Минус 40 — не помеха: как заставить солнечную энергию работать даже в экстремальном холоде

Российские специалисты разработали инновационную систему, позволяющую солнечным водонагревателям работать значительно эффективнее. Благодаря новой технологии использование солнечной энергии увеличилось на 20%, а потребление газа и уровень выбросов сократились на 10%.

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Солнечная батарея

Как работает система

Современные солнечные установки, применяемые для нагрева воды, состоят из вакуумного коллектора, который превращает солнечный свет в тепло, и бака-накопителя, где оно передается воде через замкнутый контур. В систему также входят насос и резервный источник тепла — чаще всего газовый котёл. Такие установки функционируют даже при температуре до -40 °C, однако в экстремальном холоде возникает риск переохлаждения оборудования ночью.

Повысить эффективность использования солнечной энергии для горячего водоснабжения в условиях экстремального холода смогли ученые ТГАСУ.

Ранее инженеры из Якутии, где зимние температуры нередко опускаются ниже -45 °C, уже пытались адаптировать оборудование, убирая запорный клапан и применяя специальные теплоносители. Но такая схема приводила к новым проблемам: по ночам теплоноситель начинал самопроизвольно циркулировать и отдавать накопленное тепло наружу. В результате система теряла до 20% энергии, собранной днём.

Умная автоматика против потерь тепла

Команда ТГАСУ предложила принципиально иное решение, создав интеллектуальный аппаратно-программный комплекс, который управляет циркуляцией теплоносителя автоматически.

Сердце системы — умный клапан, регулирующий поток жидкости. Он не перекрывает движение полностью, а поддерживает минимальную циркуляцию, достаточную для предотвращения замерзания. Такой подход позволяет сохранять стабильную температуру в диапазоне от -35 до -30 °C, предотвращая переохлаждение коллекторов и продлевая срок службы оборудования.

"Главное достоинство новой технологии в том, что она минимизирует потери тепла, сохраняя при этом безопасность эксплуатации даже при экстремальных температурах", — отметил заведующий кафедрой теплогазоснабжения ТГАСУ Николай Цветков.

Похожий принцип используется и в системах умных энергетических сетей, где автоматизация помогает снижать нагрузку и управлять энергопотоками в реальном времени. Об этом сообщает ТАСС.

Испытания в условиях Крайнего Севера

Первая проверка технологии прошла в Якутске — одном из самых холодных городов мира, где солнечные установки обычно обеспечивают не более 30% потребности в горячей воде. После внедрения новой автоматики этот показатель увеличился на 20%.

Эффект оказался заметен сразу: при тех же условиях теперь можно получать больше тепла и экономить топливо. Одновременно сократилось сжигание газа и, соответственно, выбросы в атмосферу. Экологи отмечают, что такие решения играют важную роль в снижении углеродного следа и улучшении качества воздуха в северных регионах.

Снижение выбросов на 10% — значимый показатель, особенно для арктических территорий, где отопительный сезон длится почти весь год.

Традиционных и интеллектуальных систем

Если сравнить обычные солнечные нагреватели и системы с интеллектуальным управлением, различия очевидны:

1. Энергоэффективность. Традиционные установки теряют часть тепла ночью, тогда как автоматизированная система минимизирует утечку энергии.
2. Безопасность. Старые схемы требуют ручного контроля, новая технология защищает контур от замерзания автоматически.
3. Экономичность. Расход газа снижается примерно на 10%, что особенно важно при высоких тарифах на топливо.
4. Экологичность. Умная автоматика сокращает выбросы и способствует реализации программ устойчивого развития.

Такие разработки становятся частью глобального тренда по внедрению "зелёных" технологий и повышения доли возобновляемых источников энергии. Похожие подходы применяются в системах рекуперации тепла, которые позволяют повторно использовать энергию, снижая общие потери.

Плюсы и минусы новой технологии

Преимущества:

• повышение эффективности солнечных систем до 20%;
• уменьшение затрат на топливо и обслуживание;
• возможность работы при экстремальных температурах;
• увеличение срока службы оборудования.

Недостатки:

• необходимость установки автоматики и обслуживания клапанов;
• изначальные вложения в модернизацию.

Даже с учётом затрат на внедрение, технология быстро окупается за счёт экономии топлива и уменьшения эксплуатационных рисков.

Перспективы внедрения

Разработка ТГАСУ может использоваться не только в Якутии, но и в других регионах с суровым климатом — Сибири, Забайкалье, Камчатке, а также в северных районах Европы. Её можно интегрировать в существующие солнечные установки без необходимости полной замены оборудования.

Подобные технологии особенно перспективны для муниципальных объектов, частных домов и гостиничных комплексов. Они позволяют снизить нагрузку на энергосети и ускорить переход к "зелёному" теплоснабжению.

Вопросы о солнечных системах в холодном климате

Можно ли использовать солнечные коллекторы зимой?

Да, современные вакуумные коллекторы эффективно работают даже в мороз, при условии наличия защиты от замерзания.

Окупается ли установка солнечной системы?

Средний срок окупаемости — от 4 до 6 лет. После этого эксплуатация становится полностью экономичной.

Что делать при длительных морозах и отсутствии солнца?

Система автоматически подключает резервный источник тепла — чаще всего газовый котёл.

Подходит ли технология для частных домов?

Да, она универсальна: достаточно правильно рассчитать площадь коллектора и выбрать подходящий тип автоматики.

Разработка ТГАСУ стала важным шагом в развитии энергоэффективных технологий для северных регионов. Повышение эффективности солнечных систем на 20% и сокращение выбросов на 10% подтверждают, что переход к устойчивой энергетике возможен даже в экстремальных климатических условиях.

Новая система — пример того, как инженерные инновации могут одновременно улучшать экологическую ситуацию, снижать расходы и повышать качество жизни. Сочетая науку, автоматизацию и практическое применение, российские инженеры доказали, что устойчивое будущее — это не теория, а уже реальность.