Коллектор солнечный для воды: Система без давления «Дача» — Солнечные коллекторы для нагрева воды и отопления

Содержание

Солнечный коллектор – миф или реальность

20.10.2014

Энергия Солнца является источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря и океаны, развиваются растения, животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива.

С древнейших времен человек использует энергию Солнца для нагрева воды. В основе многих солнечных энергетических систем лежит применение солнечных коллекторов. Коллектор поглощает световую энергию Солнца и преобразует ее в тепло, которое передается теплоносителю (жидкости или воздуху) и затем используется для обогрева зданий, нагрева воды, производства электричества, сушки сельскохозяйственной продукции или приготовления пищи. Солнечные коллекторы могут применяться практически во всех процессах, использующих тепло.

Для типичного жилого дома или квартиры в России нагрев воды — это второй по энергоемкости домашний процесс. Для ряда домов он даже является самым энергоемким. Использование энергии Солнца способно снизить стоимость бытового нагрева воды на 70%. Существуют несколько способов нагрева воды, соответственно несколько типов солнечных водонагревателей.

1 способ: Применение безнапорных (сезонных) водонагревателей. Обычно используется на юге страны или в теплое время года для нагрева воды. В данной системе используется принцип пассивной циркуляции теплоносителя.

Теплоаккумулирующий бак и трубки коллектора составляют единый гидравлический контур. Тепловые трубки нагревают жидкость, находящуюся в баке. Верхние части тепловых трубок находятся внутри бака и отдают тепло нагреваемой жидкости. Подвод холодной воды, а также отвод горячей осуществляется непосредственно из бака через специальные трубки. К такому баку можно подводить холодную воду прямо от водопроводной сети. Холодная вода под небольшим давлением поступает в нижнюю часть бака, а горячая вода отводится из верхней части бака, таким образом, для отбора горячей воды из бака используется давление водопровода.

2 способ: Применение солнечных водонагревателей, непосредственно нагревающих воду и подающих потребителю. Бак выдерживает давление в 6 бар, поэтому возможно подключение к напорному водопроводу и возможно круглогодичное использование даже в холодном климате. Используется данная система на юге страны и в средних широтах с мягкими условиями зимы (до — 20оС).

3 способ: Применение солнечных коллекторов, которые подогревают воду, которая затем подается на традиционную колонку или бойлер, где вода нагревается до нужной температуры. Это приводит к значительной экономии средств. Такую систему легко установить, она почти не требует ухода. Используется данная система круглогодично.

В наши дни солнечные водонагревательные системы используются в частных домах, многоквартирных зданиях, школах, автомойках, больницах, ресторанах, в сельском хозяйстве и промышленности. У всех перечисленных заведений есть нечто общее: в них используется горячая вода. Владельцы домов и руководители предприятий уже смогли убедиться в том, что солнечные системы для нагрева воды являются экономически выгодными и способны удовлетворить потребность в горячей воде в любом регионе мира.

Однако на пути повсеместного распространения солнечных установок в России есть несколько препятствий.

Бытует мнение, что в наших широтах использование солнечной энергии дорого и неэффективно. Между тем, по данным заведующего лабораторией возобновляемых источников энергии и энергосбережения Института высоких температур РАН Олега Попеля, многие российские регионы имеют приход солнечной радиации пять и больше киловаттчасов на 1 кв. метр в год, что соизмеримо с Испанией или югом Германии, где различные солнечные установки внедряются очень широко.

Солнечный коллектор позволяет своему владельцу сэкономить деньги, не оказывая при этом вредного влияния на окружающую среду. Использование одного солнечного коллектора позволяет сократить выбросы в атмосферу углекислого газа на одну-две тонны в год. Переход на солнечную энергию предотвращает выбросы и других загрязнителей, таких как двуокись серы, угарный газ и закись азота.

Горячее водоснабжение — наиболее распространенный вид прямого применения солнечной энергии. Типичная установка состоит из одного или более коллекторов, в которых жидкость нагревается на солнце, а также бака для хранения горячей воды, нагретой посредством жидкости-теплоносителя. Даже в регионах с относительно небольшим количеством солнечной радиации, например в северных регионах России, солнечная система может обеспечить 50-70% потребности в горячей воде. Больше получить невозможно, разве что с помощью сезонного регулирования. В южных регионах России солнечный коллектор может обеспечить 70-90% потребляемой горячей воды. Нагрев воды в помощью энергии Солнца — очень практичный и экономный способ. В то время, как фотоэлектрические системы достигают эффективности 10-15%, тепловые солнечные системы показывают КПД 50-90%. В сочетании с твердотопливными печами (работающими на дровах) бытовую потребность в горячей воде можно удовлетворять практически круглый год без применения ископаемых видов топлива.

Существует три типа солнечных коллекторов: пластиковые солнечные коллекторы, солнечные коллекторы с плоскими трубками и солнечные коллекторы с вакуумными трубками. В сравнении с солнечными коллекторами с плоскими трубками солнечные коллекторы с вакуумными U-образными трубками показывают лучшее исполнение, и легко приспосабливается к любым погодным условиям. Он долговечный и минимизирует потери тепла в течение всего срока службы.

Преимущества вакуумных коллекторов:

  • Более высокий КПД, благодаря вакуумной изоляции трубок
  • Более высокие температуры теплоносителя даже при облачности
  • Эффективное применение при отрицательных уличных температурах
  • Высокая ремонтопригодность (трубки меняются по одной без слива системы)
  • Возможность монтажа на скатной кровле, плоской кровле, на фасаде здания

Солнечные коллекторы имеют срок службы 25 лет. Гарантийный срок на них 5 лет. Там просто ломаться нечему. И в техническом обслуживании они не нуждаются. После монтажа система заливается теплоносителем и всё. Есть, правда, одна проблема. В летнее время у вас будет столько тепла, что это может превратиться в проблему. Избыток тепла можете сбросить в бассейн, а если у вас нет бассейна, то нужно будет прикрывать коллектор хотя бы частично.

Стоит ли вообще внедрять альтернативные источники энергии? Давайте разберемся в этом. Как известно газа, нефти и других энергоносителей в нашей стране хватает. Дело не в том, что много или мало запасов энергоносителей в России. Высокие цены заставляют человека искать альтернативные источники энергии для удовлетворения своих потребностей. Для удовлетворения нужд в отоплении и горячей воде есть вакуумные солнечные коллекторы.

Наша компания занимается поставкой, монтажом и обслуживанием таких коллекторов. Срок окупаемости таких коллекторов достаточно мал, до 5-и лет. А с учетом роста тарифов на энергоносители итого меньше.


Солнечный коллектор, система без давления. Принцип работы.

Общее представление о работе.

 

Структура коллектора представляет из себя систему, построенную с использованием трубок вакуумных и бака для горячей воды. При этом, подача горячей воды осуществляется без давления.

Основной принцип работы системы такого коллектора — водонагреватель наливного типа, который автоматически набирает воду и контролирует ее температуру с уровнем. Именно солнечная энергия используется для нагрева воды.

Для нормальной работы системы нет необходимости в установке насоса, потому что все подключение осуществляется напрямую с водопроводной сетью. Подача же горячей воды осуществляется самотеком. Солнечный коллектор является прямым передатчиком тепла воде, благодаря этому производительность его намного выше обычных коллекторов.

Одним из основных недостатков в эксплуатации коллектора является возможность применения его только при плюсовой температуре воздуха. Но если учесть теплый период например, дачного сезона, то коллектор будет идеальным в бесперебойной подаче горячей воды с апреля по ноябрь.

 

 

 

 

 

 

Солнечный коллектор. Система работы «без давления».

Откуда такое название и как система водоснабжения может работать автономно?

Ответ довольно прост. За счет контроля уровня и температуры воды в системе, возможность перегрева воды исключена. Единая емкость образуется за счет того, что монтирование трубок в баке осуществляется с использованием уплотнителей — силиконовых колец.

Вся конструкция коллектора расположена на раме. С помощью электромагнитного запорного клапана водопроводная труба подводится к баку, в котором расположены датчики температуры и уровня воды.

В тот момент, когда датчик уровня воды будет сигнализировать о недостаточном количестве воды, с помощью контроллера будет открыт запорный клапан и осуществится подача воды.

Когда происходит закипание воды в системе без давления, сброс пара осуществляется через верхний клапан на баке. Это является нормальным режимом работы системы. Вода в системе может выкипеть, ее уровень может падать. Но, как говорилось выше, с помощью автоматической работы контроллера, набираться вода будет автоматически и ее подача в нагретом состоянии будет непрерывной.

Комплектация коллекторов и рекомендуемое место для их монтажа.

В зависимости от потребности в горячей воды, солнечные коллекторы могут комплектоваться баком общей емкостью для воды от 125-ти до 200-т литров.

Изготовители солнечных коллекторов рекомендуют монтировать их в местах максимального прямого попадания солнечных лучей и желательно, с южной стороны. Рекомендованный угол наклона при установке составляет 50-60°. Если вы знаете, как определить азимут плоскости, на которую будет устанавливаться коллектор, можно установить его с учетом расхода горячей воды и потребности в ней. Азимут будет равен 0° в случае, если плоскость, на которой планируется разместить коллектор, ориентирована на юг.

Например, если основное потребление горячей воды по утрам, то коллектор рекомендовано устанавливать на юго-восток и наоборот.

КАТАЛОГ

  1. Солнечный водонагреватель (система без давления, бак окрашеный)
  2. Солнечный водонагреватель (система без давления, бак из нержавеющей стали)
  3. Солнечный водонагреватель (сплит-система)
  4. Вакуумный солнечный коллектор (панель)
  5. Компактный солнечный водонагреватель (система под давления, бак окрашенный)
  6. Вакуумная трубка с трехслойным покрытием

Солнечный коллектор — www.solar-tlt.ru

Солнечный коллектор – это экологически чистые источники энергии, которую возможно получать в достаточно больших количествах и бесплатно, с целью использования как для горячего водоснабжения, так и для отопления. И, несмотря на то, что подобные системы еще не дешевы, инвестиции себя оправдывают, и их все чаще можно увидеть на различного рода строениях. Из-за возрастающего количества выбросов в атмосферу продуктов сжигания традиционных видов топлива окружающей среде все труднее справляться с ними, а потребность в энергии постоянно растет. Кислотные дожди и потепление климата – вот далеко не единственные последствия выброса в атмосферу огромного количества углекислого газа, оксидов азота и диоксида серы.

В средних широтах России (и в нашей, Самарской, области в том числе) наибольшая интенсивность солнечного излучения имеет место в период с марта по октябрь – то есть именно в то время, когда необходимость в отоплении домов отпадает (отопительный сезон продолжается с октября по апрель). По этой причине солнечные батареи используются преимущественно для нагрева воды для ГВС и бассейнов, реже — как вспомогательный источник тепла для обогрева помещений, вернее как помощь отоплению и дополнительная экономия средств. Теоретически тепловой энергией, полученной летом с помощью солнечных коллекторов, возможно было бы обогреть дома в отопительный сезон, если бы была возможность ее аккумулировать, к примеру в больших резервуарах, наполненных водой и очень хорошо заизолированных теплоизоляционным материалом. Довольно простое решение также – озеро или пруд, покрытые теплозащитным, светопрозрачным элементом, теплоизолированный бассейн. Вода является общедоступным теплоносителем, солнечное излучение хорошо прогревает воду, такое тепло легко подвести к потребителю по трубопроводу. Подобный теплоаккумулятор, с перепадом температур 20 — 60°С будет иметь объем примерно в 250м³. Однако далеко не у всех есть возможности  соорудить такой резервуар под домом.

Очень привлекательным в качестве аккумулятора тепла также является парафин. Его удельная теплоемкость на стадии плавления в 14 раз превышает удельную теплоемкость воды, это продукт перегонки нефти, то есть его много и стоит он относительно дешево. Однако в данном случае возможны технологические проблемы отвода тепла от рабочего тела.

Таким образом на сегодняшний день самым доступным способом сезонного аккумулирования тепла остаются грунты. Подобный теплосъемник представляет собой уложенный под домом трубопровод, заполненный водой. Грунты различаются по составу. Конечно удельная теплоемкость грунта к объему меньше в 1,5 — 4 раза, чем у воды, однако благодаря доступности грунта, технологичность работ является очень привлекательной в вопросе изготовления теплоаккумулятора больших объемов.

Для переноса из коллектора тепловой энергии, получаемой от энергии солнца, и передачи ее в систему ГВС или центрального отопления необходим теплоноситель. Это может быть воздух либо вода, но, учитывая значительно более низкую эффективность воздушного теплообмена (по сравнению с водой) в системах солнечных коллекторов как теплоноситель используются вода или незамерзающие жидкости.

Солнечные коллекторы бывают плоскими и вакуумными.

 

Плоские.

Самые простые состоят из абсорбера -поглотителя солнечного излучения и медных трубок, находящихся с ним в хорошем контакте. Тепло от абсорбера передается протекающей по трубкам жидкости, в результате чего температура жидкости растет. Для увеличения эффективности поглощения солнечного излучения абсорбер покрыт черной краской или специальным селективным покрытием. Все устройство помещено в плоский герметичный теплоизолированный корпус, который закрыт сверху ударостойким стеклом. С целью уменьшения тепловых потерь коллекторы могут иметь до трех слоев остекления. Использование более одного стекла создает «парниковый» эффект, благодаря этому пластина способна нагреваться до 100 -190°С. Подобное решение используется в странах с более прохладным климатом — расположенных выше 40° географической широты.

