Конструкции солнечных коллекторов: Солнечный коллектор: открытый, вакуумный, плоский. Принцип работы

Содержание

Как работают термосифонные солнечные коллекторы.

Следуя названию этого вида солнечных коллекторов, данные гелиоустановки работают по принципу термосифона, что означает естественную циркуляцию (конвекцию) воды в системе. Такой солнечный коллектор работает по простым и понятным законам физики. За счет того что более теплая вода имеет меньшую плотность, чем холодная, она поднимается на верх емкости, а холодная опускается. Таким образом происходит постоянное движение воды пока весь ее объем не достигнет одинаковой температуры.

Термосифонные солнечные коллекторы бывают безнапорного типа (работают под естественным атмосферным давлением) и напорного (давление в коллекторе равно давлению в водопроводной сети). Рассмотрим конструкцию безнапорного солнечного коллектора.

Данный коллектор состоит из накопительного теплоизолированного бака 1, закрепленного на прочной сварной раме. Объем баков в основном от 130 до 300 л. Высокопроизводительные вакуумные трубки 2 являются греющим элементом и соединены с баком через резиновые уплотнения. Именно в трубках нагревается вода и поднимается в бак за счет разности плотностей, обеспечивая циркуляцию и нагрев. Для компенсации увеличения объема воды в системе при ее нагреве используется расширительный бак 3. Для обеспечения гарантированного нагрева воды в пасмурные дни в конструкции системы предусмотрен догревающий ТЭН 4, который может управляться простым термостатом или контроллером. Солнечный коллектор имеет систему набора воды механического (через поплавок) или электронного типа. Электронную систему набора воды можно так же подключить к контроллеру.

Неоспоримыми достоинствами таких систем являются низкая цена и простота монтажа. Сборку и установку таких систем, как правило, заказчик осуществляет самостоятельно, ведь для этого не требуются специальные знания и навыки и каждый шаг по сборке расписан в инструкции, а комплект полностью готов к монтажу. Отсутствие необходимости установки насоса или солнечной станции так же положительно сказывается на цене и простоте монтажа. Высокие эксплуатационные показатели позволяют окупать термосифонный солнечный коллектор за 1-2 года.

Несмотря на все свои достоинства, недостатки тоже присутствуют. Это малый сравнительно низкий комфорт эксплуатации и отсутствие возможности использования гелиоколлектора в длительный период существенных отрицательных температур. Не отказался бы закачивать крутое порно, не уделяя внимания на другие действа? В таком случае, возможно посетить наш сайт! Только лишь для сторонников картин эротичного жанра, мы создали достаточно фильмов на сайте , способных скрасить ваш вечер. Ресурс оборудован крутой навигационной системой, которая дает возможность отыскать ролик в соответствии с вашими наклонностями. Перейдите на ту категорию порнухи, которая вас привлекает, и насладитесь загрузкой заводных порнографических записей в отличном качестве!

Ориентация солнечных коллекторов в пространстве, сравнение эффективности конструкций

Содержание страницы

1. Ориентация и угол наклона плоских солнечных коллекторов

Источником энергии работы солнечных тепловых коллекторов является Солнце. Если рассматривать плоские стационарные СК любого типа, то они жестко закреплены либо на склонах крыш, либо на плоской крыше, либо на поверхности земли. Солнце светит на поверхность земли под углом, зависящим от времени суток и времени года. Диапазоны изменения этих углов очень значительные и зависят от широты и долготы места размещения объекта. Для Москвы, минимальная продолжительность светового дня 7 часов, а максимальная – 17 часов 30 минут. С учетом того, что за час Солнце перемещается по горизонту на 15 градусов, суммарное угловое перемещение летом может достигать 265 градусов, в то время, как зимой, 105 градусов. По склонению над горизонтом, Солнце также изменяет свое положение в большом диапазоне от 11 до 57 градусов. В других точках расположения объектов, углы изменения направления солнечного света, другие.

Во второй главе мы рассматривали значения максимального КПД солнечного коллектора, при этом, предполагалось, что лучи Солнца падают на поверхность коллектора перпендикулярно. В реальности, соблюсти это требование невозможно. Даже, если вы выставили направление коллектора строго на юг для точки размещение объекта в момент летнего солнцестояния, то, через несколько дней, максимальные значения будут недостижимы, поскольку угол падения лучей по горизонту изменится за этот период на несколько градусов.

Под оптимальной ориентацией стационарно размещенного солнечного коллектора понимают положение, максимально близкое к положению Солнца в момент астрономического времени 12 часов. Напоминаем, что в каждом месте существует разница директивного и астрономического времени и для Москвы, к примеру, эта разница составляет около 34 минут.

Если вы используете солнечные коллекторы только в летнее время, то рекомендуется устанавливать угол наклона коллекторов градусов на 5 меньше значения угла широты места расположения объекта. Москва расположена на 56 градусе северной широты. Следовательно, оптимальное расположение угла наклона коллектора будет около 50 градусов. Но если вы используете коллекторы круглый год, то угол наклона коллектора к горизонту рекомендуется выбрать на 15 градусов меньше широты. В нашем случае, это примерно 40 градусов. На ориентированном склоне крыш выполнить такие требования очень сложно, поэтому, можно сказать, что уровень максимально возможного мгновенного КПД для стационарного солнечного коллектора практически никогда не достижим.

Если реальная ориентация солнечного коллектора на объекте отличается менее 15 градусов по горизонту от нулевой ориентации на астрономический юг, то потери не столь велики, но если технически невозможно реализовать данные требования, то, эффективность гелиосистем падает и инвестиции в них никогда не окупятся.

Угловая эффективная зона работы плоских и вакуумных трубчатых коллекторов составляет около 45 градусов в каждую сторону от перпендикуляра к поверхности, то есть в сумме около 90 градусов.

Характер изменения эффективности работы коллектора от угла падения солнечных лучей зависит от конкретной конструкции солнечного коллектора и определяется экспериментально. В идеальном варианте, в диапазоне изменения падения лучей –45 –0 + 45 градусов, при абсолютном перпендикуляре падения солнечных лучей в максимальной точке, мощность солнечного коллектора изменяется на 25 %, но в реальности это изменение значительно больше и составляет около 50 %, причем у плоских коллекторов этот показатель еще ниже, поскольку абсорбер, в крайних положениях солнца затеняется боковыми стенками коллектора.

Некоторые производители указывают в характеристиках оборудования угловые коэффициенты.

IAM (Incident Angle Modifier) – угловой коэффициент. Поправочный коэффициент, который помогает учесть конструктивные особенности конкретного коллектора, чтобы откорректировать количество солнечного излучения поступающего при различных углах падения относительно основной плоскости солнечного коллектора (учитывается все отражение, преломление и затенение солнечных лучей).

У открытых солнечных коллекторов данный коэффициент равен 1. Максимальный мгновенный КПД 0,5–0,9.

У закрытых плоских – IAM = 0,85–0,95 в зависимости от толщины воздушного слоя и высоты боковой стенки коллектора над плоскостью абсорбера. Максимальный мгновенный КПД 0,74–0,88. У вакуумных одностенных перьевых трубчатых коллекторов

IAM = 0,9–1,1, максимальный мгновенный КПД 0,65–0,80.

У вакуумных коаксиальных – IAM = 1,1–1,6, максимальный КПД прямого солнечного излучения 0,45–0,75. но вакуумные коаксиальные трубки с цилиндрическим абсорбером могут воспринимать не только прямое, но и рассеянное солнечное излучение. действие которого можно учесть поправочным коэффициентом интенсивности, равным для солнечной погоды 1,15.

В виде графиков корректировка значения мощности солнечного излучения представлена на рис. 25.

Рис. 25. Графики зависимости мощности солнечного излучения от угла падения лучей для разных типов солнечных коллекторов

Из графика видно, что площадь фигуры под графиком мощности трубчатого вакуумного коллектора больше аналогичной фигуры плоского коллектора примерно на 15 %, Поскольку движение Солнца равномерное, можно сказать, что энергия, выработанная коллектором на вакуумных трубках больше плоского коллектора на 15 % при равных габаритах и ориентации на Солнце.

Солнце движется по небосводу по двум координатам. Вводятся два угловых коэффициента Поперечный (IAMT – transversal) и Продольный (IAML – longitudinal). Обычно у плоских гелиоколлекторов оба эти коэффициента одинаковые, поэтому указывается только одно значение. У трубчатых вакуумных гелиоколлекторов может существенно отличается Поперечный коэффициент, а Продольный, примерно такой же, как и плоских коллекторов.

Данные угловых коэффициентов некоторых типов тепловых солнечных коллекторов получены в

Институте солнечных технологий Solartechnik SPF (Рапперсвиль, Швейцария) и представлены на рис. 26.

Рис. 26. Графики изменения угловых коэффициентов некоторых типов солнечных тепловых коллекторов (Институт солнечных технологий Solartechnik SPF (Рапперсвиль, Швейцария) www.spf. ch (начало)

Рис. 26. Графики изменения угловых коэффициентов некоторых типов солнечных тепловых коллекторов (Институт солнечных технологий Solartechnik SPF (Рапперсвиль, Швейцария) www.spf. ch (окончание)

Среднегодовая выработка тепловой энергии

Солнце в течении дня движется по сложной траектории, которая зависит от времени года, места расположения объекта. Конструкции солнечных коллекторов очень разнообразные, возможно разнообразное расположение коллектора на объекте. Все это очень сильно затрудняет расчет среднегодовой выработки тепловой энергии. Экспериментальные данные по производительности СК очень сильно зависят от погодных условий. Для оценки годовой выработки тепла солнечным коллектором применяются методы математического моделирования. Статистические экспериментальные данные по среднегодовой выработки требуют очень длительного периода времени.

Одной из доступных и наглядных программ является немецкая разработка GeoT*SOL basic 2.0. однако не понятны исходные формулы для математического моделирования, примененные в этой программе и на сколько они соответствуют реальным конструкциям солнечных коллекторов.

В любом случае это сложнейшая задача математического моделирования. В данном учебном пособии можно говорить только о качественном анализе среднегодовой выработки тепловой энергии солнечными коллекторами разных типов.

2. Сравнительный анализ применения солнечных коллекторов различных типов

Поскольку конструкции, место расположение, ориентация, особенности монтажа коллекторов очень разнообразные, то для анализа эффективности рассмотрим качественные характеристики мгновенного КПД различных типов тепловых солнечных коллекторов. На рис. 27 представлены усредненные значения КПД, оптических КПД, коэффициентов теплопотерь для основных типов СК.

Упрощенный расчет КПД коллекторов можно произвести по формуле:

КПД = КПДопт – Ктп·У. (3)

Средние значения оптического КПДопт для позиций на рис. 27, составляют 1 – 0,95; 2 – 0,85; 3 – 0,75; 4 – 0,8; 5 – 0,75.

Средние значения коэффициента теплопотерь Ктп, соответственно, 1 –15; 2 – 7; 3 – 5; 4 – 3,5; 5 – 2 измеряется – Вт/(м2·°С).

У – соотношение разности температур теплоносителя на входе и выходе из коллектора Т, деленное на интенсивность солнечно излучения, измеряется в м2·°С/Вт.

Рис. 27. Мгновенный КПД солнечных коллекторов в зависимости от интенсивности солнечной радиации и разности температур на входе и выходе коллектора [1]: 1 – абсорбер; 2 –коллектор с однослойным остеклением; 3 –коллектор с двухслойным остеклением; 4 — плоский коллектор с высокоселективным покрытием абсорбера; 5 – трубчатый вакуумный коллектор

Оптический КПД характеризует конструктивную способность СК воспринимать солнечную энергию и зависит только от способности прозрачного защитного слоя пропускать энергию, наличию прослойки воздуха между защитным прозрачным слоем и абсорбером и КПД абсорбера.

Интенсивность солнечного излучения сильно зависит от атмосферных факторов. Напоминаем: 1000 Вт/м2 – ясная солнечная погода летом. 800–600 Вт/м2 – небольшая облачность, летом, 300 Вт/м2 – пасмурно летом, зимой эти показатели ниже примерно в 2 раза.

Также напоминаем, что на рис. 27 указаны значения МГНОВЕННОГО МАКСИМАЛЬНОГО КПД. Реальные средние значения примерно в два раза ниже.

Из рис. 27 видно:

Открытые солнечные коллекторы – эффективное использование возможно только в солнечную погоду при подогреве воды на 5–10 °С, при температуре окружающего воздуха выше 20 °С.

Плоские закрытые солнечные с остеклением в 1 слой

– применение целесообразно для подготовки горячей воды для нужд приусадебных и дачных участков в летний период при температуре окружающего воздуха не ниже 12–15 °С, способны прогреть воду на 15–25 °С.

Плоские закрытые солнечные с остеклением в 2 слоя – применяются, как и в предыдущем случае, но способны прогреть воду до 35 градусов.

Современные плоские солнечные коллекторы с высокоселективням покрытием абсорбера и хорошей термоизоляцией корпуса – могут эффективно использоваться при температуре окружающего воздуха от 5–10 °С и способны создавать перепад температур в коллекторе до 40 °С.

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы

Могут эффективно использоваться при температурах окружающего воздуха ниже нуля градусов Цельсия (всесезонные) при обеспечени перепада температур в коллекторе выше 80 °С.

Относительно возможности использования солнечных коллекторов в системах бытового нагрева воды на дачных участках, систем ГВС, систем отопления и технологических системах, можно представить следующие диапазоны изменения параметра У.

