Коллектор солнечной энергии: Солнечные коллекторы Vaillant — выбор и сравнение моделей, характеристики, где купить

Содержание

Солнечные коллекторы. Часто задаваемые вопросы.

 

1. Могут ли солнечные водонагреватели являться конкурентоспособной альтернативой газа или электричества?

Солнечная энергия не должна рассматриваться в качестве альтернативы газа или электричества, скорее в качестве дополнения к ним. Она не может полностью заменить потребность в газе или электрическом отоплении, поскольку есть дни с недостаточным уровнем солнечного освещения. Правильный расчёт системы, солнечного нагрева воды, может обеспечить 60% -70% от потребности горячей воды.

Можно точно утверждать что, гелиосистема будет выгодна в том случае, если на объекте отсутствует газ или нагрев воды происходит за счет электричества.

 

2. В течение какого срока солнечный коллектор сможет окупить мои инвестиции?

Для семи из 3-5 человек, стоимость гелиосистемы будет схожа со стоимостью газовой или электрической системой нагрева воды. Сроки окупаемости напрямую зависят от того, в каком колличестве будет потребляться вода, нагретая солнечным коллектором и размера системы.

Эсли на объекте нагрев воды осуществляется за счет электричества, то срок окупаемости будет от 1 года до 2 лет, причем необходимо учитывать, что и работоспособность электрокотлов, электробойлеров и другого отопительного оборудование имеет не такой уж большой срок службы, в отличие от гелиосистемы, которая может проработать не менее 20-25 лет без замены главных и дорогостоящих частей системы. Работая совместно с действующей системой нагрева воды, солнечные коллектора могут экономить до 75% топлива или электроэнергии в осенне-весенний период.

 

3. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы в холодных условиях?

Да. Наши вакуумные трубчатые коллекторы могут использоваться при очень низких температурах, в солнечных системах водонагрева, установленных в регионах России, температура в которых достигает -45°C. Удивительно, но даже при этих температурах система может производить горячую воду с хорошей эффективностью за счет вакуума в трубках коллекторов, который является идеальным теплоизолятором. В яркий солнечный день, эффективность коллектора будет примерно одинаковой как в зимний период времени, так и в летний.

 

 

4. Что произойдет, если целостность одной из вакуумных трубок нарушится?

Вакуумные трубки достаточно прочные, и их нелегко разбить, но если это всё-таки произошло, это с лёгкостью решается заменой вакуумной трубки на новую. Хотя наши солнечные коллекторы обладают способностью работать с некоторым количеством повреждённых трубок, рекомендуется повреждённые трубки немедленно заменить, чтобы удерживать эффективность солнечного коллектора на должном уровне. Запасные трубки Вы всегда можете приобрести в нашем магазине.

 

5. Будет ли вода нагреваться в пасмурный день?

Да. Несмотря на то, что тепловая мощность солнечного коллектора снижается в пасмурные дни, поглощаемой энергии хватает для нагрева воды. Если это, по большей степени, туманный день или дождь, то может потребоваться больше ресурсов газового или электрического нагрева, чтобы сохранить температуру воды оптимальной для использования. Солнечная система нагрева воды является автоматизированной, так что вам не придется беспокоиться о нехватке горячей воды в дождливый день.

За своевременным включением котлов, ТЭНов и др нагревательных приборов следит контроллер гелиосистемы.

 

6. Могу ли я использовать солнечный коллектор с системой горячего водоснабжения, которая у меня уже есть?

ДА. Клапаны попросту модернизированы, и они зачастую могут быть использованы, чтобы позволить солнечной энергии подключаться к существующей подаче холодной воды. Если ваш бак не может принять солнечную энергию напрямую, вы можете установить дополнительный накопительный бак для предварительного нагрева холодной воды перед входом в уже существующий. Любая действующая система отопления и водоснабжения может быть доработана гелиосистемой без глобальной реконструкции котельной. Действующая котельная прекрасно будет работать совместно с гелиосистемой, причем экономия топлива и электроэнергии традиционной котельной будет значительной.

 

 

7. Могут ли солнечные коллекторы быть установлены на плоской поверхности?

Да. Они могут быть установлены на плоской крыше или на земле с помощью алюминиевых опорных подставок. Для оптимальной работы солнечного коллектора, его следует установить под углом 45 градусов, чтобы гарантировать оптимальную работу тепловых трубок.

 

8. Как я могу защитить свою солнечную систему при минусовых температурах?

Если ваша солнечная система нагрева воды работает в регионах с минусовыми температурами, то Вам следует принять меры по защите от замерзания. Самым простым способом предотвращения замерзания является использование солнечного контроллера с настройками низких температур. Таким образом, когда температура падает ниже определенной заранее установленной температуры (5°C), насос будет циркулировать и нагревать коллектор водой снизу из резервуара. Насос будет работать сессионно, частота сессий которого зависит от температуры наружного воздуха. В особо холодных регионах целесообразно использовать замкнутый контур с помощью пропиленгликоля, температура замерзания которого ниже 30 градусов.

 

9. Может ли солнечный коллектор стать причиной возникновения пожара во время жаркой и засушливой погоды?

Нет. Все компоненты наших тепловых солнечных коллекторов рассчитаны на воздействие высоких температур и не воспламеняются, так что даже при сильном солнечном свете система нагрева воды не загорится и не подожжёт сухой материал. Даже самым жарким летом к вакуумным трубкам можно прикоснуться и не обжечься, т. к. вся температура находится в самой трубке, за вакуумом.

 

 

10. Может ли солнечный коллектор нагревать воду до достаточно высокой температуры?

Да, в хорошую погоду коллектор может довести воду до кипения. Как правило, это не является необходимым, поэтому система должна быть разработана грамотно. Нелогично доводить воду до кипения в домашних условиях солнечным коллектором, т. к. из за температуры близкой к кипению может произойти деформация пластиковых и резиновых уплотнителей в системе, тем самым увеличивается риск протечек. Если горячая вода не используется в течение одного дня, то на следующий день система будет сбрасывать воду через предохранительный клапан. Это пустая трата энергии и воды! Пожалуйста, используйте разумно энергию, получаемую солнечным водонагревателем, для обеспечения оптимальной производительности и минимального расхода воды.

 

11. Что требуется для обслуживания солнечного коллектора?

При нормальных обстоятельствах обслуживание не требуется. Хотя солнечные коллекторы могут работать с несколькими сломанными трубами, тепловая эффективность будет снижена незначительно. Но разбитые трубки всё же следует заменить как можно скорее.

 

12. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы для крупномасштабного производства горячей воды?

Да. Наши солнечные тепловые коллекторы могут быть соединены последовательно или параллельно, чтобы обеспечить крупномасштабное производство горячей воды для нужд коммерческих и муниципальных организаций, таких как школы, гостиницы или офисные здания.

 

 

13. Могу ли я нагреть воду в своём бассейне или спа, используя солнечный коллектор?

Да. Вакуумные трубчатые коллекторы могут быть использованы для нагрева спа или жилого плавательного бассейна. Для любого бассейна, который необходимо нагреть, должен быть использован изолирующий защитный слой, чтобы свести к минимуму потери тепла и испарение.

 

 

14. Вакуумные трубчатые коллекторы более эффективные, чем плоские?

 

Существует небольшая разница между вакуумным трубчатым коллектором и плоским коллектором при сравнении максимальной эффективности. На самом деле, эффективность плоской пластины коллектора может быть выше трубки вакуумного коллектора, но при условиях с минимальными потерями тепла. При средних же показателях за год, вакуумный трубчатый коллектор имеет явные преимущества. Ключевыми являются следующие моменты:

 

1) Солнечные вакуумные трубки могут пассивно отслеживать положение солнца в течение дня из-за цилиндрической формы трубок. Пластина плоского солнечного коллектора обеспечивает выходной импульсной энергии в полдень, когда солнце находится в зените

2) Вакуум в трубках значительно снижает потери конвективного тепла из внутренней части трубки. Таким образом, ветра и низкие температуры оказывают намного меньшее влияние на эффективность вакуумного коллектора.

3) Вакуумные трубки прочны и долговечны, так как сделаны из сверхпрочного боросиликатного стекла. По отдельности трубки стоят недорого и сломанную легко заменить.

4) Из-за различных преимуществ вакуумной трубки коллектора над плоской пластиной коллектора, понадобится меньшее количество коллекторов, чтобы обеспечить такую же производительность нагрева. Например, в семье из 4-5 человек, как правило, потребуется резервуар с 250-300 литров воды. В зависимости от вашего местоположения, летом все 30 вакуумных трубок коллектора будут обязаны предоставлять все потребности в горячей воде и большой процент в другие сезоны.

5) Плоские солнечные коллекторы могут производить подобный выход тепла в вакуумных трубчатых коллекторах, но, как правило, исключительно в солнечных условиях. При среднем в течение всего года, тепловая мощность вакуумной трубки коллектора на квадратный метр на 25%-40% больше, чем плоской пластины коллектора.

 

Монтаж солнечных коллекторов

    В последние годы все большее внимание в нашей стране уделяется применению солнечных коллекторов в индивидуальных  жилых домах и административных зданиях. Данный интерес к альтернативному источнику тепла понятен: современные технологии позволяют весьма продуктивно собирать и аккумулировать тепло солнца, поступающее на поверхность земли. А тепла поступает более, чем достаточно. 

 Излучение Солнца — основной источник энергии на Земле. Его мощность характеризуется солнечной постоянной — количеством энергии, проходящей через площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам. На расстоянии в одну астрономическую единицу (то есть на орбите Земли) эта постоянная равна приблизительно 1370 Вт/м². Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените).

  Использование солнечных коллекторов дает возможность уменьшения затрат на нагрев горячей воды на 70%, затрат на отопление — на 40% в год! Установка солнечной системы может быть запланирована еще при постройке дома, а может быть произведена в существующую систему теплоснабжения. Вместо традиционного бойлера устанавливается солнечный бойлер, на крышу вашего дома устанавливается модульный солнечный коллектор. Таким образом, можно оптимизировать горячее водоснабжение вашего дома или обогревать ваш бассейн с помощью бесплатной солнечной энергии. Кроме того, система отопления на солнечных коллекторах идеально соответствует системе водяных теплых полов и обогреву плавательных бассейнов, вследствие низкой температуры теплоносителя и экономично расходует утилизированную тепловую энергию. Особенную эффективность утилизации энергии окружающей среды имеют комбинированные системы, использующие и солнечные коллекторы, и тепловые насосы одновременно.  

.

Преимущества солнечных коллекторов:

  • Существенное уменьшение затрат на обогрев дома и горячую воду;
  • Уменьшение эксплуатационных затрат;
  • Увеличение срока службы вспомогательной отопительной системы;
  • Возможность интегрирования в существующую систему теплоснабжения;
  • Солнечные водонагревательные системы идеальны  для частных коттеджей, гостиниц, офисов,  магазинов и т.п.

Солнечные коллектора решают ряд вопросов:

  • Автономное горячее водоснабжение;
  • Частичное или полное отопление;
  • Подогрев воды в бассейнах;
  • Обогрев теплиц;

  Высокие темпы освоения этого вида энергии стали возможны благодаря такому фактору последних лет как повышение цен на энергоносители. Сегодня только в нашем крае стоимость 1Гкал увеличивается огромными темпами, и достигла стоимости 1Гкл-100$. Система солнечных коллекторов подходит для всех типов климата и единственная рекомендуемая для районов с низкими температурами (до -50°С) и низкими значениями солнечной радиации. В связи с использованием контроллеров, автоматически поддерживает самые оптимальные параметры циркуляции, имеет режим антизамерзания, обеспечивает комфортную заданную температуру.Обычно теплоаккумулятор устанавливается внутри помещения, и это дает дополнительное сохранение тепла в районах с очень холодным климатом. При отсутствии достаточной солнечной активности контроллер может включать дополнительный электронагреватель, установленный в теплоаккумуляторе. 

