Солнечный генератор тепла: Воздушный солнечный коллектор купить по низким ценам

Воздушный солнечный коллектор для отопления дома

Панельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома — это источник дополнительной тепловой энергии. Модули подходят для жилых домов, теплиц, дач, коттеджей, турбаз. Один блок в среднем вырабатывает около 1,5 кВт/час, чего более чем достаточно для поддержания комфортной температуры в весенне-осенний период.

Воздушные коллекторы в зимнее время года сокращают расход топлива (газа, электричества), на котором работает котёл до 52%. Летом модуль работает на поддержание влажностного микроклимата и кондиционирование помещений.

Как устроен воздушный коллектор

Принцип работы основан на простых физических законах. Солнечные лучи проникая в атмосферу земли практически не отдают тепла. Нагрев воздуха происходит после того как ультрафиолет попадает на твердые поверхности. Под действием солнечных лучей грунт и другие предметы нагреваются. Происходит теплообмен.

Устройство воздушных солнечных коллекторов использует описанное явление, аккумулируя тепло и направляя его в помещение. В конструкции присутствуют следующие детали:

• корпус с теплоизоляцией;
• нижний экран, абсорбер;
• радиатор с аккумулирующими ребрами;
• верхняя часть из обычного стекла или поликарбоната.

В конструкцию коллектора входят вентиляторы. Основное предназначение: нагнетание нагретого воздуха в жилые помещения. В процессе работы вентиляторов создается принудительная конвекция, за счет которой холодные воздушные массы поступают в блок коллектора.

Принцип обогрева и его эффективность

Абсорберы воздушных коллекторов делают черного цвета, для увеличения интенсивности нагрева под воздействием солнечного излучения. Температура воздуха в коллекторе достигает 70-80°С. Тепла с избытком хватает для полноценного обогрева помещений небольшой площади.

Принцип действия воздухонагревателя следующий:

• воздух закачивается с улицы в корпус коллектора принудительным способом;
• внутри блока установлены абсорберы, отражающие тепло, поднимающие температуру внутри ящика до 70-80°С;
• происходит нагрев воздуха;
• разогретые воздушные массы принудительно нагнетаются в отапливаемые помещения.

В заводских моделях обеспечение циркуляции воздуха осуществляется при помощи вентиляторов, подключенных к солнечным батареям. Как только ультрафиолетовое излучение становится достаточно интенсивным, чтобы выработать некоторое количество электроэнергии, турбины включаются. Коллекторы начинают работать на обогрев. Зимой интенсивность излучения Солнца снижается.

Дом не сможет полностью функционировать на солнечном воздушном отоплении. Воздухонагреватели используются как дополнительный источник тепла. При правильных расчетах одна установка (данные взяты из технических характеристик воздушных солнечных коллекторов Solar Fox) обеспечит следующую экономию, за отопительный сезон:

• газ до 315 м³;
• дрова до 3,9 м³.

Система солнечного воздушного обогрева компенсирует около 30% необходимого для здания тепла. Полная окупаемость достигается в течение 2-3 лет. Если учесть, что принцип работы связан с использованием установки и для кондиционирования воздуха, а в течение года вырабатывается около 4000 кВт, целесообразность использования становится еще очевиднее.

В странах ЕС широкое распространение получило конструкторское решение «солнечная стена». Конструкция заключается в следующем:

• в здании одна из стен изготавливается из аккумулирующего материала;
• перед панелью устанавливается стеклянная перегородка;
• в течение дня тепло аккумулируется, после чего отдается в помещение ночью.

Для усиления конвекции, солнечный коллектор делается не во всю стену. Вверху и внизу предусматривают раздвижные шторки.

На КПД воздушного коллектора существенно влияет время года. Так, в декабре коэффициент полезного действия поддерживается на уровне 50%, в октябре и марте увеличивается до 75%.

Солнечный коллектор — водяной или воздушный

Каждый из нагревателей эффективен, отличается только основное предназначение и принцип работы:

• Водяной коллектор — применяется для обеспечения потребностей в ГВС и низкотемпературных систем теплых полов. Эффективность работы в зимний период существенно снижается. Вакуумные и панельные коллекторы косвенного нагрева, подсоединенные к буферной емкости, продолжают аккумулировать тепло в течение всего года. Главный недостаток, высокая стоимость гелиоколлектора, монтажа и обвязки.
• Воздушный вентиляционный коллектор — отличается простой конструкцией и устройством, которое при желании можно изготовить самостоятельно. Основное предназначение: обогрев помещений. Конечно, существуют схемы, позволяющие использовать полученное тепло для ГВС, но при этом эффективность воздушных коллекторов падает практически вдвое. Преимущества: низкая стоимость комплекта и установки.

Солнечные воздушные системы отопления работают только днем. Нагрев воздуха начинается даже в пасмурную погоду, при сильной облачности и во время дождя. Работа воздухонагревателей зимой не прекращается.

Как и из чего сделать воздушный коллектор

Главное достоинство солнечных воздухонагревателей, в простоте конструкции. При желании можно сделать самодельное солнечное воздушное отопление частного дома, затратив на это минимум средств.

Для начала потребуется сделать расчеты производительности, затем подобрать тип конструкции и выбрать материалы для изготовления. Корпус и абсорберы можно изготовить из подручных средств, существенно сэкономив бюджет.

Как сделать расчёты коллектора

Вычисления выполняются следующим образом:

• каждый м² от площади коллектора даст 1,5 кВт/час тепловой энергии, при условии, что будет солнечная погода;
• для полноценного обогрева помещения требуется 1 кВт тепловой энергии на 10 м².

Приблизительный расчет мощности покажет, что для отопления жилого дома на 100 м² необходимо установить коллекторы общей площадью 7-8 м².

Для обеспечения максимальной производительности надо определить сторону дома с максимальной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Практика показывает, что оптимальное место для установки — это скат кровли или южная стена здания.

Типы конструкции коллектора

Классификация осуществляется по различиям корпуса коллекторов. Заводской воздухонагреватель обычно имеет надувной каркас, с двумя съемными панелями. При необходимости модуль легко демонтируется, разбирается и переносится на другое место. Сделать своими руками конструкцию надувного типа навряд ли получится.

В домашних условиях выполняют сборку неразборного корпуса. Это деревянный ящик с абсорбером, радиатором и верхним прозрачным экраном. При изготовлении используют подручные средства: профнастил, алюминиевые пивные банки, обычное стекло.

Материалы для изготовления коллектора

Для изготовления модулей для нагрева жилого или хозяйственного здания потребуются несколько комплектующих:

• Внешний блок — собирается из фанеры, ДСП и деревянных брусков. По внешнему виду напоминает обыкновенный коробок.
• Дно — изготавливают из профнастила. Лист металла обрабатывают специальной черной краской с высоким коэффициентом светопоглащения. Абсорбирующую поверхность можно сделать из разрезанных алюминиевых банок. Дно обшивают изоляционным материалом, чтобы избежать тепловых потерь.
• Ребра радиатора — используются для лучшей абсорбции тепла. При изготовлении используют тонкие листы алюминия, меди. Можно установить уже готовый радиатор из старого холодильника.
• Крышка коллектора — делается из сотового поликарбоната, отличающегося хорошей светопропускной способностью и одновременно удерживающая тепло внутри коллектора. Чтобы сэкономить, в качестве покрытия можно использовать обычное стекло. Теплоэффективность при этом будет нижем чем у коллекторов, закрытых поликарбонатом.
• Теплоизоляция корпуса — по периметру каркас обшивают пенополистиролом.

Для нагнетания воздуха в отапливаемые помещения устанавливают 2-4 вентилятора. Подойдут кулеры, снятые со старого компьютера.

Установка и подключение воздушного коллектора

Для монтажа воздухонагревателей нужно подготовить поверхность стены, сделав 4 отверстия под воздуховоды. Внутри здания гофрированные трубы разводят по комнатам, направляя в сторону пола.

Самодельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома подключаются к электросети, через трансформатор. При наличии навыков в качестве источника питания можно установить аккумулятор на солнечных батареях.

Теплоэффективность изготовленных своими руками воздухонагревателей существенно ниже, чем у заводской продукции. При отсутствии специальных навыков лучше использовать готовые модули. Как показывают реальные отзывы о коллекторах, оптимальный вариант для покупки из представленных на отечественном рынке: Solar Fox, Солнцедар и ЯSolar-Air.

Воздухонагреватели не используются в качестве основного источника тепла и выполняют исключительно вспомогательную функцию. В домах с солнечными воздушными коллекторами изначально устанавливают котел, покрывающий потребности в отоплении на 100%.

При грамотных расчетах и интенсивной эксплуатации, вложения окупятся в течение 1-2 лет. В случае самостоятельного изготовления коллектора, затраты вернутся уже в середине первого отопительного сезона.

Пошаговая инструкция изготовления воздушного коллектора

Изготовление воздушного солнечного коллектора из алюминиевых банок:

Изготовление солнечного воздухогрейного коллектора из квадратной трубы:
{banner_downtext}

Солнечный коллектор своими руками для отопления дома

Различные солнечные коллекторы появились на рынке достаточно давно. Это устройства, использующие энергию солнца для нагрева воды на домашние нужды. Но приобрести популярность среди пользователей им мешает высокая стоимость, это беда всех альтернативных источников энергии. Например, общие затраты на приобретение и монтаж установки, что обеспечит нужды средней семьи, составят 5000$. Но выход есть: можно сделать солнечный коллектор своими руками из доступных по цене материалов. Какими способами это реализовать, будет рассказано в данном материале.

Как работает солнечный коллектор?

Принцип действия коллектора основан на поглощении (абсорбции) тепловой энергии солнца специальным приемным устройством и передачей его с минимальными потерями теплоносителю. В качестве приемника используются медные или стеклянные трубки, окрашенные в черный цвет.

Ведь известно, что лучше всего абсорбируют тепло предметы, имеющие темную или черную окраску. Теплоносителем чаще всего выступает вода, иногда – воздух. По конструкции солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения бывают таких видов:

• воздушные;
• водяные плоские;
• водяные вакуумные.

Среди прочих воздушный солнечный коллектор отличается простотой конструкции и, соответственно, самой низкой ценой. Он представляет собой панель – приемник солнечной радиации из металла, заключенный в герметичный корпус. Стальной лист для лучшей теплоотдачи снабжен с задней стороны ребрами и уложен на дно с тепловой изоляцией. Спереди установлено прозрачное стекло, а по бокам корпуса имеются проемы с фланцами для подключения воздуховодов или других панелей, как показано на схеме:

Воздух, поступающий через проем с одной стороны, проходит между стальными ребрами и, получив от них тепло, выходит с другой.

Надо сказать, что установка солнечных коллекторов с нагревом воздуха имеет свои особенности. Из-за их невысокой эффективности для обогрева помещений нужно применять несколько подобных панелей, объединенных в батарею. Кроме того, обязательно понадобится вентилятор, поскольку нагретый воздух из коллекторов, находящихся на кровле, самостоятельно вниз не пойдет. Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:

Простое устройство и принцип работы позволяют выполнять изготовление коллекторов воздушного типа своими руками. Но потребуется много материала для нескольких коллекторов, а подогреть воду с их помощью все равно не получится. По этим причинам домашние умельцы предпочитают заниматься водяными нагревателями.

Конструкция плоского коллектора

Для самостоятельного изготовления наибольший интерес представляют плоские солнечные коллекторы, предназначенные для нагрева воды. В корпусе из металла или алюминиевого сплава прямоугольной формы размещен тепловой приемник — пластина с запрессованным в ней змеевиком из медной трубки. Приемник выполняется из алюминия или меди, покрытой абсорбционным слоем черного цвета. Как и в предыдущем варианте, снизу пластина отделена от дна слоем теплоизоляционного материала, а роль крышки играет прочное стекло или поликарбонат. Ниже на рисунке изображено устройство солнечного коллектора:

Пластина черного цвета поглощает тепло и передает его теплоносителю, движущемуся по трубкам (вода или антифриз). Стекло выполняет 2 функции: пропускает к теплообменнику солнечную радиацию и служит защитой от осадков и ветра, снижающих производительность нагревателя. Все соединения выполнены герметично, чтобы внутрь не попадала пыль и стекло не теряло прозрачности. Опять же, тепло солнечных лучей не должно выветриваться наружным воздухом через щели, от этого зависит эффективная работа солнечного коллектора.

Данный вид – самый популярный среди покупателей из-за оптимального соотношения цена — качество, а среди домашних мастеров — по причине относительно несложной конструкции. Но применять такой коллектор для отопления можно лишь в южных регионах, с понижением температуры наружного воздуха его производительность значительно падает из-за высоких тепловых потерь через корпус.

