Схема солнечного коллектора: Схемы подключения солнечного коллектора к системе отопления

Содержание

Схема солнечного коллектора: общие принципы и особенности

Развитие альтернативной энергетики дает шанс каждому не только значительно снизить свои расходы, но и стать независимым от сбоев или плановых отключений в системах отопления и подачи горячей воды. Наиболее популярный альтернативный источник – энергия Солнца, которая не только бесплатна, но и доступна в любой точке земного шара в неиссякаемом количестве.

Основные устройства, которые преобразовывают солнечную энергию в тепловую и обеспечивают пользователей необходимыми благами (теплом и горячей водой) – солнечные коллекторы. Схема подключения солнечного коллектора зависит от множества факторов: расположения здания, мощности самого устройства, угла наклона трубок, уровня инсоляции, решаемой задачи и множества других значений, которые обязательно следует учитывать для эффективной работ целой системы.

Схема подключения солнечного коллектора в теплое время года.

Простейшая схема подключения коллектора включает в себя следующие компоненты:

— непосредственно коллектор;

— контур теплообмена;

— тепловой аккумулятор (бак, в котором находится нагретая вода).

Плоский солнечный коллектор имеет наиболее простую конструкцию и отлично подходит для использования в жарком климате с большим количеством солнечных дней и соответствующим уровнем инсоляции. Он состоит из слоя абсорбера, покрытого стеклом, который преобразовывает и передает уже тепловую энергию теплоносителю (последний циркулирует в трубках – тепловом контуре).

В регионах с холодным климатом более эффективно использование вакуумного коллектора, особенностью конструкции которого является использование для нагрева вакуумных трубок. Стеклянные трубки, благодаря своей цилиндрической форме, способны улавливать солнечные лучи более длительный промежуток времени (лучше использовать солнечный день), а используемое в их конструкции селективное покрытие улавливает даже рассеянное солнечное излучение. Благодаря этому они имеют большую эффективность в работе при установке в большинстве регионов нашей огромной страны.

В летнее время года, когда значения солнечной инсоляции достигают своего пика, работа солнечного коллектора дает ощутимый результат вне зависимости от того, какой солнечный коллектор используется – плоский или вакуумный.

В это время года в качестве теплоносителя можно смело использовать воду (это также относится к регионам с «мягкой» зимой), которая нагревается полученной от абсорбера энергией и подымается по трубам вверх, поступая в бак-аккумулятор. Бак подключен к кранам вывода воды, поэтому при открытии вентиля горячая вода из бака выходит и замещается холодной. Вода более низкой температуры скапливается в нижней части бака и выходит в контур системы через соответствующую трубу. Она вновь нагревается от полученной энергии и поступает в бак. В самом накопителе труба забора, через которую происходит подача горячей воды для пользования, должна быть расположена у верхней части бака (из-за меньшей плотности теплая вода подымается вверх).

Такой водный бак-аккумулятор можно располагать как на улице, так и в помещении. Наиболее распространенный и простой вариант в первом случае – водяной душ. Окрашенный в черную краску бак самостоятельно притягивает тепло и еще больше нагревает воду. Чтобы избежать теплопотерь в ночное время, бак необходимо теплоизолировать.

Такая простейшая схема подключения солнечного коллектора обеспечивает лишь естественную (и не всегда достаточную) циркуляцию теплоносителя. Увеличить продуктивность работы системы можно с помощью циркуляционного насоса.

Повышаем эффективность работы солнечного коллектора в холодную пору.

Использование простой системы для отопления и горячего водоснабжения в зимнее время возможно, если в качестве теплоносителя применяется антифриз, а бак-накопитель дополнен вспомогательным обогревательным элементом (например, ТЭНом). При использовании антифриза изменяется конструкция бака – в него монтируется змеевик (чаще всего медный), благодаря которому происходит циркуляции теплоносителя в баке. Хорошая проводимость металла позволяет отдавать тепло антифриза воде в баке.

В конструкцию рекомендуется включить циркуляционный насос и расширительный бак. Иногда для разделения воды, которая используется для отопления (техническая) и личного использования (питьевая) в бак монтируют внутренний резервуар. Он располагается в верхней части бака (где собирается горячая вода) и подключен к системе водоснабжения (с помощью вентиля забирается горячая вода, а резервуар заполняется холодной жидкостью). При этом система отопления подключена к основному баку.

В зависимости от внешней температуры, площади коллектора, географической точки, времени года, типа коллектора, и множества других факторов колеблется и эффективность работы системы (т.е. стабильность вырабатываемого уровня энергии).

Кроме более привычных пользователям устройств, существует и воздушный солнечный коллектор, схема работы которого предполагает, что теплоносителем в системе является воздух, который нагревается от абсорбера и подается в отапливаемое помещение с помощью вентилятора.

Собираем солнечный коллектор своими руками.

Солнечный коллектор, его устройство, схемы и конструкции уникальны в каждом конкретном случае. Подобрать комплектующие, собрать и подключить механизм в систему так, чтобы она работала максимально продуктивно и безопасно, могут профессионалы. Впрочем, собрать элементарный солнечный коллектор или батарею легко и своими руками.

В качестве коллектора можно использовать радиатор из трубок длиной около 16-18 см и толщиной стенок около 1,5 мм. Решетка из таких стеклянных труб соединяется с трубами вывода и подвода (на ¾ и 1 дюйм соответственно). Такой радиатор устанавливается в короб из досок или металлических брусьев для более крепкой конструкции. В качестве дна – фанера или оргалит, сверху которых необходимо уложить теплоизоляцию. В короб устанавливают радиатор, закрепляют его хомутами и закрывают конструкцию крышкой из толстого стекла. Чтобы конструкция притягивала больше солнечной энергии, трубки радиатора, дно и внутренние поверхности короба окрашивают черной матовой краской, а стены снаружи – «серебрянкой». Любые соединения между элементами конструкции необходимо герметизировать (чаще всего используют пеньку, сверху которой наносят краску).

Как в случае с фабричными коллекторами, схема солнечного коллектора своими руками предполагает наличие бака для воды. В домашних условиях накопителя объемом до 300 л оказывается достаточно для того, чтобы нагретой до нужного уровня воды хватало домохозяйству. Бак необходимо теплоизолировать (например, поместив в короб и заполнив оставшееся пространство пенопластом, опилками и другими подручными материалами).

Чтобы поддерживать давление в системе, устанавливают аванкамеру – емкость объемом 30-40 л монтируют на 0,8-1 м выше уровня воды в баке. Аванкамера нужна для контроля подачи воды (жидкость прекращает поступать, когда начинает выливаться из трубы вывода аванкамеры и, наоборот, когда уровень воды в аванкамере падает, начинается процесс подачи воды из радиатора).

Все элементы системы соединяются в тепловой контур трубами на ½ и 1 дюйм. Первые используются для монтажа элементов от крана до аванкамеры и вывода нагретой воды из бака-накопителя, а «дюймовые» – для компонентов под низким давлением. Во избежание теплопотерь в трубах, их также необходимо окрасить «серебрянкой».

Но лучше «не заниматься ерундой» и приобрести готовый, заводской солнечный коллектор, гарантированно обеспечивающий Вас теплом и горячей водой.

Схема подключения и работы солнечного коллектора достаточно простая и безопасная. В зависимости от множества факторов, меняется и наличие компонентов. Чтобы коллектор работал эффективно, обеспечивая нужное количество тепла и горячей воды даже в холодное время года, необходимо не только правильно рассчитать и подобрать все компоненты, но и грамотно произвести их монтаж!

Солнечный коллектор, описание, как выбрать, схемы подключения

Солнечный коллектор — массивный прибор, использующий даровую энергию солнца для разогрева теплоносителя (жидкости). Применяется для приготовления теплой воды и для отопления.

В Европе запрещено строить новые дома без солнечных коллекторов. А как лучше поступить у нас, какой солнечный коллектор выбрать и стоит ли применять вообще ? — рассмотрим далее….

Солнечный коллектор не дешев сам по себе. Энергия получается бесплатно, но стоимость оборудования может и не окупиться с течением времени. Отчего это зависит, и как правильно поступить, рассматривая возможность применения солнечных коллекторов?

Виды солнечных коллекторов

Предназначение солнечного коллектора – нагреть жидкость от энергии Солнца.

По конструкции различают три вида солнечных коллекторов.

Пластинчатые плоские – в основе пластина из металла, или пластика, покрытая поглотителями солнечного света – никелем, черной медью…. К пластине (адсорберу) прикреплены трубки из меди, по которым движется теплоноситель. Или другой вариант — две пластины с выдавленными контурами половинок труб, при скреплении образуют панель с ходами, по которой движется теплоноситель.

Теплоноситель может двигаться через пластинчатый коллектор по двум схемам:

Чтобы тепло от разогрева солнцем тут же не терялось (разогрев может быть 150 – 180 град С) вся конструкция помещается в термоизолированный короб с остеклением чаще двукамерным стеклопакетом. Применяется самоочищающееся и ударопрочное стекло.

Для летнего нагрева воды в бассейнах, для душа, могут применяться совсем дешевые солнечные коллекторы с пластиной из пластика без остекления и термоизоляции вовсе. Начинают греть воду при энергии солнца от 200 Вт/м2. Но их эффективность все равно на порядок выше, чем у бочки летнего душа. Такие решения популярны, так как оборудования быстро окупается, хоть оно имеет и весьма узкое предназначение.

Трубчатая конструкция

Здесь трубки с теплоносителем помещены в трубы из стекла, из которых удален воздух (вакуум). Отсутствие воздуха нужно для теплоизоляции — чтобы тепло не убегало наружу. Также на стекло труб нанесены:

Ряды таких стеклянных трубок подсоединяются параллельно к сборным трубкам в теплоизоляции, от которых по теплоизолированному трубопроводу разогретый теплоноситель поступает в дом.

Тепловые трубки

Внешне похожи на трубчатые коллектора, но процесс преобразования энергии иной. В трубах с вакуумом находятся еще одни прозрачные трубки – тепловые трубки. В них содержится особая легко испаряющаяся жидкость. Разогретый пар поднимается в верхнюю часть трубы, где расположен теплообменник. На нем пар конденсируется, при этом выделяется энергия и теплоноситель внутри теплообменника разогревается.