  При монтаже солнечных коллекторов в Приморском крае,  срок окупаемости, с учетом эксплуатационных затрат, составляет от 2,5 до 5 лет, при сроке службы  25-30 лет. Дальнейшее использование системы дает возможность получать всю вырабатываемую солнечной установкой энергию бесплатно!

  При этом производство тепловой энергии, с помощью солнечных коллекторов, является экологически чистым источником энергии, к которому можно, в отличие от традиционных котельных, применить термин — срок окупаемости затрат. 

Анализ работы установленной солнечной системы можно увидеть на нашем форуме. ССЫЛКА ФОРУМА

Наша компания рада предложить услуги по монтажу солнечных коллекторов «под ключ».

 

             

   

 

Солнечная энергия. Особенности использования. Cleandex

К настоящему времени основными способами использования солнечной энергии являются преобразование ее в электрическую и тепловую.

Солнечные коллекторы (СК) являются техническими устройствами, предназначенными для прямого преобразования солнечного излучения в тепловую энергию в системах теплоснабжения для нагрева воздуха, воды или других жидкостей. Системы теплоснабжения принято разделять на пассивные и активные. Самыми простыми и дешевыми являются пассивные системы теплоснабжения, которые для сбора и распределения солнечной энергии используют специальным образом сконструированные архитектурные или строительные элементы зданий сооружений и не требуют дополнительного специального оборудования.

В настоящее время наибольшее распространение получают активные системы теплоснабжения со специально установленным оборудованием для сбора, хранения и распространения энергии солнца, которые по сравнению с пассивными позволяют значительно повысить эффективность использования солнечной энергии, обеспечить большие возможности регулирования тепловой нагрузки и расширить область применения солнечных систем теплоснабжения в целом.

Плоские солнечные коллекторы являются простейшим и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии. Плоский солнечный коллектор представляет собой теплоизолированный с тыльной стороны и боков ящик, внутри которого помещена тепловоспринимающая металлическая или пластиковая панель, окрашенная для лучшего поглощения солнечного излучения в темный цвет и закрытая сверху светопрозрачным ограждением (один или два слоя стекла или прозрачного стойкого под воздействием ультрафиолета пластика). Панель является теплообменником, по каналам которого прокачивается нагреваемая вода. Вода направляется в теплоизолированный бак гидравлически соединенный с солнечным коллектором. За день вода из бака может несколько раз проходить через коллектор, нагреваясь до расчетного уровня температуры, зависящего от соотношения между объемом бака и площадью солнечного коллектора, а также от климатических условий. Циркуляция воды в замкнутом контуре солнечный коллектор — бак — солнечный коллектор может осуществляться принудительно с помощью небольшого циркуляционного насоса или естественным образом за счет разности гидростатических давлений в столбах холодной и нагретой воды. В последнем случае бак должен располагаться выше верхней отметки солнечного коллектора.

Солнечные фотоэлектрические установки осуществляют прямое преобразование энергии солнечного излучения в электроэнергию с помощью фотопреобразователей.

Солнечная фотоэлектрическая установка состоит из солнечных батарей в виде плоских прямоугольных поверхностей, работа которых состоит в преобразовании энергии солнечного излучения в электрическую энергию. Электрический ток в фотоэлектрическом генераторе возникает в результате процессов, происходящих в фотоэлементах при попадании на них солнечного излучения. Наиболее эффективны фотоэлектрические генераторы, основанные на возбуждении электродвижущей силы (ЭДС) на границе между проводником и светочувствительным полупроводником (например, кремний) или между разнородными проводниками.

Наибольшее распространение получили солнечные фотоэлектрические установки на основе кремния трех видов: монокристаллического, поликристаллического и аморфного. 
Для фотопреобразователей из монокристаллического кремния в лабораторных условиях на опытных образцах достигнут кпд 24%. На малых опытных модулях — 18%. Для поликристаллического кремния эти рекордные значения равны 17 и 16 %, для аморфного кремния на опытных модулях достигнуты кпд около 11 %.

Все эти данные соответствуют так называемым однослойным фотоэлементам. Кроме того, используются двух- и трехслойные фотоэлементы, которые позволяют использовать большую часть солнечного спектра по длине волны солнечного излучения. Для двухслойного фотоэлемента на опытных образцах получен КПД 30%, а для трехслойного 35–40%.

Более подробную информацию о рынке солнечной энергетики в России можно получить из следующих отчетов:

—  Маркетинговое исследование российского рынка солнечной энергетики

—  Маркетинговое исследование рынка поликристаллического и монокристаллического кремния

Источник: Министерство регионального развития РФ

Солнечные коллекторы VIESSMANN для отопления и горячей воды

В последнее время каждый из нас почувствовал рост цен на энергоносители. Это обстоятельство заставляет задуматься об увеличении эффективности работы системы энергоснабжения и расширении использования возобновляемых источников энергии. Существенной экономии энергии можно добиться за счет использования такого инновационного отопительного оборудования, как солнечные коллекторы или гелиосистемы.

Солнечные коллекторы являются идеальным дополнением к любому генератору теплоты для нагрева воды в системах горячего водоснабжения и отопления. С помощью солнечной системы можно покрыть до 60 процентов годового потребления энергии на горячее водоснабжение и сэкономить до 35 процентов годовых расходов.

Согласно многолетним наблюдениям, среднегодовое солнечное излучение в Украине  от 1000кВт*ч/(м2 площади) в северной и центральной частях страны до 1350кВт*ч/(м2 площади) в южной части. Это обстоятельство также влияет на выбор солнечной системы электроснабжения.

В связи с тем, что актинометрические наблюдения ведутся не во всех областях Украины, ее территорию условно разбили на 4 зоны по значению суммарного солнечного излучения на горизонтальную поверхность.

Основные компоненты солнечной (гелиосистемы) системы — солнечные коллекторы (от лат. collegere = собирать).

Источником энергии, используемой для получения теплоты, является солнечное излучение, а не традиционное топливо. Это их главное отличие требует особого подхода к проектированию, ведь солнце невозможно «включить» дополнительно, когда солнечной энергии недостаточно или «выключить», когда ее слишком много.

Исключение — солнечные системы, дополненные вторым генератором теплоты . Эти установки проектируются и эксплуатируются, как бивалентные системы.

На приведенном слева рисунке изображена простая бивалентная установка: отопительный котел обеспечивает необходимое количество горячей воды в любое время. Встроенная в систему солнечная установка предназначена для поступления максимально возможного количества солнечного излучения, при этом отопительный котел расходует минимум топлива.

Экономически обоснованная как для Германии, так и для Украины доля тепловой нагрузки, покрываемая за счет солнечной энергии, составляет для одно- и двух-квартирных домов 50 – 60 процентов (на горячее водоснабжение), а для многоэтажных домов – 30 – 40 процентов.

Конечно, можно сделать солнечный коллектор своими руками, но обеспечить максимальный КПД, надежную долговременную работу и простоту монтажа могут только немецкие солнечные коллекторы.

Солнечные системы Viessmann – это напорные системы с незамерзающими теплоносителями. Такие системы

  • гарантируют наиболее надежную защиту от замерзания зимой;
  • не расходуют традиционные виды энергии на обогрев коллектора для защиты от замерзания;
  • обеспечивают простое присоединение трубопроводов гелиоконтура;
  • обеспечивают наиболее эффективную антикоррозионную защиту всех компонентов установки.

Основные отличительные признаки коллекторов заключены в конструкции абсорбера и изоляции коллектора от окружающей среды. Физика процесса преобразования солнечного излучения в тепловую энергию одинакова для всех коллекторов: солнечная энергия в абсорбере преобразуется в тепловую энергию.

Плоские и вакуумные трубчатые коллекторы фирмы Viessmann применяются для приготовления горячей воды, нагрева воды в плавательных бассейнах, а также для поддержки отопления помещений и производства технологического тепла. Преобразование света в тепло в поглотителе происходит у обоих типов коллекторов идентично.

Плоские солнечные коллекторы

В настоящее время в Германии на долю плоских коллекторов приходится более 90 процентов рынка. В плоских коллекторах абсорбер, как правило, защищен корпусом из высококачественной листовой стали или алюминия, а с фронтальной поверхности закрыт гелиостеклом с низким содержанием железа, которое обеспечивает долговременную защиту от неблагоприятных погодных условий. Антиотражающее покрытие стекла дополнительно уменьшает отражение. Тепловая изоляция корпуса снижает тепловые потери.

Корпус плоских коллекторов Viessmann выполнен из алюминиевой рамы без косых разрезов и острых кромок. Благодаря бесшовному, устойчивому к воздействию погодных условий и ультрафиолетового излучения уплотнению стекла и прочной задней стенке корпуса обеспечивается долгий срок эксплуатации и высокая эффективность коллектора.

Плоские коллекторы просто и надежно монтируются на плоской или скатной крыше, а также могут встраиваться в кровлю. Помимо того, коллекторы могут монтироваться на фасады зданий или устанавливаться в произвольном месте. Плоские коллекторы дешевле, чем трубчатые вакуумированные, и используются для установок горячего водоснабжения,подогрева воды в плавательных бассейнах и для покрытия части нагрузки на отопление помещений.

Плоские коллекторы имеют площадь брутто (внешние размеры) около 2 – 2,5 м2.

Посмотрите видео ролик, демонстрирующий солнечные коллекторы Viessmann:

Вакуумированные трубчатые солнечные коллекторы

Преобразование солнечного излучения в тепловую энергию в абсорбере, как в плоских, так и в трубчатых коллекторах, происходит, в принципе, идентично. Значительные отличия состоят в тепловой изоляции: в трубчатом коллекторе абсорбер, как в термосе, встроен в вакуумированную стеклянную трубку. Поэтому потери тепла в данном случае ниже, чем у плоских коллекторов, в особенности при высокой внутренней или низкой наружной температуре, то есть в условиях эксплуатации, которые ожидаются при замещении тепловой нагрузки на отопление или кондиционирование воздуха.

Условием надежности и длительной эксплуатации вакуумированных трубчатых коллекторов является долгосрочное сохранение вакуума благодаря надежной герметизации. В коллекторах Viessmann она обеспечена. Минимальные количества газа (главным образом, водорода), которые попадают внутрь вакуумированной полости, связываются тонкой пленкой бария (газопоглотителем), напыленной на внутренней стороне трубки коллектора.

 Существует два типа конструкции вакуумированных трубчатых коллекторов: прямоточные и с тепловой трубой (Heatpipe).

В прямоточных вакуумированных трубчатых коллекторах теплоноситель циркулирует непосредственно

в трубках абсорбера. Поэтому они могут монтироваться в любом положении. В трубчатых коллекторах Viessmann каждая вакуумная трубка установлена с возможностью поворота. Это позволяет оптимально направить поглотитель относительно солнца даже приневыгодном положении монтажа. Вакуумные трубчатые коллекторы Vitosol 200-T, тип SP2A и тип SPE, работающие по принципутепловых трубок, также могут монтироваться в горизонтальном положении на плоских крышах. Хотя в этом случае энергоотдача на 1 м2 площади коллектора будет немного меньше, это может быть компенсировано соответствующим увеличением площади коллекторов.

