСТЕМА СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Почти половина всей производимой энергии используется для обогрева воздуха (например, в Швейцарии около 46%). Солнце светит и зимой, но это рассеянное и прямое излучение обычно недооценивается.

Декабрьским днем недалеко от Цюриха физик А. Фишер генерировал пар; это было, когда солнце находилось в своей самой низкой точке, а температура воздуха была 3°С. Днем позже солнечный коллектор площадью 0,7 м² нагрел 30 л холодной воды из садового водопровода до +60° С.

Солнечная энергия зимой может легко использоваться для обогрева воздуха. Весной и осенью, когда часто бывает солнечно, но холодно, солнечный обогрев помещений позволит не включать нефтяное отопление. Это дает возможность сэкономить часть энергии для работы всей системы. Для домов, которыми редко пользуются, или для сезонного жилища (дачи, бунгало, кемпинги), обогрев на солнечной энергии особенно полезен зимой, что исключает чрезмерное охлаждение стен, предотвращая разрушение от конденсации влаги и плесени. Таким образом, ежегодные эксплуатационные расходы в основном снижаются. Чтобы согреть дом зимой, не требуется большой поверхности коллектора, но та же установка снабжает дом горячей водой летом, когда дачи и кемпинги в основном и используются.
Хотя греческий писатель Ксенофонт описал около 2400 лет назад возможное использование солнечной энергии, первые дома, в которых пытались использовать солнечную энергию, были построены только между 1930 и 1945 г. Но первые попытки потерпели неудачу из-за низких теплоизоляционных качеств этих домов: в них было слишком много окон. Эксплуатация «солнечного дома» MJT 1 (рис. 23), построенного в 1939 г., дала интересные результаты (Массачусетский технологический институт, X. С. Хоттел, Б. Б. Воертс). Это экспериментальное здание площадью примерно 46 м² с солнечными коллекторами площадью 37 м², установленными на солнечной стороне крыши под углом 30°. Коллекторы работают на воде, поглощающие поверхности и трубы из меди, остекление тройное, аккумуляторы — на 62 тыс. л воды, которая к концу лета нагревалась до 75° С. Горячая вода нагревала воздух в помещении. Этот дом определил первые проблемы, связанные с использованием солнечного обогревания, например: течь водяных баков, поломка коллекторов при термальном расширении, недостаточное утепление и дороговизна секций накопительных аккумуляторов. На рис. 24, 29, 30 показаны системы других отопительных систем на воде.

В этот период уже были обоснованы основные составные части солнечной отопительной установки: солнечный коллектор (водяного или воздушного типа, концентрирующий или нет); теплоноситель для аккумулятора (вода, камень, бетон или химические материалы, сохраняющие тепло); теплоноситель для отопления помещений (вода, воздух или химикалии); нагревательные приборы (радиаторы, трубы, проложенные под полом, и т. п.). В зависимости от требований они могут комбинироваться в различных вариантах. Детально эти компоненты анализируются в гл. 6.

Поиски технически и экономически удовлетворительных решений привели к появлению сотен патентов в разных частях света, многие из них были осуществлены и испробованы. Некоторые из наиболее известных описаны ниже.

Система MJT
Система Телкеса—Раймонда
Система Блисса — Денована
Система Лёфа
Система Лефевра
Система Моргана
Система Тромба—Мишеля
Sky-therm-система (Хэй-Джеллот)
Система Байера
Система Бриджерса— Пакстона
Система Вагнера, или пассивное использование солнечной энергии
Другие системы