Зона А при У < 0,03 м2·°С/Вт – обогрев воды на дачных участках, летом,

Зона Б при У = 0,03–0,08 м2·°С/Вт – для систем ГВС в летний период.

Зона В при У > 0,08 м2·°С/Вт – системы отопления и ГВС капитальных сооружений.

При значениях У > 0,12, возможно использование систем солнечных коллекторов в многоквартирных домах и технологических промышленных процессах.

Литература:

1. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М., Энергоатомиздат, 1991, 208 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Суммарное количество всей потребляемой энергии человечеством составляет всего около 0,0125 % доли процента от энергии возобновляемых источников, имеющихся на планете Земля, главная из которых энергия Солнца.

Теплоэнергетика, наряду с другими отраслями, вносит большой вклад в накопление парниковых газов, поскольку именно при сжигании ископаемого топлива в котлах коммунального хозяйства и индивидуальных домов, происходит выброс диоксида углерода. Применение, при решении вопросов теплоснабжения, энергосберегающих высокоэффективных технологий и экологически чистых возобновляемых источников энергии, позволит сохранить планету.

По данным института АЕЕ INTEC, на конец 2012 г. в мире установлено 383 млн квадратных метров солнечных тепловых установок общей тепловой мощностью 268,1 ЕВт с годовой выработкой тепловой энергии 225 ТВт·ч. С каждым годом эти показатели только возрастают. К сожалению, в России общая площадь солнечных тепловых установок оценивается в 30 тыс. м2.

Более 60 % территории России, в том числе и многие северные районы, характеризуются среднегодовым поступлением солнечной радиации от 3,5 до 4,5 кВт·ч/м2 в день, а регионы Приморья и юга Сибири от 4,5 до 5,0 кВт·ч/м2 в день, что не сильно отличается от аналогичных показателей центральной Европы (5,0– 5,5 кВт·ч/м2 в день).

Солнечные тепловые коллекторы успешно применяются для подготовки горячей воды на дачном участке, в системах отопления и горячего водоснабжения индивидуальных и коллективных домов, промышленных системах теплоснабжения.

В настоящее время наибольшее распространение получили:

  • солнечные тепловые коллекторы открытого типа;
  • плоские закрытые солнечные трубчатые тепловые коллекторы;
  • закрытые трубчатые и объемные солнечные коллекторы;
  • вакуумные трубчатые солнечные коллекторы.

Доля последних составляет более 62 % от всего объема выпускаемых в мире солнечных коллекторов.

С точки зрения эффективности использования различных типов солнечных коллекторов и их применения в хозяйстве, можно рекомендовать.

Открытые солнечные коллекторы – эффективное использование возможно только в солнечную погоду при подогреве воды на 5–10 °С, при температуре окружающего воздуха выше 20 °С.

Плоские закрытые солнечные с остеклением в 1 слой – применение целесообразно для подготовки горячей воды для нужд приусадебных и дачных участков в летний период при температуре окружающего воздуха не ниже 12–15°С, способны прогреть воду на 15–25°С. Плоские закрытые солнечные с остеклением в 2 слоя – применяются, как и в предыдущем случае, но способны прогреть воду до 35 градусов. Современные плоские солнечные коллекторы с высокоселективням покрытием абсорбера и хорошей термоизоляцией корпусамогут эффективно использоваться при температуре окружающего воздуха от 5–10°С и способны создавать перепад температур в коллекторе до 40°С.

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы

Могут эффективно использоваться при температурах окружающего воздуха ниже нуля градусов Цельсия (всесезонные) при обеспечении перепада температур в коллекторе выше 80 °С.

Вопросы работы гелиосистем с использованием солнечных тепловых коллекторов будут рассмотрены в следующих частях учебного пособия «Комбинированные тепловые гелиосистемы».

 

Просмотров: 437

Сравнение конструкций различных солнечных коллекторов

Сравнение конструкций различных солнечных коллекторов

Площадь солнечного коллектора.

Солнечный коллектор «Сокол» имеет площадь в 2 м². Сторона, обращенная к солнцу, покрыта специальным светопоглощающим слоем и имеет практически 95%-е поглощение тепла. Обратная (теневая сторона) имеет утепление 50мм минеральной ваты.

Подсчитаем потери тепла, происходящие на теневой стороне. Коэффициент теплопередачи минеральной ваты равен 0,035 Вт/м*°С. С учетом толщины и перепада температуры например в 45°C, получим потери равные 35 Вт. Примерно столько же будут излучать и торцы солнечного коллектора, трубы и пр. Из-за специального селективного покрытия и правильно подобранного расстояния между стеклом и абсорбером излучение тепла и конвекция воздуха будут минимальны. В итоге получаем теплопотери двухметрового солнечного коллектора 100-120 Вт.

Атмосфера не всегда бывает прозрачной, а коллектор не всегда идеально чистым. Поэтому для расчета будет брать поток солнечной энергии равный 800 Вт/м², вычитаем теплопотери и получаем величину 700 Вт/м². Для плоского коллектора площадью 2м² реальная тепловая мощность составляет 1300-1400Вт.

При наличии автоматики, плоские солнечные коллекторы начинают работать при температурах, превышающих всего на несколько градусов температуру нагреваемой жидкости. Это особо актуально для нагрева бассейнов и холодных теплоносителей (например, для тепловых насосов).

Следует иметь ввиду, что площадь абсорбера типового китайского вакуумного коллектора с 18 трубками диаметром 47 мм и длинной 1,8м составляет всего 0,047м*1,8м*18= 1,522 м². При лучшем их КПД 75%, основанном на реальных данных центров сертификации, при идеальных погодных условиях 1000 Вт/м² один солнечный коллектор с вакуумными трубками вырабатывает только1100Вт. Значений выше этих получить физически не возможно, энергия не берется из ни от куда. Атмосфера не всегда бывает прозрачной, а коллектор не всегда идеально чистым. Поэтому для расчета необходимо брать значение потока солнечной энергии равным 800 Вт/м². Для коллектора с вакуумными трубками площадью 1,52 м² реальная тепловая мощность составляет 900Вт.

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя.

Поглощающий элемент называется абсорбером; он связан с теплопроводящей системой.

Прозрачный элемент (стекло) обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов.

Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность.

Для её повышения применяется специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре.

Стандартным решением повышения эффективности коллектора также стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности.

Конструкция ваккумного солнечного коллектора

Стеклянные вакуумные трубки по конструкции являются термосами – одна трубка расположена в другой, между ними технический вакуум. В стеклянную трубку, вставляются медные термотрубки, соединенные со стеклянные трубками тонкими листами алюминия.

Термотрубка — это закрытая медная труба с небольшим содержанием «легкокипящей жидкости». В качестве «легкокипящей жидкости» используется обычная вода под низким давлением.

Под воздействием тепла жидкость испаряется при температуре около 30°С и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть головки, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура с незамерзающей жидкостью. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова.

Но дальнейшем повышении температуры плотность пара будет расти, а плотность воды будет падать. В критической точке плотность станет одинаковой, и процесс конденсации и испарения прекратится, поступающая энергия передается только за счет стенки медного стержня, при её небольшой толщине, эффективность передачи будет мала.

Приемник солнечного коллектора медный с изоляцией из минеральной ваты толщиной обычно всего 4 см, закрыт листом жести.

Эффективность вакуумного солнечного коллектора складывается из потерь на отражение и поглощение двойного стекла и теплопотерь связанных с излучением тепла поглощающим слоем. Также неэффективность получается из-за того, что солнцем нагревается поверхность внутренней стеклянной колбы, от которой тепло передается через стекло (плохой теплопроводник) тонким алюминиевым пластинам на медную трубку.

Значительны теплопотери через изоляцию приемника коллектора, выполненную из минеральной ваты.

Благодаря цилиндрической форме трубок солнечные лучи падают на постоянную поверхность перпендикулярно к оси трубки, но при этом все остальные лучи, не перпендикулярные оси трубки, будут отражаться. Отражение по углу относительно плоскостей осей трубок (вдоль трубок) будет такое же как и у плоских солнечных коллекторов.

Отношение апертуры (рабочей поверхности) к общей площади солнечного коллектора у вакуумного водонагревателя в два раза меньше, чем у плоского солнечного коллектора.

Следует иметь ввиду, что площадь абсорбера типового китайского вакуумного коллектора с 18 трубками диаметром 47 мм и длинной 1,8м составляет всего 0,047м*1,8м*18= 1,522 м².

Реальный КПД солнечных коллекторов различных конструкций в зависимости от разницы температуры коллектора и окружающей среды.

При выборе солнечного коллектора любой конструкции необходимо учитывать их отличия, стоимость, реальный КПД, цели и климат использования.

Идеальных конструкций нет! Доверять проектирование следует профессионалам, имеющим большой опыт монтажа и эксплуатации систем с надёжными солнечными коллекторами.

Плоский солнечный коллектор СОКОЛ-ЭФФЕКТ — Cолнечные коллекторы

Солнечный коллектор плоского типа «Сокол-Эффект»

Разработан и производится на российском оборонном предприятии

АО ВПК «НПО машиностроения»

Предлагаем отличный продукт на основе космических технологий — солнечный коллектор «Сокол».

Развитие производства в России и современные технологии позволили создать отечественные образцы солнечных коллекторов, не уступающих по своим характеристикам зарубежным аналогам.

Солнечный коллектор «Сокол» разработан и производится с 1990 года на российском оборонном предприятии Опытный Завод Машиностроения АО «ВПК «НПО машиностроения». В конструкции солнечного коллектора «Сокол», используются современные утеплители и средства герметизации, которые постоянно модифицируется и улучшается.

Преимущества солнечного коллектора «Сокол»:

  • Легкая и прочная конструкция
  • Высокая тепловая производительность СК серии «Сокол-Эффект А» и «Сокол-Эффект М» благодаря применению алюминиевых и медных поглощающих панелей с высокоселективным поглощающим покрытием и специального солнечного стекла
  • Длительная эксплуатация благодаря применению конструкционных материалов с высокой коррозионной стойкостью и ударопрочного стекла
  • Легкость и удобство монтажа благодаря наличию в конструкции латунных патрубков с резьбовыми элементами винт / гайка G ¾ (+ плоскиe прокладки), позволяющие быстро соединять солнечные коллекторы «Сокол — Эффект».

Принцип действия плоского  солнечного коллектора «Сокол — Эффект»:

Видимые солнечные лучи, проникая сквозь защитное стекло абсорбера коллектора, поглощаются черным дном коллектора. Защитное стекло не пропускает наружу излучаемые дном инфракрасные лучи, создавая парниковый эффект, а качественная теплоизоляция нижней части коллектора не пропускает тепло и в этом направлении. Поглощенное тепло передается циркулирующему в трубках или змеевике теплоносителю.

Результаты исследований, проведенных в Институте высоких температур Российской академии наук, доказали целесообразность использования в реальных климатических условиях средней полосы России именно плоских солнечных водонагревателей, работающих в период наибольшей солнечной инсоляции – с марта по сентябрь.

Солнечные коллекторы «Сокол» предназначены для применения в системах горячего водоснабжения и отопления, причем как в качестве основного, так и дополнительного нагревателя.

Коллекторы «Сокол» успешно зарекомендовали себя в качестве альтернативного параллельного источника энергии, прекрасно интегрируясь в эксплуатируемые традиционные системы водоснабжения и отопления. Коллектор имеет эстетичный вид и прекрасно вписывается в общий дизайн любого загородного дома или коттеджа. Корпус коллектора может иметь любой цвет, окрашивание производится методом нанесения полиэфирных порошков в электростатическом поле.

Специально для коллектора «Сокол» был разработан и запатентован прижим стекла и алюминиевый профиль коллектора. После улучшения КПД коллектора составил 75%, что на порядок больше всех российских и большинства импортных аналогов.

По показателем теплопотерь плоский солнечный коллектор «Сокол» близок к вакуумным коллекторам, при этом он имеет ряд преимуществ. Отношение поглощающего слоя (абсорбера) к габаритам выше, а зимой снег не мешает его нормальной работе. Нет проблемы заиневания, с которой сталкиваются все вакуумные солнечные коллекторы.

При окружающей температуре до -5…-10°С и влажном климате эффективнее конструкции солнечного коллектора нет. При более низкой температуре солнечный коллектор «Сокол» сохраняет свою работоспособность. При -21°С в декабре 200 литров нагреваются одним (!) солнечным коллектором с +8°С до +32°С.
Главной особенностью солнечного коллектора «Сокол» является многослойное оптическое селективное покрытие. Слой выполняется методом магнитронного напыления в специальной вакуумной камере и состоит из нескольких покрытий толщиной 50 мкм, различных по своему составу и физическим свойствам.

Данный метод был разработан специалистами НПО машиностроения и был отмечен серебряными медалями на международных выставках в Брюсселе (1999 г.) и Женеве (2000 г.).


Поглощающий слой плоского солнечного коллектора «Сокол», в отличие от «псевдо селективных» покрытий других производителей, обладает высокой степенью поглощения как видимых солнечных лучей, так и солнечной радиации в облачную погоду. Из-за низкого коэффициента черноты обратное излучение тепла минимально (3-5%). Благодаря этому солнечная энергия эффективно используется в системах нагрева воды и отопления, а не излучается с поверхности коллектора. Получается «солнечная ловушка» с высокими показателями эффективности в условиях низких температур и малой солнечной инсоляции.