Однако во время эксплуатации плоских коллекторов температура теплоносителя не должна подниматься выше 100°С, с целью недопущения его закипания. Эффективность плоских коллекторов ниже чем у вакуумных, так как из-за плохой теплоизоляции они довольно быстро теряют тепло, но их стоимость значительно ниже, чем у более технически совершенных вакуумных трубчатых коллекторов.

Вакуумные.

Трубчатый вакуумный коллектор состоит из определенного количества стеклянных трубок. Для уменьшения теплопотерь в этих трубках создан вакуум, именно он делает трубчатые коллекторы эффективнее плоских. На рынке представлено 2 вида вакуумных коллекторов :

— с непосредственной циркуляцией теплоносителя;

— с тепловой трубкой.

Трубка коллектора с непосредственной циркуляцией теплоносителя оснащена высокоэффективным абсорбером, к которому присоединен коаксиальный — «трубка в трубке»- прямоточный теплообменник.

Теплоноситель, отдав тепло в накопительном баке, попадает в теплообменник по внутренней трубке, снова нагревается, и по внешней трубке возвращается обратно в накопительный бак. В некоторых случаях в трубках дополнительно нанесено зеркальное покрытие, которое фокусирует солнечное излучение на абсорбер, это позволяет еще  эффективнее использовать солнечную энергию. Солнечный коллектор с тепловыми трубками в целом  похож на вакуумный коллектор  с непосредственной циркуляцией теплоносителя, но принцип передачи тепла у него несколько иной. Тепловая трубка представляет собой закрытую трубку (обычно медную), частично наполненную легко испаряющейся жидкостью. Одним концом эта трубка контактирует с абсорбером, другим — конденсатором — с теплообменником контура теплоносителя. Под действием поступающего от абсорбера тепла происходит испарение жидкости и поднятие ее в конденсатор. Здесь она нагревает теплоноситель, отдает тепло, конденсируется и стекает вниз.

С целью установки коллектора  с минимальным уклоном, внутренняя поверхность трубки покрывается пористым материалом.  Возникающие в подобном материале капиллярные силы, способствуют возврату конденсата к абсорберу. Так как контур теплоносителя отделен от трубок, при повреждении одной трубки коллектор продолжает функционировать. Поврежденную трубку очень легко заменить.

Коллекторы поглощают прямое и рассеянное излучение, его количество и качество различно в зависимости от сезона и в течение дня. К примеру, в декабре максимальная интенсивность излучения — около 80 Вт/м, в апреле и в сентябре — 350 Вт/м, а в июне — 600 Вт/м. Доля прямого излучения в полном количестве излучения выше всего летом —  около 54%, ниже всего зимой — 30%.

Коллектор начинает преобразовывать энергию солнца в тепло после превышения порогового значения излучения. Значение это находится в зависимости от его конструкции.

•        в коллекторах с абсорбером без покрытия — около 210 Вт/м,

•        в коллекторах со стеклянным покрытием — 70-90 Вт/м,  в зависимости от количества стекол.

•        в коллекторах с селективным покрытием — до 50 Вт/м

•        вакуумные коллекторы — около 20 Вт/м

Сравнение солнечного излучения в конкретный период с пороговыми значениями работы коллекторов в данном месте, позволяет оценить — по крайней мере, теоретически — насколько эффективно коллектор будет функционировать в этот период.

Познакомиться с образцами и готовыми решениями (ГВС и отопление) на базе вакуумных и плоских коллекторов, а также купить солнечные коллекторы можно в нашем офисе…

 

Так же мы предлагаем:

— тепловые насосы «Воздух-вода»;

— солнечные панели, контроллеры, инверторы и АКБ для систем альтернативного электроснабжения;

—  светодиодное освещение для дома, коттеджа и офиса.

Солнечный коллектор для нагрева воды. 5 вещей, которые необходимо учесть перед установкой

Отопление с помощью коллектора – отличный способ обеспечить себя дешевой горячей водой. Солнечное излучение является источником бесплатной энергии, которая благодаря коллекторам может эффективно использоваться для нагрева воды. Однако, чтобы установка была максимально эффективна, следует учитывать много нюансов. Пять основных мы рассмотрим в этой статье.

Первое: установка на крыше – не единственное решение

Следует помнить, что, хотя мы обычно ищем места для солнечных коллекторов на крыше, это не единственное возможное место. Во многих случаях коллекторы устанавливаются на стене здания, а также непосредственно на земле рядом со зданием, на специальных стойках. Существует только одно ограничение – солнце должно освещать их большую часть дня.

Второе: расположение играет ключевую роль

Оптимально направлять коллекторы на юг. Однако допустимо отклонение на восток или запад, что может быть компенсировано увеличением площади. При отклонении 50 градусов к западу, поверхность должна быть увеличена на 10%. Если отклонение 50 градусов к востоку, коррекция должна составлять 20%.

Размещение устройств с севера или в постоянно затененных местах не имеет смысла. На практике это значительная проблема, поскольку коллекторы и панели чаще всего устанавливаются на крышах. Поэтому их настройка далека от оптимальной и обусловлена такими факторами, как форма участка или здания, ориентация входа. 

Третье: не игнорируйте проект

Это важно, поскольку ошибки проектирования могут снизить эффективность установки на несколько десятков процентов и вызвать постоянные проблемы в ходе эксплуатации. Некоторые из них могут потребовать реконструкции всей системы. А это намного затратнее, чем создание грамотного проекта. 
Следует помнить, что если поглотители не могут быть направлены прямо на юг, то ориентация на юго-запад лучше, чем на юго-восток. При установке на крыше, дополнительным ограничивающим фактором являются окна на крыше.

Четвертое: помните об альтернативе

Если из-за конструкции здания, географического положения, окружающей среды или эстетических соображений невозможно правильно собрать коллекторы – стоит задуматься об альтернативе. Если поглотители не могут «смотреть» на юг или юго-запад, установке мешают деревья или другие здания, то их КПД будет минимален и эффективность не оправдает затраты. В этом случае стоит рассмотреть другие варианты использования возобновляемой энергии. Например, такие, как установка теплового насоса «воздух-вода».

Пятое: угол наклона

Лучи солнца должны падать на поверхность абсорбера под прямым углом. Солнечные коллекторы обеспечивают наивысшийвыход энергии, когда угол падения солнечного света составляет 90 градусов. Проблема в том, что этот угол варьируется в зависимости от сезона. Зимой солнце ходит низко над горизонтом, и лучше всего располагать коллекторы почти вертикально. Летом, наоборот. Поэтому чаще всего выбирается универсальная настройка угла – около 45 °. Это наиболее распространенный наклон крыш в частных домах.

Квадратный метр коллектора весит примерно 35 кг. С учетом этого крыша должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать дополнительную нагрузку. К установке обеспечивается свободный доступ, чтобы при необходимости поглощающие элементы можно было помыть или отремонтировать.

Купить солнечный коллектор

для нагрева воды и отопления дома

Тепловую энергию солнца можно использовать не только опосредованно, перерабатывая в электричество, но и напрямую — для отопления и горячего водоснабжения. Солнечный коллектор — оборудование с простой конструкцией и высоким КПД. С его помощью можно сократить зависимость от газа, жидкого и твердого топлива, снизить расходы на обогрев жилья.

Солнечные водонагреватели часто используют:

  • для отопления частных домов и дач;
  • полноценного горячего водоснабжения;
  • нагрева воды для летнего душа, бытовых нужд и полива на дачном участке.

Если у вас есть частный жилой дом, база отдыха, гостиница или другой подобный объект, требующий обогрева и организации ГВС, обратите внимание на наше оборудование.

Принцип работы коллекторов

Одна из причин купить солнечный коллектор — невысокая стоимость обслуживания. Устройство имеет простую конструкцию и работает как классический радиатор:

  • Коллектор имеет множество полостей, по которым циркулирует теплоноситель (антифриз или обычная вода).
  • Поверхность панели окрашена в черный цвет, поэтому она быстро нагревается на солнце, увеличивая температуру теплоносителя.
  • Антифриз поступает в радиаторы отопления или к баку, нагревая поверхности, воздух или воду (в зависимости от назначения системы).

Используя солнечные коллекторы для нагрева воды и отопления дома, вы сможете:

  • Существенно сэкономить на топливе (вне зависимости от того, где находится дом, и какое топливо вы использовали ранее).
  • Сократить зависимость от централизованных источников тепла, газа и электроэнергии.
  • Обеспечить дому постоянное отопление: даже если речь идет о даче, которую вы редко посещаете зимой, внутри будет тепло круглый год.

Отопление солнечными коллекторами требует разового вложения: вам потребуется только купить, установить и запустить оборудование. Оно быстро оправдает себя в будущем.

Солнечные коллекторы в компании «АльтСолар»

Компания «АльтСолар» специализируется на продаже и установке систем альтернативной энергетики. Мы предлагаем широкий выбор коллекторов и готовы не только помочь с выбором, но и провести все расчеты, провести монтаж на участке, проконсультировать по вопросам обслуживания и эксплуатации.

В нашем ассортименте представлено оборудование для частных домов и коммерческих объектов. Цены устроят частных клиентов, а условия обслуживания сделают альтернативные источники энергии доступными всем.

Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления.

Постоянный рост цен на отопление и горячее водоснабжение заставляет многих из нас задуматься о способах экономии. Но можно ли не просто сократить расходы на электроэнергию, а свести их к нулю? Можно, если использовать энергию солнца. Солнечные коллекторы – это источник бесплатной и экологически чистой энергии.

Такие коллекторы, или, как их еще называют, гелиосистемы, предназначены для аккумулирования солнечной энергии для нагрева воды. Использование данной установки дает возможность дополнительного отопления в весенний и летний период. Иными словами, обладатели солнечных коллекторов получают горячую воду и тепло совершенно бесплатно.

Устройство и принцип работы

Простейший солнечный коллектор – это металлические пластины черного цвета, заключенные в корпус из стекла или пластика, которые обычно монтируются на крыше дома. В сущности, солнечный коллектор представляет собой миниатюрную теплицу, которая накапливает солнечную энергию. Эта энергия согревает воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше его эффективность. Но, хотя принцип работы для всех коллекторов один и тот же, их конструкция несколько различается в зависимости от типа коллектора и сферы его применения. Неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно опускается вниз, освобождая место нагретой воде из коллектора. Холодная вода попадает в теплообменник, где нагревается и вновь поступает в резервуар. На практике это означает, что вода в накопительной емкости всегда остается горячей – в ясные солнечные дни ее температура может доходить до 70 o С.

Типы и характеристики бытовых коллекторов для нагрева воды и отопления

Описанная схема работы коллектора очень упрощена, на деле же гелиосистемы несколько сложнее. Существует несколько типов солнечных коллекторов со своими конструктивными особенностями.

Плоские высокоселективные
Плоский коллектор – один из самых распространенных типов. Их преимущество состоит в невысокой цене, однако в сравнении с другими моделями они теряют больше тепла. Плоские солнечные коллекторы состоят из плоскостного поглотителя, прозрачного стеклянного покрытия, теплоизоляции с оборотной стороны и рамы, которая в основном делается из алюминия или стали. Плоскостной поглотитель – это выкрашенный в темной цвет металлический лист, соединенный с теплопроводящими трубами. Слой поглотителя аккумулирует солнечные лучи и трансформирует солнечную энергию в тепловую, которая затем передается жидкости-теплоносителю (смеси воды и гликоля). Эта жидкость «направляет» тепло в солнечный аккумулятор. Стеклянное покрытие коллектора защищает поглотитель от воздействия окружающей среды и снижает потери тепла, создавая парниковый эффект. Эту же функцию выполняет и теплоизоляция из минерального волокна.

Вакуумные трубчатые
Солнечные коллекторы этого типа состоят из стеклянных трубок, внутри каждой из которых располагается устройство, поглощающее солнечный свет. Вакуум – идеальный теплоизолятор, и потому теплопотери таких коллекторов значительно меньше. Существует два вида вакуумных коллекторов, различающихся по способу нагрева – с косвенной теплопередачей и прямоточные. Первый вид устройств предназначен для всесезонного использования, а второй – для теплого времени года, с апреля до сентября. Концентрационные Весной, летом и осенью дневной угловой ход солнечных лучей больше 120 градусов – угла, в котором эффективно работают неподвижные солнечные коллекторы. Повышение эксплуатационных температур до 120-250 o C возможно путем введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Они концентрируют солнечные лучи, и в результате их на панель попадает больше. Для получения более высоких температур требуются устройства слежения за солнцем. Это достаточно дорогостоящее решение и применяется оно в основном в промышленных целях.

Воздушные Солнечные
Воздушные коллекторы используются для нагрева воздуха. Это простые плоские коллекторы, применимые для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Недостаток последнего варианта в том, что часть энергии тратится на работу вентиляторов.

Кстати. Срок службы солнечных коллекторов составляет от 15 до 30 лет, в зависимости от типа и производителя. Дешевая продукция азиатских разработчиков менее надежна, а коллекторы лучших немецких компаний могут прослужить и дольше обозначенного срока.

Расчет мощности солнечного коллектора

Солнечные коллекторы для дома могут обладать весьма высокой производительностью. Мощность коллектора зависит от площади поглощения, величины инсоляции для вашего региона и КПД коллектора. В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325 кВт•час. В наиболее солнечные летние месяцы она будет производить 0,545 кВт•час.

Полезная информация.
Как показывает статистика, в среднем в домашнем хозяйстве для использования горячей воды на 1 человека требуется от 2 до 4 кВт тепловой энергии в день.

