Актуальность использования солнечной энергии растет с каждым днем. Основной причиной использования энергии Солнца является его энергоемкость, а также то, что рассматриваемый источник энергии не влечет за собой возникновения вреда окружающей среде. Расходы, затрачиваемые на эксплуатацию солнечных систем, гораздо ниже по сравнению с сопоставимыми системами без использования солнечной энергии. Солнечную энергию с уверенностью можно считать альтернативой традиционным системам, которые используют электричество и газ.
Солнечное излучение может быть преобразовано в полезную энергию, используя так называемые активные солнечные системы. Активное использование солнечной энергии осуществляется с помощью солнечных коллекторов [4].
Солнечный коллектор представляет устройство, предназначенное для сбора солнечной энергии. Основной функцией коллекторов является преобразование солнечной энергии в тепло, которое впоследствии может быть использовано для отопления помещений, нагрева воды, а также может быть задействовано в сельскохозяйственной промышленности.
Солнечный коллектор представляет миниатюрную теплицу, которая накапливает солнечную энергию под стеклянной панелью, окрашенной в черный цвет для максимального поглощения солнечного излучения. Для наибольшей эффективности коллектор должен иметь большую площадь, поскольку солнечное излучение распределяется по всей площади рассматриваемого устройства. Солнечный коллектор функционирует в любую погоду, независимо от внешней температуры. Коэффициент поглощения данного устройства составляет около 96 %. Коллектор, накапливающий энергию солнечного излучения, абсолютно безопасен для окружающей среды. Солнечные коллекторы могут быть представлены в различном конструктивном исполнении в зависимости от их применения [2].
Одним из видов солнечных коллекторов является термосифонный коллектор. Свое применение он нашел в загородных домах. Здесь с помощью данных коллекторов происходит нагрев воды, которая в дальнейшем нагревается в традиционных системах. Благодаря этому на нагрев с помощью традиционных систем (электричество, газ) происходит меньшая затрата ресурсов. Термосифонный коллектор — это относительно недорогой вариант, однако в холодное время года необходимо следить за тем, чтобы вода в нем не остывала [3].
Более распространенным типом коллекторов являются плоские модели. Они нашли свое применение в бытовых условиях. Такой коллектор представляет теплоизолированную металлическую емкость с прозрачной стеклянной крышкой. Внутри данной емкости располагается пластина адсорбера черного цвета. Солнечное излучение, распространяющееся на пластину, передается теплоносителю (воздух, жидкость), который циркулирует по прикрепленным к пластине трубкам.
Все плоские коллекторы, генерирующие солнечную энергию, нашли свое применение в районах, где температура окружающего воздуха достаточно высока. В районах, где средняя температура низкая, используются вакуумные коллекторы. Они представляют собой модульные конструкции из стеклянных трубок, расположенных параллельно в несколько рядов. К каждой из трубок прикреплен трубчатый поглотитель с селективным покрытием. Через теплообменник циркулирует нагретая жидкость, тем самым отдавая тепло воде бака-накопителя. Благодаря тому что в пространстве между трубками высасывается весь воздух (образуется вакуум), максимально устраняются потери тепла. Вакуумные коллекторы, установленные под углом от 55° и выше, имеют значимое преимущество — они обладают повышенной устойчивостью к обильным снегопадам [1].
В настоящее время солнечная энергия используется в ничтожно малом количестве. Это объясняется дороговизной производства солнечных коллекторов и систем. Следует отметить то, что использование солнечной энергии для получения электричества имеет большую перспективу в будущем, когда внедрение новых технологий приведет к удешевлению компонентов, из которых состоят рассматриваемые установки.