Благодаря селективному покрытию и оптимальному расстоянию между стеклом и абсорбером конвекция и излучение тепла в солнечном водонагревателе «Сокол» практически отсутствуют. Даже при температуре в солнечном коллекторе 100°С наружное стекло остаётся холодным.

Схемы применения коллектора в водонагревательных системах

1.Cистема с естественной циркуляцией теплоносителя
2. Cистема с насосной циркуляцией теплоносителя

   

Ориентировочная производительность систем солнечного горячего водоснабжения на базе коллекторов «Сокол»

Экономический и экологический эффект.

Объект Кол-во
СК
Сокол
Эффективная площадь СК Климатическая зона
России
Длительность
сезона
эксплуатации
Максимальная суточная производительность по горячей воде Тепло-производительность
за сезон
Сезонная экономия условного топлива Предотвращение выбросов углекислого газа за сезон
шт. м2 мес. л кВт-ч кг кг
Односемейный
жилой
дом
2 4 Северо-Запад 8 300 1200 320 750
Центр.зона 10 330 1450 375 940
Среднее Поволжье 10 400 1700 440 1125
Южная зона 12 450 2200 530 1450
Летнее
кафе
3 6 Северо-Запад 5 400 1600 500 1100
Центр.зона 5 600 2400 550 1250
Среднее Поволжье 5 700 2800 650 1650
Южная зона 7 750 3000 800 2200
Животноводческая
ферма
10 20 Северо-Запад 9 1400 6300 1550 4150
Центр.зона 10 2000 8500 1800 5000
Среднее Поволжье 10 2100 9500 2100 5800
Южная зона 12 2500 12000 3000 8300
Санаторий или
пансионат
15 30 Северо-Запад 9 2000 9000 2200 6100
Центр. зона 10 3000 13500 2600 7500
Среднее Поволжье 10 3500 15000 3500 9500
Южная зона 12
4000 18500 4300 11800

Cолнечныe коллекторы — Новые Системы и Альтернативы

Энергию солнца используют не только для выработки электричества. Вполне логично, что солнечную радиацию перерабатывают для получения тепла. Эта функция намного больше соответствует нашему представлению о пользе солнечного света.

Для преобразования энергии солнца в тепло изобрели специальные устройства, называемые солнечными коллекторами. Это приборы, оснащенные специальными селективными материалами, которые поглощают и накапливают солнечную радиацию, синтезируют тепло, чтобы направить полученный ресурс в нужное русло.

Солнечному коллектору отведена одна из важнейших задач в быту – горячее водоснабжение. Это незаменимое устройство в частном секторе и на даче, куда не всегда дотягиваются центральные коммуникации, а установка электрического котла отнимает много средств.

Принцип работы коллектора можно рассмотреть на простейшем примере резинового садового шланга, который нагревается, лежа на солнце, и, пропуская через себя воду, передает ей накопленное тепло.

То же самое происходит в случае с садовым металлическим баком, который нагревается за счет высокой теплопроводности металла. Если выкрасить бак в черный цвет, то он нагреется еще быстрее. Черная краска в данном случае является своего рода селекционным покрытием, поглотителем тепла.

Даже пластиковая бутылка с водой, мирно стоящая на окне и ежедневно нагревающаяся от солнца, также является подобием солнечного коллектора. Собственно, самодельные нагреватели по типу коллекторов, только в очень примитивном смысле, встречаются повсюду в нашей повседневной жизни.

Прежде чем купить солнечный коллектор, ознакомьтесь с важной информацией. Мы расскажем вам, какие виды коллекторов существуют, чем отличаются, какие имеют преимущества, особенности и недостатки. Отталкиваясь от этих знаний, вы сможете сделать наиболее правильный выбор.

Виды солнечных коллекторов

В настоящее время существует несколько видов солнечных коллекторов. Разбег в качестве и стоимости достаточно большой. Можно выбрать простейший прибор для летнего душа или мощное устройство со сложной конструкцией для круглогодичного нагрева воды в частном доме.

Открытые солнечные коллекторы

На основе простых наблюдений и опытов были созданы первые солнечные коллекторы, которые впоследствии получили определение открытых. Такое устройство представляет собой сосуд с пластиковым корпусом, водой и поверхностью из резины.

Открытый коллектор по определению не имеет остекления. Его эффективность усилена материалами, которые хорошо поглощают солнечный свет. Таковым, например, является резина и пластик. Но селективные материалы в составе открытых коллекторов отсутствуют.

Несмотря на то, что на рынке уже вовсю пользуются спросом более современные модели коллекторов, устройства открытого типа применяют до сих пор. Причины – легкий монтаж, низкая стоимость оборудования, экономия до 70% газа.

Но такие коллекторы имеют узкую функциональную направленность – подогрев воды в бассейне или уличном душе. Их конструкция слишком проста, чтобы обеспечить полноценное горячее водоснабжение. Открытый коллектор имеет низкий КПД, уровень которого зависит от погоды.

Эффективность открытых коллекторов определяет сезон и небольшой срок службы 1-2 года. Такие конструкции применяют для обогрева воды летом. Причем, наибольшую пользу открытый коллектор приносит тогда, когда разница температур внешней и внутренней среды не превышает 20 градусов.

Плоские солнечные коллекторы

Следующий вид коллекторов относится к разряду более серьезных. Такая конструкция может быть использована в целях обеспечения горячего водоснабжения, но требует создания определенных условий для эффективности выполнения этой задачи.

Чтобы вам удобнее было представить плоский коллектор, мы опишем его в продольном разрезе. Устройство имеет слоистую конструкцию. В середине плоского коллектора находится абсорбирующая металлическая пластина — абсорбер. В зависимости от модели он может быть покрыт слоем селективного состава.

К абсорберу припаян трубопровод, по которому проходит теплоноситель – вода. Трубы могут быть или извилистыми в виде меандра, или параллельно расположенными в виде арфы. На эффективность тип расположения трубопровода не влияет.

Абсорбер с трубопроводом заключен в теплоизоляционный корпус. Поверх него находится прозрачная стеклянная стенка, через которую и проникают к поверхности поглощающей пластины солнечные лучи. Снизу абсорбирующей пластины проложен сплошной плитообразный теплоизоляционный слой. Чаще всего это минвата, но может быть применен и другой вид утеплителя.

Стеклянная поверхность может быть изготовлена из различных материалов. Оно может быть обычным или каленным. Чаще всего устанавливают матовое стекло, поскольку его способность поглощения солнечных лучей выше, чем у глянцевого стекла. Снизу корпус плоского коллектора может быть покрыт слоем селективного состава.

Внешне плоский солнечный коллектор имеет вид большой плиты. Такое устройство можно крепить на крышу даже с очень крутым скатом. При этом сам процесс монтажа нельзя назвать простым, поскольку плоский коллектор – большая монолитная плита. Затащить ее на крышу можно только в целиковом виде. А если крыша является труднодоступной, процесс усложняется в несколько раз.

Недостатком плоского солнечного коллектора можно назвать существенные теплопотери в холодное время года. Зимой и в межсезонье не помогает даже герметичный корпус и нижний теплоизоляционный слой, поскольку в верхней части абсорбер мало защищен свободным пространством с инертными газами от контакта с прозрачной поверхностью.

При высоком уровне поглощения солнечной энергии КПД таких устройств может быть довольно низким из-за особенностей конструкции. По этой причине говорить об эффективности плоских солнечных коллекторов можно только в летний сезон, когда теплопотери сводятся к минимуму.

Плоские вакуумные солнечные коллекторы

Это разновидность плоских коллекторов. Такие устройства считаются наиболее эффективными из всех моделей плоского типа.

Плоские вакуумные солнечные коллекторы имеют большое преимущество. Они оснащены коробами глубокого вакуума, то есть, коробами, из которых полностью выкачан воздух. Вакуум устроен между абсорбером и прозрачным стеклом. Благодаря минимизации взаимодействия абсорбирующей пластины и стеклянной поверхности, такие солнечные коллекторы испытывают небольшие теплопотери.

Вакуум способствует увеличению КПД вакуумного коллектора, поскольку система работает по принципу зеркального отражения. А именно, под каким бы углом не находилось солнце относительно поверхности такого устройства,

Но одновременно с преимуществом высокой эффективности стоит отметить сложность монтажа вакуумных коллекторов, поскольку их конструкция представляется более сложной, нежели у обычных плоских коллекторов. Стоимость устройств, оснащенных вакуумом, само собой, также более высокая.

Трубчатые солнечные коллекторы

Трубчатые солнечные коллекторы самые продуктивные и простые в монтаже. Благодаря особенностям конструкции, такие водонагреватели испытывают минимальные теплопотери даже в холодное время года.

Вакуум присутствует в каждой модели трубчатого коллектора, независимо от типа и производителя, и также действует по принципу зеркального отражения, значительно повышая КПД устройства.

Трубчатый коллектор получил свое название, потому что в основе его конструкции лежат стеклянные трубки с селективным покрытием, поглощающим энергию солнечных лучей. Трубки крепятся и сообщаются при помощи тепловых каналов с корпусом-теплообменником, создавая гидравлическую сеть. Тепловые каналы находятся внутри абсорбирующей пластины.

Для крепления на кровлю трубчатый солнечный коллектор оснащен специальной удобной рамой. Поэтому процесс установки на крышу независимо от ее формы невероятно прост. Такой коллектор можно монтировать поэтапно, поскольку он не является монолитным и легко разбирается на составные части.

В основе процесса генерации солнечной энергии в тепло в трубчатых солнечных коллекторах лежат стеклянные трубки с абсорбером и вакуумом. Но трубки и корпус-теплообменник могут иметь различную конструкцию и принцип работы.

Виды трубок

Различают 4 основных вида стеклянных трубок в трубчатых солнечных коллекторах. Предлагаем рассмотреть их особенности подробнее.

  1. Коаксиальные вакуумные трубки прямого нагрева.

Трубки коаксиального типа в солнечном коллекторе имеют строение, сходное с термосом. То есть, когда одна трубка находится внутри другой, а между ними создан вакуум. В трубке прямого нагрева тепловой канал напрямую контактирует с поверхностью абсорбера – поглотителя тепла.

Солнечные коллекторы с коаксиальными трубками прямого нагрева применяются сезонно – преимущественно в летний период и для начального нагрева воды, и не работают под давлением выше 0,2 атмосфер. Благодаря прямому контакту теплоносителя с абсорбером, потери тепла в таких устройствах очень малы.

При всех достоинствах у солнечных коллекторов с коаксиальными трубками прямого нагрева есть еще одно преимущество – невысокая стоимость и простота конструкции.

  1. Коаксиальные вакуумные трубки с системой heat-pipe, или с термотрубками.

Такие коллекторы состоят из медных термотрубок нового поколения, в которые помещена легко закипающая жидкость, и усовершенствованных теплообменников Манифолд, как однотрубных, так и двутрубных. Температура кипения жидкости в термотрубках может достигать 380 градусов.

При попадании солнечного луча на тонкую стенку модернизированной термотрубки коллектора жидкость закипает и отдает тепло в теплообменник в виде поднимающегося вверх пара. После отдачи тепла она возвращается в виде конденсата обратно в термотрубку.

Термотрубки нового поколения соединяются с теплообменником Манифолд при помощи специальной гильзы. Все вместе «участники» процесса теплообмена составляют систему heat-pipe.

Преимущество системы heat-pipe – возможность работать в любую погоду и температуру (даже 35 градусов мороза), невысокая стоимость, легкий монтаж и ремонт. Термотрубки в таком коллекторе легко заменяются без потери его работоспособности.

  1. Коаксиальные вакуумные трубки с системой U-type.

Солнечные коллекторы с системой U-type являются высокоэффективными. Внутри каждой коаксиальной трубки такого устройства проходит проточный U-образный теплообменник. То есть, трубки с корпусом составляют единой целое.

Теплопотери солнечного коллектора с системой U-type минимальные, монтаж довольно прост. Но конструкция такого устройства предполагает полную замену всех элементов в случае поломки одного из них, что делает затратным и трудоемким процесс ремонта.

Кроме того, коллекторы с системой U-type имеют высокую стоимость, поскольку система U-type взаимодействует только с качественным теплоносителем.

  1. Перьевые вакуумные трубки, или трубки с системой heat-pipe.

Солнечные коллекторы с перьевыми трубками являются самыми современными и усовершенствованными. Их эффективность превышает другие модели трубчатых коллекторов.

Перьевые трубки имеют несколько другое строение, хотя принцип работы остается таким же, как в случае с коаксиальными трубками. Система heat-pipe с перьевой абсорбирующей пластиной и внедренным в нее тепловым каналом полуоткрыта и открытой стороной погружена в вакуум.

В связи с высоким КПД и сложностью монтажа солнечные коллекторы с перьевыми трубками имеют высокую цену и в случае поломки подлежат полной замене всех элементов.

Вакуумный коллектор с коаксиальными трубками прямого нагрева и баком со встроенным теплообменником

Такой коллектор работает с минимальными потерями тепла и передает пар от кипящей жидкости в теплообменник, встроенный в металлический бак. Жидкость возвращается в трубку в виде конденсата.

По принципу работы такое устройство походит на коллектор с термотрубками, описанный нами ранее.