Устройство вакуумного коллектора

Еще один вид водяных солнечных нагревателей изготавливается с применением современных технологий и передовых технических решений, а потому относится к высокой ценовой категории. Таких решений в коллекторе реализовано два:

• тепловая изоляция с помощью вакуума;
• использование энергии парообразования и конденсации вещества, кипящего при низкой температуре.

Идеальный вариант защитить абсорбер для коллектора от тепловых потерь – это заключить его в вакуум. Медная трубка, наполненная хладагентом и покрытая абсорбирующим слоем, помещена внутрь колбы из прочного стекла, воздух из пространства между ними откачан. Концы медной трубки входят в трубу, через которую протекает теплоноситель. Что происходит: хладагент под воздействием солнечных лучей закипает и обращается в пар, он поднимается по трубке вверх и от соприкосновения с теплоносителем сквозь тонкую стенку снова переходит в жидкость. Ниже показана рабочая схема коллектора:

Фокус в том, что в процессе превращения в пар вещество поглощает гораздо больше тепловой энергии, чем при обычном нагреве. Удельная теплота парообразования любой жидкости выше, нежели ее удельная теплоемкость, а потому вакуумные солнечные коллекторы весьма эффективны.

Конденсируясь в трубе с проточным теплоносителем, хладагент передает ему всю теплоту, а сам стекает вниз за новой порцией энергии солнца.

Благодаря своему устройству вакуумные нагреватели не боятся низких температур и сохраняют свою работоспособность даже на морозе, а потому могут применяться в северных регионах. Интенсивность нагрева воды в этом случае ниже, чем летом, так как зимой на землю поступает меньше тепла от солнца, часто мешает облачность. Понятно, что изготовить стеклянную колбу с откачанным воздухом в домашних условиях просто нереально.

Примечание. Существуют вакуумные трубки для коллектора, заполняемые напрямую теплоносителем. Их недостаток – последовательное подключение, при выходе из строя одной колбы придется менять весь водонагреватель.

Как изготовить солнечный коллектор?

Прежде чем приступить к работе, следует определиться с габаритами будущего водогрейного аппарата. Произвести точный расчет площади теплообмена непросто, многое зависит от интенсивности солнечного излучения в данном регионе, расположения дома, материала нагревательного контура и так далее.

Правильным будет сказать, что чем больше тепловой коллектор, тем лучше. Однако, его размеры наверняка ограничиваются местом, где планируется его устанавливать. Значит, надо исходить из площади этого места.

Корпус проще всего изготовить из древесины, проложив на дно слой пенопласта или минеральной ваты. Также для этой цели удобно использовать створки старых деревянных окон, где сохранилось хотя бы одно стекло. Выбор материала для приемника тепла неожиданно широк, чего только не используют мастера-умельцы, чтобы собрать коллектор. Вот перечень популярных вариантов:

• тонкостенные  медные трубки;
• различные полимерные трубы с тонкими стенками, желательно черного цвета. Хорошо подойдет полиэтиленовая РЕХ труба для водопровода;
• наружный теплообменник старого холодильника;
• трубки из алюминия. Правда, соединять их сложнее, чем медные;
• стальные панельные радиаторы;
• черный садовый шланг.

Примечание. Кроме перечисленных, существует масса экзотических версий. Например,воздушный солнечный коллектор из пивных банок или пластиковых бутылок. Подобные прототипы отличаются оригинальностью, но требуют значительного вложения труда при сомнительной отдаче.

В собранный деревянный корпус или старую оконную створку с приделанным дном и уложенным утеплителем надо поместить металлический лист, накрывающий всю площадь будущего нагревателя. Хорошо, если найдется лист алюминия, но подойдет и тонкая сталь. Ее необходимо окрасить в черный цвет, а затем уложить трубы в виде змеевика.

Без сомнения, коллектор для нагрева воды лучше всего получится из медных труб, они отлично передают тепло и прослужат долгие годы.Змеевик плотно прикрепляется к металлическому экрану скобами или любым другим доступным способом, наружу выводятся 2 штуцера для подачи воды.

Поскольку это плоский, а не вакуумный коллектор, то поглотитель тепла нужно закрыть сверху светопрозрачной конструкцией – стеклом или поликарбонатом. Последний легче обрабатывается и надежнее в эксплуатации, не разобьется от ударов града.

 

После сборки солнечный коллектор надо установить на место и подключить к накопительному баку для воды. Когда позволяют условия монтажа, то можно организовать естественную циркуляцию воды между баком и нагревателем, в противном случае в систему включается циркуляционный насос.

Заключение

Осуществлять отопление дома солнечными коллекторами, сделанными своими руками, – привлекательная перспектива для многих домовладельцев. Жителям южных районов этот вариант более доступен, только придется заполнить систему антифризом и как следует утеплить корпус. На севере самодельный коллектор поможет нагреть воду на хозяйственные нужды, но для обогрева дома его не хватит. Сказывается холод и короткий световой день.

Описание принципов работы солнечных коллекторов, вакуумных и плоских коллекторов

Для превращения солнечной энергии в тепловую используют гелиосистемы.

Солнечный водонагреватель (солнечный коллектор) — это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии, которая переносится видимым и ближним инфракрасным излучением для последующего её преобразования в тепловую энергию, пригодную для использования.

В гелиосистемах наиболее распространены два типа коллекторов: вакуумные и плоские.

Основной частью вакуумного коллектора является тепловая трубка. Такие коллекторы представляют собой ряд стеклянных трубок специальной конструкции. Трубка гелиоколлектора – это на самом деле две трубки (одна вложенная в другую), между которыми находится вакуум для наилучшей термоизоляции теплоносителя от внешней среды.

Способ передачи тепла от неё теплопроводу вакуумного солнечного коллектора: медная труба внутри пустая и содержит неорганическую и нетоксичную жидкость. При нагревании эта жидкость испаряется, а поскольку в трубке создан вакуум, то это происходит даже при температуре минус 30°С. Пар поднимается к наконечнику тепловой трубки, где отдаёт тепло теплоносителю (антифризу), который течёт по теплопроводу гелиоколлектора. Потом он конденсируется и стекает вниз, и процесс повторяется снова. Солнечный водонагреватель с вакуумными трубами показывает отличные результаты даже в пасмурные дни, потому что вакуумные трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через тучи. Благодаря изоляционным свойствам вакуума, влияние ветра и низких температур на работу гелиосистемы также незначительно по сравнению с влиянием на плоский солнечный коллектор. Система с вакуумным солнечным коллектором успешно работает до -35°С.

Трубы установлены в солнечном водонагревателе параллельно, угол их наклона зависит от географической широты места установки системы отопления. Ориентированные с севера на юг, на протяжении дня, трубки вакуумного солнечного коллектора пассивно двигаются за солнцем. Они практически не нуждается в эксплуатационном обслуживании.

Для поддержания вакуума солнечный водонагреватель использует газопоглотитель, который в производственных условиях подвергался влиянию высоких температур, в результате чего нижний конец вакуумной трубы покрыт слоем чистого бария. Он поглощает СО, СО₂, N₂, O₂, H₂O и H₂, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, и является чётким визуальным индикатором состояния вакуума в трубке солнечного коллектора. Когда вакуум исчезает, бариевый слой из серебристого становится белым. Это дает возможность легко определить, целая ли труба вакуумного солнечного водонагревателя.

Вакуумные солнечные коллекторы полностью пригодны для ремонта: в случае необходимости трубку можно заменить без остановки солнечного водонагревателя. За необходимостью вакуумные трубки можно добавлять (при недостатке тепла) или частично снимать (если есть его избыток), уменьшая площадь гелиоколлектора. Обслуживание солнечного водонагревателя сводится практически к нулю. Вакуумные солнечные коллекторы отлично справляются с заданием обеспечения дома горячей водой, отоплением квартиры, подогревом бассейнов, теплиц, работают в системах вентиляции, кондиционирования и отопления зданий. Благодаря всему этому работа гелиосистемы проста, как с точки зрения эксплуатации, так и обслуживания.

Плоские гелиоколлекторы имеют иную конструкцию. Главным элементом в них является абсорбер, поглощающий солнечное излучение, сверху он имеет прозрачное покрытие. Для повышения эффективности коллектора, используют специальное оптическое покрытие из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов. Абсорбер соединён с теплопроводящей системой.

Конструкция плоских солнечных коллекторов является довольно простой. Внешне они представляют собой простую панель, имеющую прямоугольную форму. Эта установка обладает алюминиевым корпусом, несколькими патрубками, использующимися с целью отвода и подвода жидкого теплоносителя. Кроме того, изнутри стенки коллектора покрыты теплоизоляционным слоем. На сегодняшний день производители его толщину делают равной трем-четырем сантиметрам – это предоставляет возможность добиться существенного уменьшения уровня теплопотерь.

Принцип работы плоского солнечного коллектора основывается на парниковом эффекте — солнечные лучи поступают на поверхность этого устройства и проникают сквозь стекло. Теплопоглощающее покрытие, используемое в нижней части коллектора, характеризуется коэффициентом поглощения, составляющим 91%. В конечном итоге чрезмерный нагрев приводит к тому, что покрытие начинает излучать тепловую энергию. Мощность её расположена в инфракрасном диапазоне, другими словами, имеется возможность достичь аккумулирования энергии солнца в коллекторе. Процесс отвода тепла происходит при непосредственном участии теплоносителя.

Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов

Вакуумные трубчатые

Плоские высокоселективные

Низкие теплопотери

Способность очищаться от снега и инея

Работоспособность в холодное время года до -30С

Высокая производительность летом

Способность генерировать высокие температуры

Отличное соотношение цена/производительность для южных широт и тёплого климата

Длительный период работы в течение суток

Возможность установки под любым углом

Удобство монтажа

Меньшая начальная стоимость

Низкая парусность

 

Отличное соотношение цена/производительность для умеренных широт и холодного климата

 

минусы

минусы

Неспособность к самоочистке от снега

Высокие тепло потери

Относительно высокая начальная стоимость проекта

Низкая работоспособность в холодное время года

Рабочий угол наклона не менее 20°

Сложность монтажа, связанная с необходимостью доставки на крышу собранного коллектора

 

Высокая парусность

Если у Вас появились вопросы по выбору оборудования или необходимо подобрать солнечную или резервную станцию, вы можете обратиться за помощью к нашим специалистам.

Проконсультируйтесь у специалистов

Солнечные коллекторы VIESSMANN для отопления и горячей воды

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Плоские солнечные коллекторы

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

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

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

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

Посмотрите видео ролик, демонстрирующий солнечные коллекторы Viessmann:

Вакуумированные трубчатые солнечные коллекторы

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

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

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

В прямоточных вакуумированных трубчатых коллекторах теплоноситель циркулирует непосредственно

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

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

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

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

Перегрев коллекторов и режим стагнации

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

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

Безопасность солнечной системы означает следующее:

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

Комбинирование солнечной системы с традиционной

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

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

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

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

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

Мифы о солнечных коллекторах

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

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

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

Очень важно обеспечить правильное гидравлическое уравнивание отопительных контуров радиаторов!

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

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

Солнечные коллекторы. Какие они бывают?

Классический солнечный коллектор представляет собой металлические пластины черного цвета, установленные на крыше дома. Цвет и положение коллектора предполагает максимальное поглощение и накапливание солнечной энергии. Эти металлические пластины помещаются в корпус, изготовленный из стекла или пластмассы. Наклон к южной стороне, при установке позволит увеличить количество поглощаемой радиации. Проще говоря, солнечный коллектор – это миниатюрная теплица, которая накапливает солнечную энергию под стеклянной панелью. Солнечная радиация распределяется по поверхности равномерно, по этому, чем больше площадь коллектора, тем больше энергии будет поглощено.

На сегодняшний день солнечная энергетика развита достаточно обширно, это дает возможность устанавливать солнечные панели различных комплектаций и размеров. Этот аспект позволяет солнечным коллекторам обеспечивать хозяйственные нужды человека, такие как отопление и снабжение горячей водой.

К примеру, существует несколько отдельных видов солнечных коллекторов, которые различаются, в зависимости от температуры, до которой они способны достигать:

• Коллекторы низких температур. Такие коллекторы дают достаточно низкие температуры – не выше 50 С. Такие коллекторы, широко применяются для подогрева воды в бассейнах, и в других случаях, когда не требуется слишком высокая температура воды.
• Коллекторы средних температур. Такой тип коллекторов способен нагревать воду от 50 до 80 С. Зачастую, такой коллектор представляет собой плоскую остекленную пластину, в которой с помощью жидкости происходит теплопередача или же это коллекторы-концентраторы. В последних тепло концентрируется и может использоваться для нагрева воды в жилых секторах.Представлен коллектор-концентратор, в большинстве случаев, вакуумированным трубчатым коллектором
• Коллектор высоких температур. Зачастую имеют форму параболических тарелок. Такое устройство, в большинстве случаев используется большими предприятиями, которые генерируют электричество и распределяют его для городских электросетей

Интегрированный коллектор

Накопительный интегрированный коллектор

На данный момент одним из самых простых видов солнечных коллектором является емкостной коллектор, который еще называются термосифонным коллектором. Такое название, данный генератор получил за счет того, что он одновременно может и аккумулировать тепло и хранить определенное, уже нагретое, количество воды. Такие коллекторы, зачастую используются для начального нагрева воды, которая впоследствии нагревается до необходимой температуры стандартными установками (газовыми, электрическими колонками и т.д.). Такой метод позволяет экономить на потреблении электричества, за счет того, что в бак котла поступает уже подогретая вода.