Плоские коллекторы нельзя монтировать в горизонтальном положении, поскольку в этом случае самоочистка стеклянной крышки во время дождя будет невозможна, а также затруднена подача/удаление воздуха из коллектора. Vitosol-F, тип SH и Vitosol 200-T,тип SP2A также могут крепиться на фасадах.  При монтаже параллельно фасаду (южная ориентация) на коллектор падает в среднем за год примерно на 30 % меньше излучения, чем коллекторы на стойках с углом наклона 45°. Если эксплуатация осуществляется в основном в межсезонье или зимой (поддержка отопления помещений), то при определенных обстоятельствах коллекторы могут обеспечить более высокую энергоотдачу.

Однако при выборе коллектора важно также знать соотношение цена/производительность. Если производить выбор по графику КПД коллектора, то решение всегда будет в пользу вакуумированного трубчатого коллектора. Однако плоские коллекторы привлекательнее вакуумированных трубчатых по цене и дают хорошее соотношение цена/производительность, особенно для покрытия нагрузки на горячее водоснабжение.

Трубчатые вакуумированные коллекторы Viessmann не только эстетично выглядят на здании, они могут использоваться как конструктивные элементы здания. В то время как плоские коллекторы плохо вписываются в дизайн зданий с прозрачной или зеркальной крышей, так как имеют снизу не эстетичный вид.

Перегрев коллекторов и режим стагнации

Солнечный коллектор генерирует теплоту тогда, когда излучение попадает на абсорбер – независимо от фактической тепловой нагрузки. Если отбор теплоты в системе невозможен или нецелесообразен, система отключается и переходит в состояние стагнации. При наличии инсоляции это ведет к росту температуры в коллекторе до максимального значения, когда теплопоступления равны теплопотерям. При этом в коллекторах достигаются температуры, которые, как правило, превышают точку кипения теплоносителя в гелиоконтуре.

К стагнации может также привести отключение электроэнергии, когда отбор теплоты от коллектора не осуществляется. Такая ситуация должна обязательно учитываться при проектировании солнечных систем, другими словами, уже на этапе проектирования нужно обеспечить безопасность системы.

Безопасность солнечной системы означает следующее:

  • установка не должна быть повреждена в результате стагнации;
  • установка не должна создавать какую либо опасность во время стагнации;
  • по окончании стагнации установка должна автоматически вернуться в рабочее состояние;
  • коллекторы и соединительные трубопроводы должны быть рассчитаны на температуры, ожидаемые в период стагнации.

Комбинирование солнечной системы с традиционной

В наших климатических условиях (как Германии, так и в Украине) солнечная система без дополнительного источника теплоты не может обеспечить надежное теплоснабжение. Часть системы теплоснабжения, подключенная к традиционному источнику энергии, рассчитывается независимо от солнечной системы.

Тем не менее, взаимодействие между различными источниками теплоты имеет важнейшее значение для достижения максимальной эффективности системы в целом и, следовательно, для эффективного энергосбережения.

Солнечные системы могут оснащаться бивалентным емкостным водонагревателем (рекомендуется при новом строительстве или полной реконструкции). В Центральной Европе в безоблачный солнечный день инсоляция составляет около 5 кВт·ч на м2 поверхности коллектора. Чтобы аккумулировать это количество энергии, нужно предусмотреть для плоских коллекторов водонагреватель объемом не менее 50 л на м2 площади коллектора, а для вакуумированных трубчатых коллекторов не менее 70 л, если солнечная система используется исключительно для горячего водоснабжения.

Эти данные касаются водонагревателей, работающих на солнечной энергии, или части бивалентного водонагревателя, для которой не используется догрев с помощью дополнительного источника теплоты.

Та часть бивалентного емкостного водонагревателя, которая подключена к дополнительному источнику (котлу), используется для аккумулирования солнечного тепла только тогда, когда температура в водонагревателе превышает требуемую температуру для включения котла.

Мифы о солнечных коллекторах

Частым заблуждением является предположение, что использование солнечной энергии для поддержки системы отопления возможно только для систем напольного отопления (теплых полов).

Такое предположение ошибочно. Производительность солнечной системы при радиаторном отоплении в среднем за год всего лишь немного меньше. Причина этого – более высокая температура на входе в солнечную систему, которая всегда определяется температурой в обратном трубопроводе отопительного контура.

При сравнении различных отопительных приборов необходимо иметь в виду, что в переходный период тепловую нагрузку системы отопления должна покрывать в основном солнечная система. Однако в это время отопительные приборы работают не в диапазоне расчетных температур, а обратный трубопровод может иметь более низкую температуру.

Очень важно обеспечить правильное гидравлическое уравнивание отопительных контуров радиаторов!

Другим распространенным заблуждением является утверждение, что солнечные системы не комбинируются с конденсационными котлами. Это также неверно. Правильно то, что солнечная система всегда как первая ступень нагревает холодную воду (для горячего водоснабжения или отопительного контура). Если «догрев» воды должна осуществлять котельная установка, котел в действительности – при повышении температуры горячей воды, например, с 50 °С (предварительный нагрев солнечной энергией) до 60 °С (температура на входе в котел) – уже не работает в режиме конденсации. Хотя без солнечной системы конденсационный котел смог бы работать в конденсационном режиме. При поддержке системы отопления солнечной системой совместная работа с конденсационным котлом принципиально не влияет на эффективность и эксплуатационную надежность котла. Верно то, что годовой коэффициент полезного действия котла немного падает, зато КПД всей системы – значительно возрастает. Решающим фактором является абсолютная экономия энергии.

Поэтому, если Вы хотите экономит энергоносители или Вам нужно вложиться в лимит по потреблению газа, обращайтесь в компанию «Аркодан». Наши специалисты подберут Вам солнечную установку для конкретных нужд, подсчитают ее эффективность и разработают проект системы ГВС и/или отопления, а также выполнят поставку оборудования и его монтаж.

Солнечные коллекторы для нужд отопления и горячего водоснабжения в России : № 6 : Архив номеров : Вестник «ЮНИДО в России»

В течение последних 30 лет во всем мире проводятся работы по разработке и практическому освоению возобновляемых источников энергии. Основными причинами интереса к этой области нетрадиционной энергетики являются изменение климата, которое связывается в первую очередь с увеличением содержания парниковых газов в атмосфере, осознание конечности запасов ископаемых топлив на Земле и зависимость многих стран от импорта ископаемого топлива.

Необходимость поиска альтернативы традиционным источникам энергии

В статистическом обзоре мировых энергетических ресурсов за 2010 год, подготовленном компанией ВР [1], приводятся данные по доказанным запасам и объемам добычи нефти, газа и угля в различных странах. Так, доказанные запасы нефти в России составляют 10,2 млрд тонн, а годовая добыча — 494,2 млн тонн. Это значит, что при неизменных объемах добычи доказанных запасов нефти в России хватит примерно на 20 лет. Будучи на первом месте в мире по добыче нефти, Россия стоит на шестом месте в мире по ее доказанным запасам после Саудовской Аравии, Венесуэлы, Ирана, Ирака, Кувейта и ОАЭ — в каждой из этих стран разведанных запасов нефти при современных объемах добычи хватит примерно на 100 лет.

Общая статистика по всем странам мира показывает, что мировых доказанных запасов нефти при современном уровне добычи (запасы — 189,7•10 9 тонн, добыча — 3,82•10 9 тонн) хватит менее чем на 50 лет.

Разумеется, в перспективе будут обнаружены и новые месторождения нефти, запасы которых перейдут в разряд доказанных. Тем не менее, по оценкам экспертов, удельный вес нефти как энергоносителя к концу века значительно снизится, и человечеству нужно готовиться к ее замене на другие источники энергии.

По доказанным запасам газа (44,38•10 12 кубических метров) и по объемам его добычи (0,5275•10 12 м 3/год) Россия стоит на первом месте в мире, при этом простое деление показывает, что при неизменных объемах добычи этих запасов хватит примерно на 80 лет. Общемировые доказанные запасы газа составляют 187,49•10 12 м 3 при уровне добычи 2,987•10 12 м 3/год. Отсюда видно, что доказанные мировые запасы газа будут исчерпаны в течение ближайших шестидесяти лет. К концу текущего столетия газ, по-видимому, перестанет быть таким же доступным энергоносителем, как в настоящее время.

Шанс продлить время использования традиционного топлива дает атомная энергетика, но не все страны по разным причинам готовы к тому, чтобы этот шанс использовать. В частности, Германия к 2030 году планирует вывести из эксплуатации все атомные электростанции, заместив их различными видами возобновляемых источников энергии.

Перспективы солнечной энергетики

Снизить расход органического топлива и уменьшить выбросы СО 2 позволяет использование солнечной энергии для производства низкопотенциального тепла для систем горячего водоснабжения, отопления, кондиционирования воздуха, технологических и иных нужд. В настоящее время более 40 % первичной энергии, расходуемой человечеством, приходится на покрытие именно этих потребностей, и именно в этом секторе использование солнечной энергии наиболее экономически и технологически приемлемо. Для многих стран использование солнечных систем теплоснабжения — это еще и способ уменьшить зависимость экономики от импорта ископаемого топлива. Такая задача особенно актуальна для стран Европейского союза, экономика которого уже сейчас на 50 % зависит от импорта ископаемых энергоресурсов, а до 2020 года эта зависимость может возрасти до 70 %, что является угрозой экономической безопасности.

О масштабах использования солнечных систем теплоснабжения за рубежом можно судить на примере Германии, имеющей сходные климатические условия со многими районами России. В 2010 году в этой стране общая площадь установленных солнечных коллекторов равнялась 14 000 000 м 2, к концу 2010 года с их помощью было выработано 5 200 000 000 кВт•ч тепловой энергии. За это же время в стране было установлено 1150000 м 2 новых солнечных коллекторов [2]. И это несмотря на кризисные явления в экономике европейских стран.

Климатические условия в России не менее благоприятны для использования солнечных систем теплоснабжения, чем в Германии, что иллюстрируют данные, собранные в табл. 1.

Таблица 1. Поступление солнечной радиации

Краснодар (45°) – 3,54 кВт•ч/м2•деньФрайбург (48°) – 3,33кВт•ч/м2•день
Волгоград (48,7°) – 3,51 кВт•ч/м2•деньМюнхен (48,2°) – 3,15 кВт•ч/м2•день
Улан-Удэ (51,8°) – 3,37 кВт•ч/м2•деньКассель (51,5°) – 2,7 кВт•ч/м2•день
Иркутск (52,3°) – 3,32 кВт•ч/м2•деньГамбург (53,5°) – 2,65 кВт•ч/м2•день
Москва (55,8°) – 2,86 кВт•ч/м2•день

В Якутске (62°), расположенном значительно севернее Германии, приход солнечной радиации (2,97 кВт•ч/м 2 •день) выше, чем в Гамбурге и Касселе. В Сочи и Владивостоке приход солнечной радиации (соответственно 4,00 кВт•ч/м 2 •день и 3,77 кВт•ч/м 2 •день) выше, чем в любой точке Германии

Солнечные коллекторы АЛЬТЭН

Рис. 1. Коллектор АЛЬТЭН-1 на сертификационных испытаниях в Германии

Научно-производственная фирма АЛЬТЭН (НПФ АЛЬТЭН) ставит перед собой задачу использования потенциала солнечной энергии в России и создания серийного производства солнечных коллекторов для систем бытового и промышленного теплоснабжения, соответствующих мировым стандартам.

