История создания солнечного коллектора

Развитие солнечной энергетики как источника тепловой энергии.

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.

На практике подобные устройства начали использовать для нагрева воды 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. 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.

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.

С ростом цен на энергоносители в 2000-х 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.

Сейчас общая 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.