Рассмотрим основные плюсы такого вида коллекторов. Первое – это, конечно же, экономия на электричестве. Второе – это возможность использовать достаточно дешевую альтернативу солнечной водонагревательной системе. Третьим плюсом стоит отметить простоту использования коллектора – минимум технического обслуживания, за счет отсутствия в нем движущихся частей (насосов и прочего).

Такие коллекторы бывают также «Integrated Collector and Storage», или, проще говоря, интегрированными коллекторами-накопителями. Такой вид коллектора, зачастую представлен одним или несколькими баками, которые заполнены водой. Эти баки помещаются в теплоизоляционный ящик и накрываются стеклянной крышкой. Порою, в этот же ящик помещаются прибор-рефлектор, который позволяет увеличивать солнечное излучение. Принцип действия данного устройства достаточно прост – солнечный свет, проходя через стекло, нагревает воду. Такая простота функционирования обуславливает достаточно не большую цену самого устройства. Однако стоит помнить, что в холодное время года, воду стоит защищать от замерзания, или же сливать.

Плоские коллекторы

Такие коллекторы, пожалуй, самые популярные для использования в бытовых условиях, для нагрева воды и в отопительных системах. Внешне, такое устройство выглядит как обычный металлический ящик. Однако внутри него находиться черная платина, которая поглощает солнечный свет. Крышка у этого ящика должна быть в обязательном порядке, стеклянной или пластмассовой, дабы лучше пропускать солнечную энергию.

Остекление плоского солнечного коллектора может быть прозрачным или матовым. Зачастую, все же, отдается предпочтение матовому остеклению, поскольку такое стекло позволяет пропускать только свет. А также, содержание железа в стекле должно быть очень низким, что бы позволить пропускать большую часть поступающего света, в коллектор. Принцип действия заключается в том, что солнечный свет, попадая на пластину, тепловоспринимающую пластину, которая и вырабатывает тепло. Стекло служит теплоизоляцией, а для повышения КПД коллектора, его стенки прокладывают теплоизолятором. Такая конструкция, позволяет снизить тепловые потери до минимума.

Пластина абсорбента, или же пластина, поглощающая солнечный свет, зачастую окрашена в черный цвет, дабы увеличить количество поглощаемой солнечной энергии, ведь тот факт, то темные тела притягивают ее больше – ни для кого не секрет. Проходя через стекло, и попадая на поглощающую пластину, солнечная радиация превращается в тепловую энергию. Далее, чтобы продолжить процесс, полученное тепло передается тепловому носителю. Тепловым носителем может выступать воздух или жидкость, которые циркулируют в трубах. К сожалению, даже полностью черные поверхности, способны отражать около 10% солнечной радиации, падающей на нее. Дабы избежать этого, абсорбирующие пластины покрываются дополнительно специальным покрытием, которое призвано удерживать солнечный свет попадающие на пластину. Такое покрытие служит дольше обычной краски и позволяет повысить КПД коллектора. В состав такого селективного покрытия входит слой аморфного полупроводника, который наноситься на металлическое основание пластины.

Абсорбирующие пластины изготавливаются из металла, который наилучшим образом проводит тепло. Высокий уровень теплопроводности металла позволит уменьшить теплопотери при передаче переработанной энергии теплоносителю. К списку таких металлов можно причислить медь и алюминий. Разница между ними заключается в том, что медная пластина способна лучше проводить тепло, и более устойчива к коррозиям, в отличии от алюминиевой пластины.

Плоские солнечные коллекторы бывают жидкостными или воздушными. А в зависимости от наличия остекления, и тот и другой вид бывает как остекленным, так и не остекленным.

Жидкостные коллекторы

В солнечных коллекторах этого типа, теплоносителем выступает жидкость. Солнечная энергия, перерабатывается в поглощающей пластине в тепло, и передается жидкости, которая течет по трубам, прикрепленным к пластине. Эти трубы могут идти параллельно друг другу, но на каждой, в обязательном порядке должно быть входное и выходное отверстие. Существует возможность расположение труб в виде змеевика. Такое положение уменьшает количество соединительных отверстий, что, в свою очередь, снижает вероятность протекания. Таким образом, змеевидное расположение обеспечивает более равномерный поток жидкости-теплоносителя. Однако, могут возникать сложности при спуске жидкости перед похолоданием, поскольку в изгибах трубы может остаться жидкость.

Простые системы жидкостных солнечных коллекторов предполагают использование обычной воды, которая сразу же, нагреваясь в коллекторе, поступает пользователю. Такие модели называют «разомкнутыми» или «прямыми» системами. Однако применение таких коллекторов неудобно в регионах с низким температурным режимом. Поскольку, при снижении температуры ниже точки замерзания – необходимо сливать воду. В этот период систему использовать невозможно. Альтернативой является использование незамерзающих жидкостей вместо воды. Этот вид системы жидкостных солнечных коллекторов использует жидкие теплоноситель, который, поглощая тепло, направляется в теплообменник. Зачастую теплообменником является водяной бак, конструкция которого предполагает передачу тепла воде. Такую систему называют «замкнутой» или «непрямой».

Остекление жидкостных коллекторов позволяет нагревать воду для бытовых нужд, и для отопления дома, поскольку их КПД выше, чем у неостекленных аналогов. Неостекленные коллекторы, зачастую используют для нагрева воды в бассейнах. В последних приборах не требуется нагревать температуру до высоких температур. Это позволяет использовать менее дорогие материалы, такие как пластмасса и резина.

Воздушные коллекторы

Теплоносителем в воздушных коллекторах выступает воздух, а он не замерзает и не кипит, в отличие от воды. Этот факт позволяет избежать проблем, которым подвержены жидкостные коллекторы. К тому же, утечка в системе воздушных коллекторов приносит намного меньше трудностей, хотя, конечно же, обнаружить ее достаточно сложно. Стоит помнить, что перед материалами, используемыми в воздушных солнечных коллекторах, не стоят особо сложные эксплуатационные задачи. По этому, в воздушных системах возможно использование более дешевых материалов.

Конструкция воздушных коллекторов, представляет собой сочетание плоских коллекторов. Такой прибор используется в основном для просушки сельскохозяйственной продукции, или же для отопления помещений. Металлические панели и многослойные неметаллические экраны могут послужить поглощающими пластинами в конструкции воздушных коллекторов. Теплоноситель проходит через стенки поглотителя с помощью естественной конвекции, или с помощью специального вентилятора.

Теплопроводимость воздуха, на порядок хуже, чем проводимость тепла, жидкостью. По этому, поглотитель получает значительно меньше тепла от воздуха, чем от жидкости. Вентилятор, присоединенный к поглощающей пластине, позволяет увеличить поток воздуха, таким образом, улучшая теплоотдачу. Однако и в этой конструкции есть свои недостатки. Для работы вентиляторов, необходимо дополнительно использовать электроэнергию, а это, в свою очередь увеличивает затраты на работу системы. В условиях холодного климата, необходимо направлять воздух между поглощающей пластиной и утепленной стенкой коллектора, это позволяет избежать потерь тепла. Но не стоит применять такою циркуляцию, если, все же, воздух в помещении, нагревается на 17 С больше, чем воздух на улице. В этом случае, воздух может спокойно циркулировать без потерь эффективности.

Поговорим о достоинствах воздушных коллекторов. В первую очередь – это простота и надежность. Воздушные коллекторы имеют достаточно простое устройство, благодаря этому снижается уровень необходимости технического обслуживания, при этом увеличивая их безусловную надежность. При достойных условиях эксплуатации, срок службы качественного воздушного коллектора колеблется от 10 до 20 лет. За счет того, что теплоносителем выступает воздух, исключается необходимость использования теплообменника и термоизоляции в холодное время года.

Однако не все так красочно, в сфере солнечных воздухонагревателей. Все дело в том, что применение таких установок распространено исключительно для отопления помещений и просушки сельскохозяйственной продукции, причем, в основном, в развивающих странах. Причиной этому стало то, что существуют некоторые ограничения, для использования в промышленных условиях. Начнем с того, что по сравнению с жидкостными, воздушные коллекторы занимают достаточно большую площадь, за счет низкого уровня удельной теплоемкости. К тому же, требуется оборудовать длинный воздуховод для эффективной работы коллектора. И самая главная трудность – это необходимость использования электроэнергии для прогонки воздуха через функциональные части коллектора. Еще иногда встречаются сложности с аккумулированием самой теплоты. Все эти проблемы, даже в регионах с достаточным количеством солнечных дней, приводит к значительному увеличению стоимости на эксплуатацию и установку воздушных коллекторов.

Принцип действия солнечных коллекторов

Элементарный воздушный коллектор

Воздушные солнечные коллекторы делятся на две группы, в зависимости от способа циркуляции воздуха. В самом простейшем случае, поток теплоносителя (воздуха) в коллекторе проходит как раз под поглотителем. Таким образом, данный коллектор позволяет повысить температуру воздуха, не больше чем на 3-5 С. Причиной такого низкого КПД является потери тепла на конвекцию и излучение.

Любой прозрачный материал, с низкой проводимостью инфракрасного излучения, позволяет снижать уровень теплопотерь, при накрывании им поглотителя. Все дело в том, что поток воздуха, образовывается или под поглотителем, или между поглотителем и данным прозрачным покрытием. Прозрачная крышка (из особого стекла или пластмассы) позволяет не на много снижать уровень излучения тепла с поглотителя. Однако, это снижение конвективных тепловых потерь, может позволить увеличить температуру до 20-50 С. Но и этот параметр будет зависеть от интенсивности солнечной энергии попадающей в коллектор и качества воздушного потока. Как плюс к этому всему, наблюдается, также снижение тепловых потерь на излучение, за счет снижения температуры поглотителя. Но стоит помнит, что при этом происходит еще и снижение возможности абсорбента поглощать энергию, за счет его запыления, в том случае, если поток воздуха проходит с обеих сторон.

Накрытый поглотитель в воздушном коллекторе

Отказ от остекления металлического ящика и теплоизоляции, в некоторых случаях, позволяет существенно снижать затраты. Дело в том, что изготовляется такой коллектор из перфорированного металла черно цвета. Такой материал позволяет улучшать качество теплообмена. Принцип этого процесса заключается в том, что этот металл нагревается достаточно быстро, а вмонтированный вентилятор втягивает теплый воздух, через отверстия в металлических листах. Коллекторы такого типа, достаточно часто используются в жилых домах. Зачастую размеры такого прибора составляют 2,4 м?0,8 м, при этом скорость нагрева воздуха составляет 0,002 м3/с. Даже в солнечный зимний день, температура воздуха, который нагревается в коллекторе, может достигать разницы в 28 ?С по сравнению с наружным. К тому же, стоит учесть, что в значительной мере улучшается качество воздуха, поскольку нагревается непосредственно воздух, поступающий снаружи.

Одним из главных плюсов подобных коллекторов, является тот факт, что они достаточно эффективны. КПД некоторых промышленных моделей может достигать 70%. А их стоимость снижается, за счет уменьшается количество используемых материалов.

Вакуумированный солнечный коллектор

Плоские солнечные коллекторы, изначально создавались для использования в местах с большим количеством солнечной энергии. При плохой погоде, их эффективность достаточно не значительна. Холодная, ветреная, пасмурная погода – не позволяют работать таким коллекторам в полную мощь. Но и это не все – повышенная влажность в значительной мере неблагоприятно сказывается на состоянии внутренних деталей такого коллектора. А это влечет за собой уменьшение срока службы коллектора, а также ухудшение эффективности его работы. Дабы устранить такие недостатки были созданы вакуумированные солнечные коллекторы.

Современные вакуумированные солнечные коллекторы способны нагревать воду, для обеспечения хозяйственных нужд. Принцип действия такого прибора заключается в следующем: солнечная энергия, проходя через наружную трубку, попадает в поглощающую трубку, где и происходит превращение солнечной энергии в тепло. А далее, переработанное тепло передается теплоносителю (жидкости). Сам коллектор представляет собой сочетание определенного количества параллельных рядов стеклянных трубок. К каждой из этих трубок прикрепляется трубчатый поглотитель с селективным покрытием (аналог пластины-поглатителя в вышеописанных плоских коллекторах). Нагретая в коллекторе жидкость поступает в бак накопитель, и уже там отдает все полученное тепло воде.