К настоящему времени коллективом НПФ АЛЬТЭН накоплены большой научный задел и производственный опыт, необходимые для решения задач, связанных с созданием серийного производства солнечных коллекторов. Сертификация первой модели коллектора АЛЬТЭН-1 в Германии и США, получение 12 золотых медалей на международных выставках в Москве, Женеве, Париже, Брюсселе, Куала-Лумпуре и других городах, показали, что эта модель соответствует мировым стандартам качества. В 2008 году был получен Российский патент на новую, улучшенную модель коллектора АЛЬТЭН-2, адаптированную к серийному производству. Этот патент прошел международную экспертизу по системе РСТ и в настоящее время находится на оформлении в Бюро патентов и товарных знаков США. В 2009 г. коллектор АЛЬТЭН-2 был отмечен золотой медалью на Всемирной выставке инноваций, исследований и новых технологий в Брюсселе. В 2009 и 2010 годах получены новые патенты, расширяющие возможности использования коллекторов серии АЛЬТЭН. Эти разработки могут быть с успехом использованы для систем солнечного теплоснабжения в различных регионах России.

В процессе достижения поставленной цели будут решены следующие задачи:

  • создание высокотехнологичного серийного производства новых солнечных коллекторов, соответствующих по своим характеристикам требованиям мировых стандартов;
  • сертификация предлагаемых солнечных коллекторов по стандартам ЕС и США;
  • выход на российский и международный рынки;
  • формирование в России инфраструктуры, необходимой для широкого использования солнечных систем теплоснабжения;
  • проведение НИОКР в интересах дальнейшего совершенствования характеристик выпускаемой продукции;
  • создание в России и в зарубежных странах региональных дочерних фирм, выпускающих коллекторы серии АЛЬТЭН.

Ниже приведены краткие сведения о коллекторах серии АЛЬТЭН, планируемых к серийному производству.

Таблица 2. Характеристики коллектора АЛЬТЭН-1

Температура абсорбера, °С КПД, % Коэффициент потерь, Вт/м 2 •К
60 54,2 3,04
70 49,3 3,21
80 44,1 3,39
90 38,2 3,56

Первая модель серии, коллектор АЛЬТЭН-1, выпускалась малыми партиями на производственной базе ЗАО «АЛЬТЭН». Этот коллектор был использован для проверки технологичности изготовления подобных устройств в условиях промышленного производства, а также для проведения сертификационных испытаний в Германии (рис. 1) и США. Фрагменты производственного процесса при изготовлении модели АЛЬТЭН-1 показаны на рис. 2.

Коллектор АЛЬТЭН-2 [3] — следующая модель серии (рис. 3). Он состоит из наружного прозрачного ограждения из двухслойного ячеистого поликарбоната, охватывающего со всех сторон находящийся внутри абсорбер с трубками для протока теплоносителя, и тепловой изоляции с тыльной стороны. С торцевых сторон внутренняя часть коллектора закрыта стеклопластиковыми крышками, сквозь которые выходят наружу штуцеры для подвода и отвода теплоносителя. В двухслойном ячеистом поликарбонате наружная и внутренняя стенки разделены поперечными ребрами, образующими замкнутые каналы, препятствующие конвективному движению воздуха.

Рис. 2. Производственны участки изготовления коллектора АЛЬТЭН-1
Рис. 3. Коллектор АЛЬТЭН-2 с одноходовым и двухходовым протоком теплоносителяРис. 4. Система теплоснабжения с принудительной циркуляцией теплоносителя

Рис. 5 Термосифонная система теплоснабжения с коллекторами АЛЬТЭН

Неподвижный воздух — хороший теплоизолятор, обеспечивающий малые тепловые потери через прозрачное ограждение с лицевой стороны коллектора. Благодаря тому, что прозрачное ограждение выполнено в виде замкнутой оболочки, а абсорбер имеет выпуклую форму, солнечные лучи попадают на него с рассвета и до заката. На поверхности абсорбера находится селективное покрытие с высоким коэффициентом поглощения солнечной энергии (95 %) и малым коэффициентом излучения в длинноволновой области спектра (5 %), что наряду с высоким термическим сопротивлением оболочки обеспечивает малые потери в окружающую среду. Этот фактор оказывается особенно важным для районов, где низкая температура окружающей среды сочетается с большими приходами солнечной радиации, как, например, в Якутии, горных районах Кавказа или в северной части Казахстана.

Коллекторы АЛЬТЭН могут использоваться как в схемах с принудительной циркуляцией теплоносителя (рис. 4), так и в термосифонных системах (рис. 5).

В 2009 г. получены патент на новую конструкцию коллектора с поликарбонатной оболочкой [4], а также два патента на комбинированные жидкостный и воздушный коллекторы [5, 6]

Литература

  1. BP Statistical Review of World Energy June 2010, 1–45p
  2. Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety «Renewable energy sources 2010». March 2012.
  3. Казанджан Б. И. Патент на изобретение № 2329437 «Солнечный коллектор (варианты) и способ изготовления оболочки солнечного коллектора».
  4. Казанджан Б. И. Патент на изобретение № 2407957 «Солнечный коллектор».
  5. Патент на изобретение № 2387931 «Многофункциональный солнечный коллектор».
  6. Патент на изобретение № 2388974 «Солнечный коллектор»

Анализ эффективности конструктивных элементов солнечных коллекторов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 620.92:316.422

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СОЛНЕЧНЫХ

КОЛЛЕКТОРОВ

© 2011 г. Р.А. Амерханов, В.В. Бутузов

Кубанский государственный аграрный Kuban State Agrarian

университет University

Рассмотрены внутренние и внешние факторы, определяющие значение коэффициента полезного действия солнечных коллекторов. Произведен сравнительный анализ отечественных и зарубежных стандартов, используемых при производстве коллекторов. Представлен анализ исследований процессов теплообмена.

Ключевые слова: солнечный коллектор; конструкция; теплопоглощающее покрытие; прозрачная изоляция; коэффициент полезного действия.

Internal and external factors determining the significance of an efficiency index of solar collectors were considered. The comparative analysis of native and foreign standards used under production of collectors was made. The analysis of research of heat exchange processes was presented.

Keywords: solar collector; construction; heat-absorbing cover; transparent isolation; efficiency index.

В системах солнечного горячего водоснабжения получили применение, в основном, плоские жидкостные коллекторы. Такой коллектор состоит из прозрачной изоляции, поглощающей панели, теплоизолированного корпуса. Поток солнечного излучения проходит через прозрачную изоляцию и поглощается панелью. При этом часть излучения отражается от поверхности прозрачной изоляции, часть поглощается материалом изоляции и затем передается окружающему воздуху. Указанные потери оцениваются в 45 %. Полезная теплота, отводимая от теплопоглощающей панели, составляет около 50 %, потери тепла через теплоизоляцию в окружающую среду 5 % [1].

Всесоюзным государственным институтом патентной экспертизы выполнен ретроспективный анализ зарубежного опыта шести ведущих в области гелиотехники стран за период 1975—1986 гг. [2, 3]. В этих странах, в основном, завершено создание оптимизированных конструкций солнечных коллекторов. Наиболее интенсивно развивались разработки конструкций и покрытий теплопог-лощающих панелей, реализации движения теплоносителя. Для прозрачной изоляции наиболее активно совершенствовалась ее форма и вид селективного покрытия.

При анализе зарубежного опыта был применен метод экспертных оценок ведущих специалистов СССР. В результате исследований в каче-

стве приоритетного направления определено совершенствование теплопоглощающих покрытий.

По Н. В. Харченко [4] в идеальном солнечном коллекторе отсутствуют оптические потери, минимальны потери тепла, поглощающая способность его панели в коротковолновом диапазоне солнечного излучения равна единице, степень черноты в инфракрасной части спектра равна нулю, а пропускающая способность прозрачной изоляции — единице. Высокоэффективный солнечный коллектор должен иметь: высокий оптический КПД; максимально возможное отношение поглощающей способности в коротковолновом диапазоне к его излучательной способности в длинноволновом диапазоне; высокий коэффициент теплопроводности материала панели и низкую величину общего коэффициента тепловых потерь. Повышение эффективности солнечного коллектора может быть обеспечено применением селективных покрытий, использованием ячеистых структур, вакуумированием пространства между поглощающей панелью и прозрачной изоляцией, а также применением эффективной тепловой изоляции. Выбор оптимальных теплотехнических характеристик солнечного коллектора должен быть экономически обоснован, поскольку повышение КПД за счет указанных усовершенствований может привести к значительному удорожанию солнечного коллектора и сделать нецелесообразным его

использование. Для повышения эффективности плоских солнечных коллекторов необходимо принимать меры для снижения интенсивности теплообмена в газовом пространстве коллектора и интенсивности потерь тепла излучением.

Внутренние и внешние факторы, определяющие значение КПД солнечных коллекторов, представлены в работе [4]:

1) метеорологические параметры — интенсивность солнечной радиации, температура наружного воздуха, скорость ветра;

2) конструктивные характеристики — шаг и диаметр каналов для теплоносителя, расстояние между абсорбером и остеклением, расстояние между слоями остекления, толщина стекла, термическое сопротивление тепловой изоляции, толщина и коэффициент теплопроводности лучепог-лощающего листа, коэффициент теплопроводности прозрачной изоляции;

3) рабочие характеристики — удельный расход теплоносителя, температура теплоносителя на входе в солнечный коллектор, давление (разрежение) в пространстве между абсорбером и остеклением.

Из всех перечисленных параметров наиболее существенное влияние на величину КПД оказывает интенсивность солнечной радиации, температура наружного воздуха и теплоносителя на входе в коллектор, материал абсорбера, шаг труб, наличие вакуума в солнечном коллекторе. Значительное влияние на теплопроизводитель-ность солнечного коллектора оказывает также число слоев остекления, селективность лучепог-лощающей поверхности и коэффициент потерь тепла через нижнюю поверхность коллектора.

Одной из первых в СССР работ по методам расчета солнечных коллекторов была статья Б. В. Петухова [5]. Достаточно полный анализ исследований и разработки плоских солнечных коллекторов выполнен А. Д. Ушаковой [6]. Анализ параметров солнечного коллектора и их влияния на экономическую целесообразность гелиоустановок представлен в работе института «ВНИПИэнергопром» [7].

Анализ двухсот конструкций солнечных коллекторов, производимых фирмами Германии, выполнен в работах [8, 9]. При этом большинство рассмотренных коллекторов предназначено для горячего водоснабжения и выполнены с плоскими панелями.

Прозрачная изоляция солнечного коллектора — покрытие или система покрытий, расположенных над поглощающей панелью, прозрачных относительно солнечной энергии, предназначенных для снижения тепловых потерь в окружающую среду.

Стандарт России [10] устанавливает для прозрачной изоляции солнечного коллектора следующие

основные понятия: коэффициент тепловых потерь через прозрачную изоляцию; полный коэффициент тепловых потерь. Данным стандартом регламентированы следующие технические требования к прозрачной изоляции: число слоев не ограничивается, допускается выпуск солнечных коллекторов без прозрачной изоляции; конструкция должна предусматривать возможность ее замены; срок службы прозрачной изоляции не регламентирован; прозрачная изоляция должна быть выполнена из стекла или полимерных материалов, устойчивых к атмосферным и эксплуатационным воздействиям.