Если у вас возникли сложности с пониманием принципа работы и монтажа того или иного солнечного коллектора, обратитесь к нашим специалистам. Мы разложим всю информацию по полочкам в простой и понятной форме без потери сути в ходе квалифицированной консультации.

В компании «НСиА» работают специалисты, которые всегда готовы помочь и дать совет относительно выбора коллектора для вашего дома, дачи и любого другого помещения. Качественные модели таких устройств вы можете посмотреть и выбрать в нашем каталоге.

Плоский солнечный коллектор | SolarSoul.net ☀️

Плоский солнечный коллектор наиболее распространенный тип солнечных коллекторов, которые применяются в гелиосистемах во всем мире. Плоский коллектор  применяются в системах для подогрева воды и для поддержки отопления.

Плоские солнечные коллекторы в группе на крыше

Преимуществом плоского солнечного коллектора является относительная простота конструкции, которая позволяет удешевить систему при довольно высоких показателях производительности и надежности. Недостатком можно назвать высокие тепловые потери, которые снижают показатели выработки тепловой энергии при низкой температуре воздуха.
Конструктивно плоский коллектор выполнен в виде прямоугольной пластины. В теплоизолированном  корпус е коллектора находится основной элемент – абсорбер (поглощающая пластина).


Конструкция плоского солнечного коллектора

К абсорберу припаяны трубки.  Материал абсорбера и трубок может быть разным, как правило, применяются металлы с хорошими теплопроводящими характеристиками, такие как медь и алюминий.  Сверху поглощающая пластина закрыта прозрачной изоляцией. Для этого применяют закалённое стекло с низким содержанием окислов железа. Это способствует большему проникновению солнечной энергии на пластину.

Плоский солнечный коллектор: принцип действия

Под воздействием солнечного излучения на поверхности абсорбера солнечного коллектора  происходит поглощение солнечной энергии, в результате, поглощающая пластина разогревается, а перекачиваемый через трубки теплоноситель отбирает полученное тепло. Через места соединения пластины абсорбера с трубками.  Селективное покрытие, которое наносится на пластину абсорбера, позволяет поглощать максимально возможное количество тепловой солнечной энергии, при этом обратно эта энергия почти не излучается.  Прозрачная изоляция ( как правило каленое стекло с низким содержанием железа)  и теплоизоляционный слой призваны снизить потери тепловой энергии.

В зависимости от необходимой потребности в горячей воде и отоплении рассчитывается оптимальная площадь гелиосистемы. Плоские солнечные коллекторы объединяются в группы и работают в одной системе. Количество нагретой воды и ее температура за сутки  зависят от различных факторов таких как: высота солнца над горизонтом, ясность дня, температура воздуха, температура холодной воды в подающей магистрали, фактический расход  горячей воды, конфигурация системы и т.д.

Выгодно ли устанавливать солнечный коллектор, какой потребуется

В Европе крыши домов заставлены приспособлениями улавливающими и преобразующими солнечную энергию. У нас такое встретишь не часто. Почему? Есть ли целесообразность устанавливать в частном доме солнечный коллектор, и какой конструкции он должен быть…

Конструкции солнечных коллекторов

  • Пластинчатые.
    Поглотителем солнечной энергии является пластина покрытая чаще никелем. К ней прикреплены медные трубки, по которым движется теплоноситель. Другой вариант, — трубки выдавленные в самой нагревающейся пластине состоящей из двух половинок.
    Пластина закрывается в утепленный короб, с одной стороны которого находится прочное самоочищающееся стекло.
  • Трубчатый вакуумный
    В основе — вакуумные трубки из стекла, покрытые снизу светоотражающим материалом, а сверху — металлизированным напылением, которое препятствует уходу отраженной энергии. Внутри стеклянной трубки размещается трубка
    с движущимся теплоносителем. Ряды таких улавливателей солнечной энергии закрепляются к теплоизолированным сборным шинам с теплоносителем. Роль утеплителя в самой трубке играет вакуум.
  • Тепловые трубки.
    Применяются сходные вакуумные трубки, но внутри них находятся медные трубки с легкоиспаряющейся жидкостью. Она преобразуется в пар солнечным теплом и сразу же конденсируется на теплообменнике в верхней части, отдавая энергию теплоносителю, и такой процесс идет постоянно.
  • Летний нагреватель.
    Пластинчатый коллектор, но в самом дешевом исполнении — без стекла и теплоизоляции, с полимерным шлангом… Эффективно может использоваться только когда температура окружающего воздуха большая. Но нагрев воды намного более интенсивный, чем просто у бочки для летнего душа. Чаще по такой системе движется непосредственно вода, которая используется для душа и бассейна, без промежуточного бойлера.

Сколько энергии дает солнце

Количество солнечной энергия, которая приходится на единицу площади (метр квадратный), весьма различается на разных географических широтах. В северных регионах энергии слишком мало, чтобы речь шла о применении коллектора. Для эффективного и самоокупаемого применения солнечных коллекторов реально могут рассматриваться только южные регионы, южнее 52 параллели.

  • В этих районах, в период минимального высоты солнца в декабре, можно получить максимум 80 Вт/м2
  • В июне, когда солнце находится в наивысшей точке, — 600 Вт/м2.
  • В апреле и сентябре — около 350 Вт/м2.


Важнейшая характеристика каждой модели коллектора — минимальная солнечная энергия, при которой от прибора можно получать тепло.

Известно, что варианты с вакуумными трубками начинают работать при 20 Вт/м2. А пластинчатые — в среднем от 80 Вт/м2.

Если сравнить имеющуюся солнечную энергию с характеристиками различных типов коллекторов, то можно заметить, что трубчатый будет способен работать круглый год. Зимой также, хоть отдача его и будет минимальна.
Пластинчатый же можно применять только в межсезонье и летом.

Для чего может понадобиться солнечный коллектор

Отопление необходимо в зимний период, а в это время отдача коллекторов весьма небольшая. Летом же отопление не нужно вовсе, и в это время коллектор способен генерировать максимум энергии.

Возникает не разрешимое противоречие — когда энергии нужно больше всего для отопления, ее просто нет.

Поэтому солнечный коллектор целесообразней всего использовать для приготовления горячей воды, которая понадобится всегда. Зимой коллектору намного больше будут помогать обычные источники энергии — от системы отопления или элеткронагрев.

Для ГВС коллектор намного выгоднее потому, что за период своей эксплуатации круглый сезон с него можно забрать и использовать больше энергии, чем если бы это делалось для отопления. А это значит, что прибор может оказаться выгодным, самоокупаемым.

КПД и эффективность

Коллектор наиболее выгодно использовать для подогрева воды, если он генерирует не более чем 70% требуемой энергии. Остальная энергия добирается за счет подогревом от других источников.

Почему солнечный коллектор не может сделать горячую воду, обычных 50 градусов?

КПД коллекторов быстро падает с ростом температуры теплоносителя. На графике видно, что пластинчатые приборы наиболее сильно зависят от температуры теплоносителя.

Пока теплоноситель холодный — КПД коллектора наибольший.

Отсюда, при проектировании систем нагрева отопления, следует учитывать довольно простой вывод — сначала нужно нагревать объем воды от солнечного коллектора. А затем догревать его до нужной температуры, например, электричеством.

Также из характеристик приборов известно:

  • Трубчатые коллекторы имеют куда меньшую зависимость КПД от редуцируемой температуры. Могут использоваться круглый год, в том числе и для отопления.
  • Пластинчатые. Их эффективность намного больше летом, при прямом солнечном свете, они дают больше энергии чем трубчатые. Выгодней для приготовления ГВС. Зимой же, как указывалось, эффективность крайне низкая — не применимы.

Экономическая целесообразность — большой или маленький коллектор нужен?

Чем больше площадь солнечного коллектора, тем больше он поглощает энергии и тем больше будет температура теплоносителя. Но, согласно приведенным выше данным, с ростом температуры теплоносителя КПД приборов уменьшается.

Таким образом, слишком большой коллектор, при больших затратах, будет работать ненамного эффективней, чем маленький, — он просто не сможет поднять температуру выше из-за резкого падения КПД.

Как указывалось, для ГВС коллектор окажется экономически целесообразным, если будет давать не более 70 % необходимой энергии.

Но для радиаторного отопления, температура требуется обычно гораздо выше — до 80 градусов, причем зимой.
Здесь же коллектор окажется выгодным если будет генерировать не более 20-30% энергии.
Т.е. площадь коллектора не должна быть слишком большой, с целью добиться более высокой температуры, иначе прибор быстро выйдет за рамки окупаемости.

Какая площадь солнечного коллектора потребуется

Существуют сложные расчеты наиболее экономически целесообразных площадей солнечных коллекторов. Ниже приведены конечные рекомендации по подбору площади этих приборов, в реальных экономических условиях при низких ценах на углеводороды, по сравнению с Европой.

Количество энергии для ГВС полностью зависит от количества используемой воды. Поэтому данные приводятся из расчета на одного жителя.

  • Для ГВС на одного человека целесообразная площадь солнечного коллектора находится в пределах 1,0 — 1,4 метра в зависимости от степени расхода воды.
  • Для отопления расчет такой — площадь прибора не более 0,4 м2 на каждый квадратный метр площади дома. Соответственно, для небольшого дома в 100 кв, предел целесообразности — 40 м кв. прибора.

Воспользовавшись подобными рекомендациями, или исходя из приведенных выше данных, можно говорить о подборе коллектора под конкретное жилище. Но нужно помнить, что цифры продавцов, могут быть слишком оптимистичными, так как они будут стремиться продать максимальную площадь.

Также много нюансов в системах подключения и размещения на крыше или на приусадебном участке. Подробней можно ознакомиться со схемами включения солнечных коллекторов

Проектирование сетей солнечных коллекторов для промышленного применения

https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.05.005Получить права и контент .

Структура сети представлена ​​последовательно-параллельным расположением коллекторов.

Расчетный подход основан на теплогидравлической модели.

Сеть коллекторов определяется исходя из тепловых и гидравлических нужд.

Abstract

Проектирование и выбор блоков коллекторов солнечной энергии для тепловых применений требует соблюдения тепловых и гидравлических требований. С термической стороны рабочая жидкость должна обеспечивать тепловую нагрузку процесса при заданной температуре, а с гидравлической стороны жидкость должна протекать по системе, испытывающей перепад давления, находящийся в заданных пределах. В случае солнечных коллекторов рабочим телом, используемым для передачи тепла процессу либо в открытом, либо в закрытом контуре, является вода.Солнечный коллектор можно рассматривать как теплообменник определенного типа, а набор солнечных коллекторов, необходимых для конкретного применения, как сеть теплообменников. В этой работе общее расположение солнечных коллекторов, формирующих общую площадь поверхности коллектора, называется сетью солнечных коллекторов (NSC). NSC используется в крупномасштабных системах отопления зданий или в производственных процессах. Такая сеть коллекционеров может представлять собой последовательное, параллельное или любое их сочетание.В отличие от бытовых применений, где вода течет через теплообменник в условиях естественной конвекции, в крупномасштабных применениях поток воды принудительно создается с помощью насосной системы. В этом документе представлены инструменты для проектирования и выбора наиболее подходящей схемы сети для данного приложения в зависимости от заданного перепада давления для потока жидкости, требуемой температуры и тепловой нагрузки. Представлена ​​теплогидравлическая модель для сетей солнечных коллекторов, а ее решение графически отображено с зависимостью длины теплообменника от количества параллельных массивов.Тепловая и гидравлическая модели решаются отдельно, так что два пространства решений представлены на одном графике. Тепловое пространство представляет собой тепловую длину, необходимую для удовлетворения заданной тепловой нагрузки, как функцию количества параллельных массивов. Гидравлическое пространство, с другой стороны, представляет собой гидравлическую длину, соответствующую заданному перепаду давления, в зависимости от количества параллельных массивов. Точка, где встречаются два пространства, определяет структуру сети, которая выполняет требуемую тепловую нагрузку с приемлемым перепадом давления.

Ключевые слова

Ключевые слова

Солнечные коллекторные сети

Термогидравлическая модель

Термогидравлическая модель

Гидравлическая длина

Гидравлическая длина

Дизайн пространства

Солнечная энергия

Рекомендуемая Солнечная цитата

Рекомендуемая статьи на Статьи (0)

Просмотреть полный текст

Copyright © 2014 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендованные статьи

Ссылки на статьи

Рисунки | Бесплатный полнотекстовый | Проект нового солнечного теплового коллектора с керамическими материалами, интегрированными в фасады зданий

1.Введение

Важность потребления энергии в связи с экологическими проблемами и истощением природных ресурсов делает больший упор на поощрение получения энергии за счет других возобновляемых ресурсов. По данным Европейской федерации солнечной тепловой промышленности [1], солнечная энергия, пожалуй, самая известная из всех возобновляемых источников энергии. Вот почему анализ и оценка современных систем солнечных тепловых коллекторов (далее СТК) так важны для выявления их ограничений и изучения улучшений и инноваций, которые позволяют их более широкое использование и улучшение этих аспектов.

2. Требования к проектированию нового STC

Вопросы, касающиеся архитектурной интеграции элементов коллектора, хорошо известны; в результате их почти всегда отправляют на крыши, где их присутствие остается незамеченным. Таким образом, в этой ситуации требуется система STC, способная архитектурно интегрироваться в ограждающие конструкции здания (архитектурная интеграция относится к способности элементов эстетически сочетаться с другими элементами фасада или крыши или положительно выделяться на их фоне).Новая коллекторная система должна предлагать возможность эстетического сочетания с остальной частью оболочки здания и дополнять ее, а также представлять различные виды отделки. Использование керамических материалов может сыграть важную роль в этом отношении.