Использование солнечных коллекторов в России и мире

Солнечные коллекторы широко распространены во всем мире, хотя для нашей страны они все еще остаются новинкой. Настоящий бум солнечных коллекторов пришелся на 1970-е, во времена нефтяного кризиса. Тогда их начали применять во многих странах, от США до Японии. В Израиле в наши дни более 85% населения используют солнечные коллекторы. Сейчас общая мощность солнечных коллекторов мира превышает 200 гигаватт тепловой энергии и продолжает неуклонно расти. Использование данной технологии в Германии, например, оценивается в 140 кв. м/1000 чел., в Австрии – 450 кв. м/1000 чел., на Кипре – около 800 кв. м/1000 чел. В России этот показатель пока очень мал – лишь 0,2 кв. м/1000 чел. Многие могут усомниться – разумно ли использование таких устройств в России, где климат далеко не такой теплый и солнечных дней значительно меньше, чем в южных широтах? Расчеты, проведенные в РАН, доказывают, что даже наша суровая погода не препятствие для эффективной эксплуатации коллекторов. В средней полосе России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади. Максимальное значение равняется 1000 Вт (при ясном небе в полдень). Следовательно, при установке солнечного коллектора площадью 2 кв. м вода в баке емкостью 100 л будет ежедневно прогреваться до температуры от 37 o С и более (этот показатель может доходить до 55 o С). А в теплые месяцы коллектор будет еще эффективнее. Солнечные коллекторы применяются для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов, обеспечения энергией теплиц. Они легко интегрируются в любую сеть водо- и теплоснабжения и просто монтируются. С помощью солнечных коллекторов можно сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать и вовсе бесплатную горячую воду. За какой срок окупится коллектор? На это влияет режим эксплуатации. Солнечные коллекторы в отопительный период поддерживают отопление приблизительно на 25%, а горячее водоснабжение в летние месяцы на 80-90%, так что окупаемость будет напрямую зависеть от ваших обычных расходов на тепло и горячую воду. В среднем срок окупаемости коллекторов составляет от 2 до 8 лет. Все это указывает на экономическую целесообразность и перспективность использования технологии в России.

Солнечный коллектор — принцип действия и условия эксплуатации

Солнечные коллекторы – это один из видов оборудования, которое служит для превращения энергии солнца в тепловую. Применяют солнечные коллекторы для отопления и получения горячей воды, как в частных домах и коттеджах, так и на производстве. В России, не смотря на переменчивый климат, солнечные коллекторы весьма эффективны, особенно в таких регионах как юг Сибири, Забайкалье и Приморье, где наблюдается высокий уровень солнечной радиации, но к сожалению, спрос на них вырос только сейчас, в то время как Испания, Кипр, Турция, Австрия и др повсеместно используют солнечные коллекторы, при том, что эффективность их использования в этих странах не многим больше, чем в России. Так, если установить солнечный коллектор с площадью 2 м.кв. на крыше здания, где-нибудь в Сибири, то ежедневно можно получать до 100 л. горячей воды для бытовых и хозяйственных нужд.

Если вас заинтересовала информация и вы подумываете про установку солнечного коллектора, то за консультацией вам необходимо обратиться в компанию Апогей, именно у специалистов компании вы сможете получить развернутые ответы на все интересующие вас вопросы, получить четкие рекомендации о том, какой модели вам лучше купить солнечный коллектор, как его эксплуатировать и по какому принципу производить монтаж.

Преимущества солнечных коллекторов

4  весомых преимущества , благодаря которым возрастает спрос к установке солнечных коллекторов:

  • Региональность — преобладание солнечных дней в году встречается в большинстве регионов, поэтому солнечный коллектор позволяет использовать солнечную энергию для нагрева воды практически повсеместно.
  • Автономность — система водоснабжения, использующая в качестве энергии солнечное излучение не зависит от системы отопления или от централизованных линий электроснабжения.
  • Экологичность — применение коллекторов не наносит вреда окружающей среде и не загрязняет ее, для получения горячей воды не расходуются ресурсы и топливо, кроме того в процессе эксплуатации не задействован человеческий фактор.
  • Возможность установки не требует получения специальных разрешающих документов. На сегодняшний день на законодательном уровне не требуют получение лицензий пользователям солнечных коллекторов.
В связи с систематическим увеличением тарифов на электроэнергию и горячее водоснабжение, все больше и больше людей принимает решение экономить. Однако, далеко не ко всем приходит мысль не экономить, а совсем сократить расходы.Солнечный коллектор – набирающий популярность источник горячей воды, который не загрязняет окружающую среду.

Солнечные коллекторы имеют второе название – гелиосистемы. Они применяются с целью аккумулирования энергии солнца для подогрева воды. Так же с помощью такого оборудования есть возможность отопить помещение в весеннее и летнее время, когда центральное отопление не работает. Владельцы зданий где установлены солнечные коллекторы пользуются горячей водой и отоплением совершенно безвозмездно.


По какому принципу функционируют коллекторы?

Стандартный коллектор – это совокупность черных металлических пластин, которые помещены в стеклянный корпус (либо пластиковый). Помещается данный механизм на крыше сооружения. Сам по себе коллектор чем-то напоминает миниатюрную теплицу для сбора и аккумулирования энергии солнца. С помощью данной энергии и происходит нагрев воды, движение по трубкам, которые располагаются под пластинами. Чем больше солнечной энергии будет поглащено, тем эффективнее работает коллектор. Вся вода, которая была не задействована, уходит вниз и освобождает место нагретой. Таким образом можно сделать вывод, что вода в емкости всегда остается гарячей. Максимально возможная температура нагрева воды — 70 o С.

Solar-другие приложения — Solar Washington

Солнечные тепловые системы собирают или поглощают солнечную энергию в виде тепла. Они могут быть спроектированы для выработки высокотемпературного тепла (для производства электроэнергии и/или технологического тепла), среднетемпературного тепла (обогрев помещений/воды и выработка электроэнергии) и низкотемпературного тепла (для воды и отопления и охлаждения помещений).

Основы солнечного водонагревателя

Солнечные водонагревательные системы включают резервуары для хранения и солнечные коллекторы.Солнечные водонагреватели используют солнце для нагрева воды или теплоносителя в коллекторе.

Для большинства солнечных водонагревателей требуется хорошо изолированный накопительный бак. Бак может быть модифицированным стандартным водонагревателем, но обычно он больше и очень хорошо изолирован. Солнечные аккумулирующие баки имеют дополнительный выход и вход, соединенные с коллектором и от него.

В системах с двумя баками солнечный водонагреватель предварительно нагревает воду перед тем, как она попадет в обычный водонагреватель. В системах с одним баком резервный нагреватель объединен с солнечным аккумулятором в одном баке.

Горячая жидкость может использоваться для обогрева помещения, например, в системе обогрева пола.

Оба изображения взяты с сайта Energy.gov.

Солнечные нагреватели для бассейнов

Большинство систем солнечного обогрева бассейнов включают в себя солнечный коллектор, фильтр, насос и регулирующий клапан.

Вода в бассейне прокачивается через фильтр, а затем через солнечные коллекторы, где нагревается и возвращается в бассейн. В жарком климате коллектор(ы) также можно использовать для охлаждения бассейна в пиковые летние месяцы путем циркуляции воды через коллектор(ы) в ночное время.

Концентрированная солнечная тепловая энергия может использоваться в массовом масштабе для производства электроэнергии. Узнайте больше в Ассоциации производителей солнечной энергии.

Концентрация солнечной энергии

Концентрация солнечной энергии (CSP) использует зеркала для отражения и концентрации солнечного света на приемниках, которые собирают солнечную энергию и преобразуют ее в тепло. Затем тепловую энергию можно использовать для производства электроэнергии с помощью турбины или тепловой машины, приводящей в действие генератор.

Поскольку технологии CSP собирают солнечную энергию и преобразуют ее в тепловую энергию, которая приводит в действие генератор и хранится, их можно использовать либо в качестве гибкого поставщика электроэнергии, например, в качестве «пиковой» электростанции на природном газе, либо в качестве источника электроэнергии базовой нагрузки. аналогична традиционной атомной или угольной электростанции.CSP также можно развернуть в качестве резервного/гибридного варианта с ископаемым топливом, что позволяет существующим проектам с ископаемым топливом работать чище при той же или меньшей стоимости.

Это видео от Министерства энергетики США.

Солнечные гаджеты

Солнечные элементы могут быть встроены в широкий спектр устройств для обеспечения питания для работы устройства без подключения устройства к сети или электрической розетке. У одних маленькие батарейки, у других нет. Количество солнечных гаджетов огромно.Вот несколько. Мы приглашаем ВАС отправить нам по электронной почте фотографию и описание устройства на солнечной энергии, которое вы используете в настоящее время, на info [at] solarwa [dot] org!

Пожалуйста, поддержите наши усилия по предоставлению солнечных образовательных ресурсов всем жителям Вашингтона. Станьте участником или сделайте пожертвование сегодня. Спасибо за вашу поддержку!

Солнечная тепловая энергия – солнечное водонагревание – Журнал CIBSE


В этой статье CPD будут рассмотрены некоторые вопросы, связанные с проектированием и выбором коммерческих солнечных тепловых решений.

Использование солнечной энергии для нагрева воды коммерчески доступно в Великобритании в различных формах с середины 1970-х годов. Великобритания может предложить хороший климат для солнечных тепловых решений, извлекая выгоду из около 60% солнечной энергии, получаемой на экваторе, и Великобритания сопоставима с европейскими странами, более известными своими солнечными приложениями (см. Рисунок 1).


Рисунок 1: Месячная солнечная радиация на плоской плоскости, обращенной на юг с углом наклона 45° для Афин, Бирмингема и Цюриха (данные из BS EN 15316-4-3:2007 Часть 4-3: Системы выработки тепла, тепловая солнечная энергия системы)


В Великобритании среднегодовое доступное солнечное излучение колеблется от 1200 кВтч/м² на южном побережье Англии до 900 кВтч/м² в Шотландии. -красный, и только около 25% солнечного света является прямым, а остальная часть рассеяна.Правильно спроектированная и установленная солнечная тепловая система может максимально использовать эту энергию и преобразовать 60% ее в полезную энергию для систем горячего водоснабжения.

Устанавливаемые на крыше солнечные коллекторы с высокой эффективностью передачи и поглощения обычно улавливают энергию падающего солнечного излучения, передавая тепло в переносящую жидкость — обычно предварительно приготовленную смесь 60 % воды и 40 % гликоля для предотвращения замерзания в периоды низкой температуры наружного воздуха. температуры воздуха. Для разных типов солнечных коллекторов доступны различные спецификации теплоносителя.Жидкий теплоноситель обычно прокачивается через змеевик, расположенный в нижней части невентилируемого непрямого цилиндра, и при этом нагревает хранящуюся воду, которая обычно используется для горячего водоснабжения.

Хорошо спроектированная коммерческая солнечная тепловая система может удовлетворить от 30 до 40% годовой потребности в горячей воде, известной как солнечная доля (SF). Попытка достичь более высокой солнечной доли может привести к проблемам в работе солнечной тепловой системы. В летние месяцы правильно спроектированная солнечная тепловая система во многих случаях должна быть в состоянии удовлетворить почти все потребности в горячей воде.

SF намного ниже в более холодные зимние месяцы, когда доступное солнечное излучение намного ниже, в результате чего уровни SF составляют около 20%. Для увеличения среднегодовой SF в зимние месяцы потребуется большее количество солнечных коллекторов, но размер массива будет слишком велик для летнего периода, что может привести к стагнации и возможному долговременному непоправимому повреждению солнечных коллекторов. .

Основные типы солнечных коллекторов

Существует два основных типа солнечных тепловых коллекторов, которые в настоящее время используются в секторе обслуживания коммерческих зданий Великобритании.Это застекленные плоские коллекторы и вакуумные трубчатые коллекторы.

Типичная конструкция застекленного плоского коллектора состоит из легкого алюминиевого поддона или рамы, которая содержит слой изоляции для предотвращения потерь тепла через теплопроводность через заднюю часть коллектора. Ряд медных труб проложен в виде «арфы» или «змеевика» внутри изоляции для проведения теплоносителя через коллектор. К медным трубам с помощью ультразвуковой сварки приваривается очень тонкий медный поглотитель.Поглотитель имеет селективное покрытие для максимального поглощения солнечного излучения.

Наконец, коллектор имеет прозрачное стеклянное покрытие с низким коэффициентом теплового расширения, такое как боросиликатное стекло (Pyrex), и высокую эффективность пропускания для минимизации конвекционных потерь.

Эффективность передачи для продуктов хорошего качества составляет более 90 %, эффективность поглощения 95 %, выбросы (потери) 5 % и максимальная тепловая эффективность около 78 %. Установка плоских коллекторов показана на рисунке 2.


Рисунок 2: Применение плоских солнечных коллекторов, устанавливаемых на крыше – каждая панель имеет общую площадь 2,55², площадь поглощающей поверхности 2,21², эффективность передачи 90,8% и эффективность поглощения 95%


Конструкция коллектора с вакуумной трубкой полностью отличается от конструкции коллектора с остекленной плоской пластиной, хотя используемые материалы являются общими для обоих типов: медные трубки для подачи теплоносителя, медный поглотитель с селективным покрытием и изготовленные трубы. из стекла с низким коэффициентом теплового расширения.