Материалы для прозрачной изоляции, используемые в качестве единственного наружного слоя или при двухслойном прозрачном покрытии должны сохранять свои свойства при температуре от —45 до +100 °С, а для внутреннего слоя прозрачной изоляции — от —45 до +150 °С.

Стандартом СССР [11], кроме перечисленных требований, дополнительно регламентировались значения произведения общего коэффициента тепловых потерь коллектора и коэффициента эффективности поглощающей панели при нулевой скорости ветра, Вт/(м2-°С), не более:

— для коллектора с одним слоем прозрачной изоляции и черным поглощающим покрытием — 5,8;

— одним слоем прозрачной изоляции и селективным поглощающим покрытием — 3,9;

— с двойным слоем прозрачной изоляции и черным поглощающим покрытием — 4,3.

Данным стандартом также регламентировалась минимальная пропускательная способность одного слоя прозрачной изоляции при падении солнечных лучей по нормали к поверхности — 0,85.

Стандарты ведущих в производстве солнечных коллекторов зарубежных стран содержат дополнительные требования к прозрачной изоляции. Так, стандарт Израиля [12] предписывает обеспечить соответствие материалов прозрачной изоляции национальным нормам. Толщина стекла при соотношении сторон коллектора 1—1,5 должна приниматься не менее 2,3 мм, при соотношении сторон свыше 1,5 — не менее 3,3 мм.

Н. В. Харченко сформулировал следующие требования к материалам прозрачной изоляции [13]:

— высокая пропускающая и низкая отражающая способности для коротковолновой части спектра;

— высокая отражающая способность для инфракрасного излучения;

— достаточная механическая прочность;

— физико-химическая стабильность под действием ультрафиолетового излучения.

Под руководством Б. В. Тарнижевского выполнена оценка свойств материалов прозрачного покрытия: стекла (оконного, упрочненного, органического), поликарбоната, пленки (полиэтиленовой, фтор-

содержащей) [14]. Исследованы следующие параметры: коэффициент пропускания; стойкость к высокой температуре, абразивному износу и радиационному старению; ударопрочность; конструктивная прочность; малая плотность и малая загрязняемость; хорошая очищаемость; срок службы, расход и стоимость материала на 1 м2 коллектора. Установлено, что наиболее полно удовлетворяют вышеперечисленным требованиям упрочненное стекло и поликарбонат. В ценах 1984 г. такое стекло в 4 раза, а поликарбонат в 27 раз дороже оконного стекла.

Аналитические методы описания процессов теплообмена при прохождении потока солнечного излучения через прозрачную изоляцию различаются используемой моделью. В основе одной из них лежат характеристики материалов изоляции, другой — потоки энергии. Согласно первой модели оптимальный КПД солнечного коллектора определяется соотношением количества солнечной энергии, поглощенной панелью и падающей на поверхность прозрачной изоляции коллектора. Такой подход характерен для исследований Московского инженерно-строительного института [15]. — температура теплопоглощающей панели и окружающего воздуха; Е — суммарная солнечная радиация в плоскости солнечного коллектора; #ШС— количество тепловой энергии, теряемой при прохождении солнечного излучения через прозрачную изоляцию; Кр о— коэффициент теплопередачи от теплопоглощающей панели к окружающему воздуху.

В работе Ю. Л. Мышко и др. приведены результаты оптимизации толщины воздушного зазора между прозрачным ограждением, теплопог-лощающей панелью и теплоизоляцией, установлена их взаимозависимость. При этом наименьшая толщина воздушного зазора 29 мм имеет место при использовании качественной теплоизоляции с X = 0,05 Вт/(м2-К) и неселективном покрытии (общая толщина коллектора 100 мм), а при использовании более качественной теплоизоляции — X = 0,03 Вт/(м2-К) наименьшая толщина воздушного зазора увеличивается до 35 мм при той же общей толщине коллектора. Расчеты показали, что температура наружного воздуха и теп-лопоглощающей панели практически не влияют на значение оптимальной величины воздушного

зазора. Для качественных коллекторов, соответствующих мировому уровню, при общей толщине коллектора 100—120 мм оптимальное значение воздушного зазора составляет 45—60 мм.

На основе второй модели А. Д. Ушаковой и др. [17] приводятся результаты сравнения эффективности использования в солнечных коллекторах одно- и двухслойного обычного стекла, селективных стекол, нанесения селективного покрытия на поверхность теплопоглощающей панели, вакуумированной изоляции. Анализ результатов решения системы дифференциальных уравнений позволил сделать авторам следующие выводы:

— в летнее время целесообразно использовать для нагрева воды до 50—60 °С плоские солнечные коллекторы с одним стеклом. В случае применения коллекторов с двумя стеклами дополнительные потери солнечной энергии во втором слое стекла больше, чем потери тепла в окружающую среду;

— использование селективных покрытий или вакуумной изоляции в солнечных коллекторах при невысоких температурах теплоносителя не улучшает их экономические показатели, а тепловые потери от теплопоглощающей панели снижаются всего на 10 %;

— применение в солнечных коллекторах двух и более конструктивных элементов с селективным покрытием (оба стекла с селективным покрытием, одно стекло и теплопоглощающая панель) не приводят к существенному повышению эффективности, при этом стоимостные показатели снижаются.

О. С. Попелем [18] указывается, что дополнительное остекление не приводит к существенному повышению теплопроизводительности коллекторов, оно сопряжено со значительным увеличением их стоимости. Э. В. Сарнацкий и С. А. Чистович взамен стекла рекомендуют применять полиметилметакрилат, превосходящий стекло по спектральным характеристикам [19]. Методика расчетов Дальневосточного НИИ по строительству [20] предусматривает использование обеих расчетных моделей. В работе НИИ санитарной техники и оборудования зданий и сооружений (Киев) [21] приведены результаты исследований тепловых потерь прозрачного покрытия солнечного коллектора. Авторами оспаривается утверждение в работах [22, 23] о несущественности этих потерь. Эффект влияния дополнительного слоя прозрачной изоляции возрастает при уменьшении температуры поверхности теплопоглощающей панели.

Таким образом, следует отметить, что при достаточно полном исследовании процессов теплообмена в прозрачном ограждении отсутствуют критерии оценки его стоимости.

Литература

1. Амерханов P.A., Бутузов В.А., Гаръкавый К.А. Вопросы теории и инновационны« решений при использовании гелиоэнергетических систем: монография. М., 2009. 504 с.

2. Состояние и перспективы развития техники и технологии в области радиотехники, технической физики, приборостроения и энергетики. Состояние и перспективы развития коллекторов солнечной энергии: отчёт о НИР (заключ.) / Всесоюз. науч.-иссл. ин-т. гос. патент. экспер. 1В. 517; № ГР 01880038047. М., 1989. 75 с.

3. Смирнова А. Н. Плоские солнечные коллекторы (Анализ патентного фонда) // Гелиотехника. 1990. № 6. С. 1417.

4. Харченко Н. В. Системный подход к разработке гелиотеплонасосных систем теплоснабжения. Киев, 1987. 158 с. Рук. деп. в «Информэнерго» 01.03.88, № 2639ЭН.

5. Петухов Б. В. Методы расчёта солнечных водонагревателей // Использование солнечной энергии: сб. тр. АН СССР. 1957. № 1. С. 177-210.

6. Ушакова А. Д. Разработка, создание и исследование плоских солнечный коллекторов и систем теп-лохладоснабжения на их основе для включения в энергобаланс южный регионов страны : дис. … д-ра техн. наук: 05. 14. 05. Ашхабад, 1988. 460 с.

7. Провести научно-исследовательские работы по обоснованию технических параметров и экономической целесообразности создания схем теплоснабжения на основе теплонасосной установки с использованием тепла морской воды и солнечной энергии: отчёт о НИР / Всесоюз. гос. науч.- иссл. и проек.-констр. инт. № ГР 01860040297. М., 1986. 83 с.

8. Remmers KarlHeinz. Thermischekollectoren // HLH: Heizung, Luftung . Klima: Haustechnik, 2001. № 3. S. 91-100.

9. Mayer JensPeter. Kleiner guckt in die Rühre // Sonne, Wind und W ä rme. 2001. № 8. S. 24-29.

10. ГОСТ Р 515952000. Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Общие технические условия. М., 2000. 6 с.

11. ГОСТ 2831089. Коллекторы солнечные. Общие технические условия. М., 1990. 16 с.

12. SI 579. 4.1. Стандарт Израиля. Солнечные водонагреватели: плоские коллекторы / Ин—т станд. Тель-Авив, 1990. 15 с.

13. Харченко Н. В. Системный подход к разработке гелиотеплонасосных систем теплоснабжения. Киев, 1987.

158 с. Рукописы деп. в «Информэнерго» 01.03.88, № 2639ЭН.

14. Абуев И.М., Тарнижевский Б.В. Выбор материалов для солнечный коллекторов // Гелиотехника. 1990. № 5. С. 12-17.

15. Исследоваты исполызование солнечной энергии для отопления, охлаждения и горячего водоснабжения селыскохозяйственных зданий и хранения селы-хозпродуктов: отчёт о НИР / Моск. инж.-стр. ин-т; рук.

B. Н. Богословский. № ГР 018400614; инв. № 02850034743.

16. Разработка научный основ и исследование приёма, концентрации и преобразования солнечной энергии с выгсокоэффективныгх солнечных энергетических и тепловыгх установок. Исследования и разработка методов расчёта теплоснабжения жилых зданий, основанный на комбинированном исполызова-нии солнечной энергии и нетрадиционных источников энергии: отчёт о НИР (заключ.) / Физ.-хим. ин-т. им.

C. В. Стародубцева Акад. наук УзССР; рук. Г. А. Умаров. № ГР 81089265; инв. № 0286. 0034828. Ташкент. 112 с.

17. Создаты и освоиты опыггное производство солнечных коллекторов, аккумуляторов тепла и солнечный испарителынык кондиционеров для систем солнечного теплохладоснабжения. Этап И1а. Разработать новые типы солнечный коллекторов: отчёт о НИР (промежут.) / Науч. произв. объед. «Солнце» Акад. наук Туркм. ССР; рук. А. Д. Ушакова. № ГР 01860103724. Ашхабад, 1986. 95 с.

18. Попелъ О. С., Фрид С. Е. Солнечные водонагреватели. Возможности исполызования в климатических условиях средней полосы России // Теплоэнергетика. 2001. № 7. С. 44-47.

19. Системы солнечного тепло- и хладоснабжения / под ред. Э.В. Сарнацкого и СА Чистовича. М., 1990. 217 с.

20. Исследоваты теплопоступления солнечной радиации и разработаты рекомендации по выбору раци-оналыных типов гелиоустановок для целей горячего водоснабжения и отопления в Приморском крае: отчёт о НИР (заключит.) / Далыневост. НИИ по стро-ителыству; рук. В. П. Рудаков. № ГР 01. 83. 0041142; инв. № 0286. 0008090. Владивосток, 1985. 112 с.

21. Мойсеенко В.В., Смирнов С.В. Численное исследование тепловых потеры солнечного коллектора при поглощении излучения прозрачным покрытием // Гелиотехника. 1990. № 3. С. 79.

22. Даффи Дж., Бекман У. А. Тепловые процессы с исполызованием солнечной энергии. М., 1977. 420 с.

23. Авезов Р. Р., Орлов А. Ю. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. Ташкент, 1988. 288 с.

Поступила в редакцию 15 ноября 2010 г.