Трубки в вакуумированном коллекторе можно менять. Добавлять или даже убирать, в зависимости от необходимости. Это позволяет называть такие коллекторы модульными. Но стоит помнить, что между трубками коллектора должен быть вакуум, что бы уменьшить потери тепла в процессе конвекции. Однако, радиационная потеря тепла остается. Уточним, что радиационная потеря тепла – это то тепло, которое идет на нагревание поверхностей рабочих частей коллектора. Но не стоит думать, что эти потери существенно повлияют на эффективность работы коллектора. Радиационная потеря достаточно мала, по этому можно уверенно считать, что рабочие характеристики вакуумированного коллектора достаточно велики.

На данный момент, создано большое количество вакуумированных коллекторов, которые имеют различные комплектации, а, следовательно, и разные эксплуатационные характеристики и особенности.

Создание вакуумированного коллектора – это достаточно сложный и трудоемкий процесс. Особенные трудности вызывает запайка оболочки коллектора. Проблема заключается в том, что по сей день не найдено достаточно эффективного метода создания эффективной высоковакуумной системы, при не больших затратах.

Стоит помнить, что такие вакуумированные коллекторы достаточно эффективны, по сравнению с обычными плоскими коллекторами. Все дело в том, что эффективность работы вакуумированного коллектора не зависит от качества радиации, т.е. как в условиях прямой, так и рассеянной радиации, данный коллектор работает одинаково эффективно. К тому же, вакуумное строение коллектора позволяет свести к минимуму потери тепла. Помимо всего вышесказанного, такие приборы достаточно долго и качественно служат, полностью обеспечивая все хозяйственные нужды человека.

Концентраторы

Фокусирующий солнечный коллектор

Концентраторы или же коллекторы отличаются от предыдущих описанных коллекторов тем, что их принцип действия заключается в концентрации солнечных лучей. Делается это за счет зеркальных поверхностей, которые направляют солнечную энергию конкретно на поглотители. Температура, которая обеспечивается концентраторами значительно выше, чем максимальная температура плоских коллекторов. Но стоит помнить, что концентраторы могут воспринимать исключительно прямую солнечную радиацию, по этому. В пасмурную погоду их использование не возможно. Такой тип коллекторов-концентраторов, особенно эффективен в регионах близких к экватору и в пустынных районах с большим количеством солнечных дней.

Для более эффективной работы концентратора, используется специальный прибор, который отслеживает направление солнечных лучей и поворачивает прибор к солнцу. В зависимости от оси, по которой может вращаться, такой коллектор различают одноосные и двуосные следящие устройства. Первые предполагают вращение устройства с востока на запад, а вторые, предполагают поворот устройства во все четыре стороны света, для того что бы точно отслеживать направление солнца в течение всего года. Данные коллекторы-концентраторы, в основном используются в промышленных условиях. Причиной этому стала достаточно большая стоимость этого устройства, а также необходимость постоянного технического обслуживания. Для бытового применения, они просто не приемлемы.

Солнечные печи и дистилляторы.

Солнечная печь

Помимо всех вышеописанных приборов, существуют также приборы, которые имеют достаточно простую структуру, и узкую сферу применения. К примеру, такие приборы могут выступать в роли солнечной печи, для приготовления пищи, или солнечного дистиллятора – прибора достаточно дешево очищающего воду любого состояния.

Поговорим про солнечные печи. Они достаточно просты, как при эксплуатации, таки при изготовлении. Солнечные печи представляют собой достаточно хорошо теплоизолированную коробку, которая покрыта материалом, отражающим свет (фольгой, например). Эта коробка накрывается стеклом и оборудована внешним отражателем. Кастрюля черного цвета послужит поглотителем, поскольку может намного быстрее нагреваться. Такие печи, можно использовать для стерилизации воды, при кипении.

Что касается солнечных дистилляторов, то они могут в результате своей работы предоставлять дистиллированную воду достаточно дешево, притом, что брать воду, можно практически из любого источника. Принцип работы солнечного дистиллятора лежит в основе процесса испарения, а сам прибор использует солнечную энергию, с целью ускорить этот процесс. За день работы, небольшой солнечный дистиллятор может произвести около 10 литров идеально чистой воды.

На данный момент солнечная энергия используется достаточно обширно. Одним из самых эффективных примеров его использования является метод нагрева воды солнечной энергией. Несколько миллионов жителей нашей планеты, уже достаточно долго и давно используют солнечные коллекторы для обеспечения своих нужд. Такие приборы достаточно эффективны, не требуют особых затрат на эксплуатацию, к тому же не приносят вреда окружающей среде.

Солнечное ГВС – условия выгоды

Опубликовано: 23 июля 2019 г.

153

Горячее водоснабжение с использованием тепла, полученного от солнечных коллекторов, даже в климатических условиях средней полосы может быть, как сезонным, так и круглогодичным в зависимости от выбранного решения, которое в любом случае повысит экологичность и эффективность системы теплоснабжения дома.

Широкое внедрение систем ГВС, использующих для нагрева воды энергию солнца, в значительной степени ограничивается сроком окупаемости дополнительных затрат на приобретение и установку солнечного коллектора и сопутствующего оборудования. Срок окупаемости зависит от сложившегося уровня цен на различные виды энергоносителей, а также от климатической зоны, где предстоит воплотить данный проект, и корректного выбора схемы и оборудования, наиболее отвечающих как запросам потребителя, так и максимальной энергоэффективности для конкретного случая.

Оправданность использования

Географическая широта места и климатические особенности (например, количество солнечных дней и осадков) имеют особенно важное значение при выборе схем с использованием солнечных коллекторов для ГВС. Показатель среднегодовой инсоляции по России изменяется в пределах от 1460 кВт•ч/м² (Сочи) до 800 кВт•ч/м² (Мурманск) (рис. 1). При этом количество солнечной энергии уменьшается к северу не пропорционально увеличению широты. Например, для Дальнего Востока и восточной Сибири инсоляция более высокая, чем для аналогичных по широте районов центральной России или Урала. В Якутске солнечная радиация сопоставима с показателями Москвы и составляет 1035 кВт•ч/м².

Рис. 1 Годовая продолжительность солнечного сияния, часы. Территории, где годовая продолжительность солнечного сияния ≥ 2000 ч, считаются благоприятными для практического использования солнечной энергии

Солнечная установка работает с производительностью достаточной для нужд частного домовладения в регионах с количеством годовой солнечной энергии более 1000 кВт•ч/м². Там, где инсоляция более 1300 кВт•ч/м², использование солнечных коллекторов становится заметно выгодным.

Наибольшую выгоду от включения солнечного коллектора в систему теплоснабжения можно получить в южных регионах. По оценкам специалистов, сделанных на основе практического применения, производительности солнечной установки на Юге хватает, чтобы обеспечивать полноценное ГВС без помощи других генераторов тепла большую часть года. Срок окупаемости схем ГВС с солнечными коллекторами составляет в среднем 7 лет.

На широте же Москвы гелиоколлекторы могут обеспечивать до 40 % энергии, необходимой для нужд ГВС. Для плоских солнечных коллекторов это соответствует 100 % в летний период и 10–15 % – в зимний. Лучший результат получается при использовании вакуумных солнечных коллекторов.

Рис. 2. Солнечные коллекторы установленные на крыше здания

Для систем солнечных коллекторов (рис. 2) производительность является переменной величиной. В ясный летний полдень производительность солнечного коллектора, отнесенная к площади абсорбера, может составлять примерно 700–800 Вт/м2 (1,5–2 кВт с одного коллектора). Однако погода не всегда бывает ясной и летом, на производительности солнечной установки сказываются также температура окружающей среды и другие погодные условия. Количество тепла, которые можно получить за сутки, зависит от широты местности и времени года. На производительности солнечной установки сказывается также правильное ее размещение на кровле или фасаде здания с учетом ориентации по сторонам света (табл.).

Таблица. Месячная продолжительность (ч) солнечного сияния для стен разной ориентации

Ориентация	І	ІІ	ІІІ	ІV	V	VІ	VІІ	VІІІ	ІΧ	Χ	ΧІ	ΧІІ
Север Восток Юг Запад	— 36 82 46	— 56 122 67	— 92 192 100	12 122 236 126	77 144 213 146	104 161 214 157	88 156 210 142	54 125 198 127	2 95 189 95	— 48 98 50	— 33 72 38	— 26 60 35

Количество тепловой энергии, получаемой с помощью солнечного коллектора энергии, варьируется в широких пределах, поэтому использовать солнце как единственный источник тепла для ГВС ненадежно. В большинстве случаев рекомендуется предусмотреть для подогрева воды в баке-водонагревателе резервный теплогенератор. Это может быть, например, второй теплообменник, привязанный к резервному котлу или электронагревателю. Также сам бак может быть не просто косвенного нагрева, а комбинированного – включать в конструкцию, например, ТЭН (рис. 3).

Рис. 3 Принципиальная схема накопительного водонагревателя косвенного нагрева

Выбор решения и преимущества

При обеспечении ГВС от солнечного коллектора требуемая производительность коллектора определяется из количества проживающих в коттедже: 2–3; 3–4 и 4–5 человек. Для выбора оборудования важны усредненные значения минимальных зимних температур, место установки бака-аккумулятора – снаружи или внутри здания, а также предполагаемое расположение солнечного коллектора – на земле, плоской или наклонной крыше. Сочетание этих факторов приводит к тому, что один комплект оборудования может оказаться оптимальным для различных случаев.

Принципиальная схема системы теплоснабжения, включающая гелиоколлектор, зависит, в том числе, от того используется ли тепло солнца только для ГВС или также для отопления помещений. Если теплоснабжение с солнечными коллекторами рассматривается как сезонное энергосберегающее решение исключительно для ГВС, то это сравнительно простое с технической и монтажной точки зрения. В другом случае, при готовности делать дополнительные затраты на приобретение и установку качественного оборудования – оно становится даже в климатических условиях средней полосы полноценной, экологичной, энергоэффективной и, что немаловажно, высоконадежной системой теплоснабжения. Однако во всех случаях рационально включать в эту систему бак-аккумулятор, с резервным теплогенератором.

Системы теплоснабжения, в которых используется несколько источников тепла называются комбинированными или поливалентными. В большинстве регионов, за исключением южных, гелиоколлекторы применяются именно в таких системах, сообщая им, с одной стороны, большую устойчивость (эксплуатационную надежность), с другой – экономичность.  Обычно поливалентная система с гелиоколлектором (рис. 4) включает в себя также котел, подогревающий воду в баке-аккумуляторе при необходимости поддержания заданной температуры или обеспечивающий оптимальные параметры отопительного контура. В таких системах могут применяться как одно, так и двухконтурные котлы. Энергия, получаемая от солнечных коллекторов, обычно служит в качестве дополнительного, а в летний период и основного, источника тепла для ГВС.

Рис. 4. Схема ГВС с одноконтурным котлом и солнечным коллектором

К главным преимуществам системы теплоснабжения с ГВС от гелиоколлектора можно отнести существенную экономию средств на энергоносители. Практика эксплуатации таких систем по оценкам, сделанным специалистами, показывает, что доля покрытия гелиоколлектором затрат на ГВС составляет: 70,4 % для системы, установленной на объекте в Новосибирске, 57,1 % – в Чебоксарах и 80,3 % – в Сочи. Кроме того, использование тепла солнца, в значительной степени обеспечивает пользователю большую независимость от роста тарифов на энергоносители.

 Однако современный уровень надежности и эффективности ГВС от геоколлекторов может быть обеспечен только за счет применения средств автоматического регулирования. Их использование тем более необходимо в системах с изменяющейся в широких пределах мощностью и производительностью: от максимальной – в утренние и вечерние часы до минимальной – в середине дня. Оптимальная работа системы ГВС с гелиоколлектором обеспечивается автоматическим переключением режимов нагрева воды в бойлере и изменением производительности насоса гелиоконтура.

Дополнительную экономию и надежность обеспечивает совместная работа в системе теплоснабжения солнечных коллекторов и тепловых насосов.

Статья из журнала «Аква-Терм» № 3/2019

вернуться назад

Читайте также:

On-line калькулятор расчета работы солнечной электростанции

On-line калькулятор солнечной, ветровой и тепловой энергии

Выберите месторасположение объекта, воспользовавшись поиском по названию города или передвигая метку на карте. Введите параметры солнечных панелей, ветрогенераторов, воздушных и/или тепловых коллекторов.