Сконденсировавшаяся жидкость стекает вниз по трубке и испаряется вновь от разогрева солнцем. Процесс испарения и конденсации идет постоянно.

Сколько имеется солнечной энергии и как ее преобразовывать

Солнечный свет различают:
— прямой — солнце не закрыто тучами и не посредственно светит на солнечный коллектор;
— рассеянный – солнце за облаками, но его тепло все равно можно использовать.

В южной части Росси и стран СНГ (южнее 52 параллели) доля прямого солнечного света составляет:
— 54% летом;
— 30% зимой.

Для южных регионов России и стран СНГ максимальная мощность излучения солнца может достигать:
— в декабре — 80 Вт/м2;
— в сентябре и апреле – 350 Вт/м2;
— в июне – 600 20Вт/м2.

При этом нужно учитывать, что:
— трубчатый коллектор начинает работать при 20 Вт/м2,
— плоский – при 70 -90 Вт/м2.
Поэтому трубчатый вакуумный коллектор способен работать круглый год.

Солнечные коллектора для южных регионов целесообразно применять только для разогрева воды в системе горячего водоснабжения. Тогда они окупятся.

Если применить их для отопления, они в большинстве случаев не окупаются.
Почему?
Дело в том, что отопление необходимо в основном зимой и совсем не нужно летом. А зимой энергия солнца совсем не большая….

Горячая же вода нужна круглый год. Для ее приготовления можно использовать солнечную энергию и в межсезонье и летом. На приготовление воды для ГВС в теплый период года солнечный коллектор отдаст в разы больше энергии, чем для отопления в холодный, и поэтому может окупиться.

Но окупаемость – вещь относительная. Если в доме используется дорогие энергоносители, не магистральный газ и не твердое топливо, то солнечный коллектора на фоне таких затрат могут выглядеть и как окупаемое вложение.

В целом же на территории Росси и стран СНГ энергия солнца южнее 52 параллели составляет 1000 – 1400 кВт*ч/м2/год.
Читайте на сайте — обеспечение дома горячей водой (ГВС)

Какие системы выбрать

Пластинчатые коллектора дешевле трубчатых, особенно недороги бюджетные модели с пластиной из пластика.

Но нужно учитывать их КПД в зависимости от количества солнечного света и способность преобразовывать рассеянный солнечный свет.

Если не углубляться в сложные расчеты с температурами, то можно привести следующие выводы (на рисунке указаны КПД различных конструкций солнечных коллекторов, в зависимости от приведенной температуры (интенсивности освещения).

Чем ниже температура теплоносителя, тем выше КПД коллектора. Дайте в первую очередь поработать солнечному коллектору, а потом включайте подогрев.
Плоский коллектор летом при прямом солнечном свете имеет больший КПД, чем трубчатый. Поэтому для ГВС летом и в межсезонье лучше использовать более не дорогие, летние коллектора. Как указывалось, для только летнего подогрева, подходят аппараты дешевые без теплоизоляции.

Когда энергии солнца мало, то эффективнее трубчатые коллекторы. Они лучше подходят для использования круглый год в системе отопления. Но такое оборудование может и не окупиться за время его эксплуатации в наших условиях.

Для ГВС рекомендуется выбирать такой коллектор, чтобы получать от него не более 70% от энергии необходимой на нагрев. Если увеличивать площадь коллектора и таким образом добиваться более высокой температуры, то из-за падения КПД коллектор не окупится.

Для приготовления горячей воды лучше подойдет коллектор площадью 1,0 — 1,4 метра кв. на одного человека.Расчет солнечного коллектора весьма прост. Например, для ГВС на пять человек – не менее 5 — 7 м кв.
Для системы отопления от солнечного коллектора должно поступать максимум 20 – 30% энергии. Тогда в среднем площадь коллектора – 0,4 м кв. на 1 м кв. дома.
Расчет солнечного коллектора для системы отопления, — для дома 200 м кв. – площадь около 70 м кв.

Как устанавливать

Оптимально устанавливать солнечный коллектор на крыше, тогда он не занимает место на участке. Но доступ для обслуживания должен быть обеспечен – необходим лаз, лестницы. Конструкция крыши и дома, должны выдерживать тяжелый коллектор, в том числе и возможные ветровые нагрузки.

Поверхность прибора должна быть перпендикулярной солнечным лучам. Тогда будет максимум энергии. Чаще выбирают определенный угол, который позволяет получать наибольшее среднесуточное количество энергии. Это направление на юг с возможным разбросом в 15 градусов в каждую сторону.

Предусматривается возможность регулировки наклона по сезону – меняется угол наклона вслед за солнцем.

Угол наклона равняется примерно географической широте местности. Зимой угол увеличивают на 15 градусов. Летом наоборот уменьшают на 15 градусов.

Схемы подключения солнечных коллекторов

Приведены типичные схемы подключения солнечных коллекторов без указания всего оборудования. Основное правило: солнечный коллектор должен передавать энергию теплоаккумулятору — бойлеру ГВС или буферной емкости отопления, которые оборудуются теплообменником для подключения солнечного коллектора.

Аккумулятор обязательно оборудуется дополнительным подогревом от электричества или от котла. Ведь в пасмурную погоду энергии можно и не дождаться.

Предпочтительней схема с самотечным движением жидкости. Но чтобы теплоноситель двигался сам, охладитель должен находиться выше, чем нагреватель. Поэтому низ бака должен находиться не менее чем на 0,5 метра выше, чем верхняя точка коллектора.

В этой схеме коллектор можно расположить и на крыше, если бойлер разместить в верхней части чердака. Трубопроводы должны хорошо теплоизолироваться — не менее 100 мм толщины утеплителя. Гидравлическое сопротивление системы уменьшают – применяют трубы большего диаметра и коллектора для самотека. Можно ознакомится подробней — системы с самотечным движением жидкости

Следующая схема – солнечный коллектор нагревает бойлер косвенного нагрева (в нагреве которого участвует и котел). Используется насос, так как целесообразней устанавливать бойлер в котельной возле котла.
Сделать водоснабжение дома — подробное описание

Схема подключения солнечного коллектора на буферную теплоаакумулирующую емкость. Эта схема для круглогодичного использования и подогрева солнцем системы отопления в доме.

Солнечный коллектор подключен на отдельный бак-аккумулятор, для нагрева отопления или ГВС. Эта схема часто применяется, когда получение тепла от солнца встраивается в уже работающие системы в доме, чтобы не менять имеющееся оборудование.

Самая дешевая и простая схема с солнечным коллектором для применения только летом на дачах. Бак применяется без теплообменника, а коллектор может быть дешевым летним. В контуре коллектора движется та же вода, что используется для ГВС. Нагретая вода накапливается в верхней части бака, откуда и забирается для нужд.

Также в контур обогрева солнечным коллектором обязательно включаются;
— аварийный клапан повышенного давления — жидкость может сильно разогреваться и кипеть;
— расширительный бак закрытого типа объемом не менее 1/10 данного контура;
— автоматический воздухоотводчик;

Принимаются меры по контролю и недопущению ухода воды из бойлера, ведь контур солнечного коллектора может быстро перегреться. Ставится обратный клапан на холодный трубопровод.

Также оборудуются средства автоматики, которые управляют циркуляционными насосами по командам с датчиков температуры, например, чтобы отключить контур, когда нагрева от солнца нет. Обязательная автоматика приводит к удорожанию всей системы.

Для системы, которая должна работать круглый год в качестве теплоносителя нужно применить незамерзайку. Для летней работы лучше использовать воду, а затем сливать осенью.

Мы рассмотрели, как солнечный коллектор выбрать и как подключить. Энергоносители (углеводороды) сейчас недорогие, поэтому, популярней дешевые летние коллектора. А что будет дальше….

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Экология потребления.Усадьба:Большую часть года мы вынуждены тратить деньги на отопление своих домов. В такой ситуации любая помощь будет не лишней. Энергия солнца подходит для этих целей как нельзя лучше: абсолютно экологически чистая и бесплатная.

Большую часть года мы вынуждены тратить деньги на отопление своих домов. В такой ситуации любая помощь будет не лишней. Энергия солнца подходит для этих целей как нельзя лучше: абсолютно экологически чистая и бесплатная. Современные технологии позволяют осуществлять солнечное отопление частного дома не только в южных районах, но и в условиях средней полосы.

Что могут предложить современные технологии

В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года. В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.

Современные гелиосистемы способны эффективно работать в пасмурную и холодную погоду до -30°С

Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи.

Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.

Тепловые коллекторы нагреваясь под действием солнечных лучей нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты.

Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.

Несмотря на явный прогресс в разработке решений по собиранию, аккумулированию и использованию солнечной энергии, существуют достоинства и недостатки.

Эффективность солнечного отопления в наших широтах довольно низка, что объясняется недостаточным количеством солнечных дней для регулярной работы системы

Плюсы и минусы от использования энергии солнца

Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.

Второй плюс — это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. Солнечные батареи и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.

Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году.

Существенный недостаток отопления, основанного на применении солнечных коллекторов, заключается в отсутствии возможности накапливать тепловую энергию. В схему включен только расширительный бак

Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель. В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.

Солнечные коллекторы открытого типа не способны справиться с отоплением частного дома. Из-за отсутствия изоляции теплоноситель быстро остывает. Их используют в летнее время в основном для нагрева воды в душевых или бассейнах

У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.

Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД. Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых. Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.

Самый простой солнечный коллектор с теплоприемником, сделанным из бухты полимерных труб, обеспечит поставку подогретой воды на даче для полива и бытовых нужд

Трубчатые солнечные коллекторы

Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.

Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.

Трубчатый коллектор имеет модульную структуру. Основным элементом является вакуумная трубка, количество трубок варьируется от 18 до 30, что позволяет точно подобрать мощность системы

Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.

