Із можливих альтернатив, які б могли доповнити або навіть замінити традиційну енергетику є сонячне випромінювання, як природне невичерпне джерело енергії. Задумайтесь, на Землю припадає 1020 Вт сонячної енергії на один квадратний метр, лише 2% якої еквівалентні енергії, отриманої шляхом згорання умовного палива. Тому, цілком можливо, що у майбутньому сонячна енергія може стати основним джерелом світла і тепла на Землі. Перспективи розвитку даного виду енергії не знає меж.
Головна перешкода на шляху до широкого розповсюдження сонячної енергетики – залежність від добового ритму, сезонної мінливості та погоди. Щоб посилити потік сонячної енергії, потрібно збирати її з великих площ і запасати на майбутнє в акумуляторах. Поки що це вдається реалізувати в так званій малій енергетиці, яка покликана забезпечувати світлом і теплом житлові будинки та невеликі підприємства.

Технології перетворення сонячної енергії

Існує два основних способи перетворення сонячної енергії: фототермічний та фотоелектричний. Перший спосіб є більш широко використовуваний, а інший високотехнологічний, але дорожчий.

• Фототермічний спосіб. Найбільш широко на сьогодні використовується фототермічний спосіб перетворення сонячної енергії. У даному випадку теплоносій, зазвичай вода, нагрівається до високої температури і використовується для опалення приміщення. Сонячна батарея встановлюэться на даху будинку так, щоб сонячне світло найбільш ефективно спрямовувалося на його площу. Оскільки енергія сонячного випромінювання розподіляється на велику площу (іншими словами, має низьку щільність), будь-яка установка для прямого використання сонячної енергії повинна мати пристрій для її збирання - колектор з достатньою поверхнею. Найпростіший пристрій такого роду - це чорна плита, добре ізольована знизу. Вона прикрита склом або пластмасою, яка пропускає світло, але не пропускає інфрачервоне теплове випромінювання. Між плитою і склом найчастіше розміщують чорні трубки, через які течуть вода, масло, ртуть, повітря, сірчистий ангідрид тощо. Сонячне випромінювання, проникаючи через скло або пластмасу в колектор, поглинається чорними трубками і плитою та нагріває робочу речовину в трубках. Теплове випромінювання не може вийти з колектора, тому температура в ньому значно вища, ніж температура навколишнього середовища. У цьому виявляється так званий парниковий ефект. Звичайні садові парники, по суті, є простими колекторами сонячного випромінювання. Але чим далі від тропіків, тим менш ефективний горизонтальний колектор, а повертати його услід за Сонцем дуже важко і дорого. Тому, колектори, як правило, встановлюють під певним оптимальним кутом на південь.
  Складнішим і дорожчим колектором є увігнуте дзеркало, яке зосереджує сонячне випромінювання в малому об'ємі біля певної геометричної крапки - фокусу. Поверхня дзеркала виконана з металізованої пластмаси або складена з багатьох малих плоских дзеркал, прикріплених до великої параболічної підставки. Завдяки спеціальним механізмам колектори такого типу постійно повернені до Сонця, це дозволяє збирати більшу кількість сонячного випромінювання. Температура в робочому просторі дзеркальних колекторів досягає 3000 º С і вище.
  Варто зазначити, що існують плоскі та вакуумні колектори. Зазвичай системи з плоскими колекторами використовуються сезонно – весна-осінь. Взимку ефективність роботи плоских колекторів знижається за рахунок тепловтрат в оточуюче середовище. Вакуумні колектори ефективні і при низьких температурах оточуючого середовища. Якщо для плоских колекторів максимальна температура нагріву становить 80-90 º С, то у вакуумних – може перевищувати 100 º С. У водонагрівних сонячних установках, що працюють протягом року, більш широке розповсюдження мають вакуумні сонячні колектори, хоча можна використовувати і плоскі колектори з ефективною теплоізоляцією. У будь-якому випадку слід приділити увагу теплоізоляції труб, що передають тепло.
   
• Фотоелектричний спосіб. На думку експертів, майбутнє сонячної енергії за прямим перетворенням сонячного випромінювання в електричний струм за допомогою напівпровідникових фотоелементів – сонячних батарей. У фотоелектричних перетвореннях сонячної енергії використовується кремній з добавками інших елементів.
  Ефективність сучасних кремнійових фотоелементів достатньо висока. Їх коефіцієнт корисної дії сягає 10-20%, а чим вище ККД, тим менша потрібна площа сонячних батарей.