Вакуумные трубчатые коллекторы обычно состоят из коллектора и ряда стеклянных трубок (20 или 30), соединенных параллельно. В процессе производства внутри каждой трубки создается вакуум; это эффективно действует как изолятор для поглотителя и снижает потери на конвекцию, особенно в более холодные зимние периоды. В то время как эффективность передачи, эффективность поглощения и выбросы сравнимы с эффективностью плоских остекленных коллекторов, тепловой КПД выше благодаря наличию вакуума и составляет около 83%.Установка вакуумных трубчатых коллекторов показана на рисунке 3.


Рисунок 3: Солнечные коллекторы с вакуумными трубками, установленные в многофункциональном здании университета на южном побережье. Общая площадь каждого коллектора (каждый с 30 трубками) составляет 4,25² (площадь поверхности поглотителя 3²). Этот массив коллекторов нагревает бойлер косвенного нагрева объемом 1500 литров, используемый для предварительного нагрева воды для двух водонагревателей прямого нагрева


Независимо от того, используются ли стеклянные плоские коллекторы или вакуумные трубчатые коллекторы, оптимальным углом ориентации является южная сторона и оптимальный угол наклона от 30 до 45 градусов от горизонтали.Прямоточные вакуумные трубчатые коллекторы, в которых жидкий теплоноситель прокачивается через каждую трубу, эффективно соединенную параллельно, обеспечивают большую гибкость в отношении позиционирования массива коллекторов. Эти коллекторы могут быть размещены плоско на крыше или вертикально на фасаде, что дает возможность поворачивать каждую трубу для оптимизации ориентации и наклона примерно на +/- 25 градусов. Таким образом, даже если место не выходит прямо на юг, трубы можно отрегулировать соответствующим образом, чтобы максимизировать поглощение солнечной энергии.

Солнечные цилиндры непрямого действия

Часто зимой баланс энергии, необходимой для удовлетворения спроса, обеспечивается первичным отопительным прибором – отопительным котлом или водонагревателем прямого нагрева. В летний период солнечная энергия, поглощаемая коллекторами и передаваемая в горячую воду, может свести на нет потребность в какой-либо энергии, обеспечиваемой первичным отопительным прибором, что может оказать значительное влияние на сокращение выбросов углекислого газа и снижение счетов за электроэнергию. .

Например, рассмотрим систему на рис. 4, водонагреватель с прямым нагревом для повышения температуры поступающей холодной воды с 10°C до безопасной для легионеллы температуры воды 60°C (т.е. отдельный котел используется для отопление помещений). Цилиндр предварительного нагрева, обслуживаемый множеством установленных на крыше солнечных коллекторов, может использоваться для подачи предварительно нагретой питательной воды в накопительный водонагреватель прямого нагрева, поэтому требуется меньше топлива для повышения температуры воды до требуемой уставки 60°C.


Рисунок 4: Схема примера солнечной тепловой системы, интегрированной с прямым газовым водонагревателем


В летние месяцы может быть достаточно солнечного излучения в течение продолжительных периодов дня, так что вода в баке предварительного нагрева может достигать температуры в диапазоне от 75°C до 80°C.В таких обстоятельствах, в зависимости от того, как были выбраны нагревательный бак и коллекторная группа, солнечной энергии может быть достаточно для обеспечения требуемой температуры воды на выходе. При таких температурах воды на выходе необходимо установить термостатический смесительный клапан между горячим выходом бойлера предварительного нагрева и накопительным водонагревателем, если только в здании не используются смесительные клапаны на месте использования.

Другой пример: коммерческие котлы используются для отопления помещений и производства горячей воды с помощью косвенного водонагревателя.Для котлов основной принцип получения солнечной тепловой энергии и использования косвенного цилиндра такой же, как и для водонагревателей прямого нагрева.

Разница заключается в конструкции цилиндра, поскольку он часто имеет два змеевика непрямого нагрева (хотя в некоторых системах используется отдельный цилиндр предварительного нагрева), как показано на рис. 5.

В периоды, когда солнечной энергии недостаточно для нагрева воды до заданного значения (например, 60°C), коммерческие бойлеры обеспечивают дополнительную энергию, необходимую для повышения температуры воды до требуемого заданного значения.


Рисунок 5: Накопитель горячей воды для бытового потребления с двумя змеевиками непрямого нагрева (Руководство по проектированию и установке солнечного отопления, CIBSE 2007)


Контроль передачи энергии от коллекторной решетки и бойлера косвенного нагрева осуществляется одинаковым образом, независимо от того, является ли первичный отопительный прибор водонагревателем прямого нагрева или промышленным бойлером. Существует дифференциальный контроль температуры с помощью датчика на выходе из массива солнечных коллекторов и датчика, расположенного в нижней части цилиндра.Когда перепад температур превышает, как правило, 7K, блок управления включает насос, позволяя энергии, захваченной солнечными коллекторами, циркулировать и передаваться в воду через змеевик непрямого цилиндра. Когда разница температур обычно меньше 3K, насос отключается.

В коммерческих целях вопрос развития бактерий легионеллы в солнечном цилиндре часто вызывает серьезную озабоченность, поскольку вода может храниться при температурах, при которых бактерии могут развиваться (от 20°C до примерно 45°C благоприятствуют росту).Это можно преодолеть с помощью соответствующего проектирования и правильно информированной эксплуатации. Например, пастеризация в цилиндре может быть проведена за счет использования шунтирующего соединения между водонагревателем для хранения и цилиндром предварительного нагрева, а для цилиндров с двумя змеевиками может использоваться насос для дестратификации.

Выбор цилиндра и конструкция

Существует ряд вопросов, которые необходимо учитывать при выборе емкости солнечного цилиндра и конструкции теплообменника непрямого нагрева. Проблемы относятся как к водонагревателям с прямым нагревом, так и к промышленным котлам.

Чтобы максимизировать SF, емкость солнечного коллектора должна соответствовать ежедневной потребности в горячей воде. Таким образом, в летние месяцы, когда имеющееся солнечное излучение максимально, может быть возможно удовлетворить всю нагрузку горячей воды, в зависимости от профиля потребности объекта. Это могло бы полностью компенсировать необходимость сжигания ископаемого топлива в первичном приборе для производства горячей воды.

Для остекленных плоских коллекторов эмпирическим правилом является 50 литров накопленной воды на м² массива солнечных коллекторов (активная площадь, а не общая физическая площадь).Вакуумные трубы более эффективны, чем застекленные плоские пластины, особенно в холодные зимние месяцы, поскольку этот тип солнечного коллектора менее подвержен потерям тепла посредством конвекции. Для данной площади поверхности вакуумные трубчатые коллекторы могут удерживать более чем в два раза больше теплоносителя. Как следствие, эмпирическое правило при выборе размера и выбора составляет 70 литров хранимой воды на м².

Это соотношение между площадью поверхности коллектора и объемом хранимой воды является одним из ключевых факторов в обеспечении оптимального SF, но в то же время гарантирует, что коллекторы не вступают в частые и длительные периоды застоя.Даже если для данного массива солнечных коллекторов выбран правильный объем хранилища, все равно необходимо иметь возможность отводить эту полезную энергию в воду, хранящуюся в непрямом цилиндре. Соотношение между площадью поверхности непрямого змеевика и площадью поверхности поглотителя массива коллекторов имеет решающее значение для рассеяния солнечной энергии в воду. Подобно горелке, теплообменнику и потоку воды через котел, массив солнечных коллекторов является генератором тепла.Если тепло не отводится в воду, то жидкий теплоноситель будет возвращаться в массив коллекторов, что повлияет на работу коллектора и может привести к застою коллектора.

Заключение

Для применения солнечных тепловых систем используются традиционные навыки с легкодоступными технологиями. В новостройках ведутся работы на крыше здания, во время которых могут быть установлены солнечные коллекторы. За пределами коллекторов и в машинном зале работа преимущественно гидравлическая и может выполняться подрядчиком-механиком, устанавливающим остальную часть оборудования.Наличие солнечных коллекторов на крыше также является видимым признаком того, что конечный пользователь предпринял позитивные действия и вложил средства в технологию, которая уменьшает углеродный след здания.

Солнечные тепловые решения дают возможность значительно сократить выбросы двуокиси углерода – примерно 100 кг CO2/м² коллекторной решетки в год по сравнению с первичным отопительным прибором, работающим на природном газе (исходя из общего теплового КПД 80% с газом 0,193 кг CO2/ кВт·ч) – способствует выполнению обязательств по использованию возобновляемых источников энергии, требуемых местными властями, и повышенным требованиям по включению технологий LZC.Воздействие особенно заметно, поскольку горячее водоснабжение становится все более доминирующей нагрузкой по мере повышения уровня воздухонепроницаемости и изоляции зданий и снижения нагрузки на отопление помещений.

© Составители: Ян Эванс, технический директор коммерческого отдела Baxi, и профессор Тим Дуайер, Лондонский университет Южного берега

Заполнить анкету

Введение в бытовые солнечные системы горячего водоснабжения — 10.627

Распечатать информационный бюллетень

К.Крамбейкер и П. Маккарти * (8/13)

Краткие факты…

  • Солнечные системы горячего водоснабжения собирают энергию солнца в панелях или трубах для производства горячей воды для бытовых нужд, используемой в доме или здании.
  • Основным требованием к солнечной системе является солнечное место, где солнечные коллекторы могут нормально функционировать.
  • Могут быть доступны налоговые льготы и скидки. Проконсультируйтесь с вашим местным правительством и коммунальным предприятием, чтобы определить, какие льготы или скидки они могут предложить.
  • Установка базовой системы обойдется в несколько тысяч долларов на каждый коллектор, и необходимо учитывать некоторые текущие расходы на техническое обслуживание.
  • Обсуждение с сертифицированным установщиком солнечной энергии поможет прояснить вопросы, связанные с вашей собственностью и вашими потребностями, и может оказаться полезным до принятия решения о размещении в вашем доме солнечной системы горячего водоснабжения.

Солнечные системы горячего водоснабжения собирают энергию солнца в панелях или трубах. Горячая вода, произведенная для использования в доме или здании, хранится на месте в резервуарах.Бытовая солнечная система горячего водоснабжения может быть экономически эффективным способом снижения затрат на энергию из газовых, электрических или пропановых источников.

Соображения перед установкой бытовой солнечной системы горячего водоснабжения

Прежде чем рассматривать возможность установки солнечной системы горячего водоснабжения, необходимо принять меры для снижения потребления, повышения эффективности и сокращения потерь горячей воды; несколько простых изменений могут иметь большое значение. Установка термостата нагревателя горячей воды до 120°F, изоляция труб горячей воды и водонагревателя, ремонт протекающих кранов горячей воды и замена неэффективного водонагревателя и/или сантехники сократит потребление горячей воды и повысит эффективность уже существующего. бытовая система горячего водоснабжения.А поскольку, как правило, душ потребляет больше всего горячей воды в обычном доме, замена насадки для душа на модель с низким расходом может помочь сократить потребление горячей воды.

Поскольку в Колорадо более 300 солнечных дней в году, большинство мест являются хорошим выбором при рассмотрении вопроса об установке солнечных батарей. Расположение вашего дома поможет определить, является ли солнечная энергия хорошим выбором. Данные доступны в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL) для многих мест в Колорадо и других местах.На сайте www.energysavers.gov/pdfs/208.pdf. Фундаментальным требованием к солнечной системе является солнечное место, где солнечные коллекторы могут функционировать должным образом. Места, где солнце закрыто от коллекторов наклоном или поверхностью земли, деревьями, соседними зданиями или другими препятствиями, снижают эффективность. Солнечные коллекторы необходимо размещать там, где много солнечного света падает на поверхность коллекторов круглый год.

Прежде чем принять решение об установке солнечной системы, определите, существуют ли ограничения на размещение солнечных панелей в вашем доме, сверившись с ассоциацией домовладельцев, местными строительными нормами и постановлениями о зонировании.Закон Колорадо запрещает ассоциациям домовладельцев препятствовать использованию устройств солнечной энергии, включая солнечные системы горячего водоснабжения, таким образом, чтобы это значительно увеличило покупную цену или эксплуатационные расходы системы для домовладельца или снизило производительность.

Стоимость системы

Солнечная система горячего водоснабжения будет стоить дороже, чем обычная система водяного отопления. Общая стоимость определяется его размером и сложностью. Стоимость может быть оценена домовладельцем или лицензированным подрядчиком по солнечной энергии.Онлайн-инструмент находится по адресу www.energysavers.gov/your_home/water_heating/index.cfm/mytopic=12780.

Могут быть доступны налоговые льготы и скидки. Проконсультируйтесь с вашим местным правительством и коммунальным предприятием, чтобы определить, какие льготы или скидки они могут предложить. Перед принятием решения следует провести долгосрочный анализ денежных потоков. Установка базовой системы обойдется в несколько тысяч долларов за коллектор, и необходимо учитывать некоторые текущие расходы на техническое обслуживание. Очень важно правильно обслуживать вашу систему, чтобы оптимизировать ее производительность и избежать проблем с обслуживанием.База данных стимулов в Колорадо для возобновляемых источников энергии и эффективности находится в Интернете по адресу www.dsireusa.org/incentives/index.cfm?re=1&ee=1&spv=0&st=0&srp=1&state=CO.

Размер системы

Размер вашей системы будет зависеть от бытового потребления горячей воды и емкости накопителя. Важно рассчитать потребности вашего дома, чтобы определить правильную солнечную систему горячего водоснабжения. Как правило, вам потребуется от 10 до 18 кв. футов площади коллектора на человека в вашей семье.Вам понадобится примерно от 1,5 до 2,0 галлонов хранилища на квадратный фут площади коллектора. Например, семье из четырех человек потребуется от 40 до 72 квадратных футов площади коллектора и от 60 до 140 галлонов хранилища.

