Целесообразное использование солнечной энергии в быту

Целесообразное использование солнечной энергии в быту.

       Солнечная энергетика доступна в каждой точке нашей планеты, поэтому она привлекательна для всех стран и всех жителей. Использовать солнечную энергию только для получения небольшого количества электроэнергии есть не особо целесообразно. Хотелось бы с помощью солнечной энергии обеспечить потребление электроэнергии для отопления жилья и нагрева воды, что является наиболее важными моментами в бытовых условиях жизни человека.

Поэтому, я считаю, что сегодня наиболее простыми по техническим данным и способу использования солнечной энергии являются солнечные тепловые коллекторы - лучшие среди подобных устройств. Они специально приспособлены для отопления и позволяют увеличить КПД в несколько раз. К примеру, используя солнечную батарею для отопления дома, задействуется лишь около 15-18% полученной энергии, тогда как коллектор позволяется повысить этот коэффициент до 95%.

Предлагаю рассмотреть, по какому принципу работают солнечные коллекторы для нагрева воды и отопления помещения. Сама технология солнечных коллекторов не является чем-то особенно новым. Солнечная водонагревательная установка состоит из собственно солнечного коллектора, теплообменного контура и аккумулятора тепла (бака с водой). Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель (жидкость). Теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдает затем тепловую энергию воде через теплообменник, вмонтированный в буферный бак. В буферном баке хранится горячая вода до момента ее использования. В буферном баке может устанавливаться электрический нагреватель. В случае понижения температуры воды в баке-аккумуляторе ниже установленной (продолжительная пасмурная погода или малое количество часов солнечного сияния зимой) нагреватель  автоматически включается и догревает воду до заданной температуры. Ниже на схеме показан принцип работы солнечного коллектора (рис).

Рис. Схема работы солнечного коллектора

Солнечные коллекторы в, круглый год, так как горячая вода нужна и зимой и летом.

Но меня больше заинтересовал вопрос использования солнечного коллектора в собственном доме. Поэтому, я решила, провести небольшой сравнительный анализ работы  солнечного коллектора и электрического бойлера. Мои исследования  представлены в таблице.

Таблица

Сравнительный анализ работы солнечного коллектора и электрического бойлера.

Солнечный коллектор	Электрический бойлер
Стоимость  от 150000 до 300000 рублей	Стоимость от 7000 до 20000 рублей
Расходы содержание в год: 0-2000 руб.	Расходы содержание в год: 2000-6000 руб.
Объем: 140-300 л.	Объем: 60-120 л.
Срок службы: 25-30 лет	Срок службы: 5-8 лет
Расходы на содержание за 10 лет: до 20 тыс. руб.	Расходы на содержание за 10 лет: от 20 до 60 тыс. руб.
Не загрязняет окружающую среду	Способствует загрязнению окружающей среды
Не зависит от расценок на электроэнергию	Расходы увеличиваются ежегодно с ростом тарифов на электроэнергию
Горячая вода доступна независимо от доступа к электроэнергии	Нагрев воды недоступен в случае отключения электроэнергии

Как мы видим из этой таблицы стоимость солнечного водонагревателя превышает стоимость классического электрического бойлера. Поэтому, многие считают, что солнечный коллектор не эффективен и его установка не целесообразна. Хотя, я думаю, что солнечные водонагреватели оказываются выгодными для хозяйств с большим расходом горячей воды, в районах с высокими ценами на электроэнергию или в местах, где электроэнергия недоступна.

Второй аспект использования солнечных коллекторов – это отопление. И тут возникает вопрос: является ли выгодным отопление с использованием солнечных коллекторов? Ведь для отопления нужен большой объем воды и много коллекторов.

Проведя условный расчет, я определила расходы на установку и содержание различных отопительных систем для дома площадью менее 100 кв. м., которые приведены в таблице 3. Система солнечных коллекторов является комбинированной с электрической и считается, что использует в среднем 70% солнечной энергии и 30% электрической. Для упрощения опустим расходы на содержание и примем срок службы 20 лет. Как видно из таблицы ниже наименьшие расходы – это расходы при использовании твердого топлива. Но это подразумевает большие затраты труда на ежедневное обслуживание печи, доставку топлива и т. п.