Використовуючи енергію сонця можна щорічно економити традиційні джерела опалення: 

• до 75% - для гарячого водопостачання протягом року;
• до 95% - для гарячого водопостачання при сезонному використанні;
• до 50% - лише з метою опалення;
• до 80% - з метою почергового опалення.

Теплові насоси на сьогодні є пріоритетом лише вузького кола наших співвітчизників. Це пояснюється високою їх собівартістю та затратами на їх встановлення. На сьогодні ціни у Вінниці на дані технології коливаються від 5 тис. ? до 10 тис. ?. Зрозуміло, що така різниця між цифрами включає багато аспектів: виробник (вітчизняне виробництво чи імпортований товар), модель, технічні особливості насосу тощо. Але є перспектива здешевлення теплових насосів при умові більш масового використання.

«Сонячні» будинки

За останні декілька років стали приживатися у наших краях (здебільшого у столиці та поодиноко у приміських районах Вінниці) так званні «сонячні» будинки. Більша частина енергетичних потреб такого будинку забезпечується сонячним світлом та теплом, за рахунок чого затрати інших енергоносіїв знижуються на 40-60% в залежності від конструкції будинку та його місцезнаходження. «Сонячний» будинок, оснащений ефективною тепловою установкою, може цілком задовольнити його мешканців теплом і світлом не використовуючи інших джерел енергії. Головне в концепції житлового «сонячного» будинку – максимальне використання сонячного випромінювання, перетворення його в тепло і збереження теплової енергії в будинку з найменшими втратами. Існують пасивні та активні системи енергозбереження «сонячного» будинку. Перша з них передбачає використання деяких архітектурно-будівельних методів на етапі проектування: орієнтація будівлі по осі південь-північ; відсутність затінку південної стіни; наявність північної пологої стіни з мінімальною кількістю вікон; посилення термоізоляції зовнішніх стін; обладнання теплових тамбурів на вході; організація в підвальному приміщенні повітряного теплообмінника (у вигляді ящика з гравієм або ємкості з водою); використання теплиць і приміщень з верхнім денним світлом, що виконуватимуть функції теплових акумуляторів. Дані технічні моменти лише частково (на 5-10%) збільшать вартість будівництва, але значно знизять витрати на опалення помешкання.

Активні системи енергозбереження «сонячного» будинку – це теплові сонячні колектори, панелі фотоелектричних елементів (сонячних батарей), регулююча автоматика, комп’ютерні системи, що регулюють теплові та світлові режими та інші високоефективні технології для максимального засвоєння сонячної енергії. Сонячні колектори різного типу, що використовуються у будівництві «сонячних» будинків, дозволяють отримати теплову енергію, яка в першу чергу використовується для нагріву води, що особливо актуально в літній період, коли спостерігається найбільша сонячна активність. Окрім цього в окремих випадках при використанні комбінованих котельних установок тепло від сонячних колекторів частково можна використовувати в різних системах опалення, наприклад, при роботі котельні в перехідні періоди року.

Впровадження технологій «сонячних» будинків стало масовим явищем у Європі. Їх будують не лише в теплих країнах (Єгипет, Ізраїль, Туреччина, Японія, Індія), але й в країнах з помірним кліматом (Франція, Англія, Німеччина) та у деяких північних регіонах (Швеція, Фінляндія, Аляска). Нажаль, в Україні використання сонячних технологій (колекторів та сонячних батарей) тільки розвивається. Низький попит застосування сонячної енергії, як альтернативного джерела тепла та світла, серед наших співвітчизників пояснюється високою вартістю технологій сонячних систем. Так, наприклад, комплексний пакет на базі сонячних колекторів (колектор, насосна станція, додаткові компоненти, бойлер, автоматика, датчики, модулі) коштуватиме від 2500 тис. ?. Варто враховувати також значні матеріальні затрати по проектуванню системи, які, переважно, перевищують собівартість самої системи. Але, як запевняють експерти, усі вище згадані витрати окуплять себе вже через 3-5 років. Тож вирішувати Вам…

Автор: Людмила Поліщук
26/05/2009