Типы систем

Системы могут стать очень сложными в зависимости от размера и конструкции системы. Более сложные системы чаще используются в очень больших домах или на предприятиях.

В Соединенных Штатах используются два основных типа солнечных систем горячего водоснабжения: системы с замкнутым контуром и дренажные системы.Система должна быть разработана в соответствии с вашими потребностями и бюджетом. Цель состоит в том, чтобы сделать это как можно проще, что приведет к снижению эксплуатационных расходов, снижению затрат на техническое обслуживание, меньшему количеству посещений объекта и снижению энергопотребления. В системах горячего водоснабжения с замкнутым контуром и с обратным сливом используются насосы и клапаны для управления циркуляцией жидкости по всей системе. Они позволяют системе работать круглый год, без угрозы замерзания. Защита системы от замерзания имеет решающее значение для правильной работы любой системы.

Наиболее распространенной системой горячего водоснабжения для бытовых нужд является гликолевая система с замкнутым контуром. Это герметичный блок, в котором тепло внутри системы переносится смесью пропиленгликоля. Теплоноситель представляет собой смесь антифриза и воды, которую можно защитить от замерзания до -50°F. При перегреве или застое жидкость может испортиться.

Второй наиболее широко используемой системой является дренажная система. Жидкость заполняет коллекторы при запуске насоса и опорожняет коллекторы при остановке насоса.Преимущества системы с обратным сливом заключаются в том, что она защищена от замерзания до -20°F, защищена от перегрева в период отсутствия электроэнергии, а в качестве теплоносителя используется вода.

Основные компоненты

Коллекторы

Солнечные коллекторы являются одним из ключевых компонентов активной солнечной системы горячего водоснабжения. Они собирают солнечную энергию и передают эту энергию теплоносителю.

Рис. 1. Плоский коллектор.(Фото: Министерство энергетики США)

Плоские коллекторы являются наиболее распространенным типом коллекторов, используемых в бытовых системах водяного отопления. Типичный плоский коллектор представляет собой изолированную атмосферостойкую металлическую коробку со стеклянной или пластиковой крышкой и поглощающей пластиной темного цвета. Устанавливаемый на крышу или землю, он состоит из тонкой плоской прямоугольной коробки с прозрачной крышкой, обращенной к солнцу. Маленькие трубки проходят через коробку и несут жидкость, такую ​​как вода или антифриз, для нагрева.Трубки прикреплены к поглощающей пластине, окрашенной в черный цвет для поглощения тепла. Когда тепло накапливается в коллекторе, оно нагревает жидкость, проходящую по трубкам. Активные системы полагаются на контроллеры и насосы для перемещения жидкости между коллектором и резервуаром для хранения.

Рис. 2. Активный солнечный водонагреватель с замкнутым контуром. (Фото: Министерство энергетики США – Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии)

Коллекторы второго типа представляют собой вакуумные трубчатые коллекторы, которые могут достигать чрезвычайно высоких температур (от 170°F до 350°F), что делает их более подходящими для промышленного и коммерческого охлаждения.Эти коллекторы имеют ряды прозрачных стеклянных трубок, каждая из которых содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую поглотительную трубку, прикрепленную к ребру. Покрытие ребра поглощает солнечную энергию и снижает потери тепла. Вакуумный трубчатый коллектор герметизирован в вакууме, что сводит к минимуму потери тепла и помогает поглощать солнечную энергию в облачных условиях. Из-за этого возникает опасение, когда на трубках скапливается снег и лед, что приводит к их неправильной работе.

Резервуары для хранения

Накопительный бак является важным компонентом системы.В системе с одним резервуаром вода, нагретая солнечными батареями, хранится в резервуаре с резервным нагревательным элементом или боковым бойлером. В системе с двумя резервуарами вода, нагретая солнечными батареями, хранится в отдельном резервуаре, который подается в обычный газовый или электрический водонагреватель. Независимо от того, используются ли один или два резервуара, вода для бытовых нужд нагревается за счет солнечной энергии. Эффективность системы снижается из-за небольших объемов хранения, поэтому всегда выбирайте резервуар соответствующего размера для дополнительного хранения. Объем калибровки увеличивается с количеством собранной энергии.Резервуары под давлением бывают нескольких стандартных размеров. Резервуары объемом 40, 50, 80 и 120 галлонов являются обычными и могут быть установлены параллельно для увеличения объема хранения.

Сертификация монтажников

Обсуждение с сертифицированным установщиком солнечной энергии поможет прояснить вопросы, связанные с вашей собственностью и вашими потребностями, и может быть полезным до принятия решения о размещении солнечной системы горячего водоснабжения в вашем доме. Североамериканский совет сертифицированных специалистов по энергетике (NABCEP) является национальной организацией по сертификации профессиональных монтажников в области возобновляемых источников энергии.Чтобы найти сертифицированного установщика, посетите веб-сайт NABCEP: www.nabcep.org.

Ресурсы

* К. Крамбейкер, округ Лаример. Агент по развитию сельского хозяйства и природных ресурсов. П. Маккарти, агент по развитию сельского хозяйства и природных ресурсов округа Гарфилд. 5/11. Пересмотрено 8/13.

Перейти к началу этой страницы.

Солнечный нагрев воды

Основы солнечного нагрева воды

 

 
Знакомство с солнечными водонагревателями

Солнечный нагрев воды используется для использования солнечного света и преобразования его в возобновляемую энергию для нагрева воды.Это действие достигается за счет использования солнечных тепловых коллекторов. Обычно солнечное нагревательное устройство устанавливается на террасе, где есть солнечный свет. Нагретая вода хранится в изолированных накопительных баках для бытовых, коммерческих и промышленных нужд. Известно, что типичная солнечная система нагрева воды экономит до 1500 единиц электроэнергии каждый год на каждые 100 литров мощности солнечного нагрева воды в день.  

 
Компоненты

На рис. 1 ниже показаны компоненты солнечного водонагревателя.Три основных компонента солнечного нагрева воды, показанные на рисунках 1, 2 и 3, перечислены ниже:

  1. Солнечный коллектор
  2. Бак холодной воды (содержит изолированные трубопроводы горячей воды и принадлежности)
  3. Изолированный накопительный бак

   


 Принцип работы

— Когда солнечный свет попадает на солнечный коллектор, вода в стеклянных или металлических трубках нагревается. — Горячая вода поднимается по различным трубам и достигает верхней части изолированного резервуара для хранения горячей воды.- Холодная вода спускается в баке по трубкам и нагревается. —  Вышеуказанные два процесса продолжаются как цикл. — Горячая вода, которая является плотной, движется вверх в бак. Изолированный бак гарантирует, что горячая вода не потеряет свое тепло и сохранит его в течение длительного времени.

Типы солнечных водонагревательных систем

Пассивные : Пассивные нагреватели используют тепловые трубы для циркуляции воды или жидкости по системе. Существует два типа пассивных систем: 1- Термосифон : Термосифонная система работает по принципу подъема теплой воды и опускания холодной воды.В Thermosiphon резервуар для воды и солнечный коллектор разделены. Холодная вода проходит по трубам солнечного коллектора, а горячая вода перемещается в накопительный бак за счет конвекции. Затем вода из накопительного бака может подаваться в дом. 2-, партия : в этом методе резервуары для воды помещаются в солнечные коллекторы, и в этой системе отсутствуют трубы. Активный В активном методе насосы используются для циркуляции воды или теплоносителя в системе. Существует три типа активных солнечных водонагревателей: 1- Прямой : здесь насосы используются для перекачки воды из солнечных коллекторов в резервуары для хранения.2- Косвенный : В солнечных коллекторах вместо жидкости используется антифриз. 3- Дренаж : В этом методе для хранения используется дистиллированная вода.

 Что делают солнечные коллекторы?

Основной функцией солнечных коллекторов является поглощение солнечной энергии и преобразование ее в тепловую энергию. Существует два различных типа солнечных коллекторов: — Плоские коллекторы — Коллекторы с вакуумными трубками

 Преимущества и недостатки солнечного водонагревателя

Преимущества и недостатки перечислены ниже.

Преимущества
  •   Меньше места : Солнечные тепловые панели занимают меньше места, чем солнечные фотоэлектрические панели. Для нагрева воды требуется меньше, чем в фотоэлектрической батарее, которая используется для обеспечения достаточного количества энергии для дома.
  •   Высокая эффективность : Поскольку 80 процентов солнечного излучения превращается в тепловую энергию для нагрева воды, они более эффективны по сравнению с фотоэлектрическими панелями.
  •   Экономия затрат : Они дешевле для больших бытовых установок.
  •   Низкие эксплуатационные расходы : Они требуют минимального обслуживания и могут работать до 20 лет.
  •   Меньший углеродный след : Известно, что они имеют меньший углеродный след, чем аналогичные фотоэлектрические системы.
Недостатки
  •  По сравнению с фотоэлектрическими аналогами солнечные тепловые панели нагревают только воду.
  •  Для установки термопанелей требуется много места на крыше.
  • Для работы требуется прямой солнечный свет.
  •  Основным недостатком является то, что они не работают в пасмурные, дождливые или туманные дни.
  •  Несмотря на то, что они требуют меньше обслуживания, периодическое обслуживание необходимо для насосов и антифриза.
  •  В рамках установки всегда требуется новый водонагреватель.

 

Солнечные коллекторы для нагрева воды

Для нагрева воды солнцем предлагается широкий выбор конструкций солнечных коллекторов. Некоторые системы представляют собой не что иное, как солнечные коллекторы. Например, накрывая бассейн солнечным одеялом, вы просто держите его над водой.Когда вы хотите поплавать, вы снимаете одеяло.

Эффективность коллектора является мерой того, насколько хорошо он преобразует излучение в полезное тепло. Пропускание большего количества жидкости через коллектор (или ускорение прокачки жидкости) не приводит к большему сбору тепла, поскольку это определяется доступным излучением. Тем не менее, прохождение большего количества жидкости обычно снижает температуру коллектора, что означает меньшие потери тепла в окружающую среду и, следовательно, более высокую эффективность.

Срок службы коллекционера играет важную роль в принятии решений.Некоторые из них не длятся более пары лет при полном воздействии солнца. Другие имеют гарантию более десяти лет.

Накопительные коллекторы для бассейнов

Прямые, встроенные коллекторы-накопители (ICS), такие как коллекторы для плавательных бассейнов и периодические коллекторы, обычно заполняются нагреваемой водой. Самый простой и дешевый коллектор на рынке представляет собой гибкую пластиковую формованную сетку, подходящую для использования в плавательном бассейне.

Коллекторы ICS

доступны в большинстве магазинов товаров для бассейнов.Ожидайте потратить около 230 долларов за 80 квадратных футов для самых простых моделей. Для того типа, который вы устанавливаете на крышу, дополнительная целостность (срок службы) и производительность стоят дороже.

Пластиковые каналы в коллекторе бассейна малоэффективны при ветре и дожде.

Коллекторы периодического действия

Коллекторы периодического действия

, еще один тип коллекторов ICS, могут быть очень простыми: просто поставьте резервуар с водой на солнце и дайте ему нагреться. Если вы покрасите бак в черный цвет, он поглощает больше тепла. Если вы используете какой-нибудь отражающий материал, например алюминиевую фольгу, чтобы сфокусировать еще больше солнечного света на резервуаре, это работает еще лучше.Если вы запечатаете его в закрытом контейнере с застекленным окном, вы получите наилучшие результаты.

Коллекторы периодического действия хорошо работают без насосов и систем управления, поэтому они хорошо подходят для удаленных мест. Коллекторы периодического действия могут много весить, более 1000 фунтов, когда они заполнены водой, поэтому вам необходимо убедиться, что место установки может выдержать такой вес.

Вы можете сделать коллектор партии из бочки на 55 галлонов, окрашенной в черный цвет, и в некоторых частях мира это стандартная процедура.

Плоские солнечные коллекторы

Плоский солнечный коллектор состоит из прямоугольной коробки 2 фута. или 4 фута. шириной 4 фута. до 12 футов. длинной и толщиной 8 дюймов. Медная или алюминиевая поглощающая пластина на дне коробки окрашена в черный цвет, чтобы поглощать максимальное количество солнечного света. Ряды трубок циркуляции жидкости находятся в непосредственном контакте с пластиной абсорбера; когда солнечный свет нагревает пластину, тепло передается циркуляционным трубкам и жидкости. Поглотительная пластина изолирована от корпуса, а стеклянная или пластиковая крышка герметизирует устройство и пропускает максимальное количество солнечного света с минимальными потерями тепла.Качественные блоки имеют застекленное окно из силиконового стекла с низким содержанием железа.

Плоские солнечные коллекторы являются наиболее широко используемым типом коллекторов.

Они очень эффективно нагревают воду, не имеют движущихся частей и не требуют обслуживания, за исключением очистки окна от мусора. Они хорошо работают в ветер и дождь, хорошо сбрасывают снег и могут выдерживать кратковременные морозы. Вот несколько вопросов безопасности и технического обслуживания, которые следует учитывать:

  • Плоский солнечный коллектор может весить довольно много.Монтаж обычно означает получение большого количества помощи.

  • Всегда приобретайте крепежные детали вместе с коллектором, чтобы исключить возможность разнородных металлов и гальванических реакций.

