ВОЗМОЖНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ КРУГЛОГОДИЧНОЙ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ В КЛИМАТЕ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Энергия – это то, без чего сегодня нельзя представить человечество. Но помимо своего основного физического содержания, она имеет различные технические, политические, экономические и другие аспекты.

Связь между процветанием и использованием энергии двусторонняя. Энергия играет центральную роль в экономическом развитии и росте ВВП. А учитывая резкий рост населения с начала 19 века, общее потребление первичной энергии во всем мире достигло 14 400 миллионов тонн нефтяного эквивалента (Мtoe), что в 2019 г. на 45% выше, чем в 2000 г., и примерно в 16 раз выше, чем в 1900 г. Рост производства энергии приводит и к росту вредных выбросов, влекущих за собой изменение климата. Для того что бы этого избежать было принято Парижское соглашение - являющееся основным документом, который регулирует вопросы глобального изменения климата после 2020 года.

Поэтому что бы не снижать и даже наращивать производство дешёвой, но уже чистой энергии для экономики страны, необходимо использовать возобновляемые источники энергии и управление энергосистемой, рассчитанной с использованием нейросетей.

Ведь топливо и технологии, использованные для удовлетворения роста спроса на энергию за последние века претерпели значительные изменения по мере того, как последовательные волны технологических инновации повлияли на энергетический сектор. И видно, как вырос первичный спрос на низкоуглеродные источники энергии с 2000 года по 2019 год (рис.1).[1]

Рисунок 1. Первичный спрос на низкоуглеродные источники энергии

Поэтому в данной статье будет рассмотрена возможность реализации круглогодичной солнечной системы отопления в климате Беларуси.

Координаты Беларусь в градусах и десятичных минутах:

- 54°22.998′ с.ш.;

- 30°24.366′ в.д.

Для этого географического расположения характерна несолнечная зима, а средний месячный уровень солнечной инсоляции составляет:

Таблица 1.

Уровень среднемесячной солнечной инсоляции по РБ, кВт*ч/м² в сутки.

А среднегодовой уровень солнечной инсоляции приведён на рисунке 2.

Приняв в расчёт среднее КПД солнечного коллектора равным ~70%, а направление установки на юг с отклонением по вертикали на 45⁰. Можно найти количество получаемой на нужды отопления теплоты и рассчитать необходимую площадь коллекторов для покрытия 100% нужд на отопление и горячего водоснабжения здания.

Возьмём месяц с наименьшей солнечной инсоляцией для Витебска равный 0,51 кВт*ч/м² в сутки, средняя площадь дома(квартиры) в Республике Беларусь равна 81 м², для отопления которого нужно 8350 кВт*ч. Тогда для 100% отопления в зимний месяц с наименьшей солнечной инсоляцией необходимо ~154 м² солнечных коллекторов, что при цене 500 бел. рублей за м² обойдётся в сумму ~80 000 бел. рублей, без элементов системы отопления и стоимости монтажа, являясь нецелесообразным. Поэтому для сглаживания потребление тепла в холодные дни с маленьким количеством солнечной инсоляции и недопущения увеличения площади дорогих солнечных коллекторов, тепло которых будет в остальные месяцы отопительного сезона излишним как видно из таблицы 2., для реализации солнечной системы отопления необходимо применять сезонный бак аккумуляции тепла.

Рисунок 2. Среднегодовой уровень солнечной инсоляции на территории РБ

В роли сезонного бака аккумуляции тепла может выступать любой материал с большой теплоёмкостью, окружённый при этом со всех сторон теплоизолирующим материалом, во избежание потерь запасенного тепла. Принцип работы данной системы заключается в том, что в летние месяцы с высокими значениями солнечной инсоляции будет запасаться тепло в баке аккумуляции, с последующим её расходом в холодные месяцы с низкими значения солнечной инсоляции.

Таблица 2.

Данные отопительного сезона от от 154 м² солнечных коллекторов для дома в Витебской области.

Так в таблице 3 приведены данные для отопления дома 34 м² солнечных коллекторов, которые покрывают отопительную потребность дома за зимний сезон, а недостаток тепловой энергии покрывается тепловой энергией накопленной в большом  сезонном баке аккумуляции тепла, который соответствует водному пространству 8м х 5м х 2,5м, окруженным 85 см толщины тепловой изоляции с теплопроводностью 0,05 Вт/град·м. Стоимостью системы отопления с помощью солнечных коллекторов с сезонным баком аккумуляции тепла,  будет равна 39 000 бел. рублей, и сроком службы 25 лет. Срок окупаемости данной системы по сравнению с отоплением данного дома пеллетным котлом со сроком службы 15 лет и стоимостью около 7 500 бел. рублей, составит порядка 17,6 лет.

Таблица 3.

Данные отопительного сезона от от 34 м² солнечных коллекторов для дома в Витебской области.

Список литературы:

1. Energy Technology Perspectives 2020 – INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, Typeset in France by IEA. – 400 с.
2. Закон Республики Беларусь об энергосбережении от 8 января 2015 г. № 239-3. – Минск, 2015. – 14 с.
3. BP Statistical Review of World Energy 2019 | 68th edition. – Centre for Energy Economics Research and Policy, Heriot-Watt University, 2019. – 64 с.