/ Солнечные коллекторы / Использование солнечных водонагревателей в мире

Экскурс по мировым тенденциям использования солнечных водонагревательных установок

Мир стал свидетелем быстрого роста использования солнечного теплоснабжения во многих странах. Наиболее масштабно оно (теплоснабжение с использованием энергии солнца) воплощается в технологиях нагрева воды в солнечных коллекторах. Технические инновации, повышенная производительность, длительный срок службы и простота использования делает эти системы привлекательными. Установка солнечных водонагревателей стала нормой в странах с большим количеством солнечного излучения, в таких как страны Средиземноморья, а также в Японии и Австрии, а также в Колумбии, где основали местную промышленность солнечных систем благодаря конструкции Лас Гавиотас под руководством Паоло Лугари. Мотивирована желанием сократить расходы на социальное жилье, команда Гавиотаса изучала лучшие системы из Израиля, и адаптировала их, чтобы соответствовать требованиям, установленным Banco Central Hipotecario, согласно которым система должна функционировать в таких городах, как Богота, где более 200 дней облачно. Конечные проекты были настолько успешными, что Лас-Гавиотас предложил в 1984 году 25-летнюю гарантию на любой из своих объектов. Более 40000 объектов были установлены, и до сих пор, уже четверть века, успешно функционируют.
Только в США эксплуатируются солнечные коллекторы общей площадью 10 млн. м², что обеспечивает годовую экономию топлива до 1,5 млн. т. Плоские коллекторы для нагрева воды использовались во Флориде и Южной Калифорнии еще в 1920-е годы, но всплеск интереса к солнечному отоплению в Северной Америке возник после 1960 года, а особенно после нефтяного кризиса 1973 года. Что касается Европы, то здесь ежегодно в эксплуатацию вводится около 3 млн. м² плоских солнечных коллекторов, что эквивалентно тепловой мощности 1,5 тыс. МВт. Солнечный плоский коллектор - это теплоизолированный теплообменник проточного типа. В таком коллекторе вода может нагреваться до 95 ° С. Также в последнее время широко применяются вакуумные трубчатые солнечные коллекторы, которые также высокоэффективны в зимнее время. Солнечные коллекторы этого типа являются наиболее распространенными и доступными по цене. В странах ЕС рекомендуют применять их в комбинации с тепловым насосом.

Солнечный водонагреватель популярный на Мальте

В регионах, для которых присущ переизбыток солнечной радиации (Турция, южные районы КНР, Саудовская Аравия и т.д.) в качестве абсорбера в таких солнечных коллекторах используется пластина из алюминия или стали. Величина КПД таких коллекторов невелика, что компенсируется высокими (избыточными) величинами солнечного облучения поверхности. Для южных регионов России нужны гелиоколлекторы с медной пластиной со специальным покрытием. Благодаря высокой теплопроводности меди удельные значения теплопередачи энергии теплоносителю и общий КПД значительно выше.

Кроме плоских солнечных коллекторов, существуют коллекторы и других типов. Так вакуумные трубчатые коллекторы могут нагревать теплоноситель до 250 °С летом и не менее чем на 35 °С зимой даже в облачную погоду. В условиях климата, характерном для наших широт, целесообразно устанавливать именно вакуумные трубчатые солнечные коллекторы. В настоящее время в нашей стране суммарная площадь солнечных коллекторов не превышает 100 тыс. м².