Вакуумные трубчатые коллекторы

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками

состоят из ряда стеклянных оболочек (трубок), в которых отсутствует воздух, что создает вакуум и обеспечивает превосходную изоляцию. Медные стержни внутри труб соединены с массивной медной трубой внутри закрытого коллектора, по которой течет вода.Медные стержни сильно нагреваются в солнечный день, и тепло переходит непосредственно в медную массу в коллекторе, а оттуда в жидкость. Когда отражатели расположены позади или вокруг труб, эти коллекторы еще более эффективны.

Эти коллекторы невосприимчивы к морозу и отлично работают даже при отрицательных температурах воздуха. Однако они дороже.

Вакуумные трубчатые коллекторы хорошо работают в ветреную и влажную погоду.

Эти коллекторы работают лучше, чем другие типы коллекторов, в пасмурные дни, а в солнечные дни они работают дольше светового дня, поскольку трубы всегда перпендикулярны солнцу.

Вакуумные трубчатые коллекторы хрупкие; если уплотнение нарушается, производительность ухудшается из-за нарушения вакуума и плохой изоляции. С положительной стороны, очень легко заменить один элемент, если он сломается. Для большинства коллекторов поломка означает снятие и замену всего коллектора.

Моделирование производительности двойного воздухо-водяного коллектора в системах солнечного водоснабжения и отопления помещений

В настоящей работе была разработана и экспериментально подтверждена подробная математическая модель двойного воздухо-водяного солнечного коллектора (DAWC).Чтобы продемонстрировать применение DAWC, в проанализированных тематических исследованиях были выбраны три здания с разными уровнями энергоэффективности и три местоположения зданий. Четыре системы солнечных коллекторов сравнивались друг с другом. Солнечная отдача описанных систем была определена путем моделирования с использованием подробной теоретической модели DAWC. Результаты показывают, что в случае комбинирования системы подготовки горячей воды для бытовых нужд и системы отопления с рециркуляцией воздуха на основе DAWC можно достичь увеличения выхода солнечной энергии до 30% по сравнению с традиционной системой подготовки горячей воды для бытовых нужд, зависящей от Климат и производительность здания.

1. Введение

Плоские солнечные коллекторы, вероятно, являются наиболее фундаментальной и наиболее изученной технологией для систем горячего водоснабжения на солнечной энергии. Технология плоских коллекторов развивалась более 60 лет. Продаваемые сегодня продукты доказали свою долговечность и надежность, поэтому коллекторы считаются достаточно зрелой технологией. Однако, даже если это устройство достигло хорошего технологического уровня и положения на рынке, научно-технический мир проявлял постоянное внимание к улучшению энергетических характеристик коллектора.Пути повышения энергоэффективности в целом можно разделить на две категории: использование новых технологий, материалов и компонентов и сочетание уже существующих технологий использования солнечной энергии в одном объекте (гибридный коллектор).

Целью объединения двух различных технологий использования солнечной энергии является расширение области применения данного коллектора и увеличение потенциального получения энергии от площади, занимаемой коллектором. Известным примером такого многоцелевого коллектора является фотогальванический солнечный коллектор, сочетающий фотоэлектрическую технологию и солнечный тепловой коллектор.

Настоящее исследование сосредоточено на двухжидкостном солнечном коллекторе, сочетающем воздушные и жидкие солнечные коллекторы. Идея объединения обоих типов технологий в двойном воздушно-водяном солнечном коллекторе (DAWC) не нова. Он возник из типичной ситуации в умеренных и холодных климатических зонах, где солнечной радиации достаточно для приготовления горячей воды для бытовых нужд (50-60°С) в летнее время, а выходная температура солнечных коллекторов зимой, как правило, не достигать значений выше 30°C; однако этого может быть достаточно, например, для предварительного нагрева свежего воздуха.Такая интегрированная конструкция позволяет увеличить годовой выход энергии солнечной системы и максимально увеличить время работы, что делает ее более рентабельной, чем обычные солнечные водяные или воздушные системы.

Ряд исследователей изучали тепловые характеристики солнечных коллекторов, работающих одновременно с двумя разными типами жидкостей. Ассари и др. В [1] представлена ​​математическая модель двойного воздушно-водяного солнечного коллектора методом эффективности. Модель была экспериментально проверена и впоследствии использована для анализа производительности двойного воздушного/водяного солнечного коллектора с тремя различными типами воздушных каналов, такими как прямоугольные ребра, треугольные ребра и без ребер.Результаты моделирования показали, что прямоугольный плавник имеет лучшие характеристики по сравнению с другими. Джафари и др. [2] представили энергетический и эксергетический анализ двойного воздушно-водяного солнечного коллектора с треугольными воздушными каналами. Исследование показало, что двойной солнечный коллектор воздух/вода имеет лучшую энергетическую и эксергическую эффективность, чем обычный жидкостный или воздушный коллектор. Ма и др. [3] представили экспериментальный и теоретический анализ эффективности двойного воздушно-водяного солнечного коллектора с L-образными ребрами и подтвердили, что скорость воздушного потока является ключевым фактором для тепловой эффективности.Позже Мохаджер и соавт. [4] провели экспериментальное исследование двойного воздушного/водяного солнечного коллектора, разработанного Assari et al. [1]. Эксперименты показали, что система на основе солнечных коллекторов двойного назначения может быть использована как для осушки бытовых помещений, так и для обеспечения горячей водой бытовых нужд. Арун и Арун [5] сосредоточили свои исследования на использовании пористой среды в конструкции двойного назначения солнечного коллектора, и они указали, что использование пористой среды приводит к увеличению тепловой эффективности коллектора.Нематоллахи и др. [6] представили экспериментальное сравнение одножидкостной солнечной системы на основе жидкостного коллектора и двойной воздушно-водяной солнечной системы на основе двойного воздушно-водяного солнечного коллектора. Результаты показали, что двойная система воздух/вода имеет более высокую эффективность, чем система с одной жидкостью. Venkatesh и Christraj [7] провели экспериментальное исследование многоцелевой системы солнечных коллекторов, основанной на комбинации водяных и воздушных коллекторов, и подтвердили более высокую эффективность системы по сравнению с традиционной системой.В отличие от предыдущих исследований Ji et al. [8] представили анализ раздельного использования воздушной и водной частей двойного воздушно-водяного солнечного коллектора. В предлагаемой системе встроенный в здание солнечный коллектор двойного назначения будет использоваться для обогрева помещений в холодную зиму и нагрева воды летом. Результаты показали снижение отопительной нагрузки в зимний период и надежную работу системы подготовки горячей воды в летний период.

В настоящем исследовании была разработана и экспериментально проверена подробная теоретическая модель DAWC.Впоследствии модель использовалась для моделирования годовой производительности четырех различных солнечных систем. Чтобы продемонстрировать применение DAWC, в качестве тематических исследований были выбраны три здания, расположенные в разных местах и ​​каждое с разным энергопотреблением. Отличительной особенностью представленного исследования является сравнение различных потенциальных применений двойных воздухо-водяных солнечных коллекторов для зданий с разным уровнем энергоэффективности и разными климатическими условиями.

2.Подробная теоретическая модель DAWC

Для оценки энергетических характеристик различных солнечных систем на основе DAWC использовалась среда моделирования TRNSYS. TRNSYS (программа моделирования переходных систем) широко используется для исследований как солнечного, так и несолнечного моделирования [9]. Модель системы состоит из отдельных моделей компонентов, которые связаны между собой путем связывания выходов одного компонента с входами другого. Каждая модель представлена ​​параметрами и входными данными для вычисления выходных данных как функции времени.Поскольку доступные библиотеки моделей компонентов TRNSYS не содержат математической модели коллектора DAWC, для использования в среде TRNSYS была создана подробная теоретическая модель двойного воздушно-водяного солнечного коллектора (тип 207) на основе предыдущих моделей жидкостного коллектора. солнечный коллектор (тип 205) и воздушный солнечный коллектор (тип 206). Более подробную информацию об этих моделях можно найти в Shemelin and Matuska [10, 11] и Shemelin et al. [12].

Представленная модель не предполагает одновременной работы жидкостной и воздушной частей.Это означает, что модель DAWC работает либо как коллектор жидкости, либо как коллектор воздуха, в зависимости от режима работы. Если Operation Mode равен 0, модель работает как коллектор жидкости; если он равен 1, он работает как воздухосборник.

2.1. Описание модели

Представленная модель представляет собой подробную математическую модель, разработанную для моделирования тепловых характеристик двух различных конструкций солнечных коллекторов. Рассмотренные конструкции DAWC представлены на рис. 1.Исполнение 1 представляет собой конфигурацию верхней связи трубы абсорбера с единым потоком воздуха между абсорбером и изоляцией нижней рамы. Исполнение 2 представляет собой схему верхнего соединения трубы абсорбера с единым потоком воздуха между абсорбером и прозрачной крышкой.


DAWC можно определить по целому ряду подробных параметров, таких как оптические свойства прозрачного покрытия и поглотителя и теплофизические свойства основных компонентов солнечного коллектора.Кроме того, прозрачная крышка (одинарное остекление, прозрачная изоляционная конструкция) и задняя теплоизоляция определяются температурно-зависимой теплопроводностью.

Представленная модель DAWC решает одномерный энергетический баланс солнечного коллектора в стационарных условиях в соответствии с принципом уравнения Хоттеля-Вилье для полезной тепловой мощности:

В этом уравнении – площадь поглотителя (м 2 ), – коэффициент теплоотвода коллектора (-), – коэффициент пропускания солнечного света крышкой коллектора (-), – коэффициент поглощения солнечного излучения поглотителем (-), – общее солнечное излучение (Вт/м), – общий коэффициент тепловых потерь коллектора (Вт/м 2 ·К), – температура жидкости на входе (К), – температура окружающей среды (К).

Предлагаемая модель в общем виде состоит из двух частей, решаемых в итерационных циклах: внешнего энергетического баланса поглотителя (передача тепла от поверхности поглотителя в окружающую среду, см. рис. 2 и 3) и внутреннего энергетического баланса поглотителя ( передача тепла от поверхности поглотителя к теплоносителю). И внешний, и внутренний энергетические балансы взаимозависимы. Общий коэффициент теплопотерь коллектора (зависящий от температуры) как основной выход внешнего баланса является одним из входов внутреннего баланса.С другой стороны, средняя температура поглотителя (K) в качестве выходных данных внутреннего баланса используется в качестве входных данных для внешнего баланса. Поскольку коэффициенты теплопередачи зависят от температуры, температуры поверхностей основных плоскостей коллектора рассчитываются в итерационном цикле до тех пор, пока последовательные результаты средних температур не будут отличаться менее чем на 0,01  К.



Введен еще один итерационный цикл. передавать результаты с внешнего баланса на внутренний баланс и результаты с внутреннего баланса на внешний баланс.Основная электрическая аналогия предлагаемой модели представлена ​​на рисунках 2 и 3. Более подробное описание предлагаемой модели можно найти в Shemelin et al. [12].

Модель была реализована в среде TRNSYS, поскольку Тип 207 предлагает параметрический анализ для различных вариантов конструкции для годовой производительности солнечного коллектора в данном приложении солнечной системы. Также имеется возможность изменения математических соотношений, описывающих основные явления теплообмена (естественная конвекция, ветровая конвекция, вынужденная конвекция и т. д.).) и выполнить анализ чувствительности для выбранных корреляций.

2.2. Проверка модели

Модель прошла экспериментальную проверку на прототипе DAWC (см. рис. 4) в рамках испытаний солнечных коллекторов по европейскому стандарту EN ISO 9806 в аккредитованной солнечной лаборатории Чешского технического университета в Праге. Тестирование жидкостной и воздушной частей проводилось отдельно (см. рис. 5). Прототип DAWC был построен из экспериментального солнечного водосборника путем регулировки внутреннего воздушного зазора.Подробные параметры изготовленного прототипа приведены в таблице 1. При режиме работы жидкостный нагрев по медным трубкам течет вода, а воздушные каналы на входе и выходе закрыты. С другой стороны, вход и выход водяных труб закрыты в режиме нагрева воздуха.




Коллектор Параметр Значение Коллектор Параметр Значение

Размеры (Ш / L / H) Амортизатор коэффициент излучения 0.05
площадь (брутто, апертура, поглотитель) 1,6 м 2 , 1,52 м 2 , 1,49 м 2 , 1,49 м 2 Заголовок трубы CU
Наблюдательный материал Солнечное стекло 4 ММ Количество пробирок на стояках 10
Толщина переднего воздуха толщина 30 мм 30 мм Расстояние между трубами стоянки 100 мм
Абсорбированный материал Алюминий 0.4 мм канал потока воздуха 10 мм
Крышка пропускаемость 0,92 Назад толщина изоляции 40 мм
Амортизатор коэффициент поглощения 0,95 Изоляционный материал Rockwool

На рисунках 6 и 7 показаны экспериментально оцененные точки эффективности и теоретически смоделированные характеристики эффективности как в жидкостном, так и в воздушном режимах работы.Точки экспериментальных данных эффективности солнечного коллектора связаны с комбинированными столбцами стандартной неопределенности на графиках. Анализ неопределенности был проведен на основе методологии, опубликованной в Mathioulakis et al. [13] и Мюллер-Шёлль и Фрай [14]. Теоретический расчет характеристики эффективности по модели зависит от неопределенности реальных параметров коллектора, которые используются в качестве входных данных для модели. Таким образом, результаты теоретического расчета можно представить в виде двух ограничивающих кривых, на которых можно найти реальные значения КПД коллектора.Из результатов видно, что смоделированные характеристики эффективности относительно хорошо согласуются с измерениями, что дает уверенность в разработанной модели. Дополнительную информацию о проверке модели и анализе неопределенностей можно найти в Shemelin et al. [12].