Амерханов Роберт Александрович — д-р техн. наук, профессор, Кубанский государственный аграрный университет. Тел. (861) 221-58-54. E-mail: [email protected]

Бутузов Виталий Витальевич — аспирант, Кубанский государственный аграрный университет. Тел. (861) 221-58-54. E-mail: [email protected]

Amerkhanov Robert Aleksandrovich — Doctor of Technical Sciences, professor, Kuban State Agrarian University. Tel. (861) 221-58-54. E-mail: [email protected]

Butuzov Vitaliy Vitalevich — post-graduate student, Kuban State Agrarian University. Tel. (861) 221-58-54. E-mail: [email protected]

Сферический солнечный коллектор всегда смотрит на солнце

Источник: http://alternativenergy.ru/solnechnaya-energetika/990-sfericheskiy-solnechnyy-kollektor.html

В настоящее время в мировой практике для преобразования возобновляемой лучистой солнечной энергии широко используют гелиотехнические устройства. В частности, это солнечные коллекторы, которые непосредственно преобразуют лучистую энергию солнца в тепловую, пригодную для практического использования, чаще всего для горячего водоснабжения.

Как правило, они представляют собой плоские трубчатые коллекторы, которые устанавливают стационарно и ориентируют воспринимающую поверхность к югу с уклоном к горизонту, и угол его наклона зависит от широты данной местности. В связи с сезонным изменением траектории прохождения солнца по небосклону этот угол корректируют: летом уменьшают на 5–10°, в зимний период примерно на эту же величину увеличивают.

Принципиальным недостатком всех существующих конструкций плоских солнечных коллекторов является необходимость иметь в их составе специальные механизмы, следящие за траекторией движения солнца как по высоте, так и по углу азимута в течение всего светового дня от восхода до захода. В идеальном случае плоский трубчатый солнечный коллектор, в буквальном смысле как подсолнух, должен следовать за солнцем, сохраняя оптимальное положение в течение всего дня. Применение такого солнечного коллектора, в котором происходит совмещение взаимодействия автоматического устройства суточного и годового слежения за солнцем и часового механизма с корректирующими устройствами, действительно даёт возможность реализовать его оптимальную ориентацию и вследствие этого получить максимальную тепловую энергию.

Однако такие механизмы, кроме того, что они кинематически чрезвычайно сложны, требуют для их привода в действие подвода дополнительной энергии. Поэтому подвижные плоские солнечные коллекторы, следящие за траекторией солнца, вследствие высокой стоимости и громоздкости не получили широкого практического применения, и в настоящее время используются, в основном, только стационарные коллекторы.

Целью данной работы является определение количества солнечной энергии, воспринимаемой сферическими солнечными коллекторами, их ориентация относительно горизонта.

В Институте проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины разработана и запатентована серия принципиально новых по геометрической форме объёмных солнечных коллекторов. С целью снижения теплопотерь и повышения энергоэффективности разработана оптимальная конструкция сферического солнечного коллектора, представленная на рисунке 1.

Рис. 1. Конструкция сферического солнечного коллектора

Коллектор содержит теплоприёмник 1, который выполнен из навитой по сферической винтовой линии единой металлической трубки. Теплоприёмник 1 размещён внутри вакуумированной стеклянной сферы 2, состоящей из двух полусфер, герметично установленных в профильной прокладке 3 из вакуумной резины.

Внутри профильной прокладки 3 встроено вогнутое наружу сферическое зеркало 5 радиусом R, равным радиусу внутренней сферы теплоприёмника в виде шарового пояса высотой, равной высоте профильной прокладки.

Подводной и отводной патрубки теплоприёмника 1 герметично уплотнены во втулках 4 и также выполнены из вакуумной резины. Из внутренней полости сферы 2 откачан воздух со степенью вакуума, обычно достигаемой в промышленности. Сфера 2 с размещённым внутри теплоприёмником 1, профильной прокладкой 3 и втулками 4 установлена в двуплечном кронштейне 6.

Сферический солнечный коллектор функционирует следующим образом. На вход в подводящий патрубок теплоприёмника 1 подаётся холодный теплоноситель (например, техническая вода), который двигается по винтовой линии единой металлической трубки. Во время движения теплоноситель постоянно нагревается лучистой солнечной энергией, воздействующей через прозрачную сферу 2 на трубчатый теплоприёмник 1. При этом солнечные лучи от восхода до захода солнца постоянно воздействуют на половину наружной сферической поверхности теплоприёмника 1, а также проникают через промежутки между витками теплоприёмника и нагревают половину противоположных внутренних тыльных поверхностей трубных витков теплоприёмника 1.

Кроме того, солнечные лучи в течение всего светового дня, проникая между витками теплоприёмника 1, постоянно воздействуют на различные участки вогнутого наружу сферического зеркала 5. При этом они отражаются в направлении внутренних затенённых участков витков теплоприёмника 1, на внешнюю поверхность которых в данный момент эти лучи направлены.

После прохождения по винтовой линии теплоприёмника 1 горячий теплоноситель поступает на выход в отводящий патрубок (направление движения теплоносителя показано стрелками на рисунке 1) и затем направляется для дальнейшего потребления (бак-аккумулятор, отопление, горячее водоснабжение и т. п.). Вакуум в прозрачной сфере практически полностью исключает теплопотери в теплоприёмнике 1.

Необходимо отметить ряд преимуществ геометрии сферических солнечных коллекторов по сравнению с геометрией плоских. Сравнение проводилось при одинаковых общей длине и диаметре металлической трубки коллекторов.

Как правило, плоские солнечные коллекторы выполняются в виде отдельных вакуумированных стеклянных трубок, концентрически надетых и закреплённых на металлических трубках. Трубки одним концом входят в приёмный патрубок, другим – в выходной патрубок. В сферическом коллекторе вакуумируется стеклянная оболочка, состоящая из двух полусфер, внутри которых расположен сферический теплоприемник, выполненный из единой трубки.

Поскольку кривизна стеклянной сферы в десятки раз меньше кривизны стеклянных трубок, это снижает отражательную и повышает пропускательную способность сферы при воздействии солнечных лучей.

Сферическая форма не требует использования каких-либо дополнительных механизмов, чтобы следовать за движением солнца. Благодаря такой форме коллектор постоянно «следит» за ним, т. е. фактически одинаково воспринимает лучистую энергию солнца, когда оно проходит по небосводу на разной высоте и под разными углами азимута.

В сферическом коллекторе благодаря единому трубопроводу, выполненному в виде сферической винтовой линии, за счёт снижения местных сопротивлений и отсутствия входного и выходного патрубков гидравлическое сопротивление в 1,4–1,6 раза меньше, чем у плоского, выполненного в виде отдельных трубок.

Вес сферического коллектора в среднем в 2,5–3 раз меньше плоского. Площадь под установку сферического коллектора в среднем в 1,5–2,5 раз меньше, чем требуется площадь под монтаж плоского коллектора.

Расчёт количества солнечной энергии, воспринимаемой сферическим солнечным коллектором в течение одного дня, сводится к вычислению следующего интеграла:

Поверхность Г(t) представляет собой освещённую часть внешней поверхности трубки коллектора в момент времени t, так как в каждый момент времени данная поверхность сама себя затеняет от солнца. Интенсивность солнца I зависит от его высоты hs и представляет полную энергию, поступающую в единицу времени на единицу поверхности, обращённую непосредственно к солнцу.

На рисунке 2 представлена линейная аппроксимация зависимости интенсивности солнца от его высоты hs.

Рис. 2. Зависимость солнечной интенсивности от высоты солнца

Поскольку высота солнца зависит от времени суток и от дня в году, то отсюда получаем зависимость I(t) для каждого дня. В формуле (1) величина I(t)cosi – интенсивность солнечного излучения, падающего на горизонтальную поверхность под углом i к нормали в определённой точке этой поверхности. Значение угла i также зависит от времени.

Чтобы оптимально ориентировать сферический солнечный коллектор, необходимо произвести сравнение общего количества полученной им энергии для различных его положений относительно горизонта. Количество солнечной энергии, воспринимаемое коллектором за весь год, можно записать как:

где Q(d) вычисляется по формуле (1).

Ориентацию солнечного коллектора относительно горизонта будем определять величиной угла наклона α вертикальной оси коллектора к горизонту. Начало отсчёта этого угла α производится от северного направления (α = 0°) и заканчивается южным (α = 180°).

В результате вычисления интеграла (1) для различных значений d получим усреднённую по всем дням года величину площади освещённой части поверхности сферического коллектора. Её значение можно записать как S = B(α)⋅2πr0L, где B(α) – коэффициент, значение которого зависит от ориентации солнечного коллектора; r0 – внешний радиус трубки; L – её длина.

Если функцию Icosi усреднить по пространству и времени за один день величиной IC(d), то тогда интеграл (1) приближённо можно представить в следующем виде:

Ниже для двух отрезков изменения аргумента d функция IC(d) представлена в виде приближения полиномами четвёртой степени для следующих значений: внешнего радиуса трубки r0 = 0,006 м, радиуса сферы 0,15 м, количества витков 10, α = 90° и для географической широты местности (г. Харьков) ϕ = 50°

Таким образом, формула (3) с учётом приведенной полиномиальной аппроксимации подынтегральной функции даёт возможность вычислять количество энергии, принятой солнечным коллектором в течение определённого дня года. Вычислив сумму (2), имеем количество тепла, получаемого коллектором за год при вертикальной ориентации оси коллектора:

На рисунке 3 представлена зависимость количества тепловой энергии, накопленной солнечным коллектором за год, от угла наклона α. Расчёт проведен согласно формуле (2) с учётом аналогичной аппроксимации (3) для различных значений α.

Рис. 3. Зависимость количества солнечной энергии, накопленной сферическим коллектором за год,
в зависимости от угла наклона α

Для возможности практического использования полученных результатов приведём приближённые выражения для величины Qα:

Оптимальное значение угла наклона сферического солнечного коллектора составляет αopt ≈ 135°, а приближение (4) даёт значение 133,97°.

В итоге определён оптимальный угол наклона сферического солнечного коллектора в зависимости от широты местности, на которой он установлен. Именно при таком угле наклона коллектора будет получено максимальное количество накопленной за год солнечной энергии.

А. И. Ценципер, О. Костиков, Н. А. Сафонов, Я. Н. Буштец
«Пробл. машиностроения», 2015, Т. 18, № 3

Как работают солнечные коллекторы с вакуумной трубкой?

Введение в вакуумный трубчатый коллектор


Вакуумный или вакуумный трубчатый коллектор состоит из ряда рядов параллельных прозрачных стеклянных трубок, подключенных к коллекторной трубе, где теплоноситель (обычно 50% пропиленгликоля) циркулирует и поглощает выделяемое тепло трубками. Эти стеклянные трубки имеют цилиндрическую форму. Следовательно, угол падения солнечного света всегда перпендикулярен теплопоглощающим трубкам, что позволяет этим коллекторам хорошо работать даже при слабом солнечном свете, например, когда он рано утром или поздно днем, или когда он затенен облаками.
Вакуумные трубчатые коллекторы особенно полезны в регионах с холодной, пасмурной и зимней погодой (большая часть Канады и северная часть США).

Так как же работают солнечные вакуумные трубчатые коллекторы?