Для расчета солнечных панелей и ветрогенераторов укажите среднесуточное потребление (кВт·ч/сутки) или воспользуйтесь «калькулятором» средней нагрузки, расположенным под картой, справа. Рассчитайте время автономной работы системы, задав данные ёмкости и напряжения аккумуляторных батарей.

Для расчёта тепловой энергии или объема горячей воды выберите тип и количество солнечных коллекторов.

Вы можете воспользоваться подсказками, расположенными под калькулятором или обратиться за помощью в расчётах к нашим специалистам по телефону +7(812)903-28-88, [email protected].

Как подобрать комплектацию солнечной и/или ветровой электростанции?

1. Мы рекомендуем начать с расчёта необходимого количества энергии или суточного потребления вашего дома/объекта в кВт*ч/сутки. Эти данные можно получить, списав с электросчетчика или рассчитать в калькуляторе средней нагрузки, справа под картой. Обратите внимание, что данные средней нагрузки в летний и зимний период могут отличаться. Рекомендуем заполнить оба показателя. На графике появятся две прямые: синяя линия указывает зимнее потребление, красная – летнее.

2. Выберите регион установки, для этого используйте «поиск города по названию» или двигайте метку на карте. Инсоляция в разных регионах может значительно отличаться.

3. Выберите тип и количество солнечных панелей в соответствии с суточным потреблением вашего объекта. На графике появится кривая жёлтого цвета, она показывает выработку выбранного вами солнечного массива, при условии ориентации его строго на юг и соблюдении рекомендуемого угла наклона (зенитный угол).

4. Чтобы увидеть количество энергии, вырабатываемое панелями в разные месяцы года – наведите курсор на точку на графике, над интересующим вас месяцем. Получить данные вырабатываемой энергии в разрезе всего года можно в нижнем, общем графике «Суммарная выработка электроэнергии», для этого достаточно нажать закладку «Среднемесячная выработка, кВт*ч».

5. Подберите необходимую ёмкость аккумуляторных батарей, для этого справа под картой выбирайте желаемую ёмкость аккумуляторов и их напряжение. Время автономной работы системы (часов) с выбранным массивом аккумуляторов и при указанной суточной нагрузке высветится ниже.

6. Обратите внимание, что в большинстве случаев перекрыть зимнее (ноябрь-февраль) потребление сложно. Поэтому для зимней эксплуатации используют резервные источники энергии, при полном отсутствии сети это может быть ветрогенератор или топливный генератор.

7. Чтобы добавить к вашей резервной системе ветрогенератор откройте вкладку «Расчет энергии, вырабатываемой ветрогенераторами». Выберите количество и модель ветрогенератра, высоту мачты и окружающий ландшафт. На графике появится голубая кривая, отображающая выработку ветрогенератора в кВт*ч. Чтобы увидеть количество энергии, вырабатываемое в определенные месяцы года – наведите курсор на точку на графике, над интересующим вас месяцем. Получить данные вырабатываемой энергии в разрезе всего года можно в нижнем, общем графике «Суммарная выработка электроэнергии», для этого достаточно нажать закладку «Среднемесячная выработка, кВт*ч». Обратите внимание, что в нижнем графике «Суммарная выработка электроэнергии» отображаются общие данные как солнечной, так и ветровой системы в сумме.

Как подобрать тип и количество водяных солнечных коллекторов?

Объем горячей воды, получаемой от того или иного водного солнечного коллектора можно рассчитать, открыв вкладку «Расчет энергии, вырабатываемой водяными солнечными коллекторами».

Выберите модель и количество коллекторов и укажите угол наклона коллектора в графе «зенитный угол». На графике появится жёлтая кривая, указывающая количество воды в литрах нагреваемой в сутки в различные месяцы года. Температура нагрева 25°С.

Как рассчитать количество тепловой энергии и выбрать воздушный солнечный коллектор?

Для расчета объема нагреваемого солнечным коллектором воздуха откройте вкладку «Расчёт энергии, вырабатываемой воздушными солнечными коллекторами» выберите модель и количество коллекторов. Обязательно укажите угол наклона коллектора в графе «зенитный угол». Для моделей с креплением на стену установите значение 90.

На графике появится желтая кривая, отображающая объем горячего воздуха в м³/сутки при нагреве на 44°С.

Обратите внимание, что полученные при расчетах данные приблизительные. On-line калькулятор в своих расчётах опирается на базы данных о инсоляции на земной поверхности в разных точках земного шара. Период наблюдения, учтённый в базе данных инсоляции земной поверхности — чуть более двадцати лет. Фактическая выработка энергии может отличаться из года в год, и зависит от инсоляции в конкретном периоде. К тому же данные калькулятора предполагают расположение источников тепловой и электрической энергии (солнечных панелей и коллекторов) строго на юг!

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL)

• Адаптивные технологии обработки поверхностей — скользкие покрытия для преобразования энергии
• Alveo Energy — батарейки на основе прусского синего красителя
• Применяемые материалы — недорогие кремниевые пластины для солнечных модулей.
• Университет штата Аризона (ASU) — электрохимическое улавливание углерода
• Bio2Electric — Электрогенеративный газожидкостный реактор
• Университет Брауна — специализированные устройства для преобразования приливной энергии
• Калифорнийский технологический институт (Калифорнийский технологический институт) — Повышение эффективности солнечной генерации с помощью солнечных модулей
• Университет Кейс Вестерн Резерв — полностью железная проточная батарея
• Ceramatec — Среднетемпературные топливные элементы для автомобилей
• Ceramatec — одностадийный химический преобразователь из газа в жидкость
• Университет штата Колорадо (CSU) — Дополнительные возможности для выращивания биоэнергетических культур
• Корнельский университет — эффективный фотобиореактор для топлива на основе водорослей
• Диоксидные материалы — преобразование CO2 в топливо и химические вещества
• Electron Energy Corporation (EEC) — Новая технология обработки постоянных магнитов
• eNova — Компрессор отработанного тепла
• Evolva — высокоэффективное авиационное топливо из терпенов.
• Институт газовых технологий (GTI) — Эффективная конверсия природного газа в метанол
• Глобальные исследования General Electric (GE) — газотрубные переключатели большой мощности
• General Electric (GE) Power & Water — лопасти ветряных турбин на тканевой основе
• Georgia Tech Research Corporation — Высокоэффективный реактор на солнечном топливе
• Georgia Tech Research Corporation — Суперконденсаторы на основе графена
• Georgia Tech Research Corporation — Производство электроэнергии с использованием наземного воздуха, нагретого солнечными батареями
• Glint Photonics — Фотогальваника с самослеживающимся концентратором
• Grid Logic — сверхпроводники большой мощности
• Гарвардский университет — Батарея Organic Flow для хранения энергии
• HexaTech — полупроводники, улучшающие поток электроэнергии
• Integral Consulting — Измерение данных о волнах в реальном времени с помощью буя для океанических волн
• Массачусетский технологический институт (MIT) — масштабируемая маломощная система очистки воды.
• Устройства MicroLink — высокоэффективные солнечные элементы
• Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) — эффективные пластиковые солнечные элементы
• Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) — Солнечный термоэлектрический генератор
• Otherlab — Маленькие зеркала для башенных солнечных электростанций
• Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория (PNNL) — Оптимизация передачи в реальном времени
• Исследовательский центр Пало-Альто (PARC) — инновационный производственный процесс для литий-ионных аккумуляторов
• Сенсорные системы растений (PSS) — лучшее сырье для биотоплива из свеклы
• Компания PolyPlus Battery — недорогие высокопроизводительные литий-серные батареи
• Pratt & Whitney Rocketdyne (PWR) — камеры сгорания с двигателями с непрерывной детонацией
• Pratt & Whitney Rocketdyne (PWR) — Эффективное преобразование природного газа
• RamGoss — высокопроизводительные транзисторы
• Политехнический институт Ренсселера (RPI) — мощный транзисторный переключатель
• Исследовательский институт треугольника (RTI) — Компактные недорогие преобразователи для природного газа
• Sharp Laboratories of America — хранение энергии на основе натрия
• Silicon Power — оптические переключатели для систем большой мощности
• Стэнфордский университет — радиационные охладители для крыш и автомобилей
• Исследовательская компания Tai-Yang (TYRC) — мощный и недорогой сверхпроводящий кабель.
• Teledyne Scientific & Imaging — проточная батарея на основе калия с высокой плотностью энергии
• Техасская инженерная экспериментальная станция (TEES) — Электроэнергия из низкотемпературных отходов тепла
• Исследовательский центр United Technologies (UTRC) — Аддитивное производство для двигателей электромобилей
• Калифорнийский университет в Беркли (Калифорнийский университет в Беркли) — Измерение изменения фазового угла в линиях электропередач.
• Калифорнийский университет в Беркли (Калифорнийский университет в Беркли) — разработчик быстрого моделирования энергопотребления — RAPMOD
• Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре) — повышенные конденсаторы
• Калифорнийский университет в Санта-Крус (Калифорнийский университет в Санта-Крус) — Эффективный сбор концентрированной солнечной энергии
• Университет Колорадо, Боулдер (CU-Boulder) — Маломасштабные реакторы для конверсии природного газа
• Университет штата Делавэр (UD) — двухмембранная проточная батарея с высокой емкостью
• Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн (UIUC) — Безопасность электросетей
• Университет Миннесоты (UMN) — Ультратонкие мембраны для производства биотоплива.
• Университет Невады, Лас-Вегас (UNLV) — огнестойкие твердые электролиты
• Центр энергетических и экологических исследований Университета Северной Дакоты (UND-EERC) — водосберегающее производство электроэнергии
• Питтсбургский университет — загустители CO2 для повышения нефтеотдачи и добычи газа.
• Университет Южной Калифорнии (USC) — Недорогая безметалловая проточная аккумуляторная батарея.
• Университет Теннесси (Юта) — высокопроизводительная биоинженерия просо просо
• Техасский университет в Остине (Юта Остин) — Smart Window Coatings
• Вашингтонский университет (UW) — Преобразование метана в дизельное топливо на основе микробов
• Университет Висконсин-Мэдисон (UW-Madison) — Превращение солнечного света, CO2 и воды в топливо
• Материалы Vorbeck — высокоэффективные и недорогие литий-серные батареи.
• Йельский университет — замкнутая система с использованием отработанного тепла для производства электроэнергии

Солнечные тепловые электростанции — У.S. Управление энергетической информации (EIA)

Солнечные тепловые электростанции используют концентрированную солнечную энергию

Солнечные системы тепловой энергии / выработки электроэнергии собирают и концентрируют солнечный свет для производства высокотемпературного тепла, необходимого для выработки электроэнергии. Все солнечные тепловые энергетические системы имеют коллекторы солнечной энергии с двумя основными компонентами: отражатели , (зеркала), которые улавливают и фокусируют солнечный свет на приемник . В большинстве типов систем жидкий теплоноситель нагревается и циркулирует в ресивере и используется для производства пара.Пар преобразуется в механическую энергию в турбине, которая приводит в действие генератор для производства электроэнергии. Системы солнечной тепловой энергии имеют системы слежения, которые удерживают солнечный свет на приемнике в течение дня, когда солнце меняет положение в небе. Солнечные тепловые электростанции обычно имеют большое поле или массив коллекторов, которые поставляют тепло турбине и генератору. Некоторые солнечные тепловые электростанции в Соединенных Штатах имеют две или более солнечных электростанций с отдельными массивами и генераторами.

Солнечные тепловые энергетические системы могут также иметь компонент системы накопления тепловой энергии, который позволяет системе солнечного коллектора нагревать систему накопления энергии в течение дня, а тепло от системы накопления используется для производства электроэнергии вечером или в пасмурную погоду. Солнечные тепловые электростанции также могут быть гибридными системами, которые используют другие виды топлива (обычно природный газ) для дополнения энергии солнца в периоды низкой солнечной радиации.

Типы концентрирующих солнечных тепловых электростанций

Линейные обогатительные системы

Линейные концентрирующие системы собирают солнечную энергию с помощью длинных прямоугольных изогнутых (U-образных) зеркал.Зеркала фокусируют солнечный свет на приемники (трубки), которые проходят по длине зеркал. Концентрированный солнечный свет нагревает жидкость, текущую по трубкам. Жидкость направляется в теплообменник для кипячения воды в обычном паротурбинном генераторе для производства электроэнергии. Существует два основных типа систем линейных концентраторов: системы с параболическим желобом, в которых приемные трубки расположены вдоль фокальной линии каждого параболического зеркала, и линейные системы отражателей Френеля, в которых одна приемная трубка расположена над несколькими зеркалами, чтобы обеспечить большую подвижность зеркал в отслеживание солнца.

Линейная электростанция с концентрирующим коллектором имеет большое количество, или поле , коллекторов в параллельных рядах, которые обычно выровнены в направлении север-юг, чтобы максимизировать сбор солнечной энергии. Эта конфигурация позволяет зеркалам отслеживать солнце с востока на запад в течение дня и непрерывно концентрировать солнечный свет на приемных трубках.