Новая коллекторная система должна соответствовать критериям с точки зрения энергии и конструктивно. С конструктивной точки зрения коллекторная система должна быть частью самой оболочки здания (фасад и/или крыша) и обеспечивать как минимум те же свойства, что и традиционная поверхность здания, которую она заменяет.Она должна обеспечивать возможность установки на фасад и/или крышу без необходимости вспомогательной подконструкции, используя саму подконструкцию ограждающей конструкции, тем самым упрощая установку, предлагая возможность легко изменить угол наклона панели, гарантируя безопасность, быстрое и простое внедрение, повышающее производительность и обеспечивающее прямую замену или удаление деталей, если они повреждены или неисправны.

Благодаря интеграции системы коллекторов в ограждающие конструкции здания любая часть фасада может быть использована для получения энергии.Его архитектурная интеграция позволит разместить его на больших площадях и, в свою очередь, позволит ему работать при более низких температурах, чем обычные системы. Если мы рассмотрим средиземноморский климат или другой подобный климат, достаточно спроектировать систему, обеспечивающую рабочую температуру от 30 °C до 60 °C.

Также требуется система, которая является более рентабельной для конечного пользователя, поэтому следует избегать использования пластин и металлических труб или специальных покрытий, которые увеличивают стоимость системы сбора.Поэтому STC следует проектировать с использованием более дешевых материалов, таких как керамика, которая сегодня может заменить металл в этих приложениях. В том же духе, чтобы избежать установки герметической стальной оболочки на каждом коллекторе (Герметическая металлическая оболочка обычных коллекторов, помимо того, что она используется как открытопористый гидроизоляционный и теплоизоляционный элемент, также служит, в некоторых случаях, элементом для крепления коллектора к вспомогательному основанию.) целесообразнее использовать теплоизоляционные, жесткопанельные, закрытопористые материалы, водонепроницаемые и способные выдерживать высокие рабочие температуры.

Наконец, процесс установки должен быть простым, безопасным и не требовать специализированных рабочих, т. е. никто не должен выходить на фасад.

3. Метод и материалы

3.1. Общая конфигурация: форматы и материалы
На основании вышеупомянутых требований была спроектирована керамическая ограждающая система здания, состоящая из двух основных элементов: керамической коллекторной панели со стеклянным корпусом и керамической несобирающей панели без стекла (рис. 1). Это позволяет подходящее сочетание блестящих поверхностей (коллекторные панели) и неярких поверхностей (неколлекторные панели), которые, в свою очередь, могут эстетически сочетаться с яркими или отражающими поверхностями на фасаде здания, такими как окна, световые люки. и т.п.

Для этих панелей мы предлагаем два разных формата для повышения универсальности системы: первый, меньший, размером 1000 × 1000 мм, и второй, более крупный, размером 1000 × 3000 мм. Панель большого формата устанавливается очень быстро и требует меньшего количества соединителей и соединений на корпусе. Однако запасные части более дорогие, и для их правильного обращения и установки требуются вспомогательные средства. Малоформатная панель проще в установке и легче адаптируется к оконным проемам, но требует большего количества соединителей пропорционально площади поверхности фасада, которую она покрывает.

После определения общей конфигурации нового STC проводится начальный блок испытаний, основанный главным образом на выборе материала и соответствующей толщине. Определены толщины внутренних камер (инфракрасная ловушка и внутренний контур протока теплоносителя), а также материалы самой коллекторной панели (керамическая поглощающая пластина, теплоизоляция, стекло). Кроме того, в то же время путем создания небольших прототипов анализируются энергетические характеристики коллектора, а также система, используемая для крепления и установки панелей на фасаде.

3.1.1. Керамика
Как уже упоминалось, керамика играет фундаментальную роль в конструкции этой системы. Следовательно, необходимо использовать продукт, способный адаптироваться к техническим, архитектурным и энергетическим потребностям проекта. Тонкая керамогранитная плита с большой площадью поверхности, известная под коммерческим названием Laminam (Продукт Laminam был создан в 2001 году инженером Франко Стефани), соответствует требованиям. Формат имеет ширину 1000 мм, длину 3000 мм и толщину 3 мм и предлагает широкий выбор отделки и цветов как для создания интересного архитектурного диапазона, так и для достижения эффективного поглощения более темных цветов [3].Благодаря большой площади поверхности можно использовать коллекторные панели от пола до потолка, а из-за небольшой толщины они очень легкие (рис. 2), и их можно легко и точно разрезать для создания внутренних перегородок коллектора.
3.1.2. Стекло
Для повышения эффективности керамического коллектора необходимо использовать специальное стекло с высоким коэффициентом пропускания (солнечное стекло), которое имеет низкое содержание FE203 и широко используется в коммерческих коллекторах. Установка коллекторов на фасаде требует использования многослойного стекла, а толщина 4 мм была выбрана, чтобы избежать чрезмерного веса [4].
3.1.3. Клей

Основная задача в этом разделе заключалась в том, чтобы найти тип клея, который мог бы соединять базовую керамическую пластину с керамической абсорбирующей пластиной, а затем последнюю со стеклом. Таким образом, существует два типа соединений: керамика-керамика и керамика-стекло.

Клей, используемый для соединения стекла и керамики, должен быть устойчив к атмосферным воздействиям и ультрафиолетовому излучению, чтобы его характеристики не ухудшились при таком воздействии. Он также должен выдерживать напряжение сдвига, создаваемое весом многослойного стекла.Чтобы рассчитать напряжение клеевого материала, используемого для этого соединения, он будет подвергнут специально разработанной имитационной модели, для которой предполагается, что клеевой слой имеет толщину 2 мм и ширину 20 мм.

Кроме того, клей, используемый в качестве соединительного элемента между поглощающей пластиной и базовой керамической пластиной (соединение керамика-керамика), должен быть устойчив к воде и хлору. Он также должен обладать устойчивостью к высокому натяжению, так как вода циркулирует в полости между двумя керамическими пластинами и перегородками под определенным давлением.Кроме того, необходимо учитывать диапазон температур, при которых клей сохраняет свои свойства, который должен включать диапазон рабочих температур коллектора, так как иногда он может достигать относительно высоких температур (до 100 °C). Клеи, поставляемые фирмами, специализирующимися на таком соединении (керамика-керамика), прошли лабораторные испытания на растяжение. Для этого были вырезаны прямоугольные керамические заготовки размером 20 × 65 мм и склеены крест-накрест каждым из исследуемых клеев с площадью стыка 20 × 20 мм.Кусочки оставляли на три дня, чтобы клей полностью высох. Перед проведением испытаний детали погружались в термостатическую баню с кипящей водой, т. е. при температуре 100 °С, чтобы соединение находилось в требуемом температурно-влажностном режиме.

3.1.4. Теплоизолятор
В этом разделе было проанализировано подавляющее большинство доступных теплоизоляторов в строительном секторе. Для каждого из них были проанализированы его водостойкость, способность обеспечивать жесткость панели коллектора, максимальная рабочая температура, теплопроводность и, наконец, стоимость (таблица 1).

После этого анализа материал, выбранный для удовлетворения вышеупомянутых основных условий, представляет собой жесткую панель из полиизоцианурата (PIR). Это сэндвич-панель массового производства, состоящая из сердцевины или центра из жесткого вспененного полиизоцианурата и двух сторон бумаги с разной отделкой. Он имеет множество различных форматов, начиная с ширины 1220 мм и заканчивая длиной 6000 мм. Теплопроводность этого материала очень низкая (около 0,026 Вт/мК), и он способен выдерживать максимальную рабочую температуру 120 °C.Кроме того, его рыночная цена находится в том же диапазоне, что и минеральная вата.

3.2. Программа испытаний
После того, как были выбраны и проанализированы различные материалы, из которых состоит новый коллектор, была проведена серия испытаний, чтобы получить информацию, касающуюся, среди прочего, оптимального расстояния между многослойным стеклом и керамической поглощающей пластиной (толщина инфракрасного ловушку), устойчивость коллектора к давлению, расширению и воде, совместимость материалов, тип внутреннего контура (последовательный/параллельный), толщину, ширину и расстояние между внутренними керамическими перегородками, тип канала и система проводки.Для каждого из этих тестов, представленных в докторской диссертации Ровираса [4], но из-за их длины, не опубликованных в данной статье, были определены следующие параметры:

Оптимальная толщина инфракрасной ловушки была установлена ​​равной 10 мм.

Опрессовка коллектора определила ширину полости (расстояние между внутренними стенками, через которые будет циркулировать теплоноситель) не более 50 мм. Испытания на расширение и водонепроницаемость показали, что прототипы, испытанные при различных температурах и давлениях, не имеют утечек.Не было обнаружено трещин из-за теплового расширения.

Исследование совместимости материалов, проведенное посредством анализа дифференциальных скоростей расширения между материалами, из которых состоит коллектор, подтверждает, что коллектор может легко выдерживать любые внезапные изменения температуры, которым он может подвергаться.

Что касается типа внутреннего контура (по которому будет циркулировать жидкий теплоноситель), коллектор с параллельным внутренним контуром продемонстрировал несколько более высокие характеристики, чем коллектор с последовательным контуром.

Из всех исследованных трубок модели из сшитого полиэтилена (PEX) были признаны наиболее подходящими. Оптимальный диаметр трубок устанавливался равным 12–13 мм.

3.3. Керамический солнечный коллектор Тип
Для проверки конфигурации предлагаемой керамической панели коллектора ее энергетическая жизнеспособность была проверена в соответствии с действующими нормами для тепловых коллекторов солнечной энергии [5]. В этом испытании был изготовлен прототип размером 1000 × 1000 мм с использованием материалов и результатов, полученных в ходе предыдущих испытаний.Для получения энергетических данных использовалось специальное экспериментальное моторизованное устройство, основанное в основном на термостатируемой ванне, мембранном насосе, расходомере, трех терморезисторах, пиранометре и анемометре (рис. 3). Важно отметить, что характеристическая кривая STC (солнечный тепловой коллектор) (рис. 4) извлекается из трех параметров, которые предоставляют информацию о его тепловой работе. На первом месте стоит оптическая эффективность (µ| T* = 0 ): она является значением ординаты в начале линии и соответствует значению производительности коллектора, когда параметр T* равен нулю ( Поскольку T* является функцией температуры воды на входе (Te), температуры окружающей среды (Ta) и солнечного излучения (Gs), согласно следующему уравнению: T* = (Te−Ta)/Gs.Поэтому определение характеристической кривой состоит в знании соотношения µ = µ (T*).). Температура воды на входе (Te) равна температуре окружающей среды (Ta). Это максимальная производительность, которую можно получить с коллектором. Чем он выше, тем лучше тепловые характеристики. С другой стороны, у нас есть глобальный коэффициент потерь: он представляет собой величину наклона характеристической кривой и относится к тепловым потерям коллектора — чем лучше он изолирован и сконструирован, тем меньше будет значение этого параметра.Наконец, температура застоя (T*| µ = 0 ): это значение параметра T* для случая, когда КПД коллектора равен нулю, т. е. коллектор не может поднять температуру воды, т.е. вход в заданные условия окружающей среды. Чем он выше, оптическая эффективность и/или ниже глобальный коэффициент потерь, тем больше будет значение этого параметра. Следовательно, энергетическая эффективность коллектора будет тем выше, чем выше его оптическая эффективность и ниже его глобальный коэффициент потерь.Измеренные параметры показали положительные результаты. Графики показывают подходящее соотношение между солнечным излучением и температурой воды на выходе из коллектора (таблица 2), которая достигает максимума 32 °C, что достаточно для требуемой производительности (нам следует помнить, что для СТК, такого как предложенный , в средиземноморском климате и с архитектурной интеграцией, которая позволила бы размещать его на больших площадях, существует возможность работы при температурах ниже, чем у обычных систем, и, следовательно, температуры не ниже 30 ° C будут быть достаточным).По данным испытаний была определена характеристическая кривая испытанного керамического коллектора и проведено ее сравнение с кривыми других коммерческих коллекторов, одной с оптимальными характеристиками, а другой с минимальными характеристиками: кривая предлагаемого коллектора находится в пределах нормы. диапазон производительности коммерческих коллекторов (рис. 5). В любом случае необходимо учитывать, что рассматриваемый оптимальный коллектор (обычный КСТ) использует в своей конструкции металлические материалы (лучший теплопроводник, чем керамика), специальные и селективные покрытия, обладающие высокой поглощающей способностью солнечного излучения и снижающие потери. коллектора.Данные, полученные с керамическим коллектором, достаточно хороши, учитывая используемые материалы и большую доступную площадь (весь фасад), так как это интегрированная система, являющаяся частью внешней ограждающей системы здания [6,7].
3.4. Предложение по проектированию конструктивной системы
Наряду с вышеупомянутыми испытаниями был также изучен проект конструктивной системы для установки керамического кожуха коллектора, который для достижения полной архитектурной интеграции должен составлять часть самой оболочки здания [8, 9], и отвечают улучшениям, изложенным во введении к этой статье: простой и быстрый монтаж, безопасный для оператора монтаж, простой демонтаж панелей по отдельности и, желательно, возможность монтажа изнутри здания.Помимо этих аспектов, также стоит добавить, что конструктивная система должна быть способна поглощать возможные структурные движения, действовать независимо от внутренней обшивки, чтобы избежать акустических мостов, и обеспечивать окончательную толщину поверхности фасада (кожух коллектора). + поддержка + внутренняя отделка) не более 30 см, чтобы оставаться конкурентоспособными на современном рынке. В рамках этих предпосылок была разработана конструктивная система с пятью различными металлическими профилями, три из которых представлены в форматах, существующих сегодня на рынке (найдены в базовых каталогах металлических профилей).Этот последний фактор имеет очень благоприятное влияние на окончательную стоимость системы [10]. Ниже приведены 8 шагов, которые необходимо выполнить для установки ограждающей конструкции (рис. 6):
Шаг 1: Вертикальное выравнивание углового профиля по периметру

Этот первый шаг развивается из уже построенной конструкции из столбов и плит и состоит из позиционирования L-профиля по периметру, совмещенного с отвесом, определенным для конструкции. Этот профиль будет прикреплен к плите с помощью винтов и прорезей в самом профиле, чтобы адаптировать выравнивание конструкции к отвесу.Все это делается изнутри здания. После этого десоляризованную панель укладывают на место, пропуская ее по периметру L-образного профиля, готового к нанесению самовыравнивающегося раствора, который будет служить основой для отделки пола. Вертикальный сгиб Г-образного профиля по периметру в этом случае также выступает в качестве удерживающего элемента для регулирующего слоя.

