Существует несколько видов кондиционеров, тем или иным образом использующих солнечную энергию, чтобы снизить или полностью отказаться от потребления электроэнергии из сети. О принципе работы таких устройств, получивших название «солнечные кондиционеры», и пойдет речь в этой статье.
Несмотря на некоторую абсурдность понятия «солнечный кондиционер» (традиционно солнце ассоциируется с теплом, а кондиционер — с холодом), оно вполне объяснимо, ведь именно в солнечный день потребность в кондиционировании наиболее велика. Таким образом, привязать работу кондиционера к солнцу было бы весьма логично: есть солнце — нужно охлаждение, нет — нет и потребности в холоде.
 |
| Бытовой кондиционер на солнечной батарее |
Принципиально солнечные кондиционеры можно разделить на две группы. Представители первой, активные солнечные кондиционеры, используют солнечную энергию напрямую — как тепловую. В свою очередь, пассивные солнечные кондиционеры используют энергию Cолнца, преобразованную, как правило, в электричество.
Солнечные кондиционеры с влагопоглотителями
Обычно около 30 % полезной холодильной мощности кондиционера (а в некоторых случаях до 50 %) тратится впустую — на образование конденсата, который затем просто сливается в канализацию.
Избежать появления конденсата, которое происходит из-за того, что температура испарителя ниже точки росы поступающего из помещения воздуха, можно, либо повысив температуру испарителя, либо понизив точку росы. Первый способ приводит к менее эффективному охлаждению воздуха, а потому требует увеличения его расхода. К тому же лишнюю влагу из воздуха все равно нужно удалять.
Второй способ — понижение точки росы воздуха в помещении — можно реализовать несколькими путями, и один из них — предварительно осушить подаваемый в кондиционер воздух.
Солнечные кондиционеры с влагопоглотителями (десикантами) относятся к активным солнечным кондиционерам и имеют повышенную энергоэффективность за счет невыпадения конденсата. Влага удаляется из потока воздуха влагопоглотителями перед испарителем. Таким образом, в испаритель попадает осушенная воздушная масса с точкой росы ниже температуры испарителя, чем и обеспечивается гарантия невыпадения конденсата.
Влагопоглотитель (это может быть, например, силикагель) вращается на диске. Поглотив влагу из внутреннего воздуха, десикант диском выносится на открытое для лучей солнца пространство, где выпаривается впитанная влага. Тем самым влагопоглотитель регенерируется, и диск возвращает его к контакту с внутренним воздухом.
Дополнительно отметим, что при описанной выше схеме в солнечные дни режим осушения воздуха не требует включения парокомпрессионного холодильного цикла кондиционера, что ведет к существенному энергосбережению: электроэнергия затрачивается только на вращение диска с влагопоглотителем.
Абсорбционные солнечные кондиционеры
Другим примером активных солнечных холодильных машин являются абсорбционные чиллеры, использующие солнечное тепло. Как известно, в абсорбционных машинах рабочим веществом является раствор из двух, иногда трех компонентов. Наиболее распространены бинарные растворы из поглотителя (абсорбента) и хладагента, отвечающие двум главным требованиям: высокая растворимость хладагента в абсорбенте и значительно более высокая температура кипения абсорбента по сравнению с хладагентом.
Для получения холода в абсорбционных холодильных машинах требуется тепловая энергия (как правило, используется бросовое тепло предприятий), которая подводится к генератору, где из рабочего вещества выкипает практически чистый хладагент, ведь его температура кипения гораздо ниже, чем у абсорбента.
Несмотря на то что абсорбционные чиллеры — весьма перспективная область развития холодильной техники, их применение ограничивается, как правило, промышленными объектами, так как только там есть достаточное количество бросового тепла.
В то же время в абсорбционных солнечных кондиционерах тепловую энергию, подводимую к генератору, получают от Cолнца. Это позволяет расширить область применения абсорбционных машин и использовать их не только в промышленном секторе. Учитывая, что тепловая энергия, получаемая от Cолнца, бесплатна, экономичность подобных решений в эксплуатации очевидна.
Фотоэлектрический солнечный кондиционер
В принцип работы фотоэлектрических солнечных кондиционеров заложено, пожалуй, наиболее очевидное использование солнечной энергии: питание кондиционера от солнечной батареи.
Действительно, о солнечных электростанциях, использующих возобновляемый источник энергии — энергию Cолнца, известно достаточно давно, и сказано о них очень многое. Ряд проектов уже воплощен в жизнь и успешно эксплуатируется в различных странах.
В более скромных масштабах солнечные батареи используются для энергоснабжения небольших объектов, например, коттеджей: от установленных, как правило, на кровле фотоэлектрических панелей получают электричество, расходуемое на бытовые нужды.
 |
| Кондиционер для грузовика, работающий на солнечной энергии |
Еще реже от солнечных батарей предлагается запитывать различное оборудование. Если учесть, что в отличие от другой бытовой техники кондиционеры используются именно в солнечные дни, то было бы логично подключить к солнечной батарее именно кондиционер.
Подобные решения уже предлагаются многими зарубежными производителями оборудования для кондиционирования воздуха, например, Sanyo, Mitsubishi, LG. Однако очевидно, что кондиционер, будучи энергоемким оборудованием, потребует размещения достаточно большого количества фотоэлектрических панелей. Поэтому разные производители используют солнечные батареи по-разному: для запитывания только вентиляторов, для частичного электроснабжения кондиционера или для его полного обеспечения электроэнергией.
В любом случае к кондиционеру подводится силовой кабель от электросети, однако приоритет по источнику энергии отдается солнечным батареям. Например, для питания солнечных кондиционеров компаний GREE и MIDEA используется постоянный ток. В обычном режиме ток поступает от фотоэлектрических панелей, а при отсутствии солнца — через выпрямитель из электросети здания.
Однако отметим, что КПД современных фотоэлектрических панелей не превышает 25 %, что нельзя назвать эффективным преобразованием энергии. Даже несмотря на разработку комбинированных батарей на основе кристаллического кремния, КПД которых достигает 43 %, по-прежнему более половины энергии теряется в процессе ее конвертации. Именно поэтому считается, что фотоэлектрические солнечные кондиционеры уступают в эффективности, например, абсорбционным.
Экологичность как двигатель солнечного кондиционирования
Сегодня большое внимание уделяется экологичности тех или иных решений. Особо остро экологический вопрос стоит в области кондиционирования.
Пока солнечные климатические системы еще мало распространены. Однако направленность мировых усилий на снижение выбросов углекислого газа в атмосферу и рост цен на традиционные энергоносители могут стать хорошим стимулом для развития солнечной климатической техники.
Очевидно, что энергопотребление системы кондиционирования при параллельном использовании солнечной энергии снизится. Кроме того, использование тепловой энергии Cолнца может расширить область применения абсорбционных холодильных машин, работающих на безопасных рабочих жидкостях — воде или соляных растворах.
Юрий Хомутский, технический редактор журнала «МИР КЛИМАТА»
