Обеспечение безопасности и эффективности работы солнечной системы ГВС в дневное время

   Актуальность. При эксплуатации вакуумных трубчатых коллекторов в холодном климате в качестве охлаждающей жидкости используется чистый пропиленгликоль или его смесь с водой. Верхняя допустимая температура нагрева чистого пропиленгликоля составляет 187 °C, а точка замерзания –60 °C. Однако нагретая смесь пропиленгликоля и воды, которая не замерзает при –40 °C, закипает при нагревании до 108 °C, разлагаясь на кислоты и токсичные вещества. Безопасность и эффективность таких солнечных коллекторов в течение дня могут быть обеспечены путем управления их температурным режимом.

   Цель. Разработка способа управления температурными режимами солнечных коллекторов и аппаратно-программного комплекса его осуществления для обеспечения безопасности эксплуатации и повышения эффективности работы солнечных систем горячего водоснабжения (ГВС) в дневное время.

   Материалы и методы. Для натурного испытания предложенного способа использованы опытно-промышленные комбинированные солнечные системы ГВС с двумя и четырьмя вакуумированными трубчатыми коллекторами, расположенные в с. Кафтанчиково Томской области в производственном цехе НПО «ВЭСТ». В результате натурных экспериментальных испытаний получены и проанализированы тепловые режимы коллекторов, обеспечивающие безопасную эксплуатацию комбинированных солнечных систем ГВС в дневное время с повышением эффективности преобразования солнечной энергии в тепловую.

   Выводы. Установлено, что оптимальная температура коллекторов в процессе управления может изменяться с превышением температуры коллекторов в диапазоне от 5 до 10 ℃. При этом достигается максимальная энергоэффективность преобразования солнечной энергии в тепловую.

1. Chavarría-Domíngue, B., De León-Aldaco, S.E., Ponce-Silva, M., Velázquez-Limón, N., Aguilar Jiménez, J.A., Chavarría-Domínguez, F., Rodríguez-García, E.R., Adamas Pérez, H., Lozoya-Ponce, R.E., Flo-res-Rodriguez, E. Performance Analysis of a Parabolic Trough Collec-tor with Photovoltaic – Thermal Generation: Case Study and Parametric Study // Energies. 2025. V. 18. Art. 356. doi: 10.3390/en18020356

2. Atstaja, D. Renewable Energy for Sustainable Development: Opportunities and Current Landscape // Energies. 2025. V. 18. Art. 196. doi: 10.3390/en18010196

3. Vuong, E., Fung, A.S., Kumar, R. Performance Enhancement of a Building-Integrated Photovoltaic/Thermal System Coupled with an Air Source Heat Pump // Energies. 2025. V. 18. Art. 12. doi: 10.3390/en18010012

4. Avtar, R., Tripathi, S., Kumar, A., Kumar, P. Population–urbanization–energy nexus : a review // Resources. 2019. V. 8. № 3. Art. 136. DOI: 10.3390/resources8030136

5. Tcvetkov, P. Climate Policy Imbalance in the Energy Sector: Time to Focus on the Value of CO₂ Utilisation // Energies. 2021. V. 14. № 2. Art. 411. DOI: 10.3390/en14020411

6. Dolšak, J., Hrovatin, N., Zoric, J. Factors impacting energy-efficient retrofits in the residential sector: The effectiveness of the Slovenian subsidy program // Energy & Buildings. 2020. V. 229. Art. 1105012. doi: 10.1016/j.enbuild.2020.1105012

7. Shirinkina, E., Mozzhegorova, Y., Ilinykh, G., Korotaev, V. Carbon Footprintof Electricity Produced in the Russian Federation // Energies. 2025. V. 18. № 1. Art. 14. doi: 10.3390/en18010014

8. Haukkala, T. Does the sun shine in the High North? Vested interests as a barrier to solar energy deployment in Finland // Energy Research & Social Sciense. 2015. V. 6. № 1. P. 50–58. DOI: 10.1016/j.erss.2014.11.005

9. Tsvetkov, N.A., Krivoshein, Y.O., Khutornoi, A.N., Boldyryev, S., Petrova, A.V. Development of the Computer-Aided Application for the Use of Solar Energy in the Hot Water Supply System of Russian Permafrost Regions // Chemical Engineering Transactions. 2020. V. 81. P. 943–948. DOI: 10.3303/CET2081158

10. Tsvetkov, N., Boldyryev, S., Shilin, A., Krivoshein, Y., Tolstykh, A. Hardware and Software Implementation for Solar Hot Water System in Northern Regions of Russia // Energies. 2022. V. 15. Art. 1446. DOI: 10.3390/en15041446

11. Кривошеин, Ю.О., Цветков, Н.А., Толстых, А.В., Мирошниченко, Т.А., Кузнецова, К.А. Энергосберегающий аппаратно-программный комплекс для гибридных солнечных систем горячего водоснабжения // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2025. Т. 27. № 2. С. 161–173. DOI: 10.31675/1607-1859-2025-27-2-161-173. EDN: MRSGTH

12. Солнечный коллектор SILA 30R1 // Технолайн : [сайт]. URL: https://e-solarpower.ru/solar-kollektors/solnechnye-kollektory/solnechnyy-kollektor-sila-30r1 (дата обращения: 18. 12. 2025).

13. Зиборов, Д.М., Ботов, М.И. Пропиленгликоль и его водные растворы – перспективный универсальный двухфазный промежуточный теплоноситель // Липатовские чтения : сборник трудов кафедры технологических машин и оборудования. Москва : Изд-во РЭУ им. Г.В. Плеханова, 2014. 153 с.

14. Tsvetkov, N.A., Krivoshein, U.O., Tolstykh, A.V., Khutornoi, A.N., Boldyryev, S. The calculation of solar energy used by hot water systems in permafrost region: An experimental case study for Yakutia // Energy. 2020. V. 210. Art. 118577. doi: 10.1016/j.energy.2020.118577