Этап 2: Крепление вертикальных профилей

Следующим шагом является крепление вертикальных профилей из листовой стали Ω-100 к L-профилю по периметру плиты.Стойки удерживаются на месте крыльями омега-профиля и специальными винтами. Общая высота этого профиля варьируется в зависимости от высоты между строительными плитами. Верх стоек выровнен по определенной высоте и контролируется лазером, чтобы обеспечить равномерное позиционирование всех профилей. Они устанавливаются примерно на 70 см выше уровня плиты, которая уже отрегулирована, обеспечивая удобное и безопасное положение для человека, соединяющего профили. Оставшаяся длина профиля, достигающая примерно 3 м, всегда будет соединяться снизу с нижним профилем с помощью соединительного элемента.Эта операция также осуществляется изнутри здания.

Шаг 3: Соединение между стойками

После этого вертикальные профили (Ω-100) соединяются с помощью соединительного элемента, который также представляет собой профиль омега. Этот соединитель устанавливается в полной безопасности и с комфортом внутри здания и обеспечивает соединение между стойками, а также действует как регулирующий элемент для разницы высот, которая может быть обнаружена между строительными плитами. Соединение осуществляется с помощью специальных винтов через прорези в соединительном профиле.

Шаг 4: Крепление горизонтальных направляющих

После того, как все стойки закреплены и соединены, фиксируются металлические направляющие, которые будут служить направляющими для коллекторной и не собирающей панелей. Их размер и расположение будут зависеть от модуляции, установленной в соответствии с форматом панелей.

Шаг 5: Крепление анкерных точек

К стойкам с помощью винтов крепятся детали, которые закрепляют и удерживают панели. Эта система крепления разработана в рамках исследовательского проекта GLACTIS под номером DEX-530000-2008-91 и получила финансирование испанского государства через Министерство промышленности, туризма и торговли, а также была разработана совместно с Международным университетом Каталонии (UIC). , Уралита Иберия и компания по производству керамических материалов Saloni.

Этапы 6 и 7: Фиксация и соединение панелей
Установка панелей выполняется в последовательности, показанной на рис. 7: сначала вставьте панель в верхний горизонтальный паз и поворачивайте внутрь, пока она не войдет в нижнюю направляющую. Затем панель скользит по этой нижней направляющей до тех пор, пока она не встретится с соседней секцией, при этом панель удерживается отдельно между горизонтальными направляющими. Затем панели крепятся к анкерным точкам, подготовленным на стойках.

Наконец, трубы панелей коллектора устанавливаются и подключаются изнутри здания.

Эта последовательность сборки позволяет легко и быстро демонтировать панели, если они нуждаются в обслуживании, ремонте или если одна из них сломалась, без необходимости вмешиваться в соседние панели или обращаться с ними. По этой причине необходимо было изучить поперечное сечение панели и установить минимальную толщину для горизонтальных швов, которые допускают движения панели, необходимые для ее снятия.

Этап 8: Внутренняя перегородка

После того, как коллекторные панели будут полностью соединены, внутренняя секция завершается с использованием любой из имеющихся на рынке систем промышленных перегородок из ламинированного гипсокартона и стальных профилей.

Конструкция позволяет системе предлагать двойную функциональность, как энергетическую, так и конструктивную, гарантируя те же требования и толщину (не более 26 см), что и обычная оболочка, только включая встроенный солнечный коллектор той же толщины .

4. Строительство прототипов и реальные испытания

Наконец, был собран набор прототипов, четыре коллекторные панели и две неколлекторные панели (рис. 8) с целью строительства части фасада для оценки их энергоэффективности. , технико-конструктивная осуществимость и архитектурная интеграция (Эти полевые испытания проводились на крыше лаборатории ITC в Кастельоне (Испания).Следует отметить, что район Кастельона имеет типичные для средиземноморского климата условия с высоким уровнем солнечной радиации в течение всего года).

С коллекторами, установленными на металлическом основании, внимательно наблюдали за правильной посадкой различных частей и хорошими характеристиками системы в целом. Угол поверхности коллекторов был практически идеальным, и между ними не было обнаружено значительных перекосов.

Для определения эффективности керамических солнечных коллекторов использовали специальную экспериментальную сборку.Эволюция некоторых полученных параметров (температура окружающей среды, солнечная радиация, температура воды на входе и выходе) в обычный солнечный февральский день представляет особый интерес и подтверждает правильность работы коллектора при попадании солнечного света.

По окончании энергетических испытаний и по прошествии 18 месяцев с момента установки фасада-прототипа была проверена правильность работы анкерной системы, не было обнаружено никаких дефектов или заметных проблем, как коллекторных панелей, так и несобирающих панелей были в хорошем состоянии (рис. 9).

5. Выводы

Доказана возможность реализации оболочки теплового коллектора с использованием керамических материалов, соответствующих начальным условиям осуществимости и предусматривающих следующие результаты:

5.1. Архитектурная интеграция
Предлагаемая оболочка теплового коллектора предлагает возможность эстетических комбинаций и различных вариантов отделки. Разнообразие отделки, которую предлагает керамика (цвет и текстура), позволяет адаптировать оболочку к любым требованиям архитектурного дизайна [11].Разработанная система обеспечивает взаимодействие между отражениями и блеском стеклянных панелей и тусклыми поверхностями керамических панелей. Таким образом, предлагаемая система имеет достаточные ресурсы для архитектурной интеграции. Была успешно создана оболочка, которая, с одной стороны, разрешает оболочку здания, а с другой — способна улавливать солнечную энергию и использовать ее для горячего водоснабжения и/или отопления. Кроме того, анкеровка панелей осуществляется с помощью единой строительной системы и позволяет избежать использования вспомогательных подконструкций.Таким образом, новая керамическая коллекторная система хорошо работает как по конструктивным критериям, так и по энергетическим характеристикам [12].
5.2. Экономические преимущества

Успешно разработан солнечный тепловой коллектор, изготовленный из керамических материалов. Эти материалы заменили металлы и соответствующие им селективные покрытия. Кроме того, керамические коллекторы являются частью оболочки теплового коллектора, которая заменяет обычную оболочку, устраняет дополнительную стоимость обычных коллекторов на рынке и позволяет избежать использования вспомогательных конструкций для целей крепления.Кроме того, при использовании труб PEX отпадает необходимость в металлических элементах в системе распределения и соединения коллекторных панелей. Поэтому конечная стоимость системы и соответствующая ей амортизация сведены к минимуму.

Общая толщина панели коллектора составляет 51 мм (26 мм без теплоизоляции), что примерно на 30–35 % меньше, чем у обычного плоского коллектора. Кроме того, если учесть, что эта толщина является частью оболочки здания, в отличие от большинства представленных на рынке тепловых коллекторов, которые крепятся к оболочке здания, можно сделать вывод, что предлагаемая здесь система является высококонкурентной, поскольку способствует увеличению полезной площади. и уменьшает построенную площадь поверхности [13].
5.3. Конструктивная система оболочки здания

Прототип фасада был построен рабочими, не имевшими опыта в строительстве фасадов и/или крыш. Ясность строительной системы позволила правильно реализовать ее, тем самым продемонстрировав ее простоту установки и обеспечив простую и безопасную конструкцию. Полевые испытания также показали, с какой легкостью можно снять панель, не затрагивая соседние панели.

Полевые испытания продемонстрировали правильную конструктивную работу предложенной системы анкеровки при воздействии постоянных нагрузок, создаваемых весом панелей и металлических профилей, и переменных нагрузок, вызванных ветром.

5.4. Пригодность для средиземноморского климата

Лабораторные и полевые испытания, проведенные на различных прототипах, подтвердили теплоотдачу, полученную при рабочих температурах от 30 °C до 45 °C. Таким образом, при рассмотрении возможности его применения на больших площадях и в районах с высоким уровнем солнечной радиации это удачная конструкция оболочки керамического теплового коллектора с характеристиками, подходящими для средиземноморского климата.

Различные конструкции солнечных коллекторов для улучшения тепловых характеристик

М.К. Лалджи 1 *, Р. М. Сарвия 2 и Дж. Л. Бхагория 1

1 Департамент машиностроения, MANIT, Бхопал- 462 052, Индия.

2 Департамент технического образования и повышения квалификации, М.П. Говт, С.В. Политехнический колледж, Шьямла Хиллз, Бхопал — 462 002, Индия.

 

DOI: http://dx.doi.org/10.13005/msri/080114

История публикации статьи
Статья получена : 20 апреля 2011 г.
Статья принята : 30 мая 2011 г.
Статья опубликована :
Проверка на плагиат: No

РЕЗЮМЕ:

Солнечная энергия является экономичной альтернативой сегодняшнему спросу на энергию.Солнечный воздухонагреватель используется для экономичного нагрева воздуха, но имеет низкую тепловую эффективность. В данной работе предпринята попытка исследования конструкции солнечных нагревателей для повышения теплового КПД. Матричный солнечный воздухонагреватель с проволочной сеткой обеспечивает более высокую тепловую эффективность по сравнению с обычным плоским солнечным нагревателем воздуха. Проведена оценка различных методов повышения эффективности солнечного нагревателя воздуха с насадкой . Также было изучено влияние различных параметров на тепловую эффективность солнечного нагревателя.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Солнечная энергия; Солнечный обогреватель; Тепловые характеристики; Проволочная сетка
Скопируйте следующее, чтобы процитировать эту статью:

Лалджи М. К., Сарвия Р. М., Бхагория Дж. Л. Различные конструкции солнечных коллекторов для повышения тепловых характеристик. Mat.Sci.Res.India;8(1)


Скопируйте следующее, чтобы процитировать этот URL:

Лалджи М. К., Сарвия Р.М., Бхагория Дж. Л. Различные конструкции солнечных коллекторов для повышения тепловых характеристик. Mat.Sci.Res.India;8(1). Доступно по адресу: http://www.materialsciencejournal.org/?p=2504

.

Введение

Солнечные воздухонагреватели имеют низкую эффективность из-за низкого коэффициента конвективной теплопередачи между воздухом и пластиной поглотителя, что приводит к более высокой температуре пластины поглотителя, что приводит к максимальным потерям тепла в окружающую среду (Prasad & Mullick 1 ).Если площадь, доступная для теплопередачи, не превышает расчетную площадь поглотителя, то поглотитель неизбежно становится горячим, что приводит к более высоким потерям тепла. Исследователи пытались внести различные модификации в солнечный воздухонагреватель для повышения скорости теплопередачи путем включения модификаций между поглотительной пластиной и стеклянной пластиной, таких как использование поглотителя с прикрепленными ребрами, гофрированного поглотителя (Чоудхури и др., 2 ), пористых материалов. такие как камни (Swartman & Ogunladeo, 3 ), дробленое стекло, шерсть и металлическая шерсть.

Плоские коллекторы

В отличие от концентрирующих коллекторов, плоские коллекторы используют как лучевое, так и диффузное излучение. Если площадь захвата солнечного излучения совпадает с площадью поглощения, коллектор называется плоским коллектором. Плоские коллекторы предназначены для приложений, требующих подачи энергии при низких и умеренных температурах. Эти агрегаты механически проще, чем обогатительные коллекторы. Плоский коллектор устанавливается лицом к солнцу (с оптимальным наклоном к горизонтали в зависимости от широты местоположения) и, следовательно, не требует слежения за солнцем.В основном плоские коллекторы используются для нагрева воды и воздуха на солнечной энергии. Плоские коллекторы можно разделить на две основные категории в зависимости от типа теплоносителя: (а) жидкостные коллекторы и (б) воздушные коллекторы или солнечные воздухонагреватели

Различные конструкции солнечных коллекторов для улучшения тепловых характеристик

Солнечные воздухонагреватели имеют более высокие тепловые потери в окружающую среду и, следовательно, более низкий тепловой КПД.Следовательно, необходимо улучшить коэффициент конвективной теплопередачи, чтобы повысить тепловую эффективность плоских солнечных воздухонагревателей. Для повышения теплового КПД были предприняты попытки исследования путем модификации обычной конструкции солнечного нагревателя воздуха. Было предложено несколько различных конструкций для увеличения коэффициента теплопередачи между пластиной поглотителя и воздухом. Для снижения тепловых потерь в атмосферу был устранен эффект использования более чем одного стеклянного покрытия, вакуума или других сред между стеклянным покрытием и поглотительной пластиной, сотовой структуры, многоходового потока воздуха, перекрывающихся стеклянных пластин в качестве поглотителя и поглотителя с селективной поверхностью. расследовано.Все они описываются следующим образом:.

