Відновлювальні енергії у фермерських господарствах

Оскільки вищеперелічені вимоги суттєво обмежують вибір обладнання, то найбільш прийнятним є застосування недорогих сонячних водонагрівальних колекторів, накопичувальник баків і пристроїв переробки органіки.
Водонагрівальні сонячні колектори є двох типів — вакуумні трубчаті і площинні. На колекторах першого типу зупинятися не будем, оскільки їх виготовлення вимагає дорогого обладнання і самі вони є недешевими.
Площинні колектори (мал. 1) складаються з суцільної добре утепленої знизу плити, на яку встановлюється решітка з мідних труб, по яких циркулює вода накопичувального бака. Ці труби накриті згори мідним листом, на який падають сонячні промені. Зазвичай лист має селективне покриття, яке поглинає теплову енергію і блокує її розсіювання. Таким чином зростає ефективність роботи колектора, бо теплова енергія інтенсивніше передається воді, що циркулює по мідних трубах. Зверху колектор накритий прозорою кришкою, яка добре пропускає сонячні промені. Фабричні колектори накриваються гартованим склом.

• Share

Вартість площинного колектора залежить від вартості нанесення селективного покриття, яке може складатися з кількох шарів, напилюваних у вакуумі. Конкуренція штовхає виробників до постійного вдосконалення колекторів, що також збільшує їх вартість.
Оскільки у Європі ринок сонячної енергетики попри всі кризові явища зростає шаленими темпами, а покупці колекторів заохочуються державними пільгами, то поки що така ціна колекторів влаштовує користувачів.
Тим не менше, у США і Європі час від часу з′являються описи реалізованих сонячних колекторів, розробниками яких є кваліфіковані незалежні фахівці. Вони стверджують, що ціна колектора може бути зменшена у кілька разів без суттєвого зменшення його ефективності. Замість дорогих селективних покритів у таких проектах використані значно дешевші селективні фарби, що наносяться на недорогі алюмінієві листи, а замість гартованого скла — недорогий полікарбонат. Єдиною вимогою до полікарбонату є наявність поверхневої плівки для захисту від руйнівної дії ультрафіолетових променів.

• Share

У такому разі площинний колектор можна виготовити у невеликій майстерні з мінімальною кількістю обладнання.
Другим необхідним елементом такої системи є безтисковий накопичувальний бак, вода якого акумулює теплову енергію. Стінки бака виготовлені з грубої водостійкої фанери і підсилені конструкціями кришки і дна бака. Внутрішня поверхня бака теплоізольована мінеральною плитою, а також гідроізольована якісною водонепроникною плівкою, які не «бояться» високих температур. Стандартний бак містить 600 л води, хоча є приклади реалізації 1500-л баків.
Схема взаємодії модулів колектор-безтисковий накопичувальний бак наступна. Циркуляційна помпа подає воду з дна бака до колектора. Далі нагріта вода зливається у бак. Циркуляція продовжується, поки температура накопичувального бака не перевищить температуру колектора, або ж коли температура води не досягне максимально допустимого значення. Контур циркуляції води є самозливним. Припинення циркуляції автоматично призводить до зливу води з системи у накопичувальний бак. Гаряча вода накопичувального бака у свою чергу нагріває змійовик із пластикової труби діаметром 32 мм. В залежності від потреби довжина змійовика складає 100 або 200 м (відповідно 50 і 100 л гарячої води).

Собівартість колектора і накопичувального бака та їх окупність

Вартість комплектуючих колектора площею 2,5 м² складає 150-160 євро, а бака площею 600 л — до 300 євро. Орієнтовний час окупності системи, яка складається із трьох колекторів і накопичувального бака — до 7 років. У разі використання вживаних матеріалів (алюмінієвий лист, мідні труби тощо) час окупності системи можна скоротити до 5 років.
Як зазначалося раніше, завдяки принципу модульності до системи можна приєднати інші пристрої, що робить її більш універсальною. Адже при достатній кількості водонагрівальних колекторів можна забезпечити підігрів приміщень і підготовку теплої води лише на протязі дев′яти місяців.
Впродовж трьох зимових місяців слід використовувати альтернативні джерела енергії. Однією із таких можливостей є отримання тепла у процесі розкладання органіки.
Ці властивості органіки відомі давно. Починаючи з 80-х років минулого століття, у Франції, а потім у США були проведені масштабні експерименти з розкладання органіки для опалення родинних будинків. Внаслідок такого розкладання у теплоізольованій ємності виділяється велика кількість тепла і вуглекислого газу (СО₂). Як відомо, вуглекислий газ є основою росту рослин і їхніх плодів. Слід зазначити, що розкладання здійснюють так звані термофілічні бактерії, які і зумовлюють зростання температури. Термофілічні бактерії є аеробними, тобто розмножуються і діють лише при достатній кількості кисню і відповідній температурі. Модуль розкладання органіки (мал. 2) можна легко інтегрувати у систему енергозбереження і ефективно використати впродовж зимового періоду. При цьому вуглекислий газ може подаватися у теплицю і суттєво (у 3-5 рази) збільшувати врожайність рослин. Для забезпечення швидкої реакції розкладу органіка повинна постійно перемішуватись і обдуватись повітрям. Вуглекислий газ, як продукт реакції, відводиться до теплиці чи атмосфери. Якщо встановити металевий корпус, у якому перемішується органіка у накопичувальний бак, то тепло можна безпосередньо віддавати воді. Орієнтовна вартість матеріалів для виготовлення модуля розкладу органіки складає до 200 євро. Термін його окупності — до 3 років.

• Share

Для створення завершеної енергогенеруючої системи на основі відновлювальних енергій Сонця і органіки логічно включити до її складу теплицю як окремий модуль (мал. 3). Зазвичай таку теплицю ставлять при південній стіні будинку, що зменшує його тепловтрати і збільшує теплові надходження від Сонця навіть у зимовий період. Знизу грунт теплиці теплоізольований з метою зменшення тепловтрат. Окрім того, грунт підігрівається через систему пластикових труб, коли температура повітря теплиці зростає за рахунок теплових надходжень від Сонця чи СО₂. Зрозуміло, що включення теплиці до складу системи суттєво зменшує термін її окупності, оскільки теплиця буде приносити певний прибуток.
На даний час вартість комплектуючих для виготовлення такої теплиці прораховується. Але при жодних обставинах її собівартість не буде високою. З урахуванням зростання врожайності встановлення такої теплиці і системи в цілому економічно вигідне, з мінімальним терміном окупності.

Юрій Дудикевич, к.т.н.
Роман Заячук
jurijdudykevych@ukr.net.