Мировым лидером по производству и установке солнечных водонагревателей является Китай. На рынке солнечных установок продолжается бум: в 2007 году в Китае солнечными водонагревателями пользовались около 40 миллионов семей общей численностью в 150 миллионов человек, в 2008 было установлено 31 млн м² (22 ГВт) новых систем, а уже в 2009 еще 42 млн м² (29ГВт ). Таким образом к 2009 году суммарные площади установленных солнечных водонагревателей в Китае выросли до 140 млн м ². Этого достаточно для снабжения горячей водой примерно 60 млн домохозяйств [Eric Martinot, Junfeng Renewable Energy Policy Update For China 21 Июль 2010 г]. Планируется, что к 2020 году 300 миллионов м² помещений в Китае будет оборудовано солнечными водонагревателями. Интересно, что базовые модели в Китае примерно на 80% дешевле для данного размера гелиоколлектора, чем в западных странах. Такая популярность солнечных установок связана с эффективными вакуумными коллекторами, которые позволяют функционировать системе даже при облачной погоде и при минусовых температурах.

Солнечные водонагреватели на крышах новых зданий в китайской провинции Хубэй

Также очень широко применяется водонагреватели в Израиле, где 95% квартир оборудованы такими системами. В 1950-х годах по причине нехватки топлива правительство нового израильского государства запретило нагрев воды с 10 часов вечера до 6 часов утра. Тогда же, в 1953, инженером Леви Иссаром был создан, и усовершенствован доктором Цви Тавор в 1955 году, современный тип солнечных водонагревателей. В 1953 г. Леви Иссар основал компанию NerYah, первый коммерческий производитель в Израиле солнечных нагревателей [Petrotyranny by John C. Bacher, David Suzuki, published by Dundurn Press Ltd, 2000]. Через 3 года инженер получил премию в 1000 израильских лир от премьер-министра страны, Давида Бен-Гуриона. Но не смотря на большое количество солнечного излучения в Израиле, в 1967 году солнечными водонагревателями пользовалось лишь 20% населения. После энергетического кризиса в 1970-х годов в 1980 году израильский Кнессет принял закон, требующий установки солнечных водонагревателей во всех новых домах. Исключение составляют некоторые высотные здания (более 24 этажей), где площадь крыши мала для размещения солнечных коллекторов достаточных для всех потребителей здания. В результате, Израиль (вместе с тем и Кипр) в настоящее время является мировым лидером в области использования солнечной энергии на душу населения. 85% домохозяйств сегодня используют солнечные водогрейные системы, что составляет 3% от первоначального национальго потребления электроэнергии), что по оценкам, экономит стране два миллиона баррелей нефти в год (наивысший показатель использования солнечной энергии в расчете на душу населения в мире) [Israeli Section of the International Solar Energy Society, edited by Gershon Grossman, Faculty of Mechanical Energy, Technion, Haifa].

Солнечные водонагреватели на крыше одного из домов в Иерусалиме

Современные израильские дома с солнечными коллекторами

Новые инсталяции солнечных установок в течение 2007 года в мире

В 2005 году Испания стала первой страной в мире по фотоэлектрическим установкам в новых домах, и второй (после Израиля) по солнечным водонагревателям в 2006 году.

Австралия внедряет различные стимулы (национальные и государственные) и правила (постановления) для ввода солнечных установок, начиная с 1997 года.

Использование солнечных водонагревателей в ЕС

Доля использования возобновляемых источников энергии в ЕС
Proportion of renewable energy in the EU countries, 2007

Солнечная энергия в Турции

Турция находится в более выгодном положении по сравнению с Европой по солнечной энергии: уровень инсоляции значительно выше, а условия для солнечной энергии можно сравнить с Испанией. Основным способом использования солнечной энергии в Турции есть горячее водоснабжение с помощью плоских солнечных коллекторов. Турция является одной из ведущих стран в мире с общей установленной мощностью 7,8 ГВт по состоянию на 2008 г. (8200000 м² солнечных коллекторов по состоянию на 2001 год). Гелиосистемы в основном используются в Эгейском и Средиземноморском регионах. Общий объем производства энергии равен 290000 TНЭ (тонн нефтяного эквивалента).
Промышленность развита с высоким качеством изготовления солнечных коллекторов и экспортных мощностей. Насчитывается примерно 100 компаний по производству солнечных водонагревателей и ежегодные производственные мощности достигают 750000 м².