Параболические желоба

Параболический желобный коллектор имеет длинный отражатель параболической формы, который фокусирует солнечные лучи на приемной трубе, расположенной в фокусе параболы.Коллектор наклоняется вместе с солнцем, чтобы солнечный свет фокусировался на приемнике, когда солнце движется с востока на запад в течение дня.

Благодаря своей параболической форме желоб может фокусировать солнечный свет от 30 до 100 раз больше его нормальной интенсивности (коэффициента концентрации) на приемной трубе, расположенной вдоль фокальной линии желоба, достигая рабочих температур выше 750 ° F.

Электростанция с параболическим желобом

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Линейные концентрирующие системы с параболическим желобом используются в самой продолжительной в мире солнечной тепловой электростанции — Солнечной энергетической системе (SEGS).Объект с девятью отдельными заводами расположен в пустыне Мохаве в Калифорнии. Первая станция в системе, SEGS I, работала с 1984 по 2015 год, а вторая, SEGS II, — с 1985 по 2015 год. SEGS III – VII (3–7), каждая из которых имеет летнюю генерирующую мощность 36 мегаватт (МВт). , вступили в строй в 1986, 1987 и 1988 годах. SEGS VIII и IX (8 и 9), каждая из которых имеет чистую летнюю электрическую мощность 88 МВт, начали работу в 1989 и 1990 годах, соответственно. В совокупности семь действующих в настоящее время станций SEGS III – IX имеют общую чистую летнюю электрическую мощность около 356 МВт, что делает их одними из крупнейших солнечных тепловых электростанций в мире.

• Электростанция Солана: объект мощностью 280 МВт, состоящий из двух станций с компонентом хранения энергии в Хила-Бенд, Аризона
• Проект солнечной энергии в Мохаве: двухэлектростанция мощностью 280 МВт в Барстоу, Калифорния
• Genesis Solar Energy Project: объект с двумя заводами мощностью 250 МВт в Блайте, Калифорния
• Nevada Solar One: электростанция мощностью 69 МВт недалеко от Боулдер-Сити, Невада

Линейные отражатели Френеля

Системы с линейным отражателем Френеля (LFR) похожи на системы с параболическим желобом в том, что зеркала (отражатели) концентрируют солнечный свет на приемнике, расположенном над зеркалами.В этих отражателях используется эффект линзы Френеля, который позволяет получить концентрирующее зеркало с большой апертурой и коротким фокусным расстоянием. Эти системы способны концентрировать солнечную энергию примерно в 30 раз по интенсивности. Компактные линейные отражатели Френеля (CLFR), также называемые концентрирующими линейными отражателями Френеля, представляют собой тип технологии LFR, которая имеет несколько поглотителей в непосредственной близости от зеркал. Несколько приемников позволяют зеркалам изменять свой наклон, чтобы свести к минимуму то, насколько они блокируют доступ к соседним отражателям для солнечного света.Такое расположение повышает эффективность системы и снижает требования к материалам и затраты. Демонстрационная солнечная электростанция CLFR была построена недалеко от Бейкерсфилда, Калифорния, в 2008 году, но в настоящее время не работает.

Башни солнечной энергии

Система солнечной энергетической башни использует большое поле плоских зеркал, отслеживающих солнце, называемых гелиостатами, чтобы отражать и концентрировать солнечный свет на приемнике на вершине башни. Солнечный свет может концентрироваться до 1500 раз.В некоторых градирнях в качестве теплоносителя используется вода. Передовые разработки экспериментируют с расплавом нитратной соли из-за его превосходных способностей к теплопередаче и хранению энергии. Возможность хранения тепловой энергии позволяет системе производить электричество в пасмурную погоду или ночью.

• Солнечная электростанция Иванпа: объект с тремя отдельными коллекторными полями и башнями с комбинированной чистой летней электрической мощностью 399 МВт в Айвенпах Драй Лейк, Калифорния
• Проект солнечной энергии Crescent Dunes: объект с одной башней мощностью 110 МВт с компонентом хранения энергии в Тонапе, Невада

Башня солнечной энергии

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL)

Солнечная антенна / двигатели

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Солнечная антенна / двигатели

Солнечная антенна / система двигателя используют зеркальную антенну, похожую на очень большую спутниковую антенну.Чтобы снизить затраты, зеркальная тарелка обычно состоит из множества плоских зеркал меньшего размера, сформированных в форме тарелки. Тарельчатая поверхность направляет и концентрирует солнечный свет на тепловом приемнике, который поглощает и собирает тепло и передает его двигателю-генератору. Наиболее распространенным типом теплового двигателя, используемого в системах тарелка / двигатель, является двигатель Стирлинга. Эта система использует жидкость, нагретую ресивером, для перемещения поршней и создания механической энергии. Механическая энергия запускает генератор или генератор переменного тока для производства электроэнергии.

Солнечные тарелки / двигатели всегда направлены прямо на солнце и концентрируют солнечную энергию в фокусе тарелки. Коэффициент концентрации солнечной тарелки намного выше, чем у линейных концентрирующих систем, и она имеет температуру рабочей жидкости выше 1380 ° F. Электроэнергетическое оборудование, используемое с солнечной тарелкой, может быть установлено в центральной точке тарелки, что делает его хорошо подходящим для удаленных мест, или энергия может собираться из нескольких установок и преобразовываться в электричество в центральной точке.

В Соединенных Штатах нет проектов по установке солнечных тарелок / двигателей для коммунальных предприятий, находящихся в коммерческой эксплуатации.

Последнее обновление: 17 февраля 2021 г.

Solar Thermal использует солнечную энергию как для отопления, так и для выработки электроэнергии. Солнечная тепловая энергия бесплатна

Solar Thermal — использование тепловой энергии солнца

Солнечная тепловая технология включает три различных метода преобразования солнечной энергии для использования.Первый метод собирает энергию солнца для нагрева воды или воздуха для непосредственного использования в солнечном отоплении дома. Второй метод используется крупными энергокомпаниями для косвенного производства электроэнергии за счет концентрированной солнечной тепловой энергии. Третий метод, известный как пассивная солнечная энергия, использует энергоэффективность и конструкцию здания для регулирования количества получаемой солнечной энергии для регулирования его температуры.

Коммунальные весы для солнечной энергии — сельское хозяйство, солнечная энергия

Как солнечная тепловая энергия преобразуется в электричество?

Солнечные электростанции или тепловые солнечные фермы косвенно вырабатывают электроэнергию, когда тепло от солнечных тепловых коллекторов превращает воду или расплавленную соль в пар.Как и на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, этот пар вращает турбины, питающие электрические генераторы.

Как солнечные тепловые электростанции собирают тепло для производства электроэнергии?

1) Солнечная башня: В окружении гелиостатов, которые представляют собой специальные зеркала, отслеживающие солнце, солнечная башня собирает солнечную энергию. Центральный ресивер наверху башни собирает и накапливает тепло в специальных жидких солях, которые транспортируются из башни в парогенератор.

2) Параболические желоба: Этот тип системы использует форму параболы для усиления тепла и сбора его от солнца в любое время суток.Через эту систему проходят трубки, заполненные специальной жидкостью. По мере того, как специальная жидкость проходит мимо, она нагревается и по существу «собирает» тепло. Жидкость передает тепло воде, которая превращается в пар и приводит в действие генератор.

3) Отражатель Fresnal: Вместо нагрева жидкости этот механизм непосредственно нагревает воду. Он делает это эффективно за счет повышения атмосферного давления. Пар создается для питания турбин.

4) Солнечная тарелка: Они движутся вместе с солнцем, собирая тепло в течение всего дня.Посуда с зеркалами отражает солнечный свет на точку фокусировки. Они преобразуют это тепло в механическую энергию, нагревая сжатую жидкость. Горячая сжатая жидкость расширяется и приводит в действие поршень, создавая электричество.

Теги: солнечный терморегулятор, солнечная тепловая энергия, солнечные тепловые системы своими руками, накопительные баки солнечные тепловые, солнечное тепловое электричество, солнечный тепловой генератор, солнечная тепловая энергия, солнечная тепловая энергия

Солнечная энергия для вашего дома

Солнечная энергия — это наиболее распространенный вид солнечной энергии.Простой процесс нагрева воды солнцем используется в более теплом и солнечном климате мира. В большинстве домов есть резервуары для хранения воды, окрашенные в черный цвет для поглощения солнечного тепла. Вода используется для душа, стирки и других бытовых нужд. Это не сложно, но работает. И это бесплатно. США были крупным потребителем солнечного нагрева воды до тех пор, пока газовое нагревание воды не стало популярным. Солнечное термальное водонагревание теперь широко возвращается из-за экологических проблем и очень выгодного сравнения затрат.

Солнечный водонагреватель

Самый экономичный способ использования солнечного тепла — это использование солнечного водонагревателя. Поскольку большая часть энергии в домашних условиях используется для нагрева воды для душа, стирки или мытья посуды, бесплатное нагревание воды на солнце — отличный способ сэкономить деньги. Солнечные водонагреватели не производят электричество — они просто собирают тепло от солнца и хранят его в резервуаре для последующего использования. Солнечное отопление работает так же, как шланг на заднем дворе, когда он подвергается воздействию солнечного света в течение нескольких часов.Вода становится очень горячей — обычно поднимается на 10 градусов за час солнечного света. Эти системы также довольно просты в механическом отношении. Монтажник солнечной энергии, который реализует эти типы систем солнечной тепловой энергии, имеет опыт работы в области водоснабжения.

Солнечное термальное водонагревание также является отличным способом обогрева вашего бассейна и спа.

Солнечная тепловая энергия — горячий воздух

Еще одно чрезвычайно простое использование солнечного тепла для вашего дома — это солнечный коллектор горячего воздуха. Солнечный коллектор из тонкого металла, окрашенный в черный цвет, крепится к стене дома, и воздух циркулирует через него с помощью вентилятора.Посмотрите видео о профессионально изготовленном солнечном коллекторе горячего воздуха, сделанном из использованных банок из-под газировки, на странице DIY solar.

Самый энергоэффективный обогреватель помещений

Обогреватели исторически были известны как удобный способ быстро и эффективно обогреть небольшое пространство; тем не менее, они также заслужили репутацию пожарной опасности, особенно когда они оставлены без присмотра рядом с легковоспламеняющимися предметами, такими как одежда, ковровые покрытия или простыни.

К счастью, технология обогревателей за прошедшие годы значительно усовершенствовалась. Многие производители не только внедрили больше технологий безопасности, но и обогреватели стали еще более энергоэффективными, чем раньше, особенно с введением солнечного воздухонагревателя.

Вам нужен обогреватель?

Даже если ваш дом уже оборудован системой отопления, наличие обогревателя может оказаться очень полезным. Обогреватели обеспечивают отличное дополнительное отопление, которое может быть полезной (и энергоэффективной) альтернативой вашей системе отопления.Например, если ваша система отопления выходит из строя в середине зимы, обогреватель поможет вам и вашей семье оставаться в безопасности и комфортно, пока вы ждете ремонта или замены системы отопления.

Для чего можно использовать обогреватель?

Обогреватели могут использоваться не только в аварийных ситуациях, когда ваша система отопления находится в негодном состоянии. Вот лишь несколько вещей, для которых вы можете использовать обогреватель:

• Обеспечивает тепло в открытых пространствах — Обогреватели отлично подходят для повышения комфорта и удобства использования открытых жилых помещений, таких как крыльцо или палуба, когда на улице холоднее.

• Энергоэффективное обогревание небольшого помещения — Обогрев всего дома только для обогрева комнаты, в которой вы находитесь, крайне неэффективен. Обогреватель позволит вам экономить энергию, обогревая только ту комнату, в которой вы сейчас находитесь.

• Обеспечьте дополнительное тепло комнатам, которые не отапливаются эффективно. — Некоторые части вашего дома могут не отапливаться эффективно вашей системой отопления. Например, подвал или гараж.Обогреватели могут быть весьма полезны для таких помещений.

Какие обогреватели являются наиболее энергоэффективными?

Если вы собираетесь инвестировать в обычный обогреватель, вам следует поискать энергоэффективную модель, которая поможет снизить затраты на электроэнергию. Ниже приведены несколько примеров некоторых из самых энергоэффективных обычных обогревателей, представленных на рынке сегодня:

• Lasko 6405 Дизайнерский качающийся обогреватель — легкий обогреватель Lasko имеет колебательную функцию, которая упрощает обогрев всего помещения.Он также может похвастаться защитой от перегрева, которая автоматически отключит его, если воздух вокруг него станет слишком горячим.