Наиболее экономически эффективной и в то же время бесхлопотной является комбинированная система солнечных коллекторов и электронагрева, которая за 20 лет получается в 2,5 раза дешевле дизельной и почти в 2 раза дешевле электрической. А за весь срок жизни дома экономия будет еще выше. Расчеты приведены по сегодняшним расценкам, но очевидно, что цены на все энергоносители будут расти, а солнечная энергия так и останется бесплатной. Например, при цене 3 руб. за 1 кВтч электроэнергии система солнечных коллекторов сэкономит за 10 лет ок. 300 тыс. руб., а за 20 лет 700 тыс. руб. без учета инфляции.

Таблица

Расходы на установку и содержание различных отопительных систем для хорошо теплоизолированного дома площадью менее 100 кв. м. и потребностью в отоплении за сезон 25200 кВтч тепловой энергии

Затраты	затраты на установку, покупку, доставку	Стоимость 1 кВтч	кВтч за сезон	затраты за сезон	затраты за 10 лет	затраты за 20 лет
Наименование
Дизельное топливо	300 000	1.9 р.	25200	47 880р.	778 800р.	1 257 600р.
Электрическая энергия	40 000	1.8 р.	25200	45 360р.	493 600р.	947 200р.
Дрова, уголь	80 000	0.7 р.	25200	17 640р.	256 400р.	432 800р.
Солнечные коллекторы	242 000	0.6 р.	25200	15 120р.	391 200р.	542 400р.

Нужно подчеркнуть, что такую выгоду для отопления могут обеспечить только качественные коллекторы. Такой коллектор при правильной установке за отопительный сезон обеспечивает около 2200 киловатт-часов тепловой энергии, что соответствует теплу от примерно 400 кг каменного угля или 200 л. дизельного топлива. Но уголь и дрова надо постоянно закидывать в печь, а топливо привозить и заливать, в то время как, солнечная энергия поступает сама и распределяется в систему отопления дома автоматически.

Самый важный фактор, на мой взгляд, использования солнечных коллекторов в быту, это оказывается, экономически очень выгодно. Так коэффициент полезного действия таких современных устройств очень высок, и составляет порядка 80-95%.

       Для подтверждения своих мыслей, я решила сравнить работу солнечного коллектора и электрического бойлера на примере жилого дома площадью 100 метров квадратных (табл.). Итак, с помощью интернета, конечно же, начинаем выбирать оборудование, сравнивая при этом их показатели. Бойлер выбрала одной из популярных моделей, не шибко дорогой, всего 11 000 рублей объемом 150 литров. Для сравнения взяла готовую систему на основе солнечных коллекторов с баком 200 литров по цене 140000 рублей (число солнечных коллекторов – 4 шт.; объем двухконтурного бака аккумулятора – 200 л.).

       Для упрощения расчетов буду считать, что обе системы используют в светлое время суток, я не хочу сказать, что после захода солнца горячей водой не пользуются, но расходуется горячая вода, которая нагрелась днем.

       Итак, электрический бойлер, мощность устройства 1,5 – 2,5 кВт. Время нагрева воды (150 литров) 232 минуты до 45 градусов. Значит, он сожжет почти 10 кВт нагрев воду до 45 градусов, а нам нужна вода  до 80 градусов. Если все просчитать, то получиться, что бойлер нагреет воду до 80 градусов за 7 часов и затратит для этого 16 кВт электроэнергии.

       Теперь возьмем систему на основе солнечного коллектора. Все электропотребление у него это циркуляционный насос. Возьмем наиболее распространенный насос на 10 Вт. За 4 часа он 200 литров воды до 45 градусов не нагреет, это очевидно. Но за 10 часов заявленные 70-80 градусов будут. Циркуляционный насос коллектора затратит всего 1,2 кВт электроэнергии.

