Аккумулирование солнечного тепла

В схемах солнечных установок обязательно присутствует аккумулятор тепла (в простейшем случае - бак с горячей водой). В основном необходимость накапливания солнечного тепла вызвана прежде всего тем, что период прихода солнечного излучения на коллектор обычно не совпадает с периодом использования тепла в системах горячего водоснабжения и отопления жилых домов.

На рисунке ниже, показан график прихода солнечного излучения в течение дня в зимнее время (ясный день). Поступление солнечного излучения на коллектор в течение дня приходится на период от 7 до 17 часов.

Изменение плотности потока солнечного излучения в течение суток (ясный день в зимнее время)

Е - плотность потока падающего солнечного излучения, ккал/(м^2·ч); τ - часы суток

Однако, как видно из следующего рисунка, пик тепловой нагрузки в системе горячего водоснабжения падает на 21 час.

Изменение тепловой нагрузки в системе горячего водоснабжения (зимняя пиковая нагрузка)

Q - тепловая нагрузка в течение суток; τ - часы суток

Из рисунка ниже ясно, что пик тепловой нагрузки для отопления приходится на 7 часов утра. Следовательно, периоды выработки солнечного тепла и его потребления не совпадают.

Изменение тепловой нагрузки в системе отопления (зимняя пиковая нагрузка) в течение суток

Q - тепловая нагрузка; τ- часы суток

Для эффективного использования солнечного тепла с учетом временных особенностей тепловой нагрузки необходимо создать такой механизм, который позволил бы соединить периоды выработки тепла за счет солнечной энергии и его максимального потребления. Именно такой цели служит аккумулятор тепла.

Для систем отопления и горячего водоснабжения необходим теплоноситель с температурой 20...40°С. Зимой теплоноситель Должен иметь температуру 30...50°С, а летом 50...70°С.

Области использования солнечного тепла и необходимая температура теплоносителя

Область использования	Уровень температур, °С	Коллекторы
Предварительный подогрев воды Тепловые насосы Подогрев воды в бассейнах	Низкие температуры теплоносителя 10...20°С	Плоский с одним слоем стекла или без остекления Покрытие черной краской Простой пластмассовый коллектор
Отопление Горячее водоснабжение Предварительный подогрев воды Подогрев воды в бассейнах	Средние температуры т еплоносителя 20...40°С	Плоский коллектор с 1—2 слоями стекла С селективно-поглощающей пленкой
Теплохладоснабжение и горячее водоснабжение Абсорбционная холодильная установка	Средние, высокие температуры теплоносителя 50...70°С	1—2 слоя стекла Селективно-поглощающая пленка Вакуумированный трубчатый коллектор
Установка, работающая по циклу Ренкина Абсорбционная холодильная установка	Высокие температуры теплоносителя 80°С	Вакуумированный трубчатый коллектор С концентраторами солнечного излучения

Таким образом, среди причин, обусловливающих необходимость аккумулирования солнечного тепла, важнейшей является стремление использовать его в удобное для потребителя время. Существуют различные способы размещения в баках теплоаккумулирующих веществ. О конструкциях теплоаккумуляторных баков и их технических характеристиках см. следующие разделы.