• Delonghi Mica Panel Heater — портативный обогреватель Delonghi оснащен встроенным термостатом, который позволяет вам контролировать выделяемое тепло. Он также имеет ряд функций безопасности, включая световые индикаторы, обнаружение опрокидывания и термовыключатель.

• Dr. Инфракрасный обогреватель Портативный космический обогреватель — Dr.Инфракрасный обогреватель использует лучистое инфракрасное тепло. Он работает, нагревая предметы перед собой вместо нагрева воздуха, что помогает предотвратить пересыхание пространства.

Что такое солнечный воздухонагреватель?

Солнечные воздухонагреватели немного отличаются от традиционных обогревателей. Вместо использования природного газа, пропана или электричества для производства тепла они используют тепловую энергию. Это делается за счет использования солнечных коллекторов. В отличие от традиционных обогревателей, многие солнечные воздухонагреватели обычно необходимо монтировать на крыше, стене или окне, чтобы собирать солнечное тепло.Некоторые из этих коллекторов могут быть тяжелыми, и для их установки может потребоваться разрешение на строительство.

Посчитайте, сколько вы можете сэкономить, установив солнечные батареи

Принцип их работы относительно прост. Холодный воздух забирается из нижней части комнаты с помощью вентилятора. Затем этот холодный воздух забирает тепловое тепло, накопленное в коллекторе. Затем в комнату выдувается теплый воздух. Поскольку солнечные воздухонагреватели более эффективны при обогреве небольших помещений, у них больше общего с традиционными обогревателями, чем с системами отопления всего дома.

Солнечные воздухонагреватели могут быть невероятно энергоэффективными и могут снизить ваши расходы на отопление на целых 70 процентов. Помимо энергоэффективности, они также чрезвычайно долговечны и могут прослужить до 20 лет.

Какие солнечные воздухонагреватели самые лучшие?

Солнечные воздухонагреватели не так широко доступны, как обычные обогреватели (пока), но они начинают завоевывать популярность из-за их невероятной энергоэффективности, особенно по сравнению даже с самыми энергоэффективными обычными обогревателями.Имея это в виду, ниже приведены некоторые из различных компаний, которые производят одни из лучших солнечных воздухонагревателей, представленных в настоящее время на рынке:

• Grammer Solar — Grammar Solar — немецкая компания, известная своими воздухонагревателями TwinSolar, которые построены с использованием алюминиевых коллекторов воздуха и изолированных труб, по которым тепло передается в дом. За исключением замены фильтра один раз в год, никакого дополнительного обслуживания не требуется.

• Solar Infra Systems — Solar Infra Systems имеет портативный солнечный воздухонагреватель, который не требует установки.Хотя его необходимо разместить в месте, где он может собирать солнечный свет, он будет работать даже в условиях частичной облачности. Нагреватель наиболее эффективен в помещениях площадью 150 квадратных футов или меньше.

• Sunfire — солнечные воздухонагреватели Sunfire изготовлены из алюминия и закаленного стекла и имеют сертификат Solar Rating and Certification Corporation. Их легко установить на южную стену или крышу.

Если вы заинтересованы в изучении солнечной энергии для собственного дома, ознакомьтесь с нашим списком десяти лучших солнечных компаний в США.С.

Каковы преимущества использования энергоэффективных приборов?

При сравнении бытовых приборов вы можете заметить, что энергоэффективные модели обычно немного дороже. Несмотря на это, вы всегда должны искать энергосберегающие приборы, даже когда вы покупаете обогреватели. Ниже приведены несколько причин, по которым чем более энергоэффективен прибор, тем лучше:

• Сэкономьте на расходах на отопление — Первоначальные затраты обычно компенсируются суммой денег, которую вы сэкономите на счетах за отопление.Узнайте, как еще больше снизить затраты на электроэнергию, следя за нашим блогом.

• Снижение воздействия на окружающую среду — Чем меньше энергии вы потребляете, тем больше вы помогаете снизить воздействие на окружающую среду.

• Повысьте стоимость дома — Потенциальные покупатели будут привлечены к солнечным воздухонагревателям, установленным в ваших окнах, стенах или крышах, из-за их потенциала экономии затрат на электроэнергию, их способности повышать комфорт в помещении и из-за общего стремления людей быть более экологически чистыми ответственный.

Посмотрите, сколько солнечных панелей поместится на вашей крыше с помощью нашего инструмента для компоновки солнечных панелей

Термоэлектрический генератор с питанием от солнечного тепла

Есть солнечные батареи, которые вырабатывают электричество, и те, которые поглощают тепло для горячей воды.А теперь исследователи из Массачусетского технологического института и других организаций заявляют, что добились прогресса в использовании солнечного тепла для производства электричества.

В статье, опубликованной в журнале Nature, исследователи описывают прогресс, достигнутый ими в области наноструктурированного материала, который улучшает коэффициент преобразования тепла в электричество по сравнению с существующими термоэлектрическими устройствами.

Профессор Массачусетского технологического института Ган Чен и докторант Дэниел Кремер (справа) демонстрируют прототип солнечного термоэлектрического генератора. Массачусетский технологический институт

Исследователи предполагают, что этот твердотельный материал может быть упакован либо как автономный термоэлектрический генератор, либо добавлен к существующим солнечным системам горячего водоснабжения для производства электроэнергии.«Наша работа открывает новый многообещающий подход, который может обеспечить рентабельное преобразование солнечной энергии в электричество», — заявили исследователи в своей статье.

Профессор Массачусетского технологического института Ган Чен сказал, что термоэлектрический генератор в форме плоской пластины можно разместить внутри стеклянной вакуумной трубки и накрыть черной медной пластиной для поглощения тепла. Другая сторона термоэлектрического устройства подвергается воздействию окружающего воздуха, создавая разницу температур на двух сторонах пластины, которая вызывает поток электричества.

Термоэлектрические устройства из разных материалов уже используются для различных целей, например, для портативных холодильников или для охлаждения автомобильных сидений. Но есть ряд исследователей и компаний, стремящихся повысить эффективность преобразования тепла в электричество, чтобы открыть термоэлектрические устройства для большего числа приложений, таких как использование отходящего тепла выхлопных систем автомобилей для питания автомобильной электроники.

Ссылки по теме
• Термоэлектрики, работающие на отходах, находят инвесторов
• Стартап получает финансирование для получения электроэнергии из «отходящего» тепла
• Исследователи ARPA-E глубоко копают в поисках энергетических инноваций (фотографии)

В своей статье исследователи заявили, что достигли 4.Пиковая эффективность 6 процентов, что в семь-восемь раз лучше, чем предыдущие результаты с солнечными термоэлектрическими генераторами.

Если исследование, финансируемое Министерством энергетики, окупится, оно могло бы значительно снизить стоимость солнечной энергии и выйти на рынок за счет использования существующей солнечной энергетики для горячего водоснабжения. «Это может изменить правила игры», — сказал Чен в своем заявлении.

Создан носимый солнечный термоэлектрический генератор — ScienceDaily

Недавнее исследование, проведенное профессором Кён Джин Чой из Школы материаловедения и инженерии UNIST, представило новую передовую систему сбора энергии, способную генерировать электричество, просто прикрепляя ее к одежде. , окна и наружные стены здания.

Это новое устройство основано на разнице температур между горячей и холодной сторонами. Разница температур может быть увеличена до 20,9 ° C, что намного выше, чем типичная разница температур от 1,5 до 4,1 ° C носимых термоэлектрических генераторов, приводимых в действие теплом тела. Исследовательская группа ожидает, что их носимый солнечный термоэлектрический генератор предложит многообещающий способ дальнейшего повышения эффективности за счет увеличения разницы температур.

Сбор энергии — это разнообразная область, охватывающая множество технологий, включающих процесс, который захватывает небольшое количество энергии, которая в противном случае была бы потеряна в виде тепла, света, звука, вибрации или движения.Термоэлектрический генератор (ТЭГ) относится к устройству, которое преобразует отходящую тепловую энергию, такую ​​как солнечная энергия, геотермальная энергия и тепло тела, в дополнительную электрическую энергию.

Значительно расширились исследования носимых термоэлектрических (ТЕ) генераторов, использующих разницу температур между теплом тела и окружающей средой. Однако одним из основных недостатков носимых технологий ТЭГ, обусловленных нагревом тела, было то, что такая разница температур составляет всего 1–4 градуса по Цельсию, и это препятствовало дальнейшей коммерциализации.

Исследовательская группа решила эту низкую разницу температур, с которой сталкиваются обычные носимые ТЭГ, установив локальный поглотитель солнечной энергии на подложке из PI. Поглотитель солнечного излучения представляет собой пятипериодную сверхрешетку Ti / MgF ₂ , в которой структура и толщина каждого слоя были разработаны для оптимального поглощения солнечного света. Это увеличило разницу температур до 20,9 ° C, что является самым высоким значением среди всех носимых TEG, о которых сообщалось на сегодняшний день.

«Благодаря этому исследованию мы обеспечили десятикратное увеличение разницы температур по сравнению с обычными носимыми солнечными термоэлектрическими генераторами», — говорит Ён Су Чжон из Высшей школы материаловедения и инженерии UNIST.«Поскольку мощность генератора TE пропорциональна корню квадратному из разницы температур, с помощью этой технологии можно значительно увеличить мощность».

В этом исследовании профессор Чой и его команда разработали благородный носимый солнечный термоэлектрический генератор (W-STEG), объединив гибкие TE-ножки на основе BiTe и солнечные поглотители субмикронной толщины на полимидной (PI) подложке. Ножки TE были изготовлены с помощью дозирующей печати с использованием краски, состоящей из порошков на основе механического сплава BiTe и спекающей добавки на основе Sb2Te3, диспергированной в глицерине.Они сообщают, что W-STEG, состоящий из 10 пар p-n ветвей, имеет напряжение холостого хода 55,15 мВ и выходную мощность 4,44 мкВт при воздействии солнечного света.

«Ожидается, что наш новый переносной STEG будет полезен в различных приложениях, например, в носимых электронных устройствах с автономным питанием», — говорит профессор Чой. «Это также послужит катализатором для дальнейшего улучшения будущего рынка носимых электронных технологий».

История Источник:

Материалы предоставлены Ульсанским национальным институтом науки и технологий (UNIST) . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Обзор солнечных, тепловых и термоэлектрических гибридных систем для выработки электроэнергии и отопления | Международный журнал низкоуглеродных технологий

18″ data-legacy-id=»s1″> 1 ВВЕДЕНИЕ

Солнечная энергия — это возобновляемый источник тепла, который свободно и широко доступен во всем мире и круглый год. Гелиоустановки можно разделить на солнечные тепловые или солнечные фотоэлектрические (PV). Имеются многочисленные тексты по теме солнечной энергии [1, 2].

Тепловые трубки (HP) — это очень эффективные и пассивные устройства теплопередачи, которые способны передавать большое количество тепла на большие расстояния с небольшими перепадами температур между источником тепла и радиатором.ТНВД состоит из герметичной медной трубы, вакуумированной и заполненной определенным количеством рабочей жидкости. В трубе есть три отдельных участка. Секция испарителя отделена от секции конденсатора короткой адиабатической секцией. Тепло, приложенное к испарительной секции трубы, заставляет жидкость закипать внутри и испаряться, забирая скрытую теплоту испарения. Пар перемещается внутри герметичной трубы в секцию конденсатора, где он конденсируется, отдавая свою скрытую теплоту конденсации.Затем конденсат транспортируется обратно в секцию испарителя самотеком или через встроенные внутри фитили. Таким образом, тепло передается от испарителя к конденсаторной части трубы. Подробные обзоры HP можно найти в Справочниках [3–6].

Термоэлектрик (TE) — это прямое преобразование разницы температур между стыками двух разнородных материалов в электричество. Это известно как эффект Зеебека и приписывается Томасу Зеебеку в девятнадцатом веке.Его применение иногда называют генерацией электроэнергии TE (TEG). Позже Пельтье показал, что верно обратное. Путем приложения напряжения или пропускания тока через два разнородных материала между ними создается температурный градиент. Горячая поверхность, контактирующая с холодным спаем ТЭ, будет охлаждаться, а , наоборот, , холодная поверхность, контактирующая с горячим спаем, будет нагреваться. Этот эффект можно использовать в системах обогрева и охлаждения теплового насоса TE cooler (TEC).Некоторые полезные ссылки можно найти в Справочниках [7, 8].

