Российские исследователи представили аппаратно-программный комплекс, повышающий энергоэффективность гибридных солнечных систем горячего водоснабжения в условиях холодного климата.

Разработка позволяет минимизировать тепловые потери в ночное время и обеспечивает безопасную круглогодичную работу системы.

В России солнечные коллекторы часто работают круглый год: днём они греют воду, а ночью насосы отключают. Однако в мороз тёплый теплоноситель продолжает медленно циркулировать по трубам, охлаждая бак-аккумулятор. Из-за этого приходится чаще включать электрический или газовый подогрев.

Инженеры Томского государственного архитектурно-строительного университета подсчитали, что в Якутске такие «неконтролируемые» потери снижают долю солнечной энергии в горячей воде более чем на треть. Чтобы закрыть эту «дыру», они собрали «умный» блок управления, который в нужный момент перекрывает клапан на уличном контуре и не даёт холодному теплоносителю вернуться в бак.

Как устроен новый комплекс

Опыты проходили в селе Кафтанчиково Томской области. На крыше производственного цеха установили четыре вакуумных коллектора и небольшую солнечную электростанцию мощностью 5 кВт. Внутри цеха стоит 300-литровый бак с теплообменником; по трубам движется пропиленгликоль, который не замерзает до –30 °C или –40 °C.

Контроллер каждые 30 секунд сверяет показания датчиков. Если на улице мороз ниже точки замерзания теплоносителя, а разность температур в верхней и нижней части бака превышает 4 °C, система проверяет ещё три условия и, при необходимости, закрывает клапан. Ток в приводы подаётся от своей же солнечной панели, поэтому блок работает автономно.

Сколько энергии удаётся сохранить

В февральскую ночь при –26 °C обычная установка теряла 53 МДж тепла. После внедрения новой автоматики «лишние» потери снизились до 19 МДж — в 2,8 раза. Пересчёт на отопительный сезон показал, что в Томске удаётся сохранить около 550 МДж, а в Якутске — до 2,1 ГДж. Это соответствует 60–200 кВт·ч электроэнергии, которую пришлось бы потратить на догрев воды.

Все элементы комплекса — серийные российские клапаны, датчики и контроллеры. Дополнительные затраты на «умную» начинку разработчики оценивают в 15–20 тыс. рублей для дома площадью 150–200 м². Окупаемость — 1–2 сезона за счёт снижения счетов за электричество или газ. Следующий шаг — адаптировать алгоритм для плоских коллекторов и добавить управление через мобильное приложение.

Полные расчёты и схемы опубликованы в журнале «Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета» (2025, № 2). Работа выполнена при поддержке программы «Приоритет-2030».

https://ecoportal.su/news/view/130763.html