Простой плоский коллектор

Это самый простой и наиболее часто используемый тип коллектора. В своей простейшей форме он состоит из одного или двух стекол на плоской пластине с изоляцией. Путь воздушного потока может быть либо над, либо под, либо как над, так и под пластиной поглотителя.

Ребристый пластинчатый коллектор

Это модифицированная версия плоского коллектора, в котором коэффициент теплопередачи увеличен за счет использования ребер на плоском поглотителе, а в некоторых конструкциях поверхность выполнена селективной по направлению.Ребра обычно располагаются в канале воздушного потока.

Гофрированный коллектор абсорбера

Это еще один вариант простого плоского коллектора, в котором поглотитель гофрирован или имеет закругленные желоба. Это увеличивает площадь теплопередачи и может сделать поверхность селективной по направлению.

Рисунок 1. Гофрированный и ребристый  абсорбер солнечного коллектора

Коллектор матричного типа

В этой конструкции поглощающая матрица размещается в канале воздушного потока между остеклением и поглощающей плитой.Материалом матрицы может быть просечно-вытяжная металлическая пластина, хлопчатобумажная ткань или рыхлый пористый материал. Этот тип коллектора обеспечивает высокое отношение теплопередачи к объему. Кроме того, в зависимости от конструкции он обеспечивает низкие потери на трение.

Перекрывающийся прозрачный пластинчатый коллектор

Этот тип коллектора состоит из расположенных в шахматном порядке прозрачных пластин, частично зачерненных. Канал воздушного потока находится между пластинами внахлест

Пористый коллектор

Конструкция пористого или транспирационного слоя представляет собой вариант коллектора матричного типа, в котором матричный материал плотно упакован, а задняя абсорбирующая пластина отсутствует.Воздушный поток обычно входит прямо под самую внутреннюю крышку и течет вниз через пористый слой в распределительный воздуховод.

Две или более стеклянных крышек коллекторного типа

Когда коллектор работает при высоких температурах или подвергается воздействию высокой скорости ветра, использование двух или более стеклянных крышек, расположенных на определенной высоте над пластиной поглотителя, снижает конвективные и радиационные потери тепла от коллектора. Но использование нескольких стеклянных крышек снижает количество солнечного излучения, достигающего пластины поглотителя, за счет поглощения солнечного излучения стеклом.

Альтернативные среды или вакуум в зазоре

Заполнение зазора между стеклянным колпаком и пластиной поглотителя различными средами показывает снижение потерь. Использование тяжелых стекол, таких как аргон, может привести к снижению конвективных тепловых потерь на 34%. Эта экономия составляет более 50% для системы с двумя крышками.

Сотовая система подавления конвекции

Конвекцию от поглотительной пластины к стеклянной крышке можно подавить, заполнив пространство между поглотительной пластиной и стеклянной крышкой называемым сотовым заполнителем Голландии.Из-за подавления движения воздуха теплообмен между пластинами осуществляется в основном за счет теплопроводности и излучения.

Двухходовой коллектор воздушного потока

Двухходовой солнечный воздухонагреватель состоит из двух стеклянных крышек, абсорбирующей пластины и задней пластины. Сначала воздух проходит через канал, образованный двумя стеклянными крышками, а затем через канал, образованный задней пластиной и абсорбирующей пластиной.

Этот тип коллектора не подходит, когда температура поступающего воздуха значительно выше температуры окружающей среды, поскольку воздух, протекающий по верхней стороне пластины поглотителя, может привести к значительным потерям от поступающего воздуха в окружающую среду за счет конвективной передачи тепла внутреннему стеклу. крышку, а затем в окружающую среду.Пыль в воздухе, если таковая имеется, будет скапливаться на внутренней поверхности термозащитного кожуха, что снижает коэффициент пропускания кожуха.

Пластина абсорбера с селективными поверхностями

Желательно получить поверхность поглотительной пластины с сочетанием высокого коэффициента поглощения солнечного излучения и низкого коэффициента излучения длинноволнового излучения. Такое сочетание свойств возможно благодаря тому, что диапазоны длин волн солнечного излучения и длинноволнового излучения очень мало перекрываются.На подложки можно наносить покрытия с высоким коэффициентом поглощения солнечного излучения и низким коэффициентом излучения длинноволнового излучения. Свойства поверхностных покрытий, используемых в плоских коллекторах. Это «черный никель» на оцинкованном железе, «черная медь» на меди, эбанольная медь на меди и «черный хром» на никелированной стали. Сообщаемые экспериментальные покрытия представляют собой оксид меди на анодированном алюминии или никеле, интерференционные слои соединений алюминия и молибдена на молибдене и кристаллы сульфида свинца на алюминии.Пластина поглотителя с высокоселективными поверхностями требует только одной прозрачной крышки даже при достаточно высоких рабочих температурах.

Коллектор резервуарного типа

В блоке со встроенным накопительным коллектором бак для хранения горячей воды является поглотителем солнечной энергии. Бак или баки монтируются на изоляционной коробке с остеклением с одной стороны и окрашиваются в черный цвет или покрываются селективным покрытием. Солнце светит сквозь стекло и падает на черный резервуар, согревая воду внутри резервуара.Отдельные резервуары обычно изготавливаются из стали, а трубы — из меди. Достигаемая температура на таких коллекторах несколько меньше, чем на плоских коллекторах.

Коллектор для бассейна

Наибольшее применение активных систем солнечного нагрева – это обогрев плавательных бассейнов. Для обогрева сезонных бассейнов разработаны специальные коллекторы: они неглазурованные и изготовлены из специального сополимерного пластика. Эти коллекторы не могут выдерживать 25-градусные морозы.Ориентировочная максимальная рабочая температура такого типа солнечного коллектора на 10-20°С выше температуры окружающей среды.

Рисунок 2: Различные типы солнечных коллекторов с жидкостным и воздушным обогревом


Вакуумные трубчатые коллекторы

Вакуумные трубчатые коллекторы в основном используются для нагрева воды в жилых помещениях, требующих более высоких температур. Солнечный свет проникает через наружную стеклянную трубку, попадает на поглотительную трубку (трубки) и превращается в тепло. Тепло передается жидкости, протекающей через трубку абсорбера.Коллектор состоит из рядов параллельных прозрачных стекол. Трубки сконструированы таким образом, что воздух откачивается из пространства между двумя трубками, образуя вакуум. Кондуктивные и конвективные потери тепла исключаются, потому что нет воздуха, который мог бы проводить тепло или циркулировать, вызывая конвективные потери.

Характеристики солнечных коллекторов

Исследование производительности двухходового оребренного солнечного воздухонагревателя было выполнено по результатам А.А.Эль-Себайи и др. 4 показали, что двухходовой солнечный воздухонагреватель с V-образным гофром на 9,3–11,9% эффективнее двухходового солнечного воздухонагревателя с оребрением. Также было указано, что пиковые значения теплогидравлических КПД двухходовых оребренных и V-гофрированных солнечных воздухонагревателей получены при массовых расходах протекающего воздуха, равных 0,0125 и 0,0225 кг/с соответственно.

Оценка тепловых характеристик солнечного воздухонагревателя с проволочной сеткой по П.Velmurugan et al., 5 при использовании проволочной сетки из низкоуглеродистой стали наблюдается увеличение общей эффективности на 5% по сравнению с обычной системой. Массовый расход влияет на тепловой КПД воздухонагревателя. Солнечная интенсивность не влияет на тепловую эффективность.

Оптимизация параметров слоя для системы сбора солнечной энергии с уплотненным слоем была выполнена B. Paul et al.,. 6  В этой работе были оптимизированы два типа коллекторов с насадочным слоем, один с матричным слоем из проволочной сетки, а другой с галечным слоем, на основе минимальных затрат на единицу подаваемой энергии.

Ranjit Singh et al., исследовали пять различных форм элементов материала для хранения. 7  Проведено влияние системных и рабочих параметров на характеристики теплопередачи и перепада давления в системе накопления солнечной энергии с уплотненным слоем с крупногабаритными элементами аккумулирующего материала Разработаны корреляции для числа Нуссельта и коэффициента трения в зависимости от числа Рейнольдса, сферичность и объемная доля

М.К. Миттал и др. 8 На основе механизма передачи энергии в кровати разработана математическая модель для расчета эффективной эффективности. Также предлагается конструктивный критерий для выбора матрицы для набивки воздуховода солнечного нагревателя воздуха, которая обеспечивает наилучший тепловой КПД с минимальными потерями мощности накачки.

В экспериментальном исследовании, проведенном L. Varshney et al., 9 характеристик теплопередачи и потока жидкости солнечного воздухонагревателя, воздуховод которого заполнен сетчатой ​​матрицей из проволочной сетки.Исследования охватывали широкий диапазон геометрических параметров матрицы сит из проволочной сетки (диаметр проволоки, шаг и количество слоев). Корреляции, полученные для j-фактора Колберна и коэффициента трения, показывают, что коэффициент теплопередачи и коэффициент трения являются сильными функциями геометрических параметров матриц.

Н.С. Thakur et al., 10 провел экспериментальное исследование солнечного воздухонагревателя с уплотненным слоем с низкой пористостью, охватывающего широкий диапазон геометрических параметров матрицы проволочного экрана, т.е.е. диаметр проволоки от 0,795 до 1,40 мм, шаг от 2,50 до 3,19 мм и количество слоев от 5 до 12. Наблюдается, что как коэффициент теплопередачи, так и коэффициент трения сильно зависят от геометрических параметров пористого уплотненного слоя. Снижение пористости увеличивает объемный коэффициент теплопередачи.

М.К. Gupta et al., 11 провели сравнительное исследование различных типов искусственной геометрии шероховатости в поглощающей пластине воздуховода солнечного нагревателя и их характеристик, исследовали характеристики теплопередачи и трения.. Установлено, что искусственная шероховатость на поверхности поглотителя эффективно увеличивает КПД по сравнению с гладкой поверхностью.

Выводы

Солнечный воздухонагреватель с уплотненным слоем может успешно использоваться для повышения скорости теплопередачи. Высокое отношение площади теплопередачи к объему способствует способности к теплопередаче, а турбулентный путь воздушного потока через слой обеспечивает быстрое увеличение теплообмена. Пористость сильно влияет на коэффициент теплопередачи и, следовательно, на тепловые характеристики солнечного воздухонагревателя с уплотненным слоем.Также можно сделать вывод, что можно добиться значительного улучшения теплопередачи от солнечного нагревателя воздуха с уплотненным слоем за счет снижения пористости слоя. Пористость слоя определяет производительность солнечного нагревателя воздуха с насадкой при заданном числе Рейнольдса, пористость и отношение площади к объему являются ключевыми параметрами теплопередачи. Было также обнаружено, что число Рейнольдса является сильным параметром, влияющим на теплопередачу и коэффициент трения для солнечного нагревателя с уплотненным слоем.

Каталожные номера

  1. Прасад К., Маллик С.С., Характеристики теплопередачи солнечного нагревателя воздуха, используемого для сушки. Прикладная энергия, 13: 83-93: (1983).
    Перекрёстная ссылка
  2. Чоудхури С., Гарг Х.П. и Пракаш Дж., Проектные исследования солнечных воздухонагревателей с набивкой, Управление преобразованием энергии. 34(2): 125-138. (1993).
    Перекрёстная ссылка
  3. Свартман Р. К. и Огунаде О., Исследование коллекторов с набивным слоем. Солнечная энергия, 10: 106-110 (1966).
    Перекрёстная ссылка
  4. Эль-Себайи А.А., Абул-Энейн С., Рамадан МРТ, Шалаби С.М. и Мохаррам Б.М. Исследование тепловых характеристик двухходового пластинчатого солнечного нагревателя воздуха с ребрами.Прикладная энергия. 88, 1727–1739. (2011).
    Перекрёстная ссылка
  5. Велмуруган П. и Рамеш П., Оценка тепловых характеристик солнечного воздухонагревателя с проволочной сеткой, Индийский институт науки и технологий, 4(1): 12-14: (2011)
  6.  Пол Б. и Саини Дж.С., Оптимизация параметров слоя для системы сбора солнечной энергии с уплотненным слоем. Возобновляемая энергия. 29: 1863-1876. (2004).
    Перекрёстная ссылка
  7.  Сингх Р., Сайни Р.П. и Сайни Дж.С., Корреляции числа Нуссельта и коэффициента трения для системы хранения солнечной энергии с уплотненным слоем, имеющей элементы большого размера различной формы.Солнечная энергия. 80: 760-771 (2006).
    Перекрёстная ссылка
  8. Миттал М.К. и Варшней Л. Оптимальные теплогидравлические характеристики солнечного воздухонагревателя с набивкой из проволочной сетки. Солнечная энергия. 80: 1112–1120 (2006).
    Перекрёстная ссылка
  9.  Варшней Л. и Саини Дж.С., Корреляции коэффициентов теплопередачи и трения для прямоугольного воздуховода солнечного нагревателя, заполненного проволочными матрицами. Солнечная энергия. 62(4): 255-262 (1998).
    Перекрёстная ссылка
  10. Thakur NS, Saini JS и Solanki SC, Корреляция теплопередачи и коэффициента трения для солнечного воздухонагревателя с уплотненным слоем для системы с низкой пористостью.Солнечная энергия. 74: 319-329 (2003).
    Перекрёстная ссылка
  11. Гупта М.К. и Каушик С.С., Оценка эффективности солнечного нагревателя воздуха с просечно-вытяжной металлической сеткой в ​​качестве искусственной шероховатости на пластине поглотителя, 48: 1007-1016 (2009).