Вакуумные трубчатые коллекторы состоят из одного или нескольких рядов параллельных прозрачных стеклянных трубок, поддерживаемых на раме. Каждая отдельная трубка имеет диаметр от 1 дюйма (25 мм) до 3 дюймов (75 мм) и от 5 футов (1500 мм) до 8 футов (2400 мм) в длину в зависимости от производителя.Каждая трубка состоит из толстой стеклянной внешней трубки и более тонкой внутренней стеклянной трубки (называемой «двойной стеклянной трубкой») или «трубки термоса», которая покрыта специальным покрытием, поглощающим солнечную энергию, но препятствующим потерям тепла. Трубки изготовлены из боросиликатного или натриево-кальциевого стекла, которое является прочным, устойчивым к высоким температурам и имеет высокий коэффициент пропускания солнечного излучения.

Внутри каждой стеклянной трубки плоское или изогнутое алюминиевое или медное ребро прикреплено к металлической тепловой трубке, проходящей через внутреннюю трубку.Ребро покрыто селективным покрытием, которое передает тепло жидкости, циркулирующей по трубе. Эта герметичная медная тепловая трубка передает солнечное тепло посредством конвекции своего внутреннего теплоносителя к «горячей лампе», которая косвенно нагревает медный коллектор в напорном баке.

Все эти медные трубы подключены к общему коллектору, который затем подключается к резервуару для хранения, таким образом нагревая горячую воду в течение дня. После этого горячую воду можно использовать ночью или на следующий день благодаря изоляционным свойствам бака.

Изоляционные свойства вакуума настолько хороши, что, хотя температура внутренней трубки может достигать 150 ° C, внешняя трубка холоднее на ощупь. Это означает, что водонагреватели с вакуумными трубами могут работать хорошо и могут нагревать воду до довольно высоких температур даже в холодную погоду, когда плоские пластинчатые коллекторы плохо работают из-за потерь тепла.

Однако недостатком является то, что они могут быть намного дороже по сравнению со стандартными коллекторами с плоскими пластинами. Солнечные коллекторы с вакуумированными трубками хорошо подходят для коммерческого и промышленного нагрева горячей воды и могут быть эффективной альтернативой плоским коллекторам для отопления жилых помещений, особенно в районах, где часто бывает облачно.

Вакуумные трубчатые коллекторы в целом более современные и более эффективные по сравнению со стандартными плоскими коллекторами, поскольку они могут отводить тепло из воздуха во влажные пасмурные дни и не нуждаются в прямом солнечном свете для работы.

Из-за вакуума внутри стеклянной трубки общая эффективность во всех областях выше, и производительность лучше, даже когда солнце находится под неоптимальным углом. Для этих типов солнечных панелей для горячей воды действительно важна конфигурация вакуумной трубки.Существует несколько различных конфигураций вакуумных трубок, одностенных, двустенных, прямоточных или тепловых трубок, и эти различия могут определять, как жидкость циркулирует вокруг солнечной панели для горячего водоснабжения.

Что такое солнечный коллектор? Почему это важно? Обзор и типы

Солнечные коллекторы — это устройства, которые собирают солнечное излучение и используют его для выработки тепла для приготовления пищи, нагрева воды или выработки электроэнергии. Солнечные коллекторы не новы — они использовались с 18 -го -го века как солнечные печи и с 19 -го века для выработки пара и электричества.

Типы солнечных коллекторов

Солнечный коллектор может стоить миллиарды долларов, чтобы доставить электричество в целые города, или менее 100 долларов, чтобы взять с собой в поход. Но физика, лежащая в основе технологии, более или менее такая же.

Солнечные печи

Женщины в Кении пекут торты на солнечной печи.

Джонатан Торговник / Getty Images

До появления фотоэлементов для преобразования солнечной энергии света (фотонов) непосредственно в электричество (вольты) солнечные коллекторы поглощали тепло для приготовления пищи.В 1767 году женевский натуралист и физик Гораций де Соссюр создал солнечную печь, которая подняла температуру до 230 градусов по Фаренгейту (110 градусов по Цельсию). Солнечные печи до сих пор используются во всем мире как практический способ приготовления пищи без электричества или сгорания.

Древесина и другое биотопливо, такое как торф, по-прежнему являются основными источниками топлива для приготовления пищи почти для половины населения мира. Замена дров на солнечные печи может помочь предотвратить вырубку лесов: по данным Solar Cookers International, одна солнечная плита предотвращает заготовку тонны древесины в год.Приготовление пищи с использованием солнечного тепла также снижает выбросы углерода от сжигания древесины и снижает загрязнение воздуха в помещении.

Водонагреватели

весна78 / Getty Images

Солнечные водонагреватели часто представляют собой небольшие черные панели, установленные на крыше. Панели могут быть ошибочно приняты за фотоэлектрические солнечные панели, но дома обычно нуждаются только в одной или двух панелях для обслуживания водонагревателя.

Солнечные коллекторы также могут быть сконфигурированы как серия черных коллекторных трубок, которые в целом действуют одинаково: и панели, и трубки имеют теплопоглощающие материалы, которые проводят тепло к водопроводу.Часто, как на фото здесь, водонагреватель крепится к панелям на крыше, чтобы уменьшить теплопотери и увеличить давление воды. Солнечные водонагреватели также можно использовать для обогрева бассейнов.

В коммерческом плане солнечные водонагреватели используются с тех пор, как Кларенс Кемп представил Climax в 1891 году. Вскоре они стали популярными, особенно в солнечном климате, таком как Калифорния и Флорида, но промышленность была парализована коммунальными предприятиями, которые стимулировали клиентов переходить на газовые и электрические водонагреватели. .

Повторное внедрение солнечных водонагревателей может бороться с изменением климата. В зависимости от климатической зоны солнечные водонагреватели, по оценкам, могут удовлетворить более 80% годовой потребности региона в горячей воде и сократить выбросы парниковых газов от нагрева воды более чем на 90%.

Производство электроэнергии в жилищном секторе

Небольшие коллекторы, доступные в бытовом масштабе, включают параболические солнечные коллекторы, которые имеют форму большой спутниковой тарелки, но содержат зеркала, а не антенны.Они вырабатывают электричество, направляя солнечный свет на двигатель Стирлинга. В отличие от двигателя внутреннего сгорания или тепловой электростанции, такой как ядерная установка или установка на ископаемом топливе, двигатель Стирлинга не выделяет парниковые газы и не выделяет пар, поэтому при производстве электроэнергии теряется мало воды. Благодаря небольшому количеству движущихся частей и отсутствию выбросов, их можно безопасно использовать на заднем дворе или на крыше.

ser_igor / Getty Images

Помимо прямой выгоды от сокращения выбросов, распределенные энергоресурсы, такие как местные солнечные коллекторы, могут помочь снизить общие системные затраты на производство и распределение электроэнергии.Поскольку солнечные коллекторы находятся близко к источнику спроса на электроэнергию, затраты на передачу электроэнергии потребителям минимальны или отсутствуют. Домовладельцы могут наслаждаться энергонезависимостью, хранить собственное электричество, чтобы свет оставался включенным даже во время перебоев в подаче электроэнергии, и уменьшают потребность коммунальных предприятий в строительстве новых линий электропередачи для подачи энергии с удаленных электростанций.

Что такое распределенные энергетические ресурсы?

Распределенные энергоресурсы (DER) децентрализованы, обычно меньше по размеру, управляются локально и ближе к потребителям по сравнению с обычными электростанциями.DER включают солнечную энергию в жилых и общественных помещениях, малую гидроэлектростанцию, биомассу и геотермальную энергию.

Солнечные коллекторы коммунального назначения

Солнечная электрическая генерирующая система Ivanpah.

Стив Прол / Getty Images

В самом большом масштабе солнечные коллекторы используются на электростанциях концентрированной солнечной энергии (CSP) для производства сотен мегаватт электроэнергии. Они используют большое количество зеркал, чтобы направлять солнечный свет на центральную башню с солнечными коллекторами, тем самым выделяя огромное количество тепла.Тепло производит пар для вращения турбины и создает электричество. В замкнутом контуре почти вся вода, используемая для производства пара, охлаждается, улавливается и повторно используется.

Крупномасштабные проекты, такие как комплекс солнечной электростанции Ivanpah в пустыне Мохаве, имели переменный успех, а разработка новых проектов в Соединенных Штатах прекратилась. Во время веерных отключений электроэнергии в Калифорнии в 2020 году комплекс Иванпа не смог работать на полную мощность. И хотя заводы CSP обещают обеспечивать чистую возобновляемую электроэнергию при полной работе, Ivanpah по-прежнему требует, чтобы сжигание природного газа увеличивалось каждое утро.Во всем мире проектов CSP было немного.

Неиспользованный ресурс

Солнце является источником почти всей жизни на Земле, но пропорционально оно остается самым малоизученным природным ресурсом, который мы можем использовать для подпитки современной цивилизации. По сравнению с фотоэлектрическими солнечными панелями, солнечные коллекторы представляют собой относительно недорогие и низкотехнологичные способы использования этой энергии. Любой, кто когда-либо зажигал что-то в огне, просто используя солнечный свет и увеличительное стекло, знает о силе, которой обладает этот неиспользованный ресурс.

3 Примеры солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы — это устройства, улавливающие солнечное тепло для выполнения задач, в отличие от фотоэлектрических панелей, которые используют солнечный свет. Одним из распространенных способов использования солнечных коллекторов является обеспечение горячей водой жилых домов, но они также могут обеспечивать теплый воздух для отопления дома или даже перегревать материалы для выработки электроэнергии. Хотя существует множество различных конструкций солнечных коллекторов, они делятся на три большие категории.

Плоские коллекторы

Плоские солнечные коллекторы представляют собой простейшие типы, состоящие из прямоугольной коробки со стеклянной крышкой и теплопоглощающего нижнего слоя.Солнечный свет проходит через стекло, нагревая интерьер, а ряд труб или каналов позволяет воде или воздуху проходить через устройство и поглощать окружающее тепло. Неглазурованные плоские коллекторы исключают стекло и герметичную коробку и просто полагаются на солнечное тепло, нагревая сами трубы. Другой вариант — установленный на крыше резервуар для воды, окрашенный для поглощения солнечного тепла. Эти типы коллекторов лучше всего подходят для теплого климата, поскольку даже версия с закрытой коробкой позволяет накопленному теплу легко уходить в холодный воздух.

Вакуумные трубчатые коллекторы

Для более холодного климата или приложений, требующих более высоких температур воды, вакуумная трубная система обеспечивает лучшую изоляцию. В этих коллекторах каждая труба проходит через герметичную стеклянную трубку без воздуха внутри. Это позволяет трубе функционировать как термос, сводя к минимуму передачу тепла от внутренней обогреваемой трубы к внешней среде. Вакуумные трубчатые коллекторы могут поддерживать температуру воды более чем на 50 градусов по Цельсию (122 градуса по Фаренгейту) выше температуры окружающей среды.

Солнечные концентраторы

Если вам нужна система, которая может постоянно обеспечивать очень горячую воду, лучше всего подойдет солнечный концентратор. В концентраторах используются зеркала для отражения и концентрации солнечной энергии на водопроводных трубах, что значительно увеличивает температуру воды внутри. Поскольку зеркала в солнечных концентраторах изгибаются, чтобы фокусировать солнечные лучи, они работают лучше всего, когда они направлены прямо на солнце, и часто включают системы слежения, чтобы следовать за солнцем по небу для максимальной экспозиции.Солнечные концентраторы распространены на крупных солнечных электростанциях, которые содержат большие поля зеркал в форме желобов, нагревающих сеть водопроводных труб для создания пара. Этот пар приводит в движение турбину, вырабатывая электричество.