       А теперь подсчитаем по цене электричества (в соответствие с  тарифами на электрическую энергию для населения и приравненных к нему потребителей на территории Республики Крым с 01.01.2017 года) 1 кВт электроэнергии стоит 3,06 рубля. Электрический бойлер «обойдется» хозяину дома 48,96 рубля (3,06р. * 16 кВт) в день. Солнечный коллектор – 4 рубля в день. Если округлить, то  в месяц на бойлере затраты составят 1470 рублей, а на солнечном коллекторе – 120 рублей. Разница в 12 раз. И получается, что бы оправдать цену солнечного коллектора надо примерно от 5 до 10 лет.

       Теперь перейдем к надежности. В паспорте электрического бойлера, если поискать, то можно найти, что гарантия на водонагреватель 1 год, а на бак - 5 лет. И это зачастую так, редко услышишь, что бы электрический бойлер прослужил более 7 лет. Если ТЭН не сгорает, то бак точно проржавеет. Ну, а в солнечных системах, бак сделан из пищевой нержавейки. Конечно, слабое звено в солнечном коллекторе – это циркуляционный насос, но гарантия на него до 10 лет. Ну, а если даже сломается, то его стоимость не превысит 5000 рублей.

       В таблице  приведены сравнительные характеристики электрического бойлера и солнечного коллектора в разрезе нагрева воды для бытовых нужд.

Таблица

Сравнительные характеристики электрического бойлера и солнечного коллектора в разрезе нагрева воды до 80 градусов для бытовых нужд.

Наименование сравнительных характеристик	Электрический бойлер	Солнечный коллектор
Время нагрева воды	7 часов	10 часов
Затраты по электроэнергии	16 кВт	1,2 кВт
Стоимость электроэнергии в день	48,96 рублей	4 рубля
Стоимость электроэнергии в месяц	1470 рубля	120 рублей
Надежность установок (гарантия)	1 год	от 10 до 20 лет
Ценовой диапазон стоимости водонагревательных установок	11000 рублей	140000 рублей

Таким образом, я сделала вывод, что в месяц на солнечном коллекторе только для нагрева воды, затраты составят 120 рублей. За год, при средней солнечной активности, эта сумма будет равна:

120 * 12 = 1440 (рублей)

Тогда, как бойлер затратит на нагрев такого же объема воды:

1470 * 12 = 17640 (рублей)

Не сложно подсчитать, что экономия электроэнергии за год составит:

17640 – 1440 = 16200 (рублей)

Следовательно, для окупаемости стоимости солнечного коллектора необходимо:

140000 р. / 16200 р. = 8 лет

       Все вышеперечисленное позволяет мне сделать вывод, что система солнечного отопления и водонагрева с помощью солнечного коллектора достаточно эффективна.

       Положительным фактором я считаю экономичность данной установки. При крупных начальных затратах на ее приобретение и монтаж, самоокупаемость происходит в течение нескольких лет, а далее вся система целиком направлена на экономию средств на отопление. С учетом необходимости постоянного потребления угля и газа для теплоснабжения, солнечная энергия бесплатна.

Применение солнечных коллекторов позволяет уменьшить затраты на нагрев горячей воды на 60-70 %, а затраты на отопление – 30% в год. Математические расчеты, произведенные на основе опыта эксплуатации солнечного коллектора, показывают, что при существующих и постоянно растущих ценах на традиционное топливо, срок окупаемости солнечных коллекторов составляет от 5 до 10 лет, в то время как, реальный срок их службы составляет10-25лет.
       Если рассматривать в отдельности все положительные моменты использования гелиоустановки (солнечного коллектора), то можно выделить еще несколько основных факторов. Прежде всего -  экологичность. Дома с использованием системы солнечной энергии не зря получили название «экодомов». Коллектор, накапливающий солнечную энергию, абсолютно безопасен для окружающей среды. В силу отсутствия технологии горения, которые  присущи прочим источникам выработки тепла, гелиосистема не производит никаких выбросов в атмосферу, что делает эту систему безопасной и экологически чистой.

И самый главный плюс — возможность круглогодичного использования данного источника энергии, при условии хотя бы минимального солнечного освещения. Даже сквозь тучи в пасмурные дни и в зимнее время к поверхности земли доходит до 70% излучения, а значит, использование солнечного коллектора оптимально в любое время года.