Типичная гибридная система солнечная энергия / HP / TE (SHPTE) состоит из солнечного коллектора HP с модулем TE, подключенным на конце конденсатора, как показано на Рисунке 1a. Модуль TE охлаждается рубашкой с водяным охлаждением или ребристым радиатором с воздушным охлаждением. Для получения высоких температур солнечный коллектор обычно представляет собой солнечный коллектор высокого давления с вакуумной трубкой (ETHPSC). Вид с торца типичного блока ETHPSC показан на рисунке 1b. Стеклянная оболочка состоит из двух концентрических стеклянных трубок с селективным поверхностным покрытием, нанесенным на внешнюю поверхность внутренней трубки.Из трубок откачивают воздух и закрывают их концы. Это снижает потери тепла в окружающую среду и обеспечивает высокую производительность устройства. Медный HP меньшего диаметра подвешен в центре вакуумированных стеклянных трубок и удерживается на месте заранее сформированным алюминиевым ребром, обернутым вокруг него и прижимающимся к внутренней поверхности стеклянной трубки. Ребро плотно прилегает к внутренней поверхности стекла и передает солнечное тепло на ВД. Испарительная секция ВД поглощает падающее солнечное тепло и передает его в конденсаторную секцию.Модуль TE расположен вокруг конденсаторной секции HP и находится в непосредственном контакте с ней. Для подачи горячей воды предусмотрена рубашка с водяным охлаждением. Для воздушного охлаждения над модулем TE предусмотрены обычные ребристые радиаторы. Ожидается, что вода обеспечит более эффективное охлаждение, чем естественная или принудительная циркуляция воздуха. Разница температур, создаваемая на двух поверхностях модуля TE, производит мощность постоянного тока. Таким образом, система может одновременно обеспечивать как электроэнергию, так и тепловое тепло.Устройство компактно, бесшумно, не требует обслуживания и не наносит вреда окружающей среде. Основные недостатки — низкая эффективность преобразования и высокие капитальные затраты. Прогресс в исследованиях и разработка новых материалов из ТЭ снизили затраты и привели к повышенному вниманию к ТЭГ из промышленных отходов тепла или солнечной энергии. Низкая эффективность преобразования не будет серьезным недостатком, поскольку источник солнечной энергии бесплатный.

Рис. 1.

Типичная гибридная система солнечной энергии / HP / TE.(а) вид в разрезе, (б) вид с торца солнечного коллектора.

Рис. 1.

Типичная гибридная система солнечная / HP / TE. (а) вид в разрезе, (б) вид с торца солнечного коллектора.

Варианты, включающие гибриды с обычными плоскими солнечными тепловыми коллекторами или солнечными фотоэлектрическими модулями и ТЕ-модулями, показаны на рисунке 2. Гибрид солнечного тепла / TE показан на рисунке 2a для производства электроэнергии. Солнечный коллектор обеспечивает температуру спая на горячей стороне, а радиаторы с воздушным или водяным охлаждением обеспечивают температуру холодного спая для поддержания требуемого перепада температур для модуля ТЭГ для генерации напряжения TE, В _TE .Гибрид, включающий солнечные фотоэлектрические модули для питания теплового насоса TEC для охлаждения или обогрева, показан на рисунке 2b. В режиме теплового насоса TEC солнечные фотоэлементы используются для генерации первичной энергии постоянного тока, В _PV , которая напрямую подается на модули TEC для охлаждения / нагрева.

Рисунок 2.

Гибридные системы Solar / TE. (a) Солнечная энергия / ТЭГ, (b) Солнечная энергия / охлаждение тепловым насосом.

Рис. 2.

Гибридные системы Solar / TE. (a) Солнечная энергия / ТЭГ, (b) Солнечная энергия / охлаждение тепловым насосом.

Общие описания и обзоры гибридных солнечных фотоэлектрических / тепловых систем представлены Риффатом и Ма [9] и Си и др. . [10]. Последний представил обзор тепловых технологий, работающих на солнечной энергии, и их приложений для охлаждения и производства электроэнергии. Они заявили, что, хотя они могут использоваться в самых разных областях, они могут использоваться только в ограниченных приложениях, таких как аэрокосмическая, военная или в случаях, когда стоимость не принимается во внимание из-за их низкого коэффициента полезного действия (COP).

33″ data-legacy-id=»s3″> 3 ГИБРИДНАЯ СИСТЕМА СОЛНЕЧНОЙ / HP / TE

Он и др. . [20] представили аналитическую модель гибридной системы SHPTE в условиях стационарного солнечного облучения, аналогичную показанной на рисунке 1. Модель состояла в основном из ETHPSC с TE-модулем, прикрепленным к конденсаторному концу HP.Конденсатор или отвод тепла в их модели показан на рисунке 6. Тепло может отводиться через два охлаждающих канала, установленных над конденсатором. Один из охлаждающих каналов включает в себя прикрепленные к нему ребра, улучшающие теплопередачу. Медная пластина была прикреплена к концу конденсатора ВД, контактирующему с ТЕ-модулем. Другой канал охлаждения ребер не имел. При необходимости с модулем TE или без него можно получить три различных режима работы: выработка электроэнергии и нагрев жидкости.В одном из своих режимов моделирования они показали, что энергоэффективность 3,35% может быть достигнута при солнечной радиации 1 кВт / м ² . Для достижения максимальной энергоэффективности согласованное сопротивление нагрузки немного больше внутреннего сопротивления ТЕ-модуля. В более позднем исследовании He et al . [21] представили экспериментальное и аналитическое исследование своей системы SHPTE для одновременного производства электроэнергии и нагрева воды для заданного солнечного излучения, температуры окружающей среды и воды, а также свойств TE.В своем анализе они применили модель сосредоточенной емкости для своих HP и предположили квазистационарное состояние. Их экспериментальные результаты хорошо коррелировали с результатами моделирования, и они показали, что при солнечной радиации 600 Вт / м ² , вода 45 ° C вместе с тепловым КПД 55% и электрическим КПД 1% может быть получена.

Рис. 6. Модель

Solar / HP / TE (He и др. . [20]).

Рисунок 6. Модель

Solar / HP / TE (He et al .[20]).

Чжан и др. . [22] исследовали производительность гибридной системы SHPTE, аналогичной показанной на рисунке 1, для одновременного производства электроэнергии и горячей воды. Они представили теоретическую модель для прогнозирования теплового и электрического КПД системы на основе термодинамического баланса тепла и энергии. Их пилотный эксперимент произвел 0,19 кВтч электроэнергии и ∼300 л горячей воды при температуре 55 ° C с пиковым солнечным излучением <1 кВт.

Электрическая мощность гибридной системы может быть увеличена за счет использования большего количества ТЕ-модулей, например, путем обертывания цилиндрического конца ТЭ модулями цилиндрической формы или путем обертывания цилиндрического конца многогранными поверхностями, обработанными на нем, до которых плоские Модули TE могут быть присоединены.

Miljkovic и Wang [23] представили основанную на энергии модель гибридной системы SHPTE, аналогичную показанной на Рисунке 1, с подходом сети теплового сопротивления для определения тепловых характеристик. Они рассмотрели систему, показанную на рисунке 7, где параболическое зеркало с желобом фокусировало солнечную энергию на вакуумированную стеклянную трубку с селективной поверхностью, нанесенной на внутреннюю часть трубки. В стеклянную трубку вставлялся чистый HP. TE-модуль цилиндрической формы, установленный над испарительной секцией HP. Горячая поверхность ТЕ-модуля контактирует с селективной поверхностью стеклянной трубки.Модуль TE находится в контакте с испарительной секцией ВД, и тепло отводится от ВД к так называемому «нижнему циклу». Их моделирование показало, что эффективность системы до 52,6% может быть достигнута при концентрации солнечного излучения 100 солнц и температуре нижнего цикла 776 К. Рабочие характеристики сильно зависели от концентрации солнечного излучения и температуры конденсатора. Наиболее полезными были бы экспериментальные данные для оценки его переходных характеристик в реальных погодных условиях эксплуатации.

Рис. 7.

Вид с торца гибридной системы солнечной энергии / HP / TE с параболическим концентратором (Miljkovic and Wang [23]).

Рис. 7.

Вид с торца гибридной системы солнечной энергии / HP / TE с параболическим концентратором (Miljkovic and Wang [23]).

Gang и др. . [24–26] исследовали производительность гибридной системы солнечной энергии / высокого давления для выработки электроэнергии и нагрева горячей воды, как показано на рисунке 8. Их система состояла из массива HP, размещенных на плоской алюминиевой пластине. Фотоэлементы были ламинированы поверх HP.Вместо использования концентрических вакуумных тепловых трубок из стеклянных трубок они использовали плоский лист стекла для защиты от атмосферных воздействий. Тепло отводилось охлаждающей водой, протекающей по коллектору конденсатора. Они представили динамическую модель гибридной системы и сопоставили результаты моделирования с экспериментальным исследованием. Они получили среднее тепловое и электрическое усиление 277 и 62 Вт / м ² соответственно. Было бы очень интересно провести сравнение между этой системой, использующей фотоэлементы, и системой, использующей модули TE.

Рис. 8.

Гибридная система солнечных панелей / HP (Gang и др. . [24–26]).

Рис. 8.

Гибридная система солнечной фотоэлектрической / HP (Gang и др. . [24–26]).

He и др. . [27] предложили гибридную солнечную систему PV / HP / TE для охлаждения помещений летом и отопления зимой, как показано на рисунке 9. Летом устройство TE работает как тепловой насос TEC, электрически управляемый солнечными фотоэлектрическими модулями. Ребристый теплообменник в качестве радиатора охлаждает комнату, а тепло отводится в систему теплообмена с горячей водой для производства горячей воды.Зимой напряжение, подаваемое на TE, меняется на противоположное, и солнечная фотоэлектрическая система / система HP обеспечивает как источник энергии, так и источник тепла для модуля TE. Их смоделированный летний режим работы с 0,5 м ² солнечной панели показывает комнатные условия 17 ° C, а 18,5 л горячей воды можно нагреть до 9 ° C с COP устройства TE выше 0,45. Система ШПТЭ, исследованная предыдущими исследователями [20–22], была основана на однопроходном течении охлаждающей воды в радиаторе. Поскольку повышение температуры воды для каждого прохода невелико, термический КПД нельзя было точно оценить.Гибридная система, включающая теплоаккумулятор для горячей воды, позволит провести сравнение дневной производительности двух солнечных систем водяного отопления. Преимущество гибридной системы для одновременного производства электроэнергии и нагрева воды было бы более очевидным.

Рис. 9.

Солнечная гибридная система PV / HP / TE (He и др. . [27]).

Рис. 9.

Солнечная гибридная система PV / HP / TE (He и др. . [27]).

Хаттаб и Шенави [28] исследовали возможность использования гибридного солнечного теплового / ТЭ-генератора, подобного показанному на рисунке 2а, для управления небольшим ТЭО.Они рассматривали возможность нагрева алюминиевого блока путем отражения на него солнечной энергии с помощью плоских солнечных концентраторов. Затем блок горячего солнечного нагрева используется для обеспечения горячего спая ТЕ-модуля.

Лесаж и др. . [29] исследовали термоЭДС одиночного модуля ТЕ по отношению к сопротивлению электрической нагрузки для получения оптимальной электрической нагрузки для пикового производства электроэнергии. В своем первом эксперименте они определили производительность имеющихся в продаже модулей Bi ₂ Te ₃ при электрическом нагреве на одной поверхности и принудительном воздушном охлаждении на другой стороне для выработки энергии.Они пришли к выводу, что согласование нагрузки не совпадает с пиковой выработкой мощности, подобно тому, что обнаружил He [20]. Их второй эксперимент с комбинацией солнечного тепла HP / TE / ребра, подобный рисунку 2a, продемонстрировал, что согласование электрической нагрузки может привести к выходной мощности ТЭГ, которая на 8–16% ниже пиковой термоЭДС.

Рокендорф и др. . [30] сравнили теоретические характеристики гибридной системы солнечной энергии / HP / TE для выработки электроэнергии и производства горячей воды с солнечной фотоэлектрической системой, размещенной над обычным плоским солнечным коллектором, а также для производства электроэнергии и производства горячей воды.Они пришли к выводу, что солнечная фотоэлектрическая система горячего водоснабжения имеет много преимуществ по сравнению с системой SHPTE из-за стоимости и производительности.

Сяо и др. . [31] установили трехмерную конечно-элементную модель ТЕ-модулей и предложили системы с многоступенчатыми моделями, состоящими из низко- и среднетемпературных ТЕ-модулей. Их результат показал, что общая эффективность преобразования 10,5% на основе трехступенчатых ТЕ-модулей может быть достигнута.

46″ data-legacy-id=»s5″> 5 ВЫВОДЫ

Из проведенного обзора литературы видно, что было проведено очень мало исследований по моделированию и экспериментальным характеристикам гибрида SHPTE в реальных погодных условиях для одновременного производства электроэнергии и производства горячей воды.Приветствуется проведение дальнейших исследований, поскольку откачанный солнечный коллектор высокого давления, модули TE и радиаторы легко доступны в продаже. Такие системы предлагают небольшие, мобильные, мобильные и автономные системы электроснабжения и отопления.

Разное