Solar Towers

Одним из вариантов конструкции солнечного концентратора является солнечная башня. Вместо поля концентраторов, каждый из которых нагревает участок сети водопроводных труб, система солнечной башни использует поле зеркал, все фокусирующие свою энергию на одной центральной башне.Это повышает температуру в точке фокусировки настолько, что вместо воды в башне может содержаться твердое вещество, такое как соль, которая расплавляется под действием сильного тепла. Водяные трубы проходят через конструкцию, поглощая тепло от расплавленного вещества, а подаваемый пар приводит в действие турбину для выработки электроэнергии. Системы с расплавленной солью имеют значительное преимущество перед традиционными солнечными концентраторами, потому что соль остается достаточно горячей для образования пара еще долгое время после захода солнца. Это может позволить солнечной электростанции вырабатывать электричество 24 часа в сутки, а не бездействовать ночью.

Поглотители солнечных коллекторов | Солнечный луч солнечной

Некоторые советы и преимущества при замене пластины амортизатора

С заменой пластины вы получите солнечный коллектор, который будет как новый за небольшую часть стоимости нового коллектора.

Поглотители солнечных лучей

изготавливаются по размеру, чтобы соответствовать любой коробке коллектора. (См. Форму заказа на замеры поглотителя)

Поглотители солнечного излучения можно заменить прямо на крыше, не нарушая токовые крепления солнечного коллектора.(См. Установку абсорбера)

Поглотители солнечных лучей

легкие и поэтому легко поднимаются на крышу.

Ваши поврежденные поглотители имеют приличную стоимость для утилизации в ближайшем центре утилизации.

Все продукты Sun Ray Solar тщательно собираются вручную и проходят проверку качества.

Особенности:

Поглотители солнечных лучей

состоят из множества наших уникальных трубчатых ребер, сформированных в рулонах; конструкция, которая делает наши абсорбирующие пластины уникальными. (См. Ребристые трубы)

Поглотители солнечных лучей

доступны в любом исполнении из меди (медные поглощающие ребра с медными трубками) или медно-алюминиевых (алюминиевые поглощающие ребра с медными трубками).

Ребристые трубки шириной 4 ¼ дюйма припаяны к медным коллекторам ¾, 1, 1 ¼ или 1 ½ дюйма.

Материал медно-алюминиевого абсорбера покрыт профессиональными металлическими финишерами. Металл протравлен, вымыт, покрыт хромом, окрашен прочным модифицированным черным полиэстером, поглощающим солнечные лучи, и запечен в печи для повышения эффективности, долговечности и превосходного внешнего вида.

Вес пластин амортизатора составляет 1 фунт на кв. / Фут. для полностью медной пластины или 0,60 фунта на кв. / фут для медно-алюминиевых пластин.

Поглотители способны выдерживать температуру стагнации 300 ° F.и каждый абсорбер испытывается давлением 160 фунтов на квадратный дюйм.

Нормальное рабочее давление до 80 P.S.I.

Рекомендуемый расход для систем водяного отопления: 0,05 +/- 0,01 гал / мин / кв. / Фут. Скорость потока пробы (абсорбер 3 x 8 футов = 1,0 галлона в минуту) (абсорбер 4 x 10 футов = 2,0 галлона в минуту)

Рекомендуемый расход для нагревательных панелей бассейна: 0,07 +/- 0,01 гал / мин / кв. / Фут. Скорость потока пробы (панели бассейна 10-4 футов 10 футов = 28,0 галлона в минуту)

Sun Ray готов предоставить вам амортизирующие пластины или панели для бассейнов, изготовленные по вашим конкретным размерам.

Чтобы заказать: Просто позвоните или отправьте по факсу размеры поглотителя (форма заказа поглотителя), и ваш заказ будет готов к отправке или доставке в течение 24-48 часов.

Поглотители солнечных лучей

упаковываются и отправляются с нашего завода напрямую на любую рабочую площадку в США в неограниченном количестве.

Солнечные коллекторы, накопители энергии и материалы

Сводка

«Солнечные коллекторы, накопители энергии и материалы» охватывает материалы и основные компоненты, необходимые для систем солнечной тепловой энергии.Используя тепловые характеристики и долговечность в качестве основных критериев, двадцать шесть глав уделяют особое внимание моделированию и оценке устройств, а не их применению или стоимости. Каждая часть начинается с обзора и заканчивается оценкой текущих проблем и возможностей. Авторы тщательно документировали неудачи, а также успехи в исследовании материалов. Это пятый том из серии, в которой обобщены результаты интенсивных исследований и разработок технологий преобразования солнечной тепловой энергии с 1975 по 1986 год.

Содержание Солнечные коллекторы • Концепции и конструкции коллекторов • Оптическая теория и моделирование солнечных коллекторов • Тепловая теория и моделирование солнечных коллекторов • Испытания и оценка стационарных коллекторов • Испытания и оценка следящих коллекторов • Оптические исследования и разработки • Тепловые коллекторы Исследования и разработки • Инженерные исследования и разработки в области коллекторов • Исследования и разработки солнечных прудов • Надежность и долговечность солнечных коллекторов • Ухудшение состояния окружающей среды дешевых солнечных коллекторов • Накопление энергии для солнечных систем • Концепции и дизайн накопителей • Аналитическое и численное моделирование термического преобразования Системы • Тестирование и оценка систем хранения тепловой энергии • Исследования и разработки в области хранения • Материалы для солнечных технологий • Материалы для концепций и конструкций солнечных коллекторов • Теория и моделирование солнечных материалов • Тестирование и оценка солнечных материалов • Испытания и оценка воздействия на воздействие ce Деградация • Исследования и разработки солнечных материалов.

Твердый переплет
Из печати ISBN: 9780262041041 1098 с. | 6,3 дюйма x 9,1 дюйма

Редакторы

Фрэнсис де Винтер
Фрэнсис де Винтер — президент Altas Corporation, Санта-Крус, Калифорния, и член Консультативного комитета по энергетике Санта-Крус.

Новый гибридный солнечный коллектор производит как электроэнергию, так и горячую воду

Solimpeks Corp.Компания по производству солнечной энергии, базирующаяся в Каратае, Турция, выпустила гибридный солнечный коллектор Volther, способный одновременно производить электричество и горячую воду.

Гибридные модули позволяют поглощать дополнительное тепло модуля для производства горячей воды, тем самым оптимизируя эффективность. Компания объясняет, что исторически основным недостатком многих обычных фотоэлектрических систем была высокая начальная стоимость, а также ограниченная мощность на выходе по сравнению с солнечной. Эта гибридная система солнечных коллекторов Volther позволяет улавливать избыточное тепло.

Речь идет о двух системах, которые в настоящее время улавливают энергию солнца. Во-первых, это солнечный коллектор, который производит горячую воду за счет энергии солнца. Во-вторых, это фотоэлектрические модули, которые преобразуют солнечный свет в электричество. В обеих системах используется черная или темная поверхность, которая смотрит на солнце. Эта черная поверхность поглощает солнечную энергию и нагревает солнечные коллекторы. Однако, когда фотоэлектрические модули нагреваются, их способность вырабатывать электроэнергию снижается примерно на 0.5% за каждый Кельвин. Таким образом, повышение температуры фотоэлектрического модуля на 10 градусов означает потерю около 5% электроэнергии.

Для решения этой проблемы ученые работали разными методами. Наиболее перспективным из них является «охлаждение фотоэлементов жидкостью». В PV-T, который представляет собой гибридный фотоэлектрический и тепловой коллектор, производство электроэнергии и горячей воды осуществляется одновременно. Тепло фотоэлектрического модуля поглощается для производства горячей воды, так что эффективность фотоэлектрического модуля может быть оптимизирована, поскольку тепло передается жидкости для производства горячей воды.

Гибридные коллекторы

PV-T обладают следующими преимуществами:

  • Они увеличили производительность фотоэлектрического модуля по выработке электроэнергии.
  • Гибридные фотоэлектрические системы покрывают области, в которых производятся электрическая и тепловая энергия, при этом половина этой области использует фотоэлектрические модули, оставшаяся половина является тепловой.
  • Установка рядом друг с другом тепловых коллекторов и фотоэлектрических модулей может создать проблемы с точки зрения доступности и использования, а также вызвать визуальное загрязнение. Благодаря модулям PV-T электричество и горячая вода в одном помещении позволяют сэкономить место и уменьшить загрязнение окружающей среды.

Следовательно, системы PV-T могут снижать температуру фотоэлементов, что приводит к увеличению срока службы и эффективности. Расчеты, проведенные несколькими учеными, организациями и университетами, показывают, что для нормального семейного дома в северной Европе, чтобы вырабатывать всю свою энергию в течение всего года, требуется всего 25 квадратных метров PV-T коллекторов.

Плоские солнечные коллекторы, Плоские солнечные тепловые коллекторы

ONS-P-FC Плоский солнечный коллектор

Плоский солнечный тепловой коллектор

Плоский коллектор имеет преимущества простой конструкции, надежной работы.и низкая плотность теплового потока. Это означает, что носитель также имеет низкую температуру, он более надежен.
Плоский коллектор — это устройство для поглощения солнечного света и передачи тепла средам. Это специальное теплообменное оборудование. Мейда в коллекторе для обмена теплом с дальним солнцем. Плоский коллектор
состоит из поглощающей сердцевины, оболочки, прозрачной крышки, материала для сохранения тепла и некоторых сопутствующих компонентов. В качестве материала поглощающего сердечника часто используется вся медь, а также медь и алюминий.эта пластина коллектора сварена медными и алюминиевыми поглощающими ребрами, она соединяет алюминий и медь или медь и медь вместе, это с высокой эффективностью, так как сопротивление теплу очень мало. В противном случае стенка поглощающего ребра — медная, она имеет функцию защиты от коррозии и обеспечивает долгий срок службы. После подключения к циркуляционному каналу и резервуару для воды он будет поглощать солнечную энергию и постепенно нагревать воду.

Плоский солнечный коллектор

Таблица параметров:

Плоский солнечный коллектор Таблица параметров

О нас

ONOSI solar специализируется на производстве и продаже солнечных тепловых систем, систем очистки воды и т. Д.Основными продуктами являются: солнечные коллекторы высокого класса с тепловыми трубками, воздушные солнечные коллекторы, солнечные ионизаторы, солнечные микрокухни, солнечные водонагреватели и т. Д.

ONOSI solar

Компания полностью внедряет аутентификацию международной системы качества ISO9001: 2018 посредством полевых проверок авторитетными организациями, такими как TUV и SPF. Выиграл сертификацию SOLAR KEYMARK, SRCC, CE, ROHS и т. Д.


выиграл сертификацию SOLAR KEYMARK, SRCC, CE, ROHS и т. Д.

Компания специализируется на разработке продуктов и инноваций и имеет ряд патентов на изобретения и полезные патенты.Торговая марка ONOSI зарегистрирована более чем в 22 странах мира.

Компания специализируется на разработке продуктов и инновациях.

Компания имеет собственные права на импорт и экспорт, экспортировалась в Нидерланды, Италию, Германию, Австрию, Чили, Бразилию, Гватемалу, Южную Корею, Японию и т. Д., Более чем в 60 стран и регионы, объемы экспорта являются ведущими среди тех же предприятий.

Мастерская солнечных коллекторов

Facebook: https://www.facebook.com/onosisolarcollector

Linkedin: https: // www.linkedin.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *