Как сделать солнечный коллектор: Делаем простой солнечный коллектор своими руками, пошаговая инструкция

Назначение

Солнечные коллекторы предназначены для улавливания энергии солнца. Принцип их действия достаточно прост. Он заключается в том, что поступающее излучение нагревает теплоноситель. Посмотрев на фото солнечных коллекторов можно увидеть, что все они имеют внешнее сходство. Они состоят из панелей с трубками, которые под действием солнца нагреваются.

Полученное тепло может использоваться для нагрева воды в хозяйственных нуждах или для отопления помещений. Нагретый теплоноситель поступает в накопительный бак. В нем может быть установлен дополнительный нагреватель, который повышает температуру теплоносителя до необходимого значения при недостаточной интенсивности солнечного излучения.

Нагрев может быть осуществлен с помощью электронагревателя или с использованием более совершенного теплового насоса. Кроме того, этот аппарат может передавать тепло в систему отопления, дополняя её с целью экономии.

Использование коллекторов позволяет или полностью отказаться от нагревательных приборов или существенно сократить их использование и дать дополнительную экономию электроэнергии или газа.

Принцип действия

В большинстве случаев такие солнечные коллекторы используются для нагрева воды в теплое время года. Они собираются из металлических трубок, которые нагреваются на солнце и передают его тепло воде. Такие приборы могут быть разной формы и размера, но по сути представляют собой систему из металлических труб, по которым движется теплоноситель, а сами трубки нагреваются солнцем. Нагретая вода поступает в накопитель.

Более сложными являются устройства, которые предназначены для использования в холодное время года. Их особенностью является способность улавливать и сохранять тепло при низких температурах окружающей среды. При этом внутренняя часть системы должна разогреваться достаточно сильно, чтобы была возможность отапливать помещение.

В таких приборах необходимо одновременно изолировать теплоноситель от окружающей среды для сохранения полученного тепла и оставлять его прозрачным для солнечных лучей. Поэтому приборы, предназначенные для зимнего периода, имеют более сложную конструкцию.

Трубки представляют собой стеклянные термосы из достаточно толстого стекла. Внешняя поверхность трубки прозрачна. Внутренняя стенка покрыта черной краской. Из пространства между двух стенок полностью откачан воздух. В вакууме солнечные лучи без препятствий достигают внутренней темной стенки. Энергия не может выйти наружу в виде тепловых лучей, так как вакуум обладает крайне низкой теплопроводностью.

Солнечные коллекторы для отопления дома существенно дороже обычных солнечных водонагревателей, используемых в летнее время на даче. Используются они в дополнение с действующей отопительной системой для того, чтобы снизить нагрузку на неё и дать дополнительную экономию денежных средств.

Недостатки

Основными недостатками этого оборудования является зависимость от погодных условий. В ночное время эти устройства естественно не работают. В это время можно только использовать накопленное за день тепло. Также работоспособность зависит от температуры окружающей среды и наличия яркого солнца. Чем выше температура и ярче солнце, тем лучше работает оборудование.

Для холодного времени года используются специальные инновационные устройства. Главным недостатком таких приборов является их крайне высокая стоимость и хрупкость. Кроме того, такие солнечные коллекторы нельзя сделать своими руками.

Выпускаемые модели обладают разной ремонтопригодностью. Большинство моделей легко ремонтируется с помощью простой замены вышедшей из строя стеклянной колбы.

Классические металлические солнечные коллекторы широко используются для нагрева воды в теплое время года в регионах с высокой температурой и большим числом солнечных дней в году. В этом случае их конструкция может быть максимально простой и обладать низкой ценой. Вакуумные нагреватели используются значительно реже.

Эффективность

В первую очередь следует разграничить два понятия: эффективность и окупаемость. Эффективность характеризует то, какая доля тепла превращается в тепло, которое можно с пользой использовать. Рассматриваемые приборы никогда не обладают абсолютной эффективностью, потому что часть тепла рассеивается в атмосферу.

В независимости от конструкции эффективность солнечных коллекторов снижается с усилением ветра и понижением температуры окружающей среды. Ветер и низкие температуры сильно увеличивают отвод тепла в атмосферу.

Для того чтобы снизить потерю тепла на оборудование устанавливают дополнительную прозрачную защиту от ветра, выполненную из стекла или пластика. Для компенсации возможных потерь требуется устанавливать оборудование с большей производительностью по теплу.

Окупаемость характеризует период времени, за который вернутся потраченные средства по сравнению с альтернативными способами. Например, нагревать воду для душа можно вместо электронагревателя с помощью коллектора. При этом нужно оценить годовые расходы на электроэнергию. Если поделить цену коллектора на годовую стоимость сэкономленной электроэнергии, то будет получен срок окупаемости.

Если его использовать в регионе с теплым климатом, то окупаемость наступит очень быстро. При использовании в регионе с умеренным климатом окупаемость будет более долгой, так как для того чтобы получить такое же количество горячей воды, необходимо будет приобрести аппарат большего размера и соответственно большей стоимости, либо применять дополнительный нагрев электричеством. Либо окупаемость может вообще не наступить, так как этим аппаратом будет неудобно пользоваться.

Простые и недорогие аппараты для нагрева воды в летний сезон для мытья окупаются достаточно быстро. Окупаемость инновационных вакуумных приборов для отопления может достигать десятков лет особенно в сравнении с современными отопителями, работающими по принципу теплового насоса.

Именно от окупаемости зависит распространенность этих изделий. Солнечные коллекторы со сложным устройством стоят существенно дороже и поэтому существенно менее распространены. Очень популярны простые летние водонагреватели и очень редки такие системы для зимнего обогрева помещений.

Фото солнечных коллекторов

Как сделать солнечный коллектор ☛ Советы Строителей На DomoStr0y.ru

Содержание

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.

Что в итоге?

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.

Как сделать солнечный коллектор для бассейна своими руками: из черной трубы или шланга или покупной: Советы? Обзор +Видео

Солнечный коллектор для бассейна своими руками: покупной или сделать своими руками из черного шланга или труб? Выясним! Территория частного дома или приусадебный участок всё чаще становятся местом отдыха и релаксации.  Место грядок заняли газоны и беседки с комплексами для приготовления барбекю. Наличие бассейна в таких местах стало обязательным атрибутом.  Строятся они двух видов:

Открытые водоёмы. Емкость находится на открытом пространстве без защитного сооружения.

Бассейны закрытого типа. Находятся они внутри помещения построенного из лёгких материалов. Оно защищает ёмкость от попадания мусора, падающей листвы, холодного ветра.

Оба вида водоёмов имеют один минус, в определённое время вода имеет недостаточную температуру для купания. Для нагрева воды подойдёт система солнечного коллектора для бассейна.

Общие сведения

Подогрев воды в бассейне

Решить данный вопрос можно банальным подогревом при помощи электрических тэнов. Но этот процесс принесёт немалые финансовые траты.

Длительное время ведётся разработка систем использующих энергию из альтернативных источников.  В ряду основных таких представителей первое место занимает энергия солнца. С весны по осень солнце отдаёт достаточно бесплатной тепловой энергии для подогрева воды на хозяйственные нужды. Для использования такого тепла применяются водяные коллекторы.

Интересно! Родоначальником современных солнечных коллекторов нагрева воды для отопления и хозяйственных нужд, является металлическая бочка, выкрашенная в чёрный цвет и наполненная водой. Выполняла она функцию ёмкости для душа на приусадебных участках и частных придомовых территориях.

Типы коллекторов по температуре нагрева среды

• Маломощные системы, нагревают воду до 60⁰С. Подходят для обеспечения хозяйственных нужд.
• Коллекторы, достигающие мощность нагрева среды до 90⁰С. Обеспечивают хозяйственную деятельность и для отопления помещений.
• Контуры с мощностью нагрева воды больше 100⁰С. Используются для промышленных целей.

Для нагрева воды в бассейне достаточно применить коллекторы с нагревом до 90⁰С.

Общий принцип изготовления солнечных водонагревателей

Основными представителями таких систем являются трубчатые солнечные коллекторы. Изготавливаются они заводским способом по разработанной технологии. Представляют собой комплекс медных трубок проходящих через стеклянные колбы с вакуумом. На противоположную стенку, по направлению к солнечному свету, нанесено зеркальное покрытие.

Сам коллектор располагается на металлической основе покрытой чёрной краской с отделкой утеплителем. В верхней части находится ёмкость для накопления теплоносителя. От него отходит трубопровод для подачи воды к точкам потребления. Подводка холодной воды осуществляется в нижней части системы. При нагреве она поднимается в накопитель.

В случае отсутствия расхода нагретой жидкости предусмотрен трубопровод возврата остывшей воды в начало цикла. При этом уровень в накопителе не меняется и подача холодной воды из трассы будет перекрыта при помощи шарового механизма с поплавковой запорной системой.

Трубки из меди изготавливаются по условию отсутствия сопротивления теплообменным процессам. Для стеклянных колб используется материал без присутствия металлов. Это необходимо для снижения отражения солнечных лучей. Вакуум в колбах играет роль термозащиты, он не проводит тепло и вся энергия остаётся в теплоносителе.

Для помощи движения теплоносителя в системе, при наличии большого объёма, применяется циркуляционный насос.

Система устанавливается в местах расположенных выше точки разбора. Каркас с закреплённым коллектором фиксируется максимально жёстко. Направление рабочей поверхности располагается в сторону южного сектора горизонта. Наклон панели равен числу широты местности, в которой находится объект.

Данная система представлена в полном рабочем цикле. Применить её для нагрева воды в крытом бассейне можно и в зимний период на территориях с тёплым климатом.

Инструкция изготовления солнечной батареи своими руками

Вариантов исполнения солнечных коллекторов много. Для подогрева воды в открытых бассейнах на даче без больших финансовых затрат, можно изготовить солнечный коллектор самостоятельно своими руками.

Простая схема из шланга для полива

• На металлический лист 1500х1500х2 мм. наносится краска чёрного цвета.
• Поливочный шланг сворачивается спиралью. Необходимо создать 4 улитки по 60 см в диаметре соединённые между собой последовательно.
• Закрепить спирали между собой можно посредством проволоки или бечёвки.
• Укладываются они на плоскость листа.
• Подача воды из бассейна осуществляется через циркуляционный насос.
• Напор регулируется опытным путём.
• Лист необходимо приподнять для создания угла равного 60 градусам. Это необходимая величина для попадания на коллектор прямых солнечных лучей.
• Вода в такой системе прогревается до 50⁰С.
• В течение нескольких часов вода в небольшом бассейне приобретёт комфортную температуру.

Более сложный вариант сборки коллектора из пластиковой трубы

• На лист фанеры с рабочей стороны наносится чёрная краска.
• Из полипропиленовой трубы диаметром 10 мм спаивается система в виде змеевика.
• Отрезки трубы соединяются уголками.
• Шаг между прямыми участками трубы равен 50 мм.
• Конструкция крепиться к листу фанеры с помощью полиэтиленовых самозатягивающихся хомутов.
• Труба окрашивается краской в чёрный цвет. Это необходимо не только для нагрева воды, но и для защиты материала трубопровода от разрушительного воздействия ультрафиолета.
• Готовый блок обрамляется рамой из рейки 20х20 мм.

Сверху на раму закрепляются полосы стекла. Они обеспечат лучший прогрев трубы за счет создания барьера для защиты от ветра и аккумуляции дополнительного объёма солнечных лучей.

• Задняя стенка коллектора обклеивается пенопластом для создания теплоизоляции внутреннего пространства.
• Для установки конструкции собирается каркас из бруса сечением 50х50 мм.
• Коллектор устанавливается на каркас жёстко для сопротивления ветру.
• Подача воды осуществляется с нижнего края с применением циркуляционного насоса.
• Выход воды осуществляется в верхнем углу противоположной стороны системы.
• Температура воды при правильной регулировке насоса достигает 65⁰с.
• Горячая вода по шлангу поступает в бассейн.

Заключение

При понимании принципа работы солнечного коллектора для нагревания воды, можно без наличия специальных навыков создавать системы, обеспечивающие горячей водой хозяйственные нужды без финансовых затрат. Природа нам даёт много полезных бесплатных ресурсов.

DIY Солнечный коллектор для бытового отопления

Солнечный коллектор для домашнего отопления своими руками

[источник]
Обычно вы живете в доме, построенном много лет назад, в то время, когда не существовало проблем с энергоснабжением. Ваши счета за электроэнергию постоянно растут, у вас есть несколько неиспользованных квадратных метров на крыше или в саду, и вы думаете, как их использовать. Готовых решений нет, поэтому вы должны придумать что-то самостоятельно, как это сделали все люди, показанные в видео ниже.Несомненно, ваш собственный коллекционер будет отличаться от всех представленных здесь. Тем не менее, прежде чем вы начнете разрабатывать свой собственный, полезно почерпнуть идеи и извлечь уроки из ошибок других.

Текст на Youtube: Создайте обогреватель окон, который использует энергию солнца для обогрева вашего дома или гаража зимой. Больше не нужно сверлить отверстия в стене или устанавливать мощные вентиляторы, чтобы продувать воздух через солнечный обогреватель. Этот обогреватель использует эффект термосифона для втягивания (холодного) воздуха комнатной температуры, поскольку он выталкивает горячий воздух в комнату.

Youtube текст: Пластины абсорбера солнечного коллектора могут быть изготовлены с помощью приспособления для измельчения и 50-футового рулона алюминиевого оклада. Мои абсорбирующие пластины прикреплены к змеевидной трубе, чтобы образовать змеевиковый коллектор, ОДНАКО такая же абсорбирующая пластина 8 ‘x 20 ″ может быть использована с коллекторами с параллельным потоком. Узнайте, как сделать собственные коллекторы и абсорбирующие пластины.

Текст на Youtube: солнечный воздухонагреватель. солнечный коллектор воздушного тепла.просто сделать. солнечная панель запускает вентилятор. не требуется «сетевое питание» или батареи! привет темп. 150F (65,55C) и выше. отлично подходит для отопления помещений. рентабельный способ обогрева дома, гаража, сарая, теплицы и т. д. воздух, нагретый солнечными батареями, может снизить нагрузку на отопление в дневное время, тем самым уменьшая ваш счет за электроэнергию (и углеродный след). Отлично работает в прохладных и солнечных условиях. просто поверните его к солнцу (юг в северном полушарии) и направьте в желаемое пространство здания. этот «обогреватель» обогреет комнату и поможет отапливать дом.увеличьте его до размера. РАЗМЕРЫ: стекло / оргстекло — 18 ″ на 24 ″. внешний диаметр картона — 18 ″ на 24 ″. картонные рейки изготавливаются от 3 до 6 штук (склеены и запрессованы). они имеют ширину 3 дюйма и толщину около 3/4 дюйма. деревянный каркас состоит из одного 8 футов длиной «один на четыре». истинный размер составляет 3/4 дюйма в толщину и 3 1/2 дюйма в ширину. боковые рельсы имеют длину 29 дюймов, а верхние / нижние рельсы — 18 1/8 дюйма. солнечная панель на 6 В 250 мА (1,5 Вт) от Radio Shack (15 долларов США). большинство вентиляторов компьютерного охлаждения могут работать от солнечных панелей на 6 или 12 В.Я видел аналогичные солнечные панели на EBAY всего за 5 долларов. портовый фрахт продает панель 12 В на 1,5 Вт (12 долларов США), которая тоже хорошо подойдет для этого. вентилятор охлаждения компьютера от Frys electronics (5 долларов США). их можно просто спасти со старого компьютера. Я буду герметизировать / защищать этот обогреватель от атмосферных воздействий.

Youtube text: Большинство людей думают о солнечных батареях, но это намного проще: воздух забирается из комнаты в доме, нагревается в солнечном коллекторе, а затем возвращается обратно в комнату.Солнечный коллектор представляет собой коробку с прозрачной акриловой крышкой и черным стальным листом внутри, который сильно нагревается. Этот агрегат был установлен около 6 лет назад и до сих пор работает нормально, обеспечивая дополнительный обогрев при необходимости. Когда дополнительный нагрев не требуется, он отключается. Воздух может проходить через коллектор только в одном направлении, чтобы избежать теплового сифона в ночное время, которое в противном случае могло бы вызвать охлаждение.
Редактора: Интересен вентиляционный канал с установленными в нем компьютерными вентиляторами.

Youtube text: Как сделать бесплатные солнечные коллекторы горячего воздуха дома из бесплатных материалов, они сделаны из старых осветительных приборов, используются стекло, излишки пенопласта и использованный металлический сайдинг.После того, как эти коллекторы будут установлены, у нас будет вентилятор для нагнетания холодного воздуха через коллекторную систему из дома в нижние отверстия. Горячий воздух, вытесняемый сверху, направляется в разные комнаты дома. Электродвигатель вентилятора будет иметь термостат, срабатывающий только тогда, когда внутри коллектора вырабатывается достаточно тепла. Второй термостат будет контролировать максимальную температуру. так дом не перегревается.
http://www.instructables.com/id/Almost-Free-Solar-Hot-Air-Collector/

А теперь перейдем к «Renewable Central», Германия (разговорные видео на немецком языке):

Текст на YouTube: Ein kurzer Einblick in den Bau eines Solar-Luftkollektors den ich zusammen mit meinem Vater gebaut habe.Verwendet habe ich dafür Getränkedosen, einen Holzrahmen, eine Holzplatte für die Rückwand, 2 Computerlüfter, etwas Styropor, schwarzen hitzebeständigen Lack und hitzebeständiges Silikon.

Текст на YouTube: Leistungstest S-Line Kollektor 26.01.2013
Ein ausführlicher Leistungstest des optimierten Fassadenkollektors.
Auf Basis meines neu entwickelten S-Line Kollektors wurde der Fassadenkollektor Ende 2012 optimiert und mit den S-Line typischen Особенности улучшен.Результат Steigerung des Wirkungsgrades auf über 80%. Die kompletrte Bauanleitung für den S-Line Luftkollektor erhalten Sie auf http://www.trubadu.de

Одна панель может производить как электричество, так и тепло, или одно и то, и другое, в зависимости от сезона (запатентованное решение).
Текст на Youtube: Hybridkollektoren verwandeln Sonnenenergie gleichzeitig в Штром и в Верме. Der Nachteil: Sie produzieren auch dann Wärme, wenn sie keiner braucht. Ein Erfinder hat einen Kollektor entwickelt, der sich anpasst .

Нравится:

Нравится Загрузка …

Простая конструкция солнечного коллектора

Конструкция солнечного коллектора — Монтаж солнечного коллектора

Общее количество солнечной радиации, падающей на каждый квадратный метр в Великобритании, составляет около 1000 кВт / ч в год — из при этом должно быть возможно собрать от 25% до 33%. Для типовой системы водяного отопления всего около 4 кв.метров считается уместным.

Количество воды, которое может быть непосредственно нагрето до «пригодной» температуры, довольно мало, поэтому обычно лучше использовать панель для предварительного нагрева холодной воды в отдельном резервуаре перед подачей в основной резервуар для горячей воды. Резервуар для хранения солнечной энергии должен составлять около 50 литров на 1 квадратный метр панели, однако это не очень важно. Бак и все соединительные трубопроводы должны быть хорошо изолированы, чтобы избежать потери собранного тепла. Лучшее положение для панели (Великобритания) — незатененное положение под углом к ​​западу от юга под углом примерно 35 градусов к горизонтали.Другая ориентация между ЮВ и ЮЗ и различные наклоны от 10 до 50 градусов вызывают лишь небольшое снижение общей собранной энергии.

Конструкция плоского солнечного коллектора

В показанной здесь простой однопанельной конструкции в качестве солнечного коллектора используется стандартный радиатор центрального отопления из штампованной стали. Они относительно дешевы и легко доступны как новые, так и бывшие в употреблении (при использовании подержанной панели радиатора удалите любую декоративную краску с лицевой поверхности и при необходимости повторно загрунтуйте).Тепловой КПД коллектора, использующего радиатор центрального отопления, должен быть сопоставим со многими коммерчески доступными конструкциями. Однако относительно большое содержание воды замедлит реакцию, особенно при низких уровнях солнечной радиации. Панель должна быть цельной, без ребер и с резьбовыми соединительными отверстиями на всех четырех углах, чтобы можно было легко достичь необходимого «диагонального» потока воды. Могут использоваться другие типы только с двумя соединениями, при условии, что соединения находятся в диагонально противоположных углах.Панель необходимо покрасить матовой черной масляной краской, чтобы получить поверхность с высокой впитывающей способностью. Все трубопроводы внутри корпуса должны быть изолированы, чтобы предотвратить утечку накопленного тепла обратно в корпус.

Размер коллектора, используемого в этой конструкции, не определяется, кроме как «h» и «w», это позволяет вам собрать корпус в соответствии с требованиями ваш конкретный размер радиаторной панели. Старайтесь, чтобы размер панели составлял около 1 кв. М или меньше, большие панели тяжелые, и с ними будет сложно работать, особенно на крыше.Если вы сможете собрать корпус в его окончательном положении, работа будет проще.

Ящик для панели представляет собой простой деревянный ящик, сделанный из древесины, обработанной давлением (в качестве альтернативы можно использовать консервант для древесины хорошего качества). Показано одинарное переднее остекление с оконным стеклом толщиной 3 мм — для ящиков более 1 метра в любом направлении используйте отдельные куски стекла, вам нужно будет добавить дополнительные опорные планки для остекления на передней части панели, чтобы закрепить их. Всегда измеряйте готовый футляр, прежде чем покупать стекло и покупать его обрезанным по размеру — оставьте 2-миллиметровый зазор вокруг стекла, чтобы оно могло расшириться.В Крышка переднего остекления должна выступать за нижний край корпуса примерно на 12 мм, чтобы дождь стекал, не натекая на корпус. Зажимы для остекления, прикрепленные к внутренней части нижнего края коробки, используются для удержания крышки на месте.

Изоляция, установленная за коллектором, должна быть высокотемпературного типа, так как температура может достигать 140 градусов Цельсия, если вода не циркулирует через панель. Другие, более дешевые альтернативные материалы (например, полистирол) не подходят, поскольку они могут давать усадку или даже плавиться.Следует избегать движения воздуха между задней частью панели и изоляцией, поэтому убедитесь, что все зазоры заполнены.

Практически невозможно сделать коллектор полностью водонепроницаемым в течение длительного периода, даже если не будет дождя, может произойти некоторая внутренняя конденсация. Чтобы это не стало проблемой, проделайте три или четыре 5-миллиметровых «дышащих» отверстия в нижней части корпуса прямо перед изоляцией.

Срез солнечного коллектора

Перечень материалов для солнечного коллектора

Примечание: большинство размеров показаны h + x и w + y — где h и w — высота и ширина конкретной панели, которую вы используете.Измерьте их перед тем, как начать, и просто добавьте x или y по мере необходимости.

• Древесина — древесина хвойных пород, строганная по всему периметру, предпочтительно обработанная танилами или, в качестве альтернативы, обработанная консервантом для древесины хорошего качества. Указанные размеры пиломатериалов являются стандартными номинальными размерами — при планировании они будут меньше.

• Фанера Внешний вид 9 мм, h + 150 x w + 150
• Absorber Press steel, однопанельный радиатор без ребер — с заделкой на всех четырех углах для обеспечения диагонального потока (или в 2 диагонально противоположных углах)
• Стекло w + 95 xh + 135 мм, 3 мм, (измерьте коллектор, чтобы проверить размер перед покупкой — установите отдельные куски стекла, чтобы все размеры были меньше 1 м, это потребует дополнительных опорных стержней на передней части панель по мере необходимости)
• Держатели для стекла — 2 на край максимум 1 м
• Угловые пластины (250 мм x 100 мм, низкоуглеродистая сталь — изогнутые на 90 градусов) 4 шт.
• Изоляция из высокотемпературного минерального волокна толщиной 50 мм
• Соединительный трубопровод и соединители — медь, размер и количество в соответствии с
• Металлическая фольга (например, кухонная пленка) по мере необходимости
• Клей — столярный клей ПВА по необходимости
• Замазка или глазурованная лента по необходимости
• Винты и т. Д.по мере необходимости

Корпус солнечного коллектора Basic

Монтаж солнечного коллектора

1. Распилите пиломатериалы, обработайте все пропиленные концы качественным консервантом для древесины.
2. Покрасьте панель коллектора, используя как можно более тонкий слой высокотемпературной черной масляной краски. (черная краска для выхлопных газов — хорошее предложение).
3. Склейте и скрутите стороны (A, B и C).
4. Приклейте и прикрутите подкладочный слой к раме.
5. Прикрутите угловые пластины на место.
6. Приклейте и прикрутите (сзади) поперечные распорки (F) на место.
7. Просверлите несколько дренажных отверстий диаметром 5 мм в нижней части перед изоляцией.
8. Положите панель на место внутри корпуса, отметьте на раме точки входа в трубы. Снимите амортизатор и просверлите отверстия для ввода труб.
9. Приклейте и прикрутите полоски D и E к внутренним сторонам корпуса так, чтобы они обеспечивали плоскую поверхность для стекло на той же линии, что и верх нижней стороны (С).
10. Обрежьте изоляцию между поперечными распорками и корпусом и установите ее.
11. Накройте изоляцию металлической фольгой.
12. Если корпус не собирается, это хорошее время, чтобы установить и закрепить корпус.
13. Положите панель в корпус и закрепите с помощью прижимных блоков на поперечных распорках.
14. Установите трубопровод между панелью и остальной частью системы, заполните зазоры вокруг труб, где они входят в корпус с помощью подходящего гибкого герметика.
15. Вероятно, лучше не снимать переднюю крышку до тех пор, пока система не будет заполнена водой и система проверена на герметичность.
16. Установите зажимы для крепления стекла к нижней стороне корпуса.
17. С помощью шпатлевки или клейкой ленты установите переднюю крышку и закрепите, прикрутив полоски G и H по бокам. дела.

Конструкция солнечного коллектора — Solar коллектор в сборе

Основы солнечного отопления

Солнце дает нам энергию в двух формах: свет и нагревать.На протяжении многих лет люди использовали энергию солнца, чтобы дома светлее и теплее. Сегодня мы используем спецтехнику и специально спроектированные дома для улавливания солнечной энергии для освещения и отопления.

Что такое солнечные коллекторы и как они работают?

Солнечные коллекторы улавливают солнечные лучи для производства тепла. Самый солнечный коллекторы — это коробки, рамы или комнаты, которые содержат следующие части: (1) очистить крышки, пропускающие солнечную энергию; (2) темные поверхности внутри, называемые поглотителями. плиты, впитывающие тепло; (3) изоляционные материалы для предотвращения попадания тепла побег; и (4) вентиляционные отверстия или трубы, по которым нагретый воздух или жидкость внутри коллектора туда, где его можно использовать.

Крышки
Многие прозрачные материалы можно использовать в качестве крышки для солнечных коллекторов, но наиболее распространенным материалом является стекло. Стеклянная банка сделать быстро и легко. Специальное стекло, используемое в солнечных коллекторах, устойчиво ломка и царапина.

Когда солнечный свет проходит через стекло и попадает на поверхность внутри солнечного коллектор, он переходит в тепло. Хотя стекло пропускает солнечный свет он также улавливает тепло, выделяемое внутри коллектора.

Поглотители
Тепло, производимое внутри солнечной коллектор всасывается металлическими листами или емкостями, наполненными водой, камнями, или кирпичи, окрашенные в черный или другой темный цвет. Эти предметы темного цвета, впитывающие тепло, называются поглотителями. Без поглотители, солнечные системы отопления не производят достаточно тепла для обогрева помещений внутри вашего дома.

Автомобили с темными сиденьями — хорошие примеры того, как поглотители солнечных батарей коллекторы работают.Вы когда-нибудь сидели на темном автокресле в шортах после солнце светило на него давно и окна были закрыты? Ой! Когда солнечная энергия проходит через окна автомобиля, тепло выделяется. поглощается сиденьем. Если бы сиденья были более светлого цвета, например, желтого или белый, свет будет отражаться от сидений, и меньше тепла будет всасываться. Сиденья темного цвета поглощают больше нагревать.

Изоляция
Тепло всегда пытается уйти от более горячий объект к более холодному. Изоляция — это то, что мешает или замедляет вниз движение тепла.

Поскольку изоляция предотвращает перемещение тепла внутри солнечного коллектора снаружи, где температура ниже, это важная часть любого солнечный коллектор.

Вентиляционные отверстия и трубы
Когда солнечный коллектор работает должным образом, тепло, которое он производит, перемещается от коллектора к область, где можно использовать это тепло. Если задача коллектора — нагревать воздух, то вентиляционные отверстия, воздуховоды (воздуховоды) и вентиляторы переносят нагретый воздух из коллектора в другая часть дома.Если задача коллектора — нагревать воду, то трубы, трубки и насосы перемещают воду из коллектора в систему водяного отопления или оборудование для обогрева помещений.

Когда вентиляторы или насосы необходимы для перемещения нагретого воздуха или воды, нагреватель называется активным солнечным нагревателем. Если нагретый воздух или вода из коллектора перемещается в другую часть дома естественным путем без вентиляторов и насосов, тогда Нагреватель называется пассивным солнечным нагревателем .

Солнечные пространства

Солнечные коллекторы бывают разных форм и размеров.Дом, в котором используется комната или другая часть здания в качестве солнечного коллектора называется пассивной солнечной батареей . дом.

Во многих случаях в пассивных солнечных домах используются помещения, называемые солнечными пространствами от до напрямую захватывают солнечную энергию. Солнечным пространством может быть либо комната, выходящая на юг или небольшое строение, прикрепленное к южной стороне дома.

Солнечные пространства имеют большое количество стекла и большие участки темного камня или бетонные стены и полы. Эти материалы составляют термическую массу , который поглощает тепло.

Вентиляционные отверстия, расположенные у задней стенки солнечного пространства, позволяют перемещаться нагретому воздуху естественно в соседние комнаты. В то же время более прохладный воздух из соседних комнат может перемещаться в солнечные пространства.

Плоские коллекторы

Другой тип солнечных коллекторов — плоские коллекторы . Плоские коллекторы выглядят как большие плоские коробки со стеклянными крышками и внутри темные металлические пластины, поглощающие тепло. Плоские коллекторы обычно размещается на крышах домов, где деревья или высокие здания не загораживают солнечные лучи.

Воздух или жидкость, например вода, протекает через плоские коллекторы и нагревается теплом, накопленным в пластинах поглотителя. Воздух или вода с подогревом внутри солнечных коллекторов нагревает воздух или воду внутри дома. В активный солнечный воздухонагреватель, вентилятор выталкивает воздух, нагретый внутри коллектора, в большая корзина, полная камней, под домом. Там накапливается тепло, поэтому он может будет использоваться позже. В активном солнечном водонагревателе вода нагревается внутри коллектор по трубам перекачивается в бак с горячей водой.

Первые плоские коллекторы установлены на крыше жилого дома в г. Лос-Анджелес в 1909 году. С тех пор миллионы солнечных водонагревателей и обогревателей были установлены в домах и других зданиях по всему миру.

Зачем нужны солнечные системы отопления?

Сегодня солнечное отопление становится более важным, чем когда-либо прежде. Естественный количество газа и нефти, которые сжигаются для обогрева наших домов и воды, ограничено. В качестве Запасы газа и нефти сокращаются, эти виды топлива дорожают.Если больше люди начали использовать солнечные системы отопления, ископаемое топливо, такое как нефть и газ станет дешевле и прослужит дольше.

При сжигании природного газа и масла в наших системах отопления также образуется воздух. загрязнение. Даже электрическая вода и обогреватели вызывают загрязнение воздуха косвенно, потому что уголь и природный газ сжигаются для производства электроэнергии в большие электростанции. Итак, если бы больше людей использовали солнечную энергию для нагрева воздуха и вода в их домах, наша окружающая среда станет чище.

Детские занятия — Изготовление солнечного воздухонагревателя

(Взрослый должен помочь вам в этой деятельности.)

Необходимые материалы: картон, рулетка, ножницы, акриловый гипс, черная акриловая краска, малярная кисть, канцелярские кнопки, изолента, тонкая нить, пластик пленка, малярный скотч, градусник, миллиметровка.

1. Найдите окно, выходящее на юг, и измерьте его ширину и высоту.
2. Вырежьте кусок картона такой же ширины и высоты.высота и ширина окна, но с четырьмя выдвижными створками на 5 дюймов (12,7 см) сверху, снизу и по бокам.
3. Нанесите слой гипсовой массы на одну сторону картона. Разрешить паста сохнуть 10 минут.
4. После высыхания пасты так же покрасьте картон плоским черным акриловая краска. Дайте краске высохнуть.
5. Вырежьте вентиляционные отверстия шириной 3 дюйма (7,6 см) и высотой 3 дюйма рядом с верхний и нижний отвороты картона.
6. Вставьте канцелярские кнопки в картон вокруг вентиляционных отверстий на внутренней стороне. поверхность.
7. Оберните тонкой нитью кнопки и вентиляционные отверстия.
8. Накройте кнопки тонкими полосками изоленты, чтобы они не выпадение из картона.
9. Обрежьте пластиковую пленку, достаточную для закрытия вентиляционных отверстий, и скотчем снаружи (черная сторона) нижних вентиляционных отверстий и внутрь (струна сторона) верхних вентиляционных отверстий.
10. Вставьте картон внутрь оконной рамы черной стороной окно и верхние вентиляционные отверстия поднимаются вверх. (Пластиковые створки должны свисать поверх вентиляционных отверстий.) Приклейте картон к оконной раме с маскировкой. скотчем и оставьте между окном и картоном воздушное пространство.

    Совет: не оставляйте коллекционера приклеенным к оконной раме слишком много дней, иначе лента может оторвать краску, когда вы ее удалите.

11. На миллиметровой бумаге начертите линии, обозначающие три столбца, и напишите слова «Время», «Температура на входе (внизу)» и «Температура на выходе (вверху)» вверху столбцов.
12. Один раз каждый час в течение нескольких часов в пасмурный день и в течение нескольких часов в в солнечный день держите термометр под пластиковыми заслонками, закрывающими вентиляционное отверстие отверстия на 2 минуты, чтобы измерить воздухозаборник коллектора (внизу) и выходные (верхние) температуры. Отметьте показания температуры на графике бумага.
13. Ваш солнечный коллектор работал? В какое время суток был температура на выходе коллектора самая высокая? Какой был самый высокий результат температура коллектора в пасмурный день? В солнечный день?

Энергетические мероприятия для начальной школы , California Energy Служба распространения знаний, Управление планирования и исследований при губернаторе, 1400 десятый Street, Sacramento, CA 95814; (916) 323-4388.

Всемирный дом: энергия, убежище и индейцы Калифорнии: Руководство по занятиям, 4–5 классы , Калифорнийская служба распространения знаний в области энергетики, Офис губернатора по планированию и исследованиям, 1400 Десятая улица, Сакраменто, Калифорния 95814; (916) 323-4388; Осень 1992 года.

Научные проекты в области возобновляемых источников энергии и энергоэффективности , опубликовано Американским обществом солнечной энергии, распространяется Национальным Energy Foundation, 5160 Wiley Post Way, Suite 200, Солт-Лейк-Сити, UT 84116; (801) 539-1406; 1991 г.

Учите с энергией! Уроки фундаментальной энергетики, электричества и науки для оценок K-3 , Национальный энергетический фонд, 5160 Wiley Post Way, Suite 200, Солт-Лейк-Сити, UT 84116; (801) 539-1406; 1990.

Учите с энергией! Уроки фундаментальной энергетики, электричества и науки для классов 4–6 , Национальный энергетический фонд, 5160 Wiley Post Way, Suite 200, Солт-Лейк-Сити, UT 84116; (801) 539-1406; 1992.

The Solar Home Book: Отопление, охлаждение и проектирование с помощью Солнца , Брюс Андерсон и Майкл Риордан, издательство Brick House Publishing Company, ISBN: 0-917352-01-7; 1976 г.

Золотая нить: 2500 лет солнечной архитектуры и технологий , автор Кен Бутти и Джон Перлин, компания Van Nostrand Reinhold, ISBN: 0-442-24005-8; 1980.

Информационные бюллетени по возобновляемым источникам энергии , Ассоциация предприятий солнечной энергетики, 122 C Street, NW, 4-й этаж, Вашингтон, округ Колумбия 20001-2109; (202) 383-2600.

Эксперименты с энергией , Алан Уорд, Chelsea House, ISBN: 0-7910-1510-6; 1991.

Возобновляемые источники энергии: краткое руководство по экологически чистым альтернативам , Дженнифер Carless, Walker & Company, ISBN: 0-8027-8214-0.

Возобновляемая энергия , Алан Коллисон, Рейнтри Стек-Вон, ISBN: 0-8114-2802-8; 1991.

Этот документ был подготовлен для Министерства энергетики США (DOE) Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), национальная лаборатория Министерства энергетики США. В документ был подготовлен Программой информационных услуг при Министерстве энергетики США. Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. Энергоэффективность и Информационная служба по возобновляемым источникам энергии (EREC) находится в ведении NCI Information Systems, Inc., для NREL / DOE. Утверждения, содержащиеся в данном документе, основаны на информации известно EREC и NREL на момент публикации. Нет рекомендаций или одобрение любого продукта или услуги подразумевается, если упомянуто EREC.

Эта статья появляется с небольшими изменениями, любезно предоставленными EREN … Сеть энергоэффективности и возобновляемых источников энергии , подразделение США. Министерство энергетики .

Если у вас есть комментарии или вопросы по этой статье, вы можете посетить EREN сайт по адресу http: // www.eere.energy.gov или свяжитесь с ними по почте, электронной почте или телефону:

Информационный центр по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии (EREC)
P.O. Box 3048 Merrifield, VA 22116
Голосовой (только США): 800-DOE-EREC (363-3732)
Электронная почта: [email protected]

Вернуться к энергии Сохранение домашней страницы

Солнечный коллектор — обзор

2.2 Влияние освещения и температуры на электрические характеристики элементов

Конвекционные солнечные коллекторы PV / T обычно состоят из двух частей: поглотителей солнечного излучения и теплоотводов.Доля площади пластины поглотителя, покрытой фотоэлементами, выражается в коэффициенте упаковки ячеек, PF . PF PV / T коллектора определяется как доля площади, занимаемой ячейками, от общей площади поверхности модуля (рис. 3). В частично заполненной конструкции промежутки между соседними рядами ячеек позволяют части падающего солнечного излучения проходить и поглощаться непосредственно вторичной пластиной поглотителя (Aste et al., 2003). PF в PV / T-системах выбирается в зависимости от выходной нагрузки, будь то электрическая нагрузка (приоритетный электрический режим, EPO) или тепловая нагрузка (термический приоритетный режим, TPO) (Fujisawa and Tani, 1997).EPO имеет более высокий коэффициент упаковки (обычно ≥ 0,7), поэтому электрическая мощность оптимизируется, в то время как TPO имеет более низкий коэффициент упаковки, следовательно, оптимизирован для термического производства. Фотоэлементы имеют более высокую стоимость по сравнению с другими компонентами фотоэлектрического коллектора, и в нормальных условиях приоритет отдается электроэнергии. С другой стороны, TPO очень сильно зависит от прямого поглощения вторичным поглотителем солнечного излучения, которое проходит через промежутки между ячейками, чтобы увеличить отвод тепла от задней части ячеек.Таким образом, PF определяет соотношение электроэнергии к теплу и характеризует практическое использование фотоэлектрических модулей, причем фотоэлементы являются основной частью системы.

Рис. 3. Коллекторы PV / T с разным коэффициентом упаковки (PF) вставленных ячеек (100% слева, 25% справа).

Кривые «ток-напряжение» ( IV ) используются для характеристики освещенных фотоэлектрических систем, и типичная кривая IV показана на рис. 4A, где V _oc — напряжение холостого хода, I _sc — это ток короткого замыкания, V _mp — максимальное напряжение, а I _mp — максимальный ток, как показано.Точка, в которой произведение I _mp и V _mp является максимальным, является точкой максимальной мощности (MPP), которая дает максимальную мощность, P _max , от солнечного элемента для преобладающей погоды. условия и сопротивление нагрузки. Коэффициент заполнения солнечного элемента FF определяется как:

Рис. 4. (A) I-V кривая солнечного элемента с подсветкой и (B) эквивалентная схема.

(1) FF = Vmax × ImaxVoc × Isc

Характеристики I-V солнечных элементов можно описать численно, рассматривая эквивалентную схему элемента на рис.4B, который моделируется как источник тока, подключенный параллельно диоду, представляющий p-n переход. Из рис. 4B выходной ток I равен разнице между током, генерируемым фотонами I _ph и током диода I _d , как:

(2) I = Iph −Id

Ток диода I _d определяется уравнением диода:

(3) Id = IoexpqVkT − 1

Подставляя уравнение. (2) в уравнение. (3) дает:

(4) I = Iph − IoexpqVkT − 1

, где I _o — обратный ток насыщения диода, q — заряд электрона, k — постоянная Больцмана и T — абсолютная температура ячейки (K).Уравнение (3) количественно описывает характеристику I-V любой фотоэлектрической системы. Когда ячейка замкнута накоротко, так что В = 0 в уравнении. (4), ток короткого замыкания течет в обратном направлении по сравнению с током в фотоэлементе со смещением и определяется выражением:

(5) Isc = Iph

Если смещения нет, то есть нет нагрузки или разомкнутой цепи, тогда I = 0, и напряжение холостого хода получается из уравнения. (4) как:

(6) Voc = kTqInIphIo + 1

Таким образом, уравнения (5) и (6) показывают, что I _sc прямо пропорционально I _ph и V _oc логарифмически изменяется с I _ph , следовательно, эффективная интенсивность солнечного излучения.Кривые I-V любого фотоэлектрического устройства в основном зависят от солнечного излучения и рабочей температуры элемента (рис. 5). Электрический КПД ячейки падает с повышением температуры, в основном из-за уменьшения В _oc , обычно -2,3 мВ / ° C для ячеек с кристаллическим Si (Markvart, 2000). Повышение температуры фотоэлемента имеет тенденцию к увеличению I _sc , но незначительно (≈ 6 мкА / ° C на см ² площади ячейки), следовательно, менее выражено и обычно не учитывается в фотоэлектрических конструкциях.По мере увеличения рабочей температуры ячейки ширина запрещенной зоны собственного полупроводника сокращается, что приводит к уменьшению В _oc , но позволяет поглощать больше падающего света, увеличивая количество созданных мобильных носителей заряда, следовательно, увеличение I _сбн . Фотогенерируемые носители линейно увеличиваются с интенсивностью солнечного излучения из-за ожидаемого увеличения вероятности фотонов с достаточной энергией для создания электронно-дырочных пар, что увеличивает генерируемый светом ток.

Рис. 5. Типичные ВАХ при разных температурах (A) и интенсивности (B).

Фотоэлектрические системы могут одновременно выдавать электрическую и тепловую энергию, могут работать таким образом, чтобы способствовать охлаждению фотоэлектрических модулей и / или более высокому преобразованию поглощенного солнечного излучения. В обычных конструкциях фотоэлектрических / Т-коллекторов фотоэлектрические элементы размещаются на пластине абсорбера, или фотоэлектрический модуль действует как пластина абсорбера стандартного солнечного теплового коллектора. Таким образом, отработанное тепло от фотоэлектрического модуля напрямую передается воздуху, воде или другой фазе, включая материалы с фазовым переходом (PCM), которые могут накапливать тепло для использования при необходимости.Эффективность преобразования поступающего солнечного излучения на их площадь апертуры в электричество PV / T-коллекторов характеризуется электрическим КПД η _el , в то время как преобразование в тепло характеризуется тепловым КПД η _th , и очень часто в литературе эти два КПД суммируются для получения общего КПД преобразования η _t :

(7) ηt = ηel + ηth

Общий КПД не соответствует четко определенному КПД преобразования энергии. , поскольку включает в себя две формы энергии разной «ценности».«С термодинамической точки зрения преобразование тепла в энергию связано с разницей температур между« горячим »и« холодным »уровнями температуры. Таким образом, чтобы преобразовать тепловую мощность коллектора PV / T в соответствующую форму энергии, которая может быть более легко добавлена ​​к выходной мощности коллектора, необходимо учитывать температуру теплопередачи. Эффективная работа фотоэлектрического коллектора в отношении его электрической мощности достигается при низких рабочих температурах фотоэлектрического модуля, чтобы избежать потери производительности при повышенных температурах.С другой стороны, эффективная работа того же коллектора в отношении его тепловой мощности достигается, когда система может работать при более высоких температурах с удовлетворительной эффективностью. Фактически, оба КПД, электрический и тепловой, являются высокими при низких рабочих температурах коллектора PV / T, однако в этих рабочих условиях выделяемое тепло имеет низкую термодинамическую ценность. И наоборот, в случае работы системы при более высоких температурах для получения температуры подачи тепла / жидкости, которая достаточно высока, чтобы быть полезной для реальных приложений, как электрическая, так и тепловая мощность системы уменьшаются.Таким образом, в традиционных конструкциях коллекторов PV / T существует конфликт между электрическим и тепловым режимом работы, и это является проблемой для этих систем как с точки зрения конструкции, так и с точки зрения эксплуатации. Недавнее решение этого компромисса основано на принципе спектрального расщепления (см. Раздел 2.6).

Соотношение, которое можно использовать для оценки температуры фотоэлектрического модуля как функции температуры окружающей среды T _a и приходящей солнечной радиации G , дано Lasnier and Ang (1990):

(8 ) TPV = 30 + 0.0175G − 300 + 1.14Ta − 25

Это соотношение используется для стандартных фотоэлектрических модулей pc-Si. Для фотоэлектрических модулей a-Si их более низкий электрический КПД приводит к несколько более высоким температурам фотоэлектрических модулей по сравнению с фотоэлектрическими модулями pc-Si. По этой причине в этом случае можно использовать следующее слегка измененное соотношение:

(9) TPV = 30 + 0,0175G − 150 + 1,14Ta − 25

В PV / T-системах температура PV также зависит от системы. условий эксплуатации и, в основном, средней температуры теплоносителя. Электрический КПД η _el можно рассматривать как функцию параметра ( T _PV ) _eff , который соответствует температуре PV для рабочих условий систем PV / T.Это эффективное значение ( T _PV ) _eff может быть получено из:

(10) TPVeff = TPV + TPV / T − Ta

Рабочая температура T _{PV / T} PV / Система T соответствует фотоэлектрическому модулю и температурам теплового агрегата и может быть приблизительно определена по средней температуре жидкости. Эта модифицированная формула соответствует увеличению рабочей температуры фотоэлектрических модулей из-за снижения тепловых потерь в окружающую среду от фотоэлектрической системы.

Поскольку значения тепла и электроэнергии обычно не совпадают, Huang et al. (2021a) предоставляет общий способ определения общей эффективности:

(11) ηtot = ηel + w • ηth

, где η _tot — общий эффективный КПД PV / T-системы, а w — весовой коэффициент, преобразующий тепловую энергию в эквивалентное количество электричества. Следует отметить, что значение w может быть основано на термодинамическом значении (например, вышеупомянутой эффективности преобразования теплового двигателя), экономической стоимости (например.g., соотношение цен на тепло и электроэнергию) или соотношение экологических выгод (например, снижение выбросов).

Дизайн плоского солнечного коллектора своими руками с использованием новой концепции

Когда я решил спроектировать и построить свой собственный солнечный коллектор с плоской пластиной, я решил пойти другим путем, нежели обычная сетка из одинарных застекленных медных труб, в надежде улучшить характеристики самого коллектора.

Конфигурация, которую я в конце концов выбрала, заключалась в том, чтобы позволить горячему воздуху циркулировать внутри самого коллектора за счет использования двух панелей поликарбонатного остекления, расположенных друг над другом и зазоров между изоляцией для потока воздуха.

Одиночный тонкий, высокий медный резервуар, содержащий 10,8 литра ( 2,85 галлона ) воды, с нижней частью, заключенной в абсорбер из алюминиевого листа, завершает конструкцию и обеспечивает ряд преимуществ по эффективности по сравнению с обычным плоским солнечным коллектором …

Конструкция медного резервуара

1. Трубка изготовлена ​​из листовой меди толщиной 0,5 мм, имеет диаметр 90 мм и длину 1,7 метра с заглушками на обоих концах.
2. Внизу трубы расположены три входных патрубка из мягкой меди диаметром 19 мм, через которые может поступать более холодная вода, и три патрубка прямо вверху, через которые горячая вода циркулирует в резервуаре из нержавеющей стали с помощью термосифонного процесса.
3. Абсорбирующий лист — это алюминий толщиной 0,5 мм, окрашенный в черный матовый цвет с тремя слоями грунтовки Coastcote Etch Primer, устойчивой к температуре до 200 ° C. Я решил согнуть алюминий вокруг задней части медного резервуара, куда не проникает солнце, чтобы улучшить там нагревательные свойства воды.
4. Десять равномерно расположенных 95-миллиметровых трубных хомутов прикрепляют алюминиевый абсорбер к медному резервуару. Чтобы предотвратить гальваническую коррозию, я покрыл стороны оцинкованных зажимов, контактирующие с другими металлами, толстым слоем черного прокладочного силикона, который не вызывает коррозии и устойчив к температуре до 300 ° C.
5. Окончательная сборка «плавает» поверх изоляционной плиты из полиизоцианурата толщиной 50 мм, касаясь только того места, где циркуляционные трубы выходят из коллектора и достигают резервуара для хранения.

Преимущества и недостатки

Как я уже сказал, использование этого резервуара в коллекторе дает определенные преимущества по сравнению с более тонкими медными трубами, которые можно найти в обычном плоском солнечном коллекторе …

— Общая площадь коллектора меньше, что означает, что он будет занимать меньше места на крыше или в другом месте, где вы решите его установить, и будет дешевле в производстве.Размеры этой системы составляют 700 мм в ширину и 2440 мм в длину, что в сумме составляет 1,7 квадратных метра для нагрева 150 литров воды.

— Циркуляция горячей воды из медного резервуара в изолированный резервуар из нержавеющей стали с помощью термосифона может происходить быстрее, чем в обычном плоском солнечном коллекторе, потому что здесь три циркуляционных трубы, а не только одна.

— Циркуляция будет иметь место, даже когда облако на некоторое время закрывает солнце, потому что термальная масса воды и двойное остекление сохраняют его горячим дольше.Большая масса воды также означает, что она будет менее склонна к кипению и застой будет меньшей проблемой.

— Имеется большая площадь поверхности меди, контактирующей с алюминиевым листом, что обеспечивает эффективную передачу тепла от абсорбера в воду.

К сожалению, не все может быть хорошо, поэтому вот некоторые из недостатков этой установки …

— Нет защиты от замерзания, поэтому в местах, где возникают заморозки и температура опускается ниже 0 градусов по Цельсию, медный резервуар замерзнет, ​​и есть большая вероятность, что он лопнет.К счастью, я живу в районе Южной Африки, где нет морозов, поэтому здесь не будет проблем.

Конструкция с внутренней циркуляцией воздуха

Обеспечение циркуляции воздуха внутри плоского солнечного коллектора добавляет сложности, веса и стоимости конструкции, так зачем беспокоиться?

Лучшая эффективность и производительность — вот почему.

Без двойного остекления и циркуляции воздуха потери в окружающую атмосферу за счет конвекции и теплопроводности велики, особенно при более высоких температурах.Когда они добавляются, потери тепла из нижнего слоя остекления уменьшаются, и больше энергии идет непосредственно в воду, содержащуюся в медном резервуаре, делая ее более горячей, чем обычно.

Это особенно полезно из-за большей массы нагреваемой воды, 10,8 литра по сравнению с примерно 3 литрами в обычном коллекторе с одинарным остеклением, в котором используются медные трубы меньшего размера. Это также ускоряет циркуляцию термосифона, что означает, что вы получите резервуар, наполненный горячей водой, раньше, чем в противном случае.

Вся эта повышенная эффективность оправдывает дополнительные усилия, и хотя есть несколько различных способов достижения этого, вот что лучше всего сработало для меня в этой конструкции плоского солнечного коллектора …

Приведенные выше изображения дополняют то, что я пытаюсь описать, поэтому, если вы последуете вместе с числами, это, надеюсь, проясняет ситуацию.

1. Жесткие изоляционные панели из полиизоцианурата толщиной 50 мм, которые я использую, идеально подходят для создания проходов для циркуляции воздуха.После облицовки основания коллекторной коробки одной панелью я вырезал две части длиной 1,7 метра и шириной 50 x 40 мм, которые будут служить нижними опорами для следующего слоя изоляционной плиты.
2. Зазор высотой 40 мм позволяет горячему воздуху свободно циркулировать от верхней части коллектора к нижней.
3. Вот так выглядит после нанесения первого слоя остекления из поликарбоната. Медный резервуар и алюминиевая пластина-поглотитель герметизируются внутри этого застекленного корпуса на более позднем этапе.
4. Зазор 40 мм на нижнем конце коллектора, который позволяет горячему воздуху подниматься, а затем снова циркулировать обратно к верхнему концу, изолируя застекленный корпус нагретым воздухом.
5. Это после того, как добавлен верхний лист остекления из поликарбоната, оставив зазор 30 мм между двумя слоями. Горячий воздух проходит между двумя гофрированными листами пластика, а затем опускается вниз в зазор 40 мм вверху, чтобы циркулировать к нижнему концу коллектора, а затем снова вверх.Этот инкапсулирующий поток горячего воздуха изолирует нижний слой остекления и снижает конвективные и кондуктивные потери в медном резервуаре, заключенном в нем, повышая общую производительность и эффективность этой плоской системы солнечных коллекторов.
6. Готовый плоский солнечный коллектор с проходами для циркуляции воздуха, показывающий медную трубу, заключенную в нижнем слое, до добавления черного алюминиевого листа.

Что такое солнечный коллектор?

Сила солнца бесплатна, чиста и доступна.Сегодня все большее количество разнообразных устройств и систем используют солнечную энергию, чтобы немного облегчить нашу жизнь. Вот что вам нужно знать о солнечных коллекторах, что это такое и как они работают.

Что такое солнечный коллектор?

Солнечный коллектор — это устройство, которое концентрирует и собирает солнечное излучение. Обычно они используются в качестве источника тепла, особенно в качестве альтернативного вида нагрева воды для бытовых нужд. Но они также встречаются в более крупных массивах при работе на тепловых солнечных электростанциях.

Как работают солнечные коллекторы?

Здесь солнечный свет собирается на темно-черном материале, который покрывает трубы внизу, по которым течет вода для нагрева. Поскольку черный материал поглощает тепло солнца, он сильно нагревается и передает это тепло в водопроводные трубы внизу.

Концепция очень проста и может использоваться различными способами для нагрева воды или даже шляпы до значительно более высоких температур по сравнению с температурой окружающей среды.

Различные типы солнечных коллекторов

Плоские коллекторы

Этот тип солнечного коллектора состоит из простого отсека, такого как коробка с прозрачным стеклом наверху и темно-черной абсорбирующей пластины внизу.

Солнечное излучение, собираемое на пластинах поглотителя, передается в виде тепловой энергии воде или воздуху, проходящему через отсек. Верхнее остекление иногда обрабатывают световозвращающим покрытием, которое повышает энергоэффективность отсека.

Материалы всегда являются важной частью эффективного коллектора, и эти коробки обычно изготавливаются из меди.

Вакуумные трубчатые коллекторы

Поскольку вакуум является отличным изолятором, вакуумные трубки позволяют повысить эффективность сбора солнечного излучения. Внутри откачанной трубки находится абсорбционная пластина в виде черных материалов, обернутая вокруг медных трубок или «тепловых трубок», по которым проходит специальная жидкость под точным давлением.

На одном конце трубы высокое давление и жидкость внутри кипит.На «холодном» конце трубы давление конденсируется. Такое расположение упрощает направление тепловой энергии на один терминал. Когда тепло движется к горячему концу отопительных труб, оно передается нагреваемой воде.

Коллекторы линейного фокуса

Коллекторы линейного фокуса также называют параболическими желобами. В этом типе солнечных коллекторов используются материалы с высокой отражающей способностью, чтобы сосредоточить солнечное тепло в одной точке, где его можно собирать в больших количествах.

Вода, которая будет нагреваться, проходит через желоб в фокусе этой группы отражающих пластин.Специальная конструкция линейного солнечного коллектора означает, что солнечное тепло усиливается на нагревательном желобе и, следовательно, может выдерживать особенно высокие температуры.

Этот тип устройства обычно используется для создания пара, необходимого для питания солнечной электростанции. Некоторые конструкции можно даже поворачивать так, чтобы они всегда были обращены к солнцу, чтобы максимально увеличить количество солнечного излучения, собираемого каждый день.

Коллекторы точечного фокуса

Как и коллектор линейного фокуса, коллектор точечного фокуса использует параболическую тарелку для фокусировки солнечного излучения в определенной точке.Эти тарелки обеспечивают улучшенный сбор солнечной энергии, отслеживая движение солнца по небу.

Часто точечные фокусы, собранные солнечными батареями, используются для питания концентрированной гальваники, вместо выработки тепла эти параболические системы производят электричество с повышенной эффективностью.

Различия между солнечными панелями и солнечными коллекторами

Как и солнечный коллектор, солнечные панели поглощают энергию солнца и преобразуют ее в энергию, которую можно использовать для различных целей.Но есть некоторые важные отличия, о которых вам следует знать.

Панели солнечных батарей

Панели солнечных батарей имеют рейтинг эффективности от 11% до 15% и в значительной степени зависят от количества солнечного света, попадающего на панель.

Площадь солнечной панели не играет большой роли в ее эффективности, и даже очень маленькие солнечные панели могут быть очень эффективными.Эффективность солнечной панели может быть улучшена или ухудшена за счет наклона или наклона панели, направления, в которое она обращена, и количества тени, которая покрывает ее местоположение.

Преимущества панели солнечных батарей

• Экологичность
• Низкие эксплуатационные расходы
• Бесшумный, без движущихся частей
• Простота установки
• Обеспечивает энергетическую независимость

Недостатки солнечной панели

• Высокие первоначальные затраты
• Ремонт дорогие
• Нет электричества ночью или при плохих погодных условиях
• На эффективность солнечных панелей может влиять загрязнение

Области применения солнечных панелей

Солнечные коллекторы

Солнечный коллектор поглощает солнечное излучение, которое собирается в виде тепловой энергии и используется.Эта тепловая энергия может использоваться в различных лучах, от горячей воды для домашнего использования до энергии пара, которая может использоваться для выработки электроэнергии на солнечной электростанции.

Производительность солнечного коллектора зависит в первую очередь от размера солнечного коллектора. Чем большую площадь покрывает солнечный коллектор, тем больше солнечного излучения поглощается и передается всему, что нагревается.

Наклон и положение солнечного коллектора также будут играть важную роль в уровне излучения, падающего на коллектор.Другие факторы, которые могут повлиять на эффективность солнечного коллектора, включают приток тепла, потери тепла за счет конвекции и теплопроводности, а также коэффициент преобразования, который варьируется в зависимости от конструкции.

Преимущества солнечных коллекторов

• Высокая эффективность
• Площадь и эффективность можно улучшить с помощью недорогих зеркал
• Концентрированный свет может подаваться через оптические волокна
• Тепло может сохраняться для выработки электроэнергии в ночное время и в пасмурную погоду

Недостатки солнечных коллекторов

• Низкая производительность в условиях рассеянного света
• Требуется отслеживание солнца для поддержания оптимальной фокусировки солнечного света.

Приложения для солнечных коллекторов

• Охлаждение с помощью солнечной энергии: может использоваться для поддержки охлаждения в крупных коммерческих помещениях.
• Солнечное отопление бассейна: Для нагрева большого бассейна до желаемой температуры требуется энергия. Но эту энергию можно уменьшить с помощью энергии нагрева бассейна с плоскими солнечными коллекторами.
• Дополнительное отопление: Солнечные коллекторы могут накапливать тепло летом и обеспечивать его зимой.
• Нагрев воды: солнечные коллекторы могут использоваться для нагрева горячей воды в различных бытовых целях.

Солнечное водонагревание | SEIA

Обзор

Солнечное водонагревание — это чистая, надежная и экономичная технология, которая снижает счета за коммунальные услуги для тысяч домов и предприятий.Сегодня американцы по всей стране производят и устанавливают эти системы, которые значительно снижают нашу зависимость от импортного топлива. Нам нужна разумная политика для расширения этого быстрорастущего сектора, создающего рабочие места.

Солнечное нагревание воды входит в понятие «солнечные технологии нагрева и охлаждения» наряду с солнечным нагревом бассейнов, солнечным обогревом помещений, солнечным охлаждением и предварительным солнечным промышленным обогревом. Проще говоря, солнечная система нагрева воды собирает тепловую энергию солнца и использует ее для нагрева воды для использования в доме или на предприятии, а не с помощью электричества или природного газа.

Солнечные водонагревательные системы ¹ могут быть установлены в каждом доме в США и состоят из трех основных элементов: солнечного коллектора, изолированных трубопроводов и резервуара для хранения горячей воды.

Также могут быть включены электронные элементы управления, а также система защиты от замерзания для более холодного климата. Солнечный коллектор собирает тепло солнечного излучения и передает его питьевой воде. Эта нагретая вода вытекает из коллектора в резервуар для горячей воды и используется по мере необходимости; этот тип системы называется незамкнутой или прямой системой.Дополнительный нагреватель может оставаться подключенным к резервуару для горячей воды для резервного копирования, если это необходимо.

В более холодном климате с возможностью отрицательных температур используется непрямая система. (См. Диаграмму слева). Раствор антифриза, такой как нетоксичный пропиленгликоль, нагревается в солнечном коллекторе и циркулирует в резервуаре для горячей воды через теплообменник. Переносная вода в резервуаре для хранения нагревается горячим теплообменником, заполненным антифризом, и затем нагретая вода может использоваться по мере необходимости, в то время как охлажденный гликоль возвращается по трубопроводу в солнечный коллектор для повторного нагрева.

Другой распространенный тип конструкции солнечных водонагревательных систем для холодного климата называется «дренажный». Этот тип солнечной энергетической системы обычно использует воду в качестве теплоносителя и предназначен для того, чтобы вся вода из солнечного коллектора могла «стекать обратно» в накопительный бак в отапливаемой части здания, в котором она используется. Когда солнечный свет недоступен для обогрева, солнечный насос выключается, и вода под действием силы тяжести перетекает в сливной бак.

Независимо от того, какой тип солнечной энергетической системы используется, можно ожидать, что правильно спроектированная и установленная солнечная система водяного отопления обеспечит значительный процент (от 40 до 80 процентов) потребности здания в горячей воде.

Солнечные водонагревательные коллекторы

Солнечные водонагревательные коллекторы производят тепло и отличаются от фотоэлектрических модулей, которые производят электричество. Существует несколько типов коллекторов: плоская пластина, откачиваемая трубка, интегральный коллектор-накопитель (ICS), термосифон и концентрирующий. Коллекторы с плоскими пластинами являются наиболее распространенным типом коллекторов в США; медные трубы образуют матрицу стояков и прикрепляются к пластине-поглотителю, находящейся в изолированной коробке, покрытой закаленным стеклом или полимерной крышкой.Вакуумные трубчатые коллекторы состоят из рядов параллельных прозрачных стеклянных трубок, из которых «откачан» воздух, создавая высокоэффективный теплоизолятор для жидкости, которая течет по длине трубки. ² Системы с откачанными трубами обычно используются, когда требуются более высокие температуры или большие объемы воды, а также в системах технологического отопления и солнечных систем кондиционирования воздуха.

Хотя как солнечные водонагревательные системы, так и солнечные фотоэлектрические (PV) системы включают в себя коллекторные панели, это очень разные технологии.Солнечные водонагревательные системы используют солнечное излучение для выработки тепла для воды, тогда как солнечные электрические системы используют солнечное излучение для непосредственного производства электроэнергии. ³