Повышение эффективности систем солнечного горячего водоснабжения сельских бытовых потребителей Сибири

• Автор: Судаев, Евгений Михайлович
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 165 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
СОСТОЯНИЕ, ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКИХ БЫТОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

1.1 Солнечная энергетика в мире и в России

1.2 Обзор систем солнечного горячего водоснабжения

1.2.1 Конструктивные особенности систем солнечного горячего водоснабжения

1.2.2 Конструктивные особенности солнечных коллекторов

1.3 Проблемы использования солнечной энергии для горячего водоснабжения сельских жилых домов

1.4 Цель и задачи научных исследований

2 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕСУРСОВ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ НА ТЕРРИТОРИИ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ, РЕСПУБЛИК ХАКАСИЯ И ТЫВА
2.1 Разработка структуры моделирования влияния природнотехногенных факторов на режимы работы, энергетическую и экономическую эффективность ССГВ
2.2 Методика расчета валовых ресурсов солнечной радиации в точке А р, хр и заданной территории 5 для горизонтальной площадки
2.3 Обоснование модели и моделирование поля солнечной радиации на территории Красноярского края, республик Хакасия и Тыва
2.3.1 Обоснование модели поля солнечной радиации на территории Красноярского края, республик Хакасия и Тыва
2.3.2 Моделирование поля солнечной радиации на территории Красноярского края, республик Хакасия и Тыва
2.4 Разработка частных квазипериодических моделей динамики солнечной радиации по актинометрическим станциям
2.5 Разработка общей модели динамики поля солнечной радиации в зависимости от географических координат установки ССГВ
Выводы по второй главе
3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ ССГВ СЕЛЬСКИХ БЫТОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ, ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
3.1 Особенности электропотребления систем горячего водоснабжения сельских бытовых потребителей
3.2 Особенности горячего водоснабжения сельских жилых домов
3.2.1 Водопотребленис сельских жилых домов
3.2.2 Конструктивные особенности водонагревателей
3.2.2.1 Аккумуляционные водонагреватели
3.2.2.2 Проточные водонагреватели
3.2.2.3 ССГВ на базе солнечного коллектора Сокол
3.3 Разработка конструкций ССГВ
3.3.1 Основные проблемы известных конструкций ССГВ
3.3.2 ССГВ конструкции КрасГАУ
3.3.2.1 Водонагревательная установка для комбинированного использования нескольких возобновляемых источников энергии
3.3.2.2 Система солнечного горячего водоснабжения с вакуумированным трубчатым солнечным коллектором
3.3.2.3 Двухконтурная система солнечного горячего водоснабжения
3.4 Обоснование параметров и моделирование режимов работы ССГВ
3.4.1 Моделирование параметров внешней среды
3.4.1.1 Моделирование интенсивности солнечной радиации и потока солнечной радиации за данные сутки
3.4.1.2 Моделирование температуры окружающего воздуха
3.4.2 Моделирование тепловых процессов, протекающих при работе ССГВ
3.4.3 Моделирование теплопроизводительности ССГВ
3.4.4 Моделирование режимов работы ССГВ
Выводы по третьей главе
4 РАБОТА СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ГОРЯЧЕГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
4.1 Экспериментальные исследования ССГВ на базе
гелиоколлектора СОКОЛ
4.2 Экспериментальные исследования ССГВ на базе
трубчатого вакуумированного солнечного коллектора
Выводы по четвертой главе
5 ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКИХ БЫТОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
5.1 Общие вопросы экономической оценки использования ВИЭ
5.2 Определение техникоэкономических показателей ССГВ
5.3 Методика расчета себестоимости производства тепловой энергии от ССГВ для горячего водоснабжения сельского жилого дома
Выводы по пятой главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


С марта года китайское правительство щедро одаривает национальных производителей солнечных батарей субсидиями на всех уровнях на национальном, региональном и даже местном. Производителям дают дешевые кредиты, земли без необходимости внесения арендных платежей. Такой интерес к экологически безопасным технологиям вполне объясним страна является главным потребителем электроэнергии в мире, и, как следствие, главным загрязнителем в мире. Цель Пекина начать генерировать ГВт солнечной энергии к году . В США с года действует программа Миллион солнечных крыш, в рамках которой планируется установить солнечные энергосистемы на крышах одного миллиона муниципальных и частных домов. Реализация программы идет при активной поддержке правительства США, и уже сейчас установленная мощность фотоэлектрических преобразователей достигла МВт . МВт к году. Правительством Германии были обеспечены механизмы стимулирования развития фотоэнергетики в стране. В соответствии с немецким проектом солнечных крыш, в дальнейшем сменившимся на проект крыш, были установлены фотоэлектрические преобразователи общей мощностью порядка МВт. Субсидирование проектов в некоторых землях доходило до . В Японии, согласно национальной программе 0 солнечных крыш, начиная с года, ведется строительство сетевых фотоэлектрических станций на крышах жилых домов. В рамках утвержденной правительством схемы финансирования энергетических проектов с использованием фотоэлектрических станций, частным покупателям предлагается субсидирование расходов на покупку системы в размере . Благодаря этому в настоящее время установленная мощность фотоэлектрических станций в Японии составляет около МВт . Однако, несмотря на положительные тенденции мирового рынка, высокая стоимость электроэнергии от ФЭС сдерживает их более широкое применение. Она обусловлена как дороговизной основного материала, так и дороговизной технологического процесса. Поэтому в мире ведутся интенсивные исследования и разработки, направленные на удешевление ФЭС. В области фотоэлектричества наиболее перспективными считаются следующие направления ФСЭ с концентраторами солнечной энергии ФСЭ на основе арсенида галлия арсенида алюминия тонкопленочные солнечные элементы , , . Одним из перспективных направлений является создание высокоэффективных ФЭС с концентраторами солнечного излучения , , , . Наиболее интенсивно исследования в этой области проводятся в США, России, Японии. С . При большей концентрации эти СЭ требуют принудительного охлаждения, так как их КПД существенно снижается с ростом температуры на при повышении температуры на 0С. Для работы при концентрации в 0 солнц более перспективны СЭ на основе системы арсснид галлия арсенид алюминия, впервые разработанной в ФГИ им. А.Ф. Иоффе. Тонкопленочные солнечные элементы представляют большой интерес в связи с их относительной дешевизной, связанной с существенно уменьшенным использованием чувствительного материала и более дешевыми технологиями . Ожидается, что в силу этих и других факторов стоимость получаемых материалов будет достаточно низкой при массовом производстве и применении СЭ. Японская компания i i продемонстрировала новый дизайн сферических солнечных батарей микронного размера, под названием . Чтобы избежать зависимости эффективности плоских солнечных батарей от их положения относительно солнца, компания предложила новый подход солнечные батареи сферической формы, которые поглощают солнечный свет под любым углом. Это также позволит избегать дополнительных затрат энергии при реализации движения коллекторов по ходу движения солнца. Матрица из крошечных солнечных батарей, по словам разработчика, почти на эффективнее преобразовывает энергию в сравнении с плоскими коллекторами. Гибкость позволяет применять изделие в различных масштабах и продуктах, включая мобильные электронные устройства. В России, несмотря на имеющийся в этой области научнотехнический и промышленный потенциал, ФЭС не имеют скольнибудь ощутимого распространения. Суммарная установленная мощность фотоэлектрических систем в нашей стране составляет около 0,5 МВт 9, . Тем не менее, работы по развитию данной отрасли энергетики ведутся.