В России с принятием нового закона об энергосбережении (№261-ФЗ от 21.1 1.2009 г.) и ростом стоимости органического топлива возрастает актуальность сооружения гелиоустановок. Основным оборудованием гелиоустановок являются солнечные коллекторы (СК): плоские и вакуумные трубчатые. В статье [1] выполнен анализ тенденций совершенствования плоских СК. Одной из самых дешевых конструкций таких коллекторов являются пластиковые: с остеклением и без него. Абсорберы (поглощающие панели) пластиковых СК изготавливают из полиэтилена, полипропилена, этиленпропилендикаучука (EPDM). Основными требованиями к этим пластикам являются: устойчивость к ультрафиолетовому излучению, высоким температурам теплоносителя, замораживанию и оттаиванию. Из перечисленных пластиков только EPDM отвечает указанным требованиям. При этом он существенно дороже чем полиэтилен и полипропилен.
В мировой практике наиболее широкое применение получили пластиковые СК без остекления для нагрева воды в плавательных бассейнах. В табл. 1 по данным международного журнала Sun, Wind Energy [2] представлены шесть мировых производителей пластиковых СК и примеры реализации их проектов.
На фото 1 представлена гелиоустановка со 120-метровыми пластиковыми абсорберами площадью 500 м2 германской фирмы Solar-Ripp, построенная в 2008 г. для бассейна площадью 1000 м2 отеля Grand Resort Las Playitas в г. Фуертевентура в Испании. Эффективность пластиковых неостекленных СК зависит от температуры наружного воздуха и скорости ветра.
В мировой практике наиболее широкое применение получили пластиковые СК без остекления для нагрева воды в плавательных бассейнах
По данным германских специалистов [3] срок окупаемости гелиоустановок открытых плавательных бассейнов с пластиковыми не остекленными СК составляет от двух до че тырех лет. В Германии 20 % всех таких сооружаемых бассейнов оборудовано гелиоустановками. В 2007 г. на 34 бассейнах в этой стране смонтировано 20 тыс. м2 пластиковых абсорберов.
На мировом рынке представлены так же остекленные пластиковые СК. Такие коллекторы выпускает норвежская фирма Solarnor AS [4]. Абсорбер выполнен из специального температуроустойчивого пластика Noryl (оксид полифенолсульфид, полистирол).
Прозрачная изоляция — ультрафиолетовоустойчивый поликарбонат. Рама СК — алюминиевая. СК данной конструкции могут изготавливаться любых размеров. Толщина СК — 62 мм, вес 8 кг/м2. Коэффициент эффективности — 0,78. Изготовитель рекомендует устанавливать такие СК в самодренируемых гелиоустановках.
На фото 2 приведен фрагмент фасада здания в г. Осло (Норвегия) с СК фирмы Solarnor AS. В настоящее время данная фирма ведет разработку конструкций абсорбера из полифенилсульфида с температурой эксплуатации до 200 °C.
Разработка перспективных пластиковых солнечных коллекторов — сложная научная задача, над решением которой ученые 13 стран ведут работу в рамках международной «Программы 39 — Полимерные материалы для гелиоустановок» (Международное энергетическое агентство, руководитель программы — физик Майкл Коль из Фраунгоферовского института солнечной энергии, Германия).
Одним из перспективных направлений является разработка термотропных пластиков, верхние слои которых при температурах свыше 100 °C становятся белыми и отражают солнечную радиацию. При этом температура нижележащих слоев пластика снижается до 60 °C. Слои термотропных пластиков могут наносится как на абсорбер, так и на прозрачную изоляцию. Применение поверхностных слоев таких материалов позволит применять недорогие пластики и снизить стоимость СК. На рис. 1 представлены характеристики термотропных материалов.
Срок окупаемости гелиоустановок открытых плавательных бассейнов с пластиковыми неостекленными СК составляет от двух до четырех лет
В России вопросы разработки конструкций пластиковых СК исследуют под руководством д.т.н., профессора О.С. Попеля (Объединенный институт высоких температур РАН, Москва). Разработаны и испытаны опытные экземпляры пластиковых СК [5]. Центр энергоэффективности (Улан-Удэ) под руководством ГП. Касаткина изготовляет и монтирует пластиковые СК. На фото 3 представлена гелиоустановка с таким СК жилого дома в г. Улан-Удэ [6]. С учетом вышеизложенного следует, что пластиковые СК являются перспективной конструкцией, над совершенствованием которой предстоит серьезная работа.