3. Тематические исследования

Для оценки энергоэффективности солнечной системы DAWC был проанализирован годовой выход солнечной энергии системы для конкретного места и при определенных условиях. Три дома на одну семью (здания A, B и C) (см. рис. 8) из разных мест (Стокгольм, Прага и Милан), каждый из которых имеет разные уровни энергоэффективности, были рассмотрены в качестве тематических исследований для сравнительного анализа.Подробные параметры здания перечислены в Таблице 2. Для расчета общей потребности в тепле использовалось программное обеспечение для моделирования TRNSYS 17. Климатические данные, используемые в анализе, были взяты из TMY (Meteonorm) для Стокгольма, Праги и Милана. Климатические условия рассматриваемых участков приведены в табл. 3. Результаты моделирования представлены на рисунках 9 и 10.

7



Набор данных климата Tmy, Meteonorm Набор температуры (день / ночь) 20 ° C / 20 ° C 9 Вентиляционный расход воздуха 100 м 3 / H Эффективность блока рекуперации тепла 75% Вт/м 2 Средневзвешенное значение 0.187 W / M 2 · K 2 · K 0.375 W / M 2 · K 9 · K 0,489 · к 2 · K 9 · K 9 · K 9 · K Геометрия строительства Общая площадь этажа 286 M 2 2 9 Район с подогревом 246 м 2 607 м 3

Потребление горячей воды Температура холодной воды на TMY Температура горячей воды 55°C Профиль крана 160 л/сутки (7.00: 65 л; 12.00: 30 л; 19,00: 65 л)


4


4 .Солнечные системы

Для проведения сравнительного анализа потенциальных применений двойных воздухо-водяных коллекторов были проанализированы четыре различные системы солнечной энергии. Эталонная система (RS) представляет собой традиционную солнечную систему горячего водоснабжения (см. рис. 11), разработанную с использованием обычных плоских коллекторов жидкости со следующими параметрами: оптическая эффективность 0,81; линейный коэффициент тепловых потерь, 3,58 Вт/м 2 ·К; квадратичный коэффициент тепловых потерь, 0,0045 Вт/м 2 ·К 2 ; модификатор угла падения .Подробные параметры эталонной системы перечислены в Таблице 4. В каждом отдельном месте имеется разная конструкция площади коллектора для достижения одинаковой доли солнечной энергии для системы нагрева горячей воды ().


95.1 ° C 95.1 ° C 95.1 ° C

Годовые значения Стокгольм / Швеция Прага / Чехия Милан / Италия

Широта 59,65°N 50,10°N 45,43°N
Средняя температура окружающей среды 9 ° C 11.7 ° C
Минимальная температура окружающей среды -19,9 ° C -152 ° C -152 ° C -77,7 ° C
Максимальная температура окружающей среды 28,3 ° C 30,7 ° C 30,7 ° C 45.1 ° C
Глобальное солнечное горизонтальное облучение 981 кВтч / м 2 999 кВтч / м 2 1255 кВтч / м 2
Глобальное солнечное облучение на наклоненной поверхности (Юг, 45 °) 1231 кВтч / м 2 1114 кВтч / м 2 1392 кВтч / м 2

9 Теплообменник

Параметр Описание

Коллектор ориентации Южный, 45 ° (в расчете на скате крыши)
Коллектор область Стокгольм и Прага: 4.8 м 2 ; Милан: 3.2 м 2 2
коллектор массового расхода 50 л / ч · м 2
Пропиленгликоль пропиленгликоль
контроль насоса насос включен / выключен перепад температур коллектор-накопитель 8 K/2 K
Трубопровод Подающая и обратная трубы расположены во внутренней и внешней среде: по 10 м, DN 16 с теплоизоляцией 25 мм ()
Гладкий трубчатый теплообменник с (±15%) для 42°C/40°C (температура на входе/температура хранения в баке)
Резервуар для хранения Объем: 200 л; потери тепла: 1.4 кВтч/сутки; отношение высота/диаметр: 2,5

Первая альтернативная система (V1) основана на DAWC, который работает в жаркое время года в жидкостном режиме для приготовления горячей воды, а затем работает в остальное время года (холодный сезон) на предварительный подогрев приточного воздуха перед его подачей в вентиляционную установку с рекуперацией тепла (см. рис. 12). В режиме воздушного отопления свежий воздух подается через коллектор, а затем дополнительно нагревается в вентиляционной установке с рекуперацией тепла.При недостаточном солнечном свете (пасмурное небо или ночное время) воздух идет в обход коллектора.


Вторая система (V2) имеет ту же конфигурацию, что и первый вариант (V1), за исключением того, что коллектор установлен на выходе из вентиляционной установки с рекуперацией тепла. В режиме воздушного отопления приточный воздух предварительно подогревается в вентиляционной установке с рекуперацией тепла, а затем опционально направляется через коллектор (см. рис. 13). Подогретый воздух проходит через коллектор только в тех случаях, когда коллектор имеет возможность нагревать воздух, в противном случае подогретый воздух минует коллектор.


Третья система (V3) отличается от двух предыдущих тем, что DAWC работает в жаркое время года в жидкостном режиме для подготовки горячей воды, а затем работает в остальное время года (холодный сезон) как солнечный воздухосборник для системы прямого рециркуляционного воздушного отопления (см. рис. 14). В режиме воздушного отопления циркулирующий воздух из помещений нагревается в коллекторе и затем возвращается в здание. Свежий воздух после предварительного нагрева в рекуператоре смешивается с циркуляционным воздухом и только после этого подается в жилые помещения.В пасмурные дни и ночью циркуляционный воздух не проходит через коллектор. Главной особенностью этого варианта является то, что расход не ограничивается расходом вентиляционного воздуха и может быть увеличен до 400 м 3 /ч.


Продолжительность теплого и холодного сезонов различна для каждой системы и зависит от климатических условий и общей потребности здания в тепле. По сути, математическая модель DAWC способна определить, в каком режиме (водяном или воздушном нагреве) он должен работать, чтобы получить максимальную производительность.

Конструктивные параметры коллектора DAWC, которые использовались при моделировании всех альтернативных систем (V1, V2 и V3), такие же, как у прототипа DAWC, и перечислены в Таблице 1. Параметры солнечной системы горячего водоснабжения в

8

Параметр V1 V1 V1 V2 V3 V3

Ориентация коллекционера юг, 45 ° (на основе наклона на крыше)
Коллекторная площадь На основе коллекторной зоны для справочного варианта
набор точка температуры 22°C
Функция Предварительный подогрев свежего воздуха (перед блоком HR) Предварительный подогрев свежего воздуха (после HR u NIT) Прямой воздушный отопление (рециркуляционный воздух)
воздушной расход 100 м 3 / H 100 м 3 / H 400 м 3 / H

5.Результаты и обсуждение

Чтобы продемонстрировать применение DAWC, три здания (здания A, B и C) из трех разных мест (Стокгольм, Прага и Милан) и каждое с разными уровнями энергоэффективности были выбраны в качестве тематических исследований для комплексного исследования. анализ. При анализе сравнивались четыре различные солнечные системы. Солнечная отдача описанных систем была определена путем детального моделирования в TRNSYS как разница в общей потребности в тепле здания с солнечной системой и без нее.Результаты моделирования представлены в таблице 6. Значения в скобках указывают на относительную разницу между данной альтернативой и эталонной системой.



RS (кВтч / м 2 ) V1 (кВтч / м 2 ) v2 (кВтч / м 2 ) v3 (кВтч / M 2 ) 2 )
2

Стокгольм
418 418 418 (0%) 439 (5%) 460 (9%)
здание B 418 424 (1%) 424 (1%) 461 (10%) 494 (16%)
Строительство C 418 418 456 (9%) 511 (20%) 582 (32%)
Prague Prague
426 426 (0%) 432 (1%) 448 (5%)
здания B 426 427 (0%) 443 (4%) 474 (11%)
 Здание C 426 437 (2%) 437 (2%) 467 (9%) 529 (22%)
Milan
Создание 677 677 (0%) 677 (0% ) 680 (0%)
677 677 677 (0%) 684 (1%) 692 (2%)
Строительство C 677 681 (1%) 711 (5%) 739 (9%)

Солнечная система в зависимости от типа здания и климата.Это можно объяснить тем, что в холодное время года интенсивность солнечного излучения недостаточна для нагрева жидкости в коллекторе до температуры, пригодной для ГВС, но, с другой стороны, достаточна для обогрева окружающей среды. свежий воздух при низкой температуре или циркуляционный воздух при температуре помещения. Кроме того, видно, что более высокое потребление тепловой энергии здания коррелирует с более высоким выходом солнечной энергии сравниваемых систем. Это означает, что DAWC в режиме воздушного отопления не только снижает потери тепла на вентиляцию, но и способствует снижению потребности в отоплении помещений.

Во-вторых, можно заметить, что альтернативная система V3 показывает самый высокий годовой выход солнечной энергии среди сравниваемых систем. Этот результат является следствием более высокой эффективности DAWC (режим нагрева воздуха) за счет благоприятных условий эксплуатации. Эффективность воздушной части DAWC зависит от ряда параметров, но преобладающим является расход воздуха коллектора (см. рис. 5). В случае вариантов В1 и В2 расход воздуха коллектора ограничивается расходом вентиляционного воздуха 100 м 3 /ч, а в случае варианта В3 расход воздуха увеличивается до 400 м 3 /ч.

В случае варианта V1 производительность рекуператора ограничена, поскольку температура воздуха после DAWC может быть значительно выше, чем температура наружного воздуха. При этом, если температура свежего воздуха после DAWC выше 18°C, свежий воздух минует рекуператор и поступает непосредственно в здание. Здесь солнечный DAWC заменяет рекуперацию тепла для вентиляции.

Если коллектор расположен за рекуперационной установкой для обеспечения дополнительного повышения температуры приточного воздуха в помещение, то коллекторная система является энергетически более выгодной (система V2).Тем не менее, эффективность DAWC ограничена, поскольку температура воздуха после рекуператора выше, чем температура наружного воздуха, и, следовательно, тепловые потери солнечного коллектора выше по сравнению с конфигурацией в системе V1.

Естественно, сочетание системы DAWC с рекуперацией тепла от вытяжного воздуха снижает возможную экономию тепла коллектором DAWC. Здесь DAWC и система рекуперации тепла являются конкурирующими системами, и поэтому потенциальная экономия в целом ограничена.

Наконец, результаты моделирования показывают, что солнечная система DAWC более эффективна в холодных и умеренных климатических зонах, чем в теплых климатических зонах. Для теплого климата температура окружающего воздуха в течение дня в зимний период высока, а потребность в отоплении низка, поэтому производительность DAWC (режим обогрева воздуха) ограничена. С другой стороны, по-прежнему существует высокий спрос на горячую воду, который практически не ограничивается зимой. В результате иногда для DAWC зимой более эффективно работать в жидкостном режиме, чем в режиме нагрева воздуха для теплого климата.Точно так же больший потенциал для применения DAWC указан для зданий с более высокой потребностью в отоплении помещений.

6. Выводы

Разработана и проверена экспериментальными испытаниями коллектора в жидкостном и воздушном режимах нагрева детальная математическая модель ДАВК. Впоследствии был проведен всесторонний анализ различных солнечных систем на основе DAWC для трех типов зданий (уровней энергоэффективности) в трех климатических зонах.

На основании моделирования с использованием практических проектных данных можно сделать следующие выводы: (i) Вариант V3 с применением DAWC в системе отопления с рециркуляцией воздуха показывает самый высокий годовой выход солнечной энергии среди сравниваемых систем.В зависимости от типа здания предлагаемая система V3 позволяет увеличить годовую выработку энергии солнечной системы до 32 % для климатических условий Стокгольма, до 22 % для климатических условий Праги и до 9 % для климатических условий Праги. Климатические условия Милана (ii)Система DAWC более эффективна для зданий с высоким потреблением тепловой энергии, расположенных особенно в умеренном и холодном климате. Например, для умеренных климатических условий и для здания с «высоким» потреблением тепловой энергии годовая выработка энергии альтернативной солнечной системы V3 примерно на 103 кВтч/м 2 выше по сравнению с эталонной системой RS.С другой стороны, для тех же климатических условий и для здания с «низким» потреблением тепловой энергии годовая выработка энергии всего на 22 кВтч/м 2 выше по сравнению с эталонной системой RS(iii) Комбинация системы DAWC с рекуперацией тепла из отработанного воздуха снижает потенциальную экономию тепла

Доступность данных

Подробные результаты моделирования можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Эта работа была поддержана Министерством образования, молодежи и спорта в рамках Национальной программы устойчивого развития I, проект № LO1605.

Солнечные термальные источники воды

Солнечное тепловое водонагревание

Основы технологии
опубликовано в Renewable Energy World 02/2004 стр. 95-99

Огромный рынок в Китае, амбициозные цели в ЕС… но что основы солнечного нагрева воды? Фолькер Квашнинг описывает принципы и технология использования солнечной энергии для нагрева воды, и внешний вид при применении для горячего водоснабжения и отопления помещений.

История применения солнечной тепловой энергии уходит своими корнями в далекое прошлое, по крайней мере, вплоть до использования Архимедом вогнутого зеркала для нагрева воды в 214 г. до н.э. Как термин, «солнечная тепловая энергия» охватывает все тепловые виды использования солнечной энергии и представляет собой ряд различные варианты техники. В этой статье речь пойдет о неконцентрирующем солнечном коллекторе. системы, используемые для нагрева воды для бытовых нужд (концентрационные коллекторные системы были опубликовано в РЭН, ноябрь–декабрь 2003 г.).

Солнечные коллекторы

В основе солнечной тепловой системы лежит солнечный коллектор.Он поглощает солнечное излучение, преобразует его в тепло и передает полезное тепло в солнечную систему. Есть ряд различных дизайнерских концепций для коллекторов: помимо простых поглотителей, используемых для плавания подогревом бассейнов, более сложные системы также были разработаны для более высоких температуры, такие как встроенные системы накопительных коллекторов, плоские коллекторы, вакуумные плоские коллекторы и вакуумные трубчатые коллекторы. Несмотря на то что коммерческие встроенные накопительные коллекторы существуют, значительное количество не было продано, и поэтому они не описаны подробно здесь.

Плоские коллекторы

Большинство солнечных коллекторов, продаваемых во многих странах, представляют собой плоские коллекторы. Основными их компонентами являются прозрачная передняя крышка, корпус коллектора и поглотитель. Поглотитель внутри корпуса плоского коллектора преобразует солнечный свет в тепло и передает его воде в трубках абсорбера. Как коллектор может достичь стагнации температуре до 200 °C (т. е. когда вода не протекает), все используемые материалы должны быть способен выдержать такую ​​жару.Поэтому поглотитель обычно изготавливают из металлических материалов. таких как медь, сталь или алюминий. Корпус коллектора может быть изготовлен из пластика, металла или дерева, а стеклянная передняя крышка должна быть герметизирована, чтобы тепло не выхода, а грязь, насекомые или влага не попадут в сам коллектор. Многие коллекционеры также имеют контролируемую вентиляцию, чтобы избежать конденсации внутри стеклянной передней части покрытие. Корпус коллектора хорошо изолирован сзади и по бокам, сохраняя тепло. потери низкие. Тем не менее, все еще существуют некоторые потери тепла в коллекторах, в основном из-за разница температур между абсорбером и окружающим воздухом, и они подразделяются на конвекционные и радиационные потери.Первые вызваны движением воздуха, а вторые обусловлены теплообменом излучением между поглотителем и окружающая обстановка.

Лист стекла закрывает коллектор, обращенный к солнцу, что помогает предотвратить большинство конвекционных потерь. Кроме того, он уменьшает тепловое излучение от поглотителя в окружающую среду так же, как это делает теплица. Однако и стекло отражает небольшую часть солнечного света, который затем вообще не достигает поглотителя. На рис. 1 показаны процессы, происходящие на плоском коллекторе.


РИСУНОК 1. Процессы на плоском коллекторе

Селективные поглотители

Черные материалы очень хорошо поглощают солнечный свет и в результате нагреваются. Так как металлик материалы не имеют естественной черной поверхности, они должны быть покрыты для селективного поглощение. Для этой цели может служить черный термостойкий лак, но есть гораздо лучшие материалы для покрытия абсорбера. Если черная поверхность нагревается, она излучает часть тепловая энергия снова превращается в тепловое излучение, как это можно показать на электрических конфорках: когда конфорка включена, тепловое излучение можно ощутить на коже, не касаясь самой конфорки.Черный лакированный поглотитель показывает тот же эффект, передавая только часть поглощенного тепло к воде, которая течет через трубки поглотителя, излучая при этом некоторое количество тепла обратно в окружающую среду.

Так называемые селективные покрытия поглощают солнечный свет почти так же хорошо, как черный лак. поверхности, и переизлучают гораздо меньшее количество теплового излучения. В процессе нанесения покрытия нужные для этих материалов сложнее, чем для лакировки, это компенсируется гораздо более высоким КПД.В результате сегодня многие поглотители имеют селективные покрытия с использованием материалов, включая черный хром, черный никель или TiNOX.

Вакуумно-трубчатые коллекторы

Конвекционные потери тепла из-за движения воздуха внутри коллектора могут быть значительно снижается за счет поддержания вакуума между передней крышкой и поглотителем плоской пластины коллекционер. Поскольку давление окружающего воздуха будет прижимать переднюю крышку к поглотителя необходимо использовать небольшие опоры между задней частью коллектора и крышку, чтобы сохранить форму самой крышки.Трудно поддерживать вакуум в течение длительный период времени, так как окружающий воздух всегда найдет путь между стеклом и стеклом. корпус, чтобы попасть в коллектор, поэтому вакуумированный плоский коллектор должен эвакуировать время от времени. Этих недостатков можно избежать с вакуумно-трубчатыми коллекторами. Высокий (почти полный) вакуум внутри закрытая стеклянная трубка вакуумно-трубчатого коллектора более стабильна в течение длительного времени. время, чем в вакуумном плоском коллекторе.Благодаря своей форме стеклянные трубки лучше сопротивляться давлению окружающего воздуха, и поэтому между задней частью не требуются опоры. и передние стороны.

Вакуумно-трубчатый коллектор представляет собой закрытую стеклянную трубку, внутри которой находится металлическая лист поглотителя с тепловой трубкой посередине, содержащий чувствительный к температуре среда, такая как метанол. Солнце нагревает и испаряет эту жидкость из тепловых трубок. затем пар поднимается в конденсатор и теплообменник в конце трубы. Там, пар конденсируется, и передает тепло теплоносителю солнечного цикла, воде с средство антифриз.Сконденсированная жидкость стекает обратно в нижнюю часть тепловой трубы, где солнце снова начинает его нагревать. Для правильной работы трубы должны иметь минимальную угол наклона, чтобы пар поднимался, а жидкость текла обратно. Поперечное сечение вакуумно-трубчатого коллектора и принцип его работы показан на рисунке 2. В некоторых коллекторах с вакуумными трубками тепловая трубка проходит через конец коллектора. стеклянная трубка, так что теплоноситель солнечного цикла может протекать прямо через нее.С этим типом коллектора теплообменник не нужен, и коллектор не должны быть установлены под минимальным углом наклона.


РИСУНОК 2. Принцип вакуумного трубчатого коллектора с тепловой трубой; вид сверху

С вакуумными трубчатыми коллекторами можно получить значительно более высокий прирост энергии, особенно в холодные месяцы года. Таким образом, солнечная система с использованием вакуумных труб коллекторам требуется меньшая площадь коллектора, чем при использовании стандартных плоских пластин. коллекционеры.

С другой стороны, удельная цена коллекторов с вакуумными трубками выше, чем у для плоских систем. Еще одно соображение заключается в том, что трубчатые коллекторы не могут интегрированы в крышу, поэтому их всегда следует устанавливать поверх нее, что снижает архитектурные возможности.


ФОТО. Подключения вакуумных труб к солнечному циклу

Эффективность коллектора

Для сравнения коллекторов испытательные учреждения обычно оценивают кривые эффективности на основе измерений производительности коллектора.Эти кривые даны для различная освещенность E и различные перепады температур между коллекторами T C и окружающий воздух T A . Обычно используемое эмпирическое уравнение для эффективности коллектора эта C это:

ETA С = ETA 0 — ( 1 · ( Т С Т ) + 2 · ( Т а C T A )²)/E

Три параметра eta 0 , a 1 и a 2 оценивается по контрольным измерениям коллектора; Эта 0 также называется оптической эффективностью.На рис. 3 показана типичная эффективность коллектора. для плоского коллектора. Тепловые потери увеличиваются по мере увеличения разницы температур между коллектор и окружающий воздух поднимаются вверх. При малом солнечном освещении эффективность снижается на более быстрый темп; например, при солнечном излучении всего 200 Вт/м² мощность на Рисунке 3 пробоотборник становится нулевым даже при меньшем перепаде температур (около 40 °C).


РИСУНОК 3. Эффективность коллектора при различной освещенности и разнице температур

Методы нагрева воды
Термосифонные системы

Для хранения воды на ночь или в пасмурные дни необходим накопительный бак.очень просто способ сделать это, используя гравитацию, показан на рисунке 4 — термосифон система. Принцип термосифонной системы заключается в том, что холодная вода имеет более высокую удельная плотность больше, чем у теплой воды, поэтому тяжелее будет тонуть. Следовательно коллектор всегда монтируется ниже резервуара для хранения воды, чтобы холодная вода из бак попадает в коллектор по нисходящему водопроводу. Если коллектор нагревается воды, вода снова поднимается и достигает резервуара по восходящей водопроводной трубе в верхний конец коллектора.Цикл бак-водопровод-коллектор обеспечивает нагревается до достижения равновесной температуры. Тогда потребитель может сделать использование горячей воды из верхней части бака, при этом любая используемая вода заменяется холодной вода на дне. Затем коллектор снова нагревает холодную воду. Из-за более высокого разница температур при более высокой солнечной радиации, теплая вода поднимается быстрее, чем она делает при более низкой освещенности. Поэтому циркуляция воды приспосабливается почти идеально соответствует уровню солнечного излучения.Накопительный бак термосифонной системы должен располагаться значительно выше коллектора, в противном случае цикл может работать в обратном направлении. ночью и вся вода остынет. Кроме того, цикл не работает правильно при очень малых перепадах высот. В регионах с высокой солнечной радиацией и плоской крышей архитектуре накопительные баки обычно устанавливаются на крыше.

Термосифонные системы очень экономичны в качестве нагрева воды для бытовых нужд. системы, и принцип прост, не требует ни насоса, ни управления.Однако, термосифонные системы обычно не подходят для больших систем, т. более 10 м 2 поверхности коллектора. Кроме того, трудно разместить бак над коллектором в зданиях со скатной крышей и одноконтурным термосифоном системы подходят только для безморозных регионов.


РИСУНОК 4. Термосифонная система

Системы принудительной циркуляции

В отличие от термосифонных систем, для перемещения воды можно использовать электрический насос. через солнечный цикл системы с принудительной циркуляцией.Коллектор и накопительный бак могут затем устанавливается независимо, и нет разницы в высоте между баком и коллектором необходимо. На рис. 5 показана система с принудительной циркуляцией с обычным бойлером. для резервного отопления.

Два датчика температуры контролируют температуру в солнечном коллекторе и резервуар. Если температура коллектора выше температуры резервуара на определенное количество, система управления запускает насос, который перемещает теплоноситель в гелиоустановке. цикл; Разница температур «включения» обычно составляет от 5 °C до 10 °C.Если разница температур снижается ниже второго порога, система управления выключает насос снова.

В регионах, где есть опасность заморозков, обычно применяют двухконтурную систему. Питьевая вода хранится внутри резервуара для хранения, в то время как вода в солнечном цикле смешанный с антифризом. Теплообменник передает тепло солнечной цикл в резервуар для хранения и держит питьевую воду отдельно от антифриза смесь.

Системы с принудительной циркуляцией могут использоваться как для отопления помещений, так и для бытовых нужд. водяное отопление.При этом коллекторы и накопительные баки должны быть значительно больше, чем при простые системы водяного отопления для бытовых нужд, где поверхность коллектора около 4 м 2 достаточно для большинства домохозяйств. Более крупные системы также были успешно реализованы с двумя и более накопительными баками.


РИСУНОК 5. Двухконтурная система с принудительной циркуляцией с обычным котлом для резервного отопления

Солнечное централизованное теплоснабжение

Если весь жилой комплекс должен быть оснащен солнечными батареями, одним из решений является солнечная система централизованного теплоснабжения (см. рис. 6).Коллекторы либо распределены по дома или заменены большим центральным солнечным коллектором. Затем коллекторы нагревают большой центральный накопительный бак, из которого большая часть тепла распределяется обратно в дома. То отношение поверхности к объему центрального резервуара-накопителя намного лучше, чем у распределенного системы хранения, поэтому потери при хранении намного ниже, и даже позволяют сезонное тепло место хранения. Солнечное централизованное отопление также является вариантом, если отопление помещений должно покрываться за счет солнечная энергия.Потери в трубопроводе с центральным баком выше, но некоторые солнечные районы демонстрационные системы обогрева уже прошли успешные испытания.


РИСУНОК 6. Солнечная система централизованного теплоснабжения

Рынок солнечных коллекторов

Китай на сегодняшний день является крупнейшим в мире производителем и потребителем солнечного нагрева воды. К концу 2002 года общая установленная площадь солнечных систем горячего водоснабжения было около 40 млн м 2 ; годовой объем производства и продаж достиг около 8 млн м 2 в 2002 г.В настоящее время насчитывается более 1000 производителей, производящих и продажи солнечных тепловых систем, а общий оборот составил более 1 миллиарда евро. достигнуто. Вакуумные трубчатые коллекторы доминируют на внутреннем и экспортном рынках Китая. рынки.

В других местах к 2001 году в США было установлено около 1 миллиона 90 172 2  поверхности коллектора; почти все это было сделано из неглазурованных поглотителей, используемых для обогрева плавательных бассейнов. В Европе к 2002 г. было установлено около 1,1 млн м 90 172 2 90 173 площади коллекторов, а плоские коллектор доминирует над инсталляциями.Около половины этих установок реализовано в Германии. Рынок солнечных коллекторов в основном зависит от политических условий в конкретной стране. стране, а в Германии, например, рынок коллекционеров упал на 40 % в 2002 г. из-за неопределенных политических условий, хотя в 2003 г. он снова восстановился. имеет очень амбициозные цели по установке коллекторов, с целью 100 миллионов м 2 к 2010 году. Тогда солнечные тепловые системы будут играть важную роль в борьбе с глобальное потепление.

Фолькер Квашнинг

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.