Это произведение находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Разработка программы проектирования плоского солнечного коллектора

Аннотация

Плоские солнечные коллекторы имеют потенциальное применение в системах HVAC, промышленный тепловой процесс и солнечная энергетика.Плоские коллекторы являются наиболее экономичны и популярны в системе солнечного отопления для бытовых нужд, поскольку они постоянно фиксируются в положениях, имеют простую конструкцию и требуют минимального обслуживания. Проектирование солнечной энергетической системы, как правило, направлено на получение максимального эффективность при минимальных затратах. Целью данной работы является разработка инструментария для проектирования. прогнозирование производительности плоского солнечного коллектора. Был проведен очень подробный термический анализ плоского солнечного коллектора. спрогнозировать тепловые характеристики.Анализ основан на устоявшейся теории о плоский солнечный коллектор: поглощение излучения, потери тепла коллектором и распределение температуры на плите. Расчет полезной энергии и предельных теплопотерь от коллектора на основе площади апертуры, чтобы сделать более точный прогноз производительность коллектора. Радиационный метод был использован для получения излучения составляющая верхних теплопотерь из системы покрытия общего коллектора.Корреляция для теплопередача естественной конвекции между крышками и между плитой и крышкой был выбран с учетом низкой электропроводности пластмасс. полусерый принята радиационная модель для определения оптических свойств крышки коллектора и пластина абсорбера. Результаты сравнения расчетов инструмента проектирования с экспериментами показали хорошие результаты. соглашение. Испытания коллектора проводились Центром солнечной энергии Флориды. Расчеты, основанные на информации из протоколов испытаний, позволили точно спрогнозировать Тепловые характеристики плоских солнечных коллекторов.На основе анализа разработана программа проектирования плоских солнечных коллекторов (CoDePro). были разработаны. Программа устроена таким образом, что подробная информация о коллектор может быть указан с помощью простого в использовании графического интерфейса. Скомпилированные версии CoDePro был распространен среди инженеров-солнечников с уровня разработки, и он были изменены в соответствии с их предложениями. CoDePro имеет возможность оценить производительность коллектора с высокой точностью и может использоваться в качестве инструмента проектирования для плоских солнечные коллекторы.

Субъект

Диссертация (MS) – Университет Висконсина – Мэдисон, 1999.

Университет Висконсина, Мэдисон. Инженерный колледж.

Диссертации академического машиностроения.

Описание

Под руководством профессоров Уильяма Бекмана и Джона Митчелла; 173 стр.

Цитата

Ку, Дж. М. (1999). Разработка программы проектирования плоского солнечного коллектора. Магистерская диссертация, Университет Висконсин-Мэдисон.

Новая конструкция солнечного коллектора двойного назначения | База данных исследовательских проектов | Исследовательский проект грантополучателя | ОРД

Новая конструкция солнечного коллектора двойного назначения

Номер гранта EPA: SU839340
Название: Новая конструкция солнечного коллектора двойного назначения
Исследователи: Ю, Яо
Действующие следователи: Ю, Яо , Эйххольц, Бен , Сян, Цзюньлун , Вуд, Марк , Саммартино, Рис , Мяо, Руи , Тангпонг, Сивакорн , Ху, Сяоу , Чжан, Ян
Учреждение: Главный кампус государственного университета Северной Дакоты
Сотрудник проекта EPA: Пейдж, Анжела
Этап: I
Период проекта: с 1 февраля 2018 г. по 31 января 2019 г.
Сумма проекта: 14 999 долларов США
RFA: Награды P3: Национальный конкурс студенческих проектов в области устойчивого развития с упором на людей, процветание и планету (2017 г.) Текст RFA | Списки получателей
Категория исследований: Награды P3 , Устойчивые и здоровые сообщества , Зона испытаний P3 — качество воздуха

Описание:

В этом предлагаемом коллекторе «окно» с двойным остеклением будет использоваться поверх FPSC для замены обычного однослойного стеклянного покрытия, которое позволяет воде или другой жидкости, протекающей в пространстве между двумя стеклами, терять свое тепло. как за счет длинноволнового излучения, так и за счет конвекции.Этот исследовательский проект направлен на использование нового типа коллекторов в качестве альтернативы для замены градирен и, таким образом, имеет потенциал для уменьшения или даже предотвращения негативных последствий градирен, таких как ненужные отходы конденсаторной воды, городское теплоснабжение. эффект острова, угроза болезни легионеров и т. д. Таким образом, предлагаемый проект может улучшить здоровье человека (Люди), стимулировать использование возобновляемых источников энергии, защитить окружающую среду за счет эффективного и экономичного использования воды и энергии, сократить сопутствующие выбросы парниковых газов. (Планета), а также повысить экономическую конкурентоспособность этого нового типа коллектора на рынке благодаря его двойной функции нагрева и охлаждения в одном устройстве (Процветание).Этот исследовательский проект будет курироваться тремя профессорами и одним отраслевым экспертом. Сотрудничество между академическими кругами и промышленностью на уровне руководителей позволяет членам студенческой команды получать значительные знания, опыт и знания, необходимые для завершения этого исследовательского проекта. Кроме того, в результате этого проекта будет разработан рабочий прототип, который затем будет использоваться в качестве примера на курсе доктора Ю (PI) для обучения студентов концепциям и принципам устойчивого развития, а затем для поощрения их участия в практике устойчивого развития.

Цель:

Плоский солнечный коллектор (FPSC) — широко используемое устройство для сбора солнечной энергии. FPSC обычно покрыт сверху однослойным стеклом, известным как застекленный FPSC, или открыт с поглощающей пластиной, выходящей наружу, известной как неглазурованный FPSC, который обычно используется для обогрева плавательных бассейнов. Обычный застекленный FPSC обычно используется только для сбора тепла; в то время как известно, что неглазурованный FPSC способен не только собирать тепло, но и холод ночью.Однако применение обычного неглазурованного FPSC для обогрева ограничено низкими перепадами температур из-за отсутствия стеклянного покрытия и изоляционных материалов. Кроме того, он неэффективен при сборе холода, так как его конструкция и материалы по-прежнему подчиняются его первоначальной концепции проектирования, то есть сбору тепла. Таким образом, целью этого проекта является разработка инновационного дизайна застекленного солнечного коллектора двойного назначения, способного использовать устойчивую энергию, т.е.солнечное тепло и охлаждение ночного неба для сбора тепла и холода. Этот новый коллектор не только сохранит функциональность обычного остекленного FPSC для сбора тепла, но также будет иметь дополнительную возможность сбора холода с повышенной эффективностью и экономичностью по сравнению с неглазурованными коллекторами.

Ожидаемые результаты:

Ожидаемый результат исследования в основном включает успешную разработку полнофункционального лабораторного прототипа предлагаемого коллектора для сбора тепла и холода в реальных условиях, когда этот коллектор подвергается воздействию солнечного излучения и холодного ночного неба.Кроме того, результаты технико-экономического анализа и производительности этого солнечного коллектора двойного назначения будут продемонстрированы и использованы для измерения успеха этого проекта, который, как ожидается, превзойдет обычные остекленные и неглазурованные FPSC как для сбора тепла, так и для сбора холода.

Дополнительные ключевые слова:

солнечный коллектор, солнечное тепловое отопление, радиационное охлаждение, охлаждение ночного неба, возобновляемые источники энергии, энергосбережение

Прогресс и окончательные отчеты:

  • Заключительный отчет
  • Солнечный коллектор | Горбет Дизайн Инк.

    Интерактивная скульптура, работающая от солнечной энергии и подключенная к Интернету. Угловые шахты сочетают в себе солнечную энергию и онлайн-выражение, чтобы каждую ночь создавать представление при свете. Сотрудничество между сообществом и солнцем.

    Тип и геометрия: 12 алюминиевых стержней 6 x 6 дюймов, углы и длина определяются солнечной геометрией. Освещение: светодиодное освещение с независимым управлением Поведение: синхронизированные синусоидальные паттерны, генерируемые онлайн посетителями веб-сайта скульптуры: www.www.solarcollector.ca Городское положение: часть правительственного комплекса в промышленной зоне, часть быстрорастущего регионального муниципалитета. В промышленных условиях двенадцать алюминиевых шахт поднимаются под удивительными углами с травянистого холма. Они нависают над пейзажем, изящной кривой, разворачивающейся для проезжающих автомобилистов. Каждая шахта содержит три солнечные батареи и три комплекта фонарей. Панели собирают солнечную энергию в батареи внутри каждой шахты.Пока они заряжаются, Солнечный коллектор также собирает человеческое выражение. Используя простой онлайн-инструмент, люди создают световые композиции, чтобы стать частью ночного представления. С наступлением сумерек начинается представление всех собранных в этот день композиций: быстрых, мелькающих импульсов; медленные волны… представленные узоры соединяются вместе, создавая шоу каждого вечера. Углы стержня делают видимой изящную геометрию солнечной энергии, отражающую наклон солнца в течение года. Самая длинная шахта обращена к низкому солнцу во время зимнего солнцестояния, самая короткая — к высокому солнцу летом.Обладая энергией солнца, участники объединяют силу природы и потенциал технологий в вдохновенных выражениях глобальной принадлежности и заботы, охватывая полмира и создавая узор, который вспыхнет на канадском небе.

    Анализ и оптимизация солнечных коллекторов для косвенного вклада солнечной энергии

    Анализ и оптимизация солнечных коллекторов как для прямого


    , так и для косвенного вклада солнечной энергии

    Солнечная энергия достигла точки массового признания потребителями во всем мире в качестве средства для производства энергии и горячей воды по конкурентоспособной цене за ватт и с меньшим углеродным следом.Солнечные батареи, фермы и коллекторы преобразуют солнечное излучение в электрический ток с эффективностью более 40 % в устройствах массового производства. Достижения в области материалов, химии и конструкции являются одними из многих причин повышения эффективности, но при использовании новых оптических механизмов можно получить еще больше преимуществ. Эмулятор солнечной энергии TracePro, а также возможности моделирования и оптимизации помогли производителям добиться еще более высоких показателей поглощения за счет повышения эффективности с использованием оптимизированной оптики коллектора и снижения стоимости ватта.

    Первый шаг для моделирования системы солнечного коллектора — установка положения солнечного устройства на карте мира. Эмулятор солнечной энергии TracePro предоставляет набор предопределенных местоположений городов, а также позиционирование на Google Maps, как показано на рисунке 1. Следующим шагом
    в процессе моделирования солнечной активности является создание моделей прямого и непрямого солнца, которые будут использоваться в качестве источников для моделирование. TracePro  предоставляет встроенные прямые модели, а также модели непрямого воздействия солнца Igawa и Darula & Kittler.В сочетании с возможностью определения условий мутности для расчета изменяющихся атмосферных условий с течением времени с использованием определяемых пользователем периодов времени с возможностью отслеживания солнца, TracePro  – чрезвычайно ценный инструмент для любого инженера, рассчитывающего вклад солнечной энергии.

    Эмулятор солнечной энергии TracePro — это единственный в отрасли инструмент для анализа 3D-проектов и моделирования основанных на производительности стандартизированных определений географического положения (широты, долготы и высоты), периода движения Солнца с многоосевым отслеживанием и освещенности для обоих прямой и непрямой вклад солнца.Выходные данные анализа включают освещенность, карты кандел, расчеты мутности, общий поток и эффективность на цели во времени.

    Эмулятор солнечной энергии TracePro и встроенные возможности проектирования, анализа и оптимизации позволяют точно прогнозировать общую выработку энергии, когда системы солнечных коллекторов работают в реальных условиях. В настоящее время пользователями TracePro написано более 350 исследовательских работ, в которых подробно описаны возможности TracePro в системах сбора солнечной энергии.

    Эмулятор солнечной энергии

    TracePro и функции оптимизации обеспечивают максимальную эффективность работы солнечных коллекторов.

    • Моделирование источника на основе:
      • Прямая и непрямая солнечная радиация, включая рассеяние в атмосфере
      • Широта, долгота и высота над уровнем моря
      • Дата и время
      • Длины волн, выбираемые пользователем
    • Определяемые пользователем параметры также включают интервалы шагов, длину волны, входной зрачок, солнечную радиацию, количество лучей, которые необходимо отследить
    • Картирование освещенности и кандел
    • Суммарная собранная энергия, представленная в графическом и табличном форматах за расчетный период
    • Отчет о потоке на основе положения солнца
    • Отслеживание солнца
      • Нацельтесь на Солнце
      • Одноосный
      • Одноосный в сочетании с Aim to Sun
    • Глобальная позиция
      • Предопределенный список городов
      • Позиционирование Google Maps
    • Мутность
      • Полная облачность через солнечные определения, указанные для периода

    Скачать PDF

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.