Одной из задач энергетики является обеспечение теплоснабжения, на которое в России приходится около трети энергопотребления. Подогрев воды электроэнергией, вырабатываемой солнечными батареями, в течение длительного времени считался нерационально дорогим.
Основным элементом солнечных водонагревателей с 1908 г. служит плоский солнечный коллектор – теплообменник, состоящий из помещенной в плоский ящик с застекленной лицевой и теплоизолированными остальными поверхностями поглощающей солнечное излучение панели с присоединенными к ней каналами для нагреваемого теплоносителя [1]. В 1963 г. [11] был предложен трубчатый вакуумированный солнечный коллектор, у которого элементы поглощающей панели с каналами для прокачки теплоносителя располагаются внутри откачанных стеклянных трубок. В более простой для реализации конструкции [7] применяются двухслойные коаксиальные трубки-термосы, в которые вставляется металлическая конструкция для съема тепла. Сегодня более 70% установленных в мире солнечных коллекторов – трубчатые вакуумированные [12], в большинстве которых используются двухслойные трубки китайского производства.
Интерес к солнечным батареям как источнику тепла возник задолго до экономической обоснованности таких решений. В 1994 г. был получен патент на схему фотоэлектрического водонагревателя (ФЭВН) [4]. Исследования таких установок показали их работоспособность, но до последнего времени они считались примерами возможных, но неоправданно дорогих и экзотических технологий [10]. Настоящая статья посвящена анализу современного состояния рынков солнечных коллекторов и фотоэлектрических модулей (ФЭМ) и вопросам использования последних для нагрева воды.
На европейском рынке солнечных коллекторов в течение ряда лет наблюдается застой: годовой объем ввода солнечных коллекторов в эксплуатацию с 2009 г. падает. Несколько лет подряд сокращается производство солнечных коллекторов в Китае (в 2014 г. – на 18%, в 2015 г. – на 17%, в 2016 г. – на 9%, в 2017 г. – на 5%) [13]. Учитывая ведущую роль Китая в мировом производстве солнечных коллекторов (75,3% в 2017 г.), такое сокращение привело к заметному падению производства коллекторов в мире. Темпы роста мирового рынка солнечных коллекторов упали с 18% в 2011 г. до 2% в 2018 г. [13]. В то же время темпы роста рынка ФЭМ в последние годы достаточно велики: в 2014 г. они составляли 28%, в 2015 г. – 29%, в 2016–2017 г. – 33%, в 2018 г. – 25% [13].