ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

SCIENCE TIME
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ
СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ
Матвеев Сергей Фёдорович,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет, г. Иркутск
E-mail: matt.cergey2@mail.ru
Машукова Анастасия Ивановна,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет, г. Иркутск
Научный руководитель:
Дорофеева Наталья Леонидовна
E-mail: mashukova-95@mail.ru
Аннотация. Данная статья посвящена истории создания солнечных
коллекторов. В ней рассматривается развитие солнечной энергетики как
источника тепловой энергии.
Ключевые слова: солнечны й коллектор, альтернативны е источники
энергии, тепловая энергия, солнечная энергетика, Гораций де Соссюр, Вильям
Бейли, энергетический кризис.
Люди с давних времен нагревали воду при помощи Солнца, ещё до того,
как ископаемое топливо заняло лидирующее место в мировой энергетике.
Принципы солнечного отопления известны на протяжении многих тысячелетий.
Покрашенная в черный цвет поверхность сильно нагревается на солнце, тогда
как светлые поверхности нагреваются меньше, белые же меньше всех
остальных. Это свойство используется в солнечных коллекторах - наиболее
известных приспособлениях, непосредственно использующих энергию Солнца.
Коллекторы были разработаны около двухсот лет назад. Самый известный
из них - плоский коллектор из стекла, деревянной коробки и внутреннего
нагревающегося слоя - был изготовлен в 1767 году швейцарским ученым по
имени Гораций де Соссюр. Ученый тогда отметил, что конструкция "маленькая,
дешевая и простая" Позднее им воспользовался для приготовления пищи сэр
Джон Гершель во время своей экспедиции в Южную Африку в 30-х годах ХIX
века [1].
На практике подобные устройства начали использовать для нагрева воды
478
SCIENCE TIME
ещё в конце 19 века в Южной Калифорнии. Различные фирмы производили
простейшие солнечные коллекторы в виде черных баков для воды,
установленных в деревянном ящике, одна из сторон которого была закрыта
стеклом и обращена к солнцу [2]. Одной из отрицательных сторон данной
конструкции было то, что за ночь вода остывала и приходилось ждать, пока она
нагреется вновь с восходом Солнца.
В 1909 году Вильям Бейли из американской "Carnegie Steel Company"
создал прототип современного плоского коллектора, который устанавливался
отдельно от бака для воды, имел теплоизолированный корпус и передавал тепло
через теплообменный контур, состоящий из медных труб. Этот коллектор весьма
походил на современную термосифонную систему. К концу первой мировой
войны Бейли продал 4 000 таких коллекторов, а бизнесмен из Флориды,
купивший у него патент, к 1941 году продал почти 60 000 коллекторов.
Индустрия солнечных коллекторов процветала в южных штатах США Калифорнии и Флориде до начала 1940-х годов. Во время второй мировой войны
в США ввели закон на нормирование меди, что привело к резкому падению
рынка солнечных коллекторов. А после снижения цены на нагрев воды с
использованием электричества и газа в середине 1940-х годов, производство
солнечных коллекторов и вовсе было прекращено [3].
В Израиле же сложилась следующая ситуация: в 1950-х годах ощущалась
сильная нехватка энергоносителей. Дефицит энергии был таков, что
законодательно был введен запрет на нагрев воды в вечернее и ночное время. В
то же время в стране стало развиваться производство солнечных систем нагрева
воды. И уже к 1967 году 20% жителей страны использовали солнечные
коллекторы.
Второе рождение солнечных коллекторов пришлось на 1970-е годы во
времена нефтяного кризиса, когда цены на энергоносители сильно выросли.
Кризис пробудил новый интерес к альтернативным источникам энергии. В
результате во многих странах началось производство и массовое
распространение солнечных коллекторов. Например, в Израиле парламент издал
закон, обязывающий все новые строящиеся дома иметь систему солнечного
нагрева воды. В результате к настоящему времени 85% домашних хозяйств в
Израиле используют солнечные коллекторы. Произведенная ими энергия
составляет 3% энергопотребления страны и экономит 2 миллиона баррелей
нефти в год [4].
С ростом цен на энергоносители в 2000х годах начался новый этап в
производстве и использовании солнечных коллекторов. На начало 2010 года
всего на планете было установлено свыше 150 гигаватт мощности солнечных
коллекторов (без учета систем солнечного нагрева бассейнов и воздушных
коллекторов). Ежегодно устанавливается свыше 30 гигаватт [5]. Сейчас общая
479
SCIENCE TIME
мощность солнечных коллекторов мира превышает 200 гигаватт тепловой
энергии и это не предел, ведь эффективность систем солнечного отопления с
1970-х постоянно возрастает благодаря использованию новых материалов, таких
как: закаленное стекло с пониженным содержанием железа (оно пропускает
больше солнечной энергии, чем обычное стекло), улучшенная теплоизоляция и
прочное селективное покрытие.
С каждым годом создаются всё более новые модификации солнечных
коллекторов, в которых используются новые материалы, основанные на
передовых разработках, но строение плоских солнечных коллекторов особых
изменений не претерпело, они по-прежнему состоят из жёсткого каркаса,
утеплителя, труб, покрытых сверху металлическим листом с селективным
покрытием и стекла.
Литература:
1. Солнечная энергетика / Г. Я. Умаров, А. А. Ершов// М., Знание, 1974. – 63 с.
2. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии / В. И. Ляшков, С. Н.
Кузьмин // Тамбов: Издательство ТГТУ, 2003. — 72 с.
3. Processing of high efficiency silicon solar cells / Harkonen J./ London: Imperial
College Press, 2001. - 115 с
4. Альтернативные энергоносители / М. В. Голицын, А. М. Голицын, Н. М.
Пронина// М., Наука, 2004. – 157 с.
5. Индивидуальные солнечные установки / Н. В. Харченко // М.:
Энергоатомиздат, 1991. - 208 с
480