Специальное многослойное покрытие создает своего рода оптическую ловушку для солнечных лучей. На схеме частично показана внешняя стенка вакуумной колбы отражающая лучи на стенки внутренней колбы

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.

При цилиндрической форме трубки солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

Свое название система получила от перьевого абсорбера, который плотно обхватывает тепловой канал из теплопроводящего металла

Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe).

Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Поскольку легкоиспаряющаяся жидкость естественным образом стекает на дно термотрубки, минимальный угол наклона составляет 20°

Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении.

В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.

При прямоточном подключении давление в системе не может быть высоким, так как внутри колбы технический вакуум

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель.

Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Плюсы и недостатки трубчатых коллекторов

Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.

Достоинства:

низкие теплопотери;
способность работать при температуре до -30⁰С;
эффективная производительность в течение всего светового дня;
хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность. Обладает следующими недостатками:

не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
высокая стоимость.

Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. Имеют большой срок эксплуатации.

Трубчатые коллекторы относятся к гелиоустановкам открытого типа, потому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления

Плоские закрытые солнечные коллекторы

Плоский коллектор состоит из алюминиевого каркаса, специального поглощающего слоя – абсорбера, прозрачного покрытия, трубопровода и утеплителя.

В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.

С наружной стороны закрытая панель защищена прозрачным покрытием. Оно изготовлено из противоударного закаленного стекла, имеющего полосу пропускания 0,4-1,8мкм. На такой диапазон приходится максимум солнечного излучения. Противоударное стекло служит хорошей защитой от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.

Плоские солнечные коллекторы отличаются максимальной производительностью и простой конструкцией. КПД их увеличен за счет применения абсорбера. Они способны улавливать рассеянное и прямое солнечное излучение

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

простота конструкции;
хорошая производительность в регионах с теплым климатом;
возможность установки под любым углом при наличии приспособлений для изменения угла наклона;
способность самоочищаться от снега и инея;
низкая цена.

Плоские солнечные коллекторы особенно выгодны, если их применение запланировано еще на стадии проектирования. Срок службы у качественных изделий составляет 50 лет.

К недостаткам можно отнести:

высокие теплопотери;
большой вес;
высокая парусность при расположении панелей под углом к горизонту;
ограничения в производительности при перепадах температуры более 40°С.

Сфера применения закрытых коллекторов значительно шире, чем гелиоустановок открытого типа. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальщиками в отопительный период, они могут поработать вместо газовых и электрообогревателей.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.

Значения КПД зависят от качества изготовления солнечного коллектора. Цель графика показать эффективность применения разных систем в зависимости от разницы температуры

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
общая и апертурная площадь;
КПД.

Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема подключении теплового коллектора

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

Летний вариант для горячего водоснабжения
Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор.

Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

Чтобы ночью коллектор не превратился в радиатор охлаждения необходимо прекращать циркуляцию воды принудительно

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй — на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора.

Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе.

В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Схема подключения солнечной батареи

Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Как посчитать необходимую мощность коллектора

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:

обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м2 земли называется инсоляцией. Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная — 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д. опубликовано econet.ru

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Солнечные коллекторы на крышах многоквартирного дома

Головна > Статті > Опалення та ГВП > Солнечные коллекторы на крышах многоквартирного дома

И. Д. Колотило, инж., В.И. Колотило, к.т.н.

Использование солнечной энергии для нагревания воды для системы горячего водоснабжения (ГВС) многоквартирного дома – актуальная и нетривиальная задача. Решить данную проблему сможет схема подключения солнечных коллекторов к системе ГВС многоквартирного дома, которая может интегрироваться в любую существующую систему местного горячего водоснабжения со всеми типами водонагревательных котлов и при этом не требует изменений действующих тепловых схем

Интерес к использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в городской инфраструктуре для энергетической поддержки инженерных систем мотивируется не только экологическими и климатическими соображениями, но и стремлением снизить счет за централизованно поставляемые энергоносители в многоквартирные дома, значительная часть которых охвачена системой ОСМД. Совладельцы многоквартирного дома (ОСМД или ОСББ, укр. – Об›єднання співвласників багатоквартирного будинку), прямо заинтересованы как в непосредственной экономии ресурсов, так и в снижении зависимости от покупных ресурсов. Экономия затрат энергии выполняется обычно за счет реализации различных мероприятий по энергосбережению в рамках разнообразных программ экономической поддержки.

Идея использовать возобновляемые источники энергии – в первую очередь, ветра и солнца – не нова. Солнечными коллекторами на крышах высотных домов в европейских странах никого не удивишь. В Украине же такие системы пока редкость, а их использование для нагрева воды для горячего водоснабжения (ГВС) в многоквартирных домах практически не ведется. С появлением ОСМД в качестве прямо заинтересованной стороны, чтобы уменьшить «общедомовой» счет, появилась перспектива внедрения экономически обоснованных проектов использования ВИЭ в многоквартирных многоэтажных домах в городской застройке.

Следует признать, что на самом деле тарифы за тепловую энергию для отопления и за горячую воду пока не достигли экономически обоснованного рыночного уровня, как, например, в странах ЕС. Поэтому на первом этапе можно использовать гелиосистемы с небольшим значением доли замещения нагрузки ГВС дома, что позволить уменьшить стоимость самой системы и ее эффективность на единицу вложенных средств. Для дальнейшего развития домовой возобновляемой системы часть затрат за счет достигнутой экономии должны взять на себя владельцы домов, а вторая часть – за счет государства или средств спонсоров.

Гелиоколлекторы в спальных районах

Для нагрева воды для ГВС чаще всего применяют плоские солнечные коллекторы, установленные на крышах домов, в сочетании с традиционными источниками подачи тепла.

Все гелиосистемы для нагрева воды, независимо от их разновидности, состоят из солнечных коллекторов (СК), превращающих солнечную энергию в тепло нагретого теплоносителя, и элемента, который аккумулирует это тепло и отдает потребителю тогда, когда имеется необходимость. Многое зависит от выбора типа аккумулирующего устройства, способности адаптироваться в существующую систему ГВС. Взаимодействие между различными источниками тепла имеет важнейшее значение для достижения максимальной эффективности системы в целом.

Известны варианты систем ГВС многоквартирного дома с модульными установками нагрева воды электроэнергией. Основные элементы этих установок – емкостные электробойлеры как закрытого (напорные), так и открытого типа (безнапорные). Вода в этих бойлерах нагревается преимущественно в ночное время менее дорогой электроэнергией («ночной тариф»), а затем раздается потребителям. В дневное время, по мере расходования воды, нагретой ночью, появляется возможность аккумулировать тепло от дополнительного источника тепла – от солнечных коллекторов. Такой вариант предполагает, что емкостный электробойлер модульной установки выполняет две функции – аккумулирования тепла, полученного от электроэнергии, и от Солнца. Гелиосистемы для нагрева воды многоквартирных домов также строятся по модульному принципу, что позволяет поэтапно увеличивать количество солнечных коллекторов в системе, а значит поэтапно увеличивать теплопроизводительность гелиосистемы и степень замещения нагрева воды солнечной энергией. И, что важно, поэтапность вложения средств в развитие такой системы.

Ниже представлены три схемы нагрева воды для горячего водоснабжения многоквартирного дома с дополнительным источником получения тепла от солнечных коллекторов.

Двухконтурные системы нагрева воды

На рис. 1 представлена двухконтурная схема нагрева воды в модульной установке с напорными бойлерами, где теплоноситель с помощью циркуляционного насоса (ЦН) передает тепло, полученное в солнечных коллекторах (СК), первому по движению воды электробойлеру через встроенный спиральный нагреватель (СН).

Рис. 1. Двухконтурная система нагрева воды для ГВС многоквартирного дома с баками-аккумуляторами закрытого типа

Это типичная классическая схема. По мере разбора воды в системе ГВС дома, тепло воды, нагретой в первом бойлере, передается в следующие бойлеры установки. КПД солнечных коллекторов СК в такой системе достаточно высокий, так как спиральный нагреватель СН постоянно находится в потоке холоднойводы, поступающей из водопровода. Теплоносителем в контуре солнечных коллекторов может быть как водопроводная вода, так и другие виды теплоносителей.

Подбор площади поверхности солнечных коллекторов следует рассчитывать из предположения, что в летний период они должны обеспечить 100% энергии, необходимой для подогрева воды до +45-50 С.

При соответствующих погодных условиях и требуемой температуре воды для ГВС +60°С, степень замещения нагрузки ГВС дома в дневное время летом может достигать значения, близкого к 50%.

На рис. 2 показана схема двухконтурной системы нагрева воды в модульной установке с безнапорными бойлерами.

Рис. 2. Двухконтурная система нагрева воды на горячее водоснабжение многоквартирного дома с открытыми баками-аккумуляторами

Теплоноситель (вода) с помощью насоса ЦН обеспечивает циркуляцию теплоносителя по контуру СК – буферная емкость. Величина циркуляции в контуре регулируется диафрагмой Д. Теплоноситель, нагреваясь в СК, поступает в буферную емкость сверху, а из буферной емкости поступает в СК снизу. Внизу буферной емкости температура теплоносителя ниже, чем вверху, что способствует повышению КПД солнечных коллекторов.

При нагреве теплоносителя в буферной емкости до температуры +45-50°С, регулятор температуры РТ2 открывает электроклапан ЭК. Вода из трубопровода ТХВ под давлением Рхв, проходя через солнечные коллекторы, выталкивает нагретую воду из буферной емкости в бак-аккумулятор модульной установки. При снижении температуры теплоносителя внизу буферной емкости до +40°С, электроклапан ЭК закрывает его подачу в электробойлер. После чего цикл нагрева повторяется. Частота срабатываний электроклапана зависит от интенсивности солнечной радиации и объема буферной емкости.

Производители солнечных коллекторов считают, что температура воды +45-50°С на выходе СК является наиболее оптимальной. При более высокой температуре КПД солнечных коллекторов снижается, увеличивается выпадение накипи и усиливается коррозия. Рекомендуется, чтобы отношение высоты к диаметру буферной емкости находилось в пределах от 4 до 3, а емкость была установлена вертикально. Это позволит высвободить большее количество нагретой воды из емкости и заполнить ее холодной водой, тем самим уменьшить количество циклов и повысить КПД солнечных коллекторов.

Объем буферной емкости выбирается из расчета 4-5 суммарного объема солнечных коллекторов. Для 50 штук солнечных коллекторов объемом 1,5÷1,8 л, буферная емкость должна быть в пределах 300÷450 л.

Для уменьшения потерь давления в контуре СК, необходимо буферную емкость располагать рядом с солнечными коллекторами, правильно подбирать диаметры трубопроводов, а также подключать коллекторы параллельно. Степень замещения нагрузки ГВС дома в летнее время может достигать величины, близкой к 50%.

«Дневная» схема

На рис. 3 представлена схема, предназначенная для нагрева воды в системе с напорными бойлерами для потребителей, использующих воду преимущественно в дневное время. Это могут быть многоквартирные дома, общественные здания, садики, школы и т. п. Потребление горячей воды в таких системах ГВС в дневное время имеется практически всегда или отсутствует на очень короткое время.

Теплоноситель в контуре солнечных коллекторов нагревается аналогично схеме, представленной на рис. 2. При нагреве теплоносителя в буферной емкости до температуры +45°С, регулятор температуры РТ2 открывает электроклапан ЭК. Под давлением воды Рхв в трубопроводе ТХВ и напора циркуляционного насоса ЦН Рн, холодная вода, пройдя солнечные коллекторы, вытесняет нагретую воду из буферной емкости. Когда в точке А на входе напорного электробойлера (теплообменника) установится давление, равное РА=РХВ+Рн-∆Р выше давления РХВ, закрывается обратный клапан, вода из буферной емкости начнет поступать в электробойлер (теплообменник), а затем в систему ГВС (∆Р – суммарные потери в контуре и подающих трубопроводах). Вместо нагретой воды в буферную емкость начнет поступать холодная вода из ТХВ. Когда температура воды в буферной емкости понизится до температуры +40°С, РТ2 отключает ЭК, закрывая поступление воды из гелиосистемы. Цикл нагрева воды в СК периодически повторяется.

При отсутствии разбора воды в системе ГВС и включенном ЭК, поступление воды из буферной емкости прекращается. При этом циркуляция воды в контуре солнечных коллекторов СК продолжается в расчетном режиме, в результате чего температура воды в буферной емкости за время отсутствия водоразбора становится выше +45°С. . Происходит накопление тепла в буферной емкости. Как только появляется водоразбор, вода начнет поступать в электробойлер (теплообменник).

Схема с теплообменниками, которые применяются в системах ГВС, работает аналогично.

Степень замещения нагрузки ГВС дома такой схемы меньше предыдущих схем и может достигать ≤40%. Для защиты от превышения давления в замкнутом контуре солнечных коллекторов, в системе устанавливают расширительный бак РБ.

Предложенные схемы подключения солнечных коллекторов, представленные на рис. 2 и 3, значительно проще аналогичных типовых схем. Они не требуют дорогостоящего бака-аккумулятора с встроенными спиральными теплообменниками.

Рис. 3. Двухконтурная система нагрева воды электроэнергией с напорным баком-аккумулятором для объектов, потребляющих воду преимущественно в дневное время

Схема подключения солнечных коллекторов, представленная на рис. 3, может интегрироваться в любую существующую систему местного горячего водоснабжения со всеми типами водонагревательных котлов, при этом не требует изменений действующих тепловых схем.

Главная проблема в расширении применения ВИЭ в коммунальном секторе – это вопрос приоритетов для финансирования. Неразумно внедрять ВИЭ прежде, чем не осуществлены шаги по термомодернизации, снижающие общее теплопотребление. Затем следует провести подробные экономические расчеты сроков возврата инвестиций среди технически доступных решений. Например, установка на крыше PV-системы – технически реализуема. Однако это прямо не снизит «домовой счет» и затраты жильцов на покупное тепло. Важно применять решения, которые непосредственно влияют на расходы именно за тепло, и применение фототермальных коллекторов, пожалуй, – среди наиболее финансово выгодных вариантов.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі AW-Therm. Долучайтесь!

Переглянуто: 2 964

Вас може зацікавити:

Гелиосистема

Солнечный коллектор для нагрева воды

Вам також може сподобатися

Інфрачервоне стельове опалення – рішення, що заслуговує на увагу

Підготовка до опалювального сезону: готовність номер один

Опалення: як правильно готуватися до зими

Твердопаливний котел: підготовка до опалювального сезону

Солнечный вакуумный коллектор: классификация | SolarSoul.

net ☀️

Гелиосистемы | Солнечная энергия

Вакуумный солнечный коллектор имеет значительно меньшие тепловые потери в окружающую среду, поскольку вакуум является идеальным теплоизолятором. Однако достаточно сложно сделать вакуум, а точнее разреженный воздух с давлением меньшим атмосферного, и удержать его в солнечном коллекторе со временем эксплуатации. Как правило, в промышленности значение давления не должно превышать 300 мбар.

Плоский вакуумный солнечный коллектор.

В плоских солнечных коллекторах проблематично добиться герметичности для удержания вакуума из-за большого объема и конструкции корпуса. Так же существует проблема прогиба стекла. Для решения проблемы используют дополнительные опорные стойки, которые приводят к нежелательному частичному затенению.

Плоский вакуумный солнечный коллектор

Трубчатая форма в виде колбы оптимальна для создания и удержания вакуума. Именно поэтому наибольшее распространение в бытовом секторе получили именно вакуумные трубчатые солнечные коллекторы. Поэтому в данной статье речь пойдет о них.

Общая классификация трубчатых вакуумных солнечных коллекторов.

Наиболее распространенные солнечные вакуумные трубчатые коллекторы можно классифицировать по двум основным конструктивным особенностям стеклянных трубок и теплового канала, используемых в качестве абсорбера солнечного коллектора:

по типу стеклянной трубки;
по типу теплового канала;

Рассмотрим классификацию по типу стеклянной трубки. Её так же можно разделить на два основных типа конструкции:

коаксиальная трубка;
перьевая трубка.

Коаксиальная трубка фактически является термосом, представляет собой двойную стеклянную колбу, в пространстве между трубками откачан воздух (создан вакуум). На стенке внутренней трубки нанесено поглощающее покрытие, поэтому передача тепла происходит от самой поверхности стекла.

Вакуумная коаксиальная колба

Перьевая трубка представляет собой одностенную стеклянную колбу. Вакуум находится в пространстве теплового канала, в данных трубках часть теплового канала и абсорбера интегрирована внутри самой колбы.

Примеры перьевых трубок

По типу теплового канала солнечные вакуумные коллекторы можно разделить на два типа:

тепловой канал типа «Heat pipe»;
прямоточный тепловой канал;

Солнечный вакуумный коллектор с трубкой типа «Heat pipe» так же известны под названием тепловая труба, занимает большую часть рынка вакуумных солнечных коллекторов. Принцип работы основан на том, что в закрытых трубках из теплопроводящего металла (меди или алюминия) находится легкоиспаряющаяся жидкость, перенос тепла происходит за счёт того, что жидкость нагреваясь под действием солнечного излучения, испаряется на нижней части трубки, поглощает теплоту испарения и конденсируется в верхней части (теплосборнике), а затем снова перетекает вниз и процесс повторяется. Теплоноситель через поглотитель отбирает выделяемое тепло.

Схема работы тепловой трубки в вакуумном солнечном коллекторе

Конструктивная особенность солнечного коллектора с тепловой трубкой

В вакуумных трубчатых солнечных коллекторах с прямоточным каналом теплоноситель непосредственно протекает и нагревается в каждой из трубок коллектора.

Конструктивная особенность солнечного коллектора с прямоточным тепловым каналом

Различные типы тепловых каналов могут сочетаться с различными типами вакуумных колб.

Рассмотрим более подробно возможные конфигурации вакуумных солнечных коллекторов. Вакуумная коаксиальная трубка может сочетаться с тепловым каналом типа «Heat pipe». Данный солнечный коллектор является наиболее распространенным ввиду своей дешевизны и простоты замены поврежденных трубок.

Вакуумная коаксиальная трубка в сочетании с тепловым каналом «Heat pipe»

1-внешняя стеклянная колба, 2-высокоселективное поглощающее покрытие, 3-алюминиевое оребрение, 4-вакуумная прослойка, 5-тепловой канал с легкоиспаряющейся жидкостью, 6-внутренняя стеклянная колба.

Эти коллекторы имеет довольно сложный процесс передачи тепла. Тепло передается несколько раз, от стекла к алюминиевому оребрению затем от алюминия к самой тепловой трубке и только потом передается теплоносителю гелиосистемы. Поэтому в сочетании с круглой формой абсорбирующей поверхности эффективность солнечного коллектора этого типа невысока. Показатели максимального КПД (оптического КПД «η₀») коллектора до 65%.

Коаксиальная вакуумная трубка так же может быть использована для коллектора с прямоточным тепловым каналом. Данный тип солнечного вакуумного коллектора получил название коллектор с «U»-образной трубкой.

Вакуумная коаксиальная трубка с прямоточным тепловым каналом

1-внешняя стеклянная колба, 2-высокоселективное поглощающее покрытие, 3-алюминиевая вставка, 4-тепловой канал с теплоносителем, 5-вакуумная прослойка, 6-внутренняя стеклянная колба.

Данный вакуумный солнечный коллектор, за счет уменьшения количества теплопередач (теплота от алюминиевого слоя передается сразу трубкам, в которых циркулирует теплоноситель гелиосистемы), имеет максимальный КПД до 76%. Недостатком может являться то, что при определенном характере повреждения замены может потребовать весь солнечный коллектор, а не только колба.

Перьевая трубка так же может сочетаться с тепловым каналом «Heat pipe».

Перьевая трубка с тепловым каналом типа «Heat pipe»

1-стеклянная колба, 2-вакуумная прослойка, 3-медный абсорбер с высокоселективным покрытием, 4-тепловой канал с легкоиспаряющейся жидкостью.

Данные солнечные вакуумные трубчатые коллекторы имеют более высокие оптические характеристики, чем коллекторы с коаксиальной трубкой. У некоторых производителей значение максимального КПД достигает 77%. Этому способствуют некоторые конструктивные особенности: плоский абсорбер с непосредственной передачей теплоты к тепловой трубке, а также один слой стекла, что значительно уменьшает отражение солнечного излучения. Так же удобным является процесс замены поврежденных трубок, не требующий замены всего коллектора и сливания теплоносителя всей гелиосистемы.

Наиболее эффективным сочетанием является перьевая трубка и прямоточный тепловой канал.

Перьевая трубка с прямоточным тепловым каналом

1-стеклянная колба, 2-вакуумная прослойка, 3-медный абсорбер с высокоселективным покрытием, 4- внутренний тепловой канал с теплоносителем (подающий), 5-наружный тепловой канал с теплоносителем (нагреваемый).

Схема циркуляции теплоносителя в вакуумном коллекторе с перьевой трубкой и прямоточным тепловым каналом

Такой вакуумный солнечный коллектор имеет максимальный КПД до 80%. При замене поврежденных трубок требуется сливать теплоноситель всей гелиосистемы. Так же эти коллекторы обладают довольно высокой ценой.

вакуумный солнечный коллекторГелиосистема

Солнечные коллектора

Технически солнечный коллектор для отопления дома устроен довольно просто . Плоский короб, с популярными размрами 1×2 м., сверху накрыт стеклом. Внутри короба находится медная трубка, с приваренными к ней пластинами — абсорберы и слой теплоизоляции (минеральная вата).

Солнечная энергия улавливается абсорберами и передается трубке, по которой течет жидкость. Все элементарно просто, достаточно установить панель на солнце, подключить ее к бойлеру, добавить для прокачки теплоносителя циркуляционный насос — и можно собирать тепловую энергию.

Количество панелей может меняться, кроме жидкости в бойлере, можно нагревать,например, воду в бассейне. Система требует энергии лишь на работу и управление циркуляционного насоса. Качественно исполненные панели собирают до 95% тепловой энергии и с учетом потерь, которые не избежать в любой отопительной системе, имеют КПД 80%. Они применяются и зимой при морозе 15-20 ºС.

Для работы в северных районах, используются более эффективные и сложные разновидности солнечных коллекторов. В итоге получается, что с помощью соленчного коллектора получают практически бесплатную энергию. Даже если использовать коллекторы в составе бивалентных систем с возможностями догрева воды, стоимость полученной энергии все равно будет очень дешевой, по сравнению с другими источниками тепла.

[icebutton link=»https://wilma-rus.

ru/komlekty-kollektorov-ceny.html» type=»btn-warning»]Комплекты солнечной водонагревательной установки[/icebutton]

[icebox type=»info» icon=»yes» title=»»]Плоский солнечный коллектор с трубками в виде «арфы» KSH-2,0[/icebox] [icebox type=»note» icon=»yes» title=»»]Солнечные коллектора KSH-2,0 — это основной элемент водонагревательной установки, предназначенной для нагрева бытовой воды.
Cолнечные коллектора для отопления также используются в качестве дополнительного источника тепла в отопительных системах и для обогрева воды в бассейнах.[/icebox]

Тип коллектора

KSH -2,0

KSH. A-2,0

KSH-2,3

KSH.A-2,3

Ширина/Высота,Глубина

мм

1072×2119×90

1072×2424×90

Масса

кг

41.8

Поверхность

м²

2,27

2,6

Толщина стеклопокрытия

мм

3,2

Вид абсорбералист

медный лист с
высокоселективным
покрытием eta plus
производства
компании Blue Tec,
9 медных трубок,
ультрозвуковая сварка

аллюминиевый лист с
высокоселективным
покрытием eta plus
производства
компании Blue Tec,
9 медных трубок,
ультрозвуковая сварка

Поверхность поглотителя

м²

2,00

2,30

Рабочая поверхность поглотителя

м²

1,98

2,28

Коэффициент поглощения/эмиссии

95/5

Объем теплоносителя

дм³

1,13

1,4

Максимальное рабочее давление

МПа

0,6

Поток мин.

— макс.

дм³/мин

1-4

Изоляция

минеральная вата

Толщина изоляции

мм

Патрубки соединения

мм

R18

			[icebutton link=»https://wilma-rus. ru/komlekty-kollektorov-ceny.html» type=»btn-warning»]Комплекты солнечной водонагревательной установки[/icebutton]
Насосная группа в комплекте с расширительным баком			Насосная группа, интегрированная с панелью управления TDC3
	Циркуляционный насос Grundfos Solar 25-65 с высотой подъема 6 м (опционально 8 м подъема), ротаметр с возможностью регулировки 2-12 л/мин (опционально 8-38 л/мин) с клапанами для наполнения и промывки системы соединительные патрубки отсечной шаровой кран (синий цвет), с обратным клапаном и термометром отсечной шаровой кран с термометром (красный цвет) группа безопасности корпус из пенопропилена EPP, степень защиты IP44 расширительный бак со стальным гибким шлангом, пятовой клапан и крепежный комплект.		возможность обслуживания 13 различных схем солнечных водонагревательных установок плавная регулировка оборотов насоса, обеспечивающая экономное использование солнечной энергии защитные функции – алгоритмы, предохраняющие коллектор и теплообменник от перегрева дисплей, показывающий текущие рабочие параметры солнечной системы: температура, текущая мощность системы, произведенная мощность, рабочие параметры насоса статистика – графическое представление рабочих параметров в течение одного дня, недели, месяца, года различные языковые версии 3 датчика температуры высокого класса PT1000,силиконовые, температура до 180 ^οC
Контроллер солнечной установки SolarComp 911		Соединительные элементы коллекторов
	возможность обслуживания 5 различных схем солнечных водонагревательных установок плавная регулировка оборотов насоса, обеспечивающая экономное использование солнечной энергии защитные функции – алгоритмы, предохраняющие коллектор и теплообменник от перегрева дисплей, показывающий рабочие параметры системы 2 высококачественных датчика температуры		гибкая соединительная муфта, облегчает соединение коллекторов, компенсирует механические напряжения, что улучшает герметичность соединений соединительные муфты обеспечивают легкий и быстрый монтаж

Теплообменник горячего водоснабжения с двумя змеевиками SB Termo Solar.

Для аккумулирования полученной солнечной энергии, в солнечных установках для нагрева воды, необходим теплообменник ГВС SB Termo Solar
Теплообменник имеет два змеевика, один из которых предназначен для подключения к системе с отопительным котлом, второй для подключения к солнечной водонагревательной установке. Существует возможность установки дополнительного ТЭНа.

Объем	л	250 литров	300 литров	400 литров
Высота	мм	1374	1608	1660
Диаметр	мм	710	710	755
Масса	кг	99	115	150
Площадь змеевика солнечной установки	м²	1. 0	1.5	1.7
Мощность змеевика солнечной установки	кВт	37	50	56
Площадь змеевика системы отопления	м²	0.8	0.8	0.9
Мощность змеевика системы отопления	кВт	34	34	36

Главные преимущества

Полностью автоматизированная система, нанесения равномерного слоя оптимальной толщины. Это значительно улучшает качество поверхности теплообменника и обеспечивает его долговечность.

Большая площадь теплообмена змеевика способствует высокой производительности теплообменника — равномерному распределению температуры во всем объеме и быстрому нагреву воды.

Отлично подобранная толщина изоляции минимизирует потери тепла.

Примерная схема системы солнечной водонагревательной установки.

Рекомендации! Использование дополнительного смешивающего клапана стабилизирует температуру воды и обеспечивает ее рациональный расход.		Рекомендации! Использование дополнительного проточного водонагревателя Focus electronic, который в случае необходимости догреет потребляемую воду.		Отопительный котел (нап- ример электрический EKCO) не входит в комплект солнечной водо- нагревательной установки

[icebutton link=»https://wilma-rus.ru/katalog/kospel/KOSPEL.XLS» type=»btn-success»]Скачать прайс-лист[/icebutton]		[icebutton link=»https://wilma-rus.ru/komlekty-kollektorov-ceny.html» type=»btn-warning»]Комплекты солнечной водонагревательной установки[/icebutton]

заказать солнечный коллектор для отопления дома можно по телефонам:

+7(495)641-32-22, +7(495)941-60-42

404 | LTH, Lunds Tekniska Högskola

Hoppa to huvudinnehåll

Utbildning
- Vad väljer du?
- Studera på LTH
  - LTH:s utbildningar
  - Bra att veta om studier på LTH
  - Webinarier
  - Träffa LTH
  - Studentlivet på LTH
  - Stöd och hjälp under studierna
  - Маттен свар?
- Ansökan och antagning
  - Behörighet
  - Senare del av program
  - Viktat högskoleprovsresultat
  - Reserv
  - Anstånd med studiestarten
  - Specialstudier
- Internationella möjligheter
- Vad gör en ingenjör?
- Arbetsmarknad och lön
- Fristående kurser
- Forskarutbildning
Forskning
- Profilområden
  - Aerosoler
  - AI och digitaliseringens grundpelare
  - Avancerade ljuskällor
  - Cirkulär byggindustri
  - Energiomställningen
  - Nanovetenskap och halvledarteknologi
  - Teknik för hälsa
- Publikationer och avhandlingar
- Forskning i korthet
  - Arkitektur och byggd miljö
  - Biomedicinsk teknik
  - Bygg- och miljöteknologi
  - Byggvetenskaper
  - Datavetenskap
  - Designvetenskaper
  - Elektro- och informationsteknik
  - Energivetenskaper
  - Fysik
  - Immunteknologi
  - Kemiska institutionen
  - Kemiteknik
  - Livsmedelsteknik
  - Maskinvetenskaper
  - Matematikcentrum
  - Reglerteknik
  - Teknik och samhälle
- Forskarutbildning
  - Bli doktorand vid LTH
  - Forskarutbildningsämnen
- Innovationer
- Till nytta för världen
  - Till nytta för klimatet
    - Nyheter
  - Till nytta for digitaliseringen
    - Nyheter
  - Till nytta för industrin
    - Nyheter
  - Till nytta för samhällsbygget
    - Nyheter
  - Till nytta för livet
    - Nyheter
  - Материал och möjligheter
Samverkan
- Varf?tharbemed
- Samverkan med forskning
  - Strategiskt partnerskap
  - Forskningsprojekt
  - Uppdragsforskning
  - Adjungering
  - Affiliering
  - Industridoktorand
  - Science and innovation visit
  - Беседа о науке и инновациях
  - LTH Open Door
- Samverkan med undervisning
  - GU branschråd
  - Examensarbete
  - Yrkesinriktad praktik
    - För LTH-handledare
    - För studenter
    - För arbetsgivare
  - Projektkurser
  - Gästföreläsning och studiebesök
- Skolsamverkan
- LTH Makerspace — X-Lab
- Livslångt lärande
- Innovationer
Kontakt
- Medarbetare LTH
- Institutioner
  - Prefekter
- Press- och mediekontakter
- Besök LTH
- Studiecentrum

Om LTH

LTH i korthet
- LTH:s historia
- Konsten på LTH
  - Klas Anshelm
  - Olle Bonniér
  - Peter Broberg
  - Carl Boutard
  - Holger Bäckström
  - John E Franzén
  - Beatrice Hansson
  - 0007
  - Jörgen Haugen Sörensen
  - Karl Axel Pehrsson
  - Charlotte Walentin
Ledning och organisation
- LTH:s styrelse
- LTH:s ledning
- LTH:s prefekter
- Ledningsgrupper, nämnder och kommittéer
- LTH:s kansli
- 20004 Vision, mål och strategier
- Hedersdoktorer
  - Hedersdoktorer genom åren
  - Policy hedersdoktorer
- Priser och utmärkelser
- Beställ informationsmaterial

Bibliotek

Söka
- LUBcat (внешние перемычки)
- LUBcat
- LIBRIS (extern webbplats)
- LUBsearch (extern webbplats)
- Databaser A-Z (extern webbplats)
- Ämnesguider
- Kursböcker
- E-böcker
- Tidskrifter
  - А-библиотека тидскрифтер
  - В-библиотека тидскрифтер
  - LUBITO
    12
  - LUP Student Papers
  - Forskningsportalen
  - Nya böcker
  - Inköpsförslag
- Så här lånar du
  - Fjärrlåna
- Boka undervisning
- Бухгалтерия
  - Бухгалтерия
- Skrivhandledning
  - Tips till dig som skriver
  - Boka skrivhandledning
- Presentationsteknik
- Meröppet
- Forskningsstöd
  - Seminarie- och kursutbud
    - Scientific Управление информацией 3hp
    - Citeringssökning och tidskriftsrankning
    - Informationssökning
    - EndNote
    - Forskningsdata
    - Open access
    - LUCRIS
  - Bibliometri
    - H-index och tidskriftsrankning
  - Referenshantering
  - Sökuppdrag
  - Forskningsdatahantering
  - Registrera i LUCRIS
  - Copyright
  - ORCID
  - Publicera/Open access
  - Söktjänster och databaser
- Läs- och skrivstöd
- Ny student
- Kontakt och öppettider
  - Personal
    - Микаэль Абрахамссон
    - Джейкоб Брантинг
    - Линнея Дальгрен
    - Ханна Далин0007
    - Anders Dunkler
    - Robin Gullstrand
    - Emma-Lisa Hansson
    - Ola Hedbäck
    - Ann-Catrin Johansson
    - Andreas Karman
    - Viktor Klintberg
    - Мария Келлквист
    - Дженнифер Нильссон
    - Джессика Нильссон
    - Эбба Руэ
    - Пернилла Техера0007
    - Ida Åström
- SelfService
- Nyheter
- Article
Alumni
- Aktiviteter och event
- Hur kan jag stödja LTH ?

Работа в LTH

LTH Career Academy
- Академия карьеры0007
- Andra Året-Lth Career Academy
Excellence in Academea-через гендерное равенство
Lise Meitner-Professuren
Varför jobba På rth?
ATT Söka En Läraranställning Vid Lth
Информация För Nyanställda
0007
- Arkiv
- Rektors blogg
  - Rektors blogg
  - Tack
- LTH i media
- Examensarbeten
- rss
Om våra webbplatser
- Технический отдел
Медарбетаре

Сидансвариг: webbredaktion@lth. lu.se | 2019-06-11

Плоские коллекторы — Солнечная энергия — HVAC/R и солнечная энергия низкотемпературный диапазон (менее 60°С) или среднетемпературный диапазон (менее 100°С).

Обзор

Используется для поглощения солнечной энергии, преобразования ее в тепло и передачи этого тепла потоку жидкости или газа. Они используют как прямое, так и рассеянное солнечное излучение, не требуют слежения за Солнцем и не требуют особого обслуживания. Они механически проще концентрирующих коллекторов. Основные области применения этих устройств — солнечное водонагревание, отопление зданий, кондиционирование воздуха и промышленное технологическое тепло. FPC обычно состоит из следующих компонентов:

Компоненты

Схема плоского коллектора

Остекление состоит из одного или нескольких листов стекла или другого материала, пропускающего излучение.
Трубы, ребра или проходы для проведения или направления теплоносителя от входа к выходу.
Поглотительные пластины представляют собой плоские, гофрированные или рифленые пластины, к которым крепятся трубы, ребра или проходы. Пластина может быть выполнена за одно целое с трубками.
Коллекторы или коллекторы для приема и отвода теплоносителя.
Изоляция для минимизации потерь тепла с задней и боковых сторон коллектора.
Контейнер или кожух для защиты других компонентов от пыли и влаги. FPC были построены в самых разных конструкциях из самых разных материалов (рис. ниже). Их основная цель — собрать как можно больше солнечной энергии при минимально возможных общих затратах.

Коллектор также должен иметь длительный срок службы, несмотря на: неблагоприятное воздействие ультрафиолетового излучения Солнца; коррозия или засорение из-за кислотности, щелочности или жесткости теплоносителя; замерзание или связывание воздуха в случае воды или осаждение пыли или влаги в случае воздуха.

Типы

Различные типы солнечных коллекторов: (A) плоские, (B) параболические желоба, (C) вакуумные трубы, (D) неглазурованные коллекторы из EPDM и (E) перфорированные пластины. Стекло

широко используется для остекления FPC, потому что оно может пропускать до 90% входящего коротковолнового солнечного излучения, пропуская при этом очень мало длинноволнового излучения, испускаемого наружу от поглотительной пластины. Стекло с низким содержанием железа имеет относительно высокий коэффициент пропускания солнечного излучения (0,85–0,90 при нормальном падении).

Пластиковые пленки и листы также обладают высоким коэффициентом пропускания в коротковолновом диапазоне, но поскольку большинство пригодных для использования разновидностей также имеют полосы пропускания в середине спектра теплового излучения, их коэффициент пропускания в длинных волнах может достигать 0,40.

Стекло, обычно используемое в солнечных коллекторах, может быть одинарным (2,2–2,5 мм) или двойным (2,92–3,38 мм). Для прямого излучения коэффициент пропускания заметно меняется в зависимости от угла падения θ, как показано в таблице ниже.

Угол падения пропускания и поглощения

Вариация с угла падающего угла пропускания и поглощения

Угол падения θ (°)	Пропускной Glazing		Double Glazing
Угол падения θ (°)		0. 87	0.77	0.96
10	0.87	0.77	0.96
20	0.87	0.77	0.96
30	0.87	0.76	0.95
40	0.86	0.75	0.94
50	0.84	0.73	0.92
60	0.79	0.67	0.88
70	0.68	0.53	0.82
80	0.42	0.25	0.67
90	0.00	0.00	0.00

Antireflective coating and surface texture can improve transmission significantly. Пластина-поглотитель поглощает как можно больше излучения через остекление, теряя при этом как можно меньше тепла вверх в атмосферу и вниз через заднюю часть кожуха.

Поглотительная пластина передает сохраненное тепло транспортирующей жидкости. Поглощение поверхностью коллектора коротковолнового солнечного излучения зависит от природы и цвета покрытия, а также от угла падения, как показано в таблице для типичной матово-черной краски.

Путем подходящей электролитической или химической обработки могут быть получены селективные поверхности с высокими значениями коэффициента поглощения солнечного излучения α и низкими значениями коэффициента излучения длинных волн ε. Селективные поверхности особенно важны, когда температура поверхности коллектора намного выше температуры окружающего воздуха.

Материалами, наиболее часто используемыми для абсорбирующих пластин, являются медь, алюминий и нержавеющая сталь. Пластиковые профили, устойчивые к ультрафиолетовому излучению, используются для низкотемпературных применений. Потенциальные проблемы с коррозией следует учитывать для любых металлов.

В качестве изоляционных материалов чаще всего используются минеральная вата, стекловата и пеностекло. Пенополиуретан используется для низкотемпературного применения, а стиропор используется очень редко. Основные свойства изоляционных материалов приведены в таблице ниже.

Изоляционные материалы

Основные свойства изоляционных материалов

№	Материалы	. Принятая температура (° C) 0007	Density (kg/m ³ )	Thermal Conductivity (W/(m K))
1	Mineral wool	>200	60–200	0. 040
2	Glass wool	>200	30–100	0.040
3	Foam glass	>200	130–150	0.048
4	Polyurethane foam	<130	30–80	0,030
«> 5	Стиропор	<80 0007	8	<800007	9000 30 30–50 910	<800007	<80 0007	<80 0007	.0007	0,034

ФПК обычно постоянно фиксируется и не требует слежения за Солнцем. Коллекторы должны быть ориентированы прямо на экватор, лицом на юг в северном полушарии и на север в южном. Оптимальный угол наклона коллектора равен широте места с вариациями угла 10–15°C, больше или меньше, в зависимости от применения.

Солнечный воздухосборник

Солнечные воздушные коллекторы имеют принцип работы, аналогичный FPC (рис. ниже).

Схема солнечного коллектора воздуха

Отличие в том, что вместо жидкой жидкости электрический вентилятор прокачивает воздух через коллектор. Основными компонентами являются: поглощающая пластина (1), стеклянная крышка (2), изоляция (3), кожух (4) и вытяжной вентилятор (5).

Этот тип коллектора не очень распространен в Европе (охватывает только 1-2% рынка солнечных коллекторов). Причинами этого могут быть то, что, с одной стороны, отсутствие опыта и знаний у конечных пользователей, а с другой стороны, этот тип коллектора не может быть использован непосредственно для производства ГВС, которое сегодня доминирует на рынке.

Энергетический баланс

На рис. ниже показан энергетический баланс стандартного FPC. Из общего солнечного излучения IT, падающего на стеклянную крышку, часть (τ · IT), определяемая коэффициентом пропускания τ, достигает пластины поглотителя, где преобразуется в тепло.

Стеклянное покрытие отражает в пространстве излучение (ρ · I _T ) и поглощает излучение (α · I _T ), где ρ и α – коэффициенты отражения и поглощения стеклянного покрытия соответственно. Одна часть излучения (τ · I _T ), падающее на пластину поглотителя, отражается, и большая часть этого излучения переходит в тепло. Сумма коэффициентов τ, ρ и α равна

Насколько полезен был этот пост?

Нажмите на звездочку, чтобы оценить!

Средняя оценка 4.9 / 5. Всего голосов: 252

Голосов пока нет! Будьте первым, кто оценит этот пост.

Сожалеем, что этот пост не был вам полезен!

Давайте улучшим этот пост!

Расскажите, как мы можем улучшить этот пост?

Категории Солнечная энергия

Проектирование, изготовление и испытание плоского солнечного коллектора с жидкостным нагревом (Технический отчет)

Проектирование, изготовление и испытание плоского солнечного коллектора с жидкостным нагревом (Технический отчет) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

Полная запись
Другое связанное исследование

Целью данного исследования было проектирование, изготовление и испытание плоского солнечного коллектора с жидкостным нагревом. В результате поиска литературы была собрана информация об основных компонентах коллектора, различных процессах и материалах, которые можно использовать при изготовлении этих компонентов, а также их преимуществах и недостатках. Поиск литературы также выявил метод, используемый для измерения производительности коллектора с точки зрения эффективности и тепловой мощности. Затем были перечислены конструктивные соображения для каждого из основных компонентов, а также для коллектора как единого блока. Затем каждый компонент проектировался с учетом окончательной сборки готового агрегата. Требовались подробные проекты пластины амортизатора, коробки и рамы в сборе из-за сложности их конструкции и сборки. После того, как компоненты были спроектированы, детали конструкции были расположены в логической последовательности, опять же с учетом окончательной сборки устройства. Затем коллектор был тщательно сконструирован и собран в соответствии с деталями конструкции. После полной сборки солнечного коллектора были проведены испытания, получены и записаны данные, а также построена кривая производительности коллектора.

Авторов:: Таттл, Р. Э.

Дата публикации:: 1980-02-01

Исследовательская организация:: League for Innovation in the Community Coll., Лос-Анджелес, Калифорния (США)

Идентификатор ОСТИ:: 8150861

Номер(а) отчета:: МЭ/CS/34223-T1

Номер контракта DOE:: АК01-78КС34223

Тип ресурса:: Технический отчет

Страна публикации:: США

Язык:: Английский

Тема:: 14 СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА; ПЛОСКИЕ КОЛЛЕКТОРЫ; СТРОИТЕЛЬСТВО; ДИЗАЙН; ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ; ЭФФЕКТИВНОСТЬ; МЕХАНИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ; СОЛНЕЧНЫЕ ПОГЛОЩИТЕЛИ; ПОДДЕРЖКИ; ОБОРУДОВАНИЕ; СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ; СОЛНЕЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ; ТЕСТИРОВАНИЕ; 141000* — Солнечные коллекторы и концентраторы

Форматы цитирования

MLA
АПА
Чикаго
БибТекс

Tuttle, R E. Проектирование, изготовление и испытание плоского солнечного коллектора с жидкостным нагревом . США: Н. П., 1980. Веб. дои: 10.2172/8150861.

Копировать в буфер обмена

Tuttle, R E. Проектирование, изготовление и испытание плоского солнечного коллектора с жидкостным нагревом . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/8150861

Копировать в буфер обмена

Таттл, RE. 1980. «Проектирование, изготовление и испытание плоского солнечного коллектора с жидкостным нагревом». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/8150861. https://www.osti.gov/servlets/purl/8150861.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_8150861, title = {Проектирование, изготовление и испытания плоского солнечного коллектора с жидкостным нагревом}, автор = {Tuttle, RE}, abstractNote = {Целью этого исследования было проектирование, изготовление и испытание плоского солнечного коллектора с жидкостным нагревом. В результате поиска литературы была собрана информация об основных компонентах коллектора, различных процессах и материалах, которые можно использовать при изготовлении этих компонентов, а также их преимуществах и недостатках. Поиск литературы также выявил метод, используемый для измерения производительности коллектора с точки зрения эффективности и тепловой мощности. Затем были перечислены конструктивные соображения для каждого из основных компонентов, а также для коллектора как единого блока. Затем каждый компонент проектировался с учетом окончательной сборки готового агрегата. Требовались подробные проекты пластины амортизатора, коробки и рамы в сборе из-за сложности их конструкции и сборки. После того, как компоненты были спроектированы, детали конструкции были расположены в логической последовательности, опять же с учетом окончательной сборки устройства. Затем коллектор был тщательно сконструирован и собран в соответствии с деталями конструкции. После полной сборки солнечного коллектора были проведены испытания, получены и записаны данные, а также построена кривая производительности коллектора. }, дои = {10.2172/8150861}, URL-адрес = {https://www.osti.gov/biblio/8150861}, журнал = {}, номер =, объем = , место = {США}, год = {1980}, месяц = {2} }

Копировать в буфер обмена

Посмотреть технический отчет (4,03 МБ)

https://doi.org/10.2172/8150861

Экспорт метаданных

Сохранить в моей библиотеке

Вы должны войти в систему или создать учетную запись, чтобы сохранять документы в своей библиотеке.

Аналогичных записей в сборниках OSTI.GOV:

Аналогичные записи

Типы концентрирующих солнечных коллекторов

Привет, друзья, в этой статье я расскажу о типах концентрирующих солнечных коллекторов и надеюсь, что она будет вам полезна.

Солнечная энергия — это преобразование солнечного света в электричество. Количество солнечной энергии, достигающей поверхности земли, огромно — почти в 6000 раз больше, чем мощность, потребляемая людьми во всем мире. Существуют две системы преобразования солнечного света в электричество.

Фотогальваническая система (PV) и,
Концентрированная солнечная энергетическая система (CSP).

Концентрирующая солнечная энергетическая система (CSP) использует линзы или зеркала для фокусировки солнечного света в острый луч с помощью концентрирующих солнечных коллекторов. Затем этот мощный луч фокусируется на небольшом приемнике, чтобы нагреть жидкость до высокой температуры.

Затем горячая жидкость используется для производства пара, который приводит в действие паровую турбину, соединенную с электрическим генератором.

Различные типа концентрирующих солнечных коллекторов :

Параболический лотковый коллектор.
Приемник силовой башни.
Сборщик параболических тарелок.
Коллектор линз Френеля.

Коллектор с параболическим желобом

Коллектор с линейным фокусом. В коллекторе этого типа солнечное излучение, попадающее на площадь параболического рефлектора, концентрируется в фокусе параболы.

При изготовлении рефлектора в виде желоба с параболическим сечением солнечное излучение фокусируется по линии. Вдоль этой линии размещена абсорбирующая труба, по которой протекает рабочая жидкость (обычно синтетическое масло или вода).

Когда сфокусированные солнечные лучи попадают на трубу поглотителя, она нагревает жидкость до высокой температуры. Затем тепло, поглощаемое рабочим телом, передается воде для получения пара.

Фокус солнечного излучения меняется с изменением высоты солнца. Чтобы сфокусировать солнечное излучение на трубе поглотителя, либо желоб, либо труба коллектора непрерывно вращаются вокруг оси трубы поглотителя.

Солнечная электростанция с параболическим желобным коллектором

В этих электростанциях используется ряд параболических желобных коллекторов, установленных с устройством слежения за солнцем для сбора солнечного излучения, которое используется для нагрева жидкости (воды). Общий диапазон рабочих температур составляет от 250 ^o C до 400 ^o C.

Это тепло передается в накопительный бак и, наконец, в питательную воду, где пар вырабатывается в парогенераторе.

Этот пар используется для привода турбины, соединенной с электрическим генератором. Механическая энергия, вырабатываемая турбиной, преобразуется генератором в электрическую.

Выхлоп паровой турбины конденсируется в конденсаторе с помощью циркулирующей холодной воды. Конденсат возвращается в котел с помощью питательного насоса.

Коллекторы с параболическим желобом, как правило, предпочтительнее тарельчатых коллекторов из-за низкой стоимости и необходимости слежения за солнцем только в одной плоскости.

Система работает по циклу Ренкина. Блок-схема электростанции с использованием парабололотковых коллекторов представлена на рис.

Приемник Power Tower

В этом коллекторе приемник расположен наверху башни. Он имеет большое количество независимо движущихся плоских зеркал (гелиостатов), разбросанных по большой площади земли, чтобы фокусировать отраженное солнечное излучение на приемнике. Гелиостаты установлены по периметру центральной башни.

Каждый гелиостат вращается в двух направлениях, чтобы отслеживать движение солнца. Солнечное излучение, отраженное от гелиостатов, поглощается приемником, установленным на башне высотой около 500 м.

Башня поддерживает пучок вертикальных трубок с рабочей жидкостью. Рабочее тело в ресивере абсорбера преобразуется в высокотемпературный пар температурой порядка 600 ^o C – 700 ^o C. Этот пар подается на обычную паросиловую установку, соединенную с электрогенератором, для выработки электроэнергии.

Коллектор параболической тарелки

В этих коллекторах приемник размещается в фокусе концентратора. Излучения солнечного луча фокусируются в точке, где расположен приемник (поглотитель). Солнечное излучение собирается в приемнике.

Небольшой объем жидкости нагревается в ресивере до высокой температуры. Это тепло используется для работы первичного двигателя, соединенного с генератором.

Типичный сборщик параболических тарелок имеет диаметр тарелки 6 м. Этот коллектор требует отслеживания по двум осям. Он может обеспечивать температуру до 3000 ^o C.

Из-за ограничений по размеру и небольшого количества жидкости тарельчатые солнечные коллекторы подходят только для выработки небольшой мощности (до нескольких кВт).

Концентрирующий коллектор линзы Френеля

В этом коллекторе используется линза Френеля, состоящая из тонких линейных канавок на поверхности преломляющего материала оптического качества с одной стороны и плоских с другой стороны.

Угол каждой канавки разработан таким образом, что оптические характеристики линзы Френеля аналогичны характеристикам обычной линзы.

Солнечные лучи, падающие перпендикулярно линзе, преломляются линзой и фокусируются на линии, где расположена поглотительная трубка (приемник) для поглощения солнечной радиации.

Преимущества и недостатки солнечной энергии

Преимущества

Солнечная энергия бесшумна, безгранична и бесплатна.
Не загрязняет окружающую среду. Он не выделяет газов CO ₂ , SO ₂ и NO ₂ , которые производятся на угольных электростанциях.
Не способствует глобальному потеплению.
Эксплуатационные расходы солнечных электростанций очень низкие.

Недостатки

Солнечная энергия не вырабатывается ночью. Следовательно, требуется дополнительная система питания.
Солнечная энергия значительно снижается в облачную погоду.
Очень зависит от местоположения, подходит только для благоприятных солнечных мест.
Солнечные электростанции требуют очень большой площади земли.
В настоящее время солнечная энергия очень дорогая.
Низкий тепловой КПД.
Требуется система хранения тепла.

Спасибо, что прочитали о типов концентрирующих солнечных коллекторов .

Электростанции | Все сообщения

Принцип работы МГД-генератора
Закрыто | МГД-система открытого цикла
Принцип работы приливной электростанции
Принцип работы гидроэлектростанции
Принцип работы атомной электростанции
Преимущества работы ветряной электростанции | Недостатки
Типы концентрирующих солнечных коллекторов | Электростанции
Принцип работы солнечной панели
Как работает геотермальная энергия
ОТЕК | Система преобразования тепловой энергии океана работает

Выбор системы солнечного водонагрева

Фейсбук
Твиттер
LinkedIn
Более

Большинство систем прослужат более 40 лет при регулярном обслуживании. Система Heliodyne с плоскими коллекторами.

Поскольку расходы на коммунальные услуги постоянно растут, не хотели бы мы все использовать энергию солнца для нагрева воды в домашнем хозяйстве?

Система солнечных коллекторов площадью 40 квадратных футов (3,7 квадратных метра) ежедневно обеспечивает 38 галлонов (144 литра) горячей воды, что составляет около 60 процентов ежедневной потребности в воде для семьи из четырех человек. Практически в каждом месте в США достаточно солнечного света для нагрева воды.

Эти системы также извлекают выгоду из того, что я называю «четырьмя Э»: они экономят энергию, создают рабочие места, уменьшают ущерб окружающей среде и обеспечивают энергетическую безопасность — все необходимое для жизни, свободы и стремления к счастью. Более половины ваших затрат на горячую воду фиксируется за счет солнечной энергии и не будет повышаться из-за цен на электроэнергию, природный газ или мазут. Солнечная энергия не облагается налогом, и, используя меньше природного газа для нагрева воды, мы снижаем спрос на природный газ и, следовательно, цену на него. Первоначальная стоимость системы солнечного отопления может быть выше, чем у обычной системы, но в долгосрочной перспективе солнечная энергия выигрывает для нашего общества, экономики США и вашего кошелька.

Солнечная водонагревательная система SUNDA с вакуумными трубками. Фото: Alternative Power Enterprises Inc., Риджуэй, Колорадо,

На самом деле, нагрев воды с помощью солнечной энергии имеет экономический смысл по любым меркам. По сравнению со средней ценой по стране в 1,84 цента за терм для природного газа, несубсидируемая солнечная энергия составляет 1,50 доллара за терм с амортизацией в течение 35 лет.

Солнечная водонагревательная система, установленная за 6600 долларов, будет производить около 125 терм в год на юго-западе, энергия оценивается в 325 долларов — при годовой отдаче от инвестиций в размере 5 процентов до вычета льгот.

Для тех, кто пользуется 30-процентной федеральной налоговой льготой в размере 1980 долларов США, стоимость тепловой энергии составляет всего 1,05 доллара США, а годовой доход от инвестиций составляет 7 процентов.

Основные элементы системы солнечного водонагрева

Федеральный налоговый кредит на солнечное водонагревание ограничен суммой 2000 долларов США для жилых установок. Для системы, которая заменяет электрический водонагреватель, экономия затрат составляет 372 доллара в год, исходя из средней розничной стоимости электроэнергии по стране в 10,97 цента за киловатт-час, что обеспечивает 5,7-процентную рентабельность инвестиций без федеральных налоговых льгот или 7,6-процентную прибыль с учетом федеральные налоговые льготы.

Обратитесь к авторитетному местному дилеру/установщику за советом о том, какие системы и коллекторы лучше всего работают в вашем регионе.

Здесь мы рассмотрим основные типы солнечных водонагревательных систем и тепловых коллекторов, как найти наилучшее соответствие для вашего местоположения и что искать в системе и установщике.

Какие типы систем можно выбрать?

Система солнечного водонагрева использует солнечный коллектор для нагрева рабочей жидкости, которая передает солнечное тепло в резервуар для хранения воды.

Жители дома используют воду из резервуара для купания, мытья посуды и стирки одежды. Около 37 процентов солнечного тепла попадает в ваши краны с горячей водой. Остальное теряется в воздухе, окружающем коллектор, трубопроводы и резервуар для хранения воды.

Эта эффективность превосходна по сравнению с бытовыми солнечными электростанциями, которые могут производить только 12 процентов солнечной энергии.

Солнечная водонагревательная система площадью 40 квадратных футов вырабатывает около 1400 ватт тепловой энергии в течение примерно восьми часов в день. Этого, как уже упоминалось, достаточно для удовлетворения около 60 процентов потребностей в нагреве воды для семьи из четырех человек.

Наиболее распространенными типами являются системы с открытым контуром, которые непосредственно нагревают воду, используемую в доме, и системы с замкнутым контуром, которые нагревают жидкость, которая затем нагревает воду, используемую в доме. Наиболее распространенными рабочими жидкостями являются вода и смеси воды с антифризом.

Термосифонная система

Системы могут не использовать насосы, один насос или два насоса. Система состоит из набора солнечных коллекторных панелей для улавливания солнечного тепла, транспортной жидкости для перемещения тепла от солнечного коллектора к резервуару-накопителю и средств для перемещения нагретой жидкости по системе. Общие типы систем показаны в приблизительном порядке стоимости от самой низкой до самой высокой, при условии, что все системы используют селективные абсорберы, солнечные коллекторы с одинарным остеклением.

Все производители солнечных батарей должны предоставить свои солнечные системы в Solar Rating and Certification Corp. для рейтингов производительности и списков, чтобы системы имели право на федеральные налоговые льготы. Рейтинги SRCC «Руководство по эксплуатации-300» позволяют потребителям и установщикам сравнивать, сколько терм или киловатт-часов будет производить солнечная система в год в любом заданном климате.

Системы классифицируются по рабочей жидкости коллектора, средствам циркуляции и давлению в системе.

Термосифонная система с интегрированным коллектором и резервуаром для хранения

Каждый тип системы был разработан для определенного рынка и климатической зоны. Некоторые системы, указанные в этой таблице, больше не производятся и не продаются в Соединенных Штатах, например дренажная система с открытым контуром (4) и перколяторный насос Copper Cricket, хотя они продолжают использоваться. Все остальные типы хорошо работают в своих конкретных приложениях.

Зная о преимуществах каждого типа системы и спросив у установщика, какие системы предпочтительны в вашем регионе, вы сможете определить, какая система лучше всего соответствует вашим потребностям. На схемах показаны основные элементы наиболее распространенных типов систем (детали могут различаться). Рассмотрим плюсы и минусы каждого типа.

В системе хранения со встроенным коллектором (схема 1) давление городской воды приводит в действие систему. При открытии крана горячей воды предварительно нагретая вода из солнечного коллектора поступает в накопительный бак для окончательного нагрева, а затем в дом. В системе нет насоса, поэтому тепловая масса воды является единственной защитой от замерзания.

Активная дренажная система с разомкнутым контуром

Термосифонная система (2) также находится под давлением городского водопровода, но здесь холодная вода оседает на дно солнечного коллектора и, нагреваясь, поднимается наверх солнечный коллектор, а затем в бак горячей воды. В системе нет помпы. Защита от замерзания зависит от термостатического клапана типа Dole, который автоматически пропускает теплую воду через коллекторы на крышу в периоды заморозков.

Встроенный коллектор с накопительным баком, установленным над коллекторами (3) , обычно используется там, где не бывает сильных заморозков. В дополнение к термосифонной конфигурации, показанной на схеме 3, где термосифонная вода под давлением проходит через солнечный коллектор, существуют также системы тепловых трубок с вакуумными трубками. В этой конфигурации в тепловых трубках используется морозостойкая смесь спирта и воды, при этом верхняя часть тепловой трубки вставляется непосредственно в накопительный бак. В обоих случаях электрический нагревательный элемент в накопительном баке предотвращает замерзание. Однако резервуар для хранения с 60 галлонами (227 литров) воды весит более 600 фунтов (272 кг), поэтому крыша должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать систему весом более 700 фунтов.

Активная система обратного дренажа с замкнутым контуром

Активные дренажные системы с открытым контуром (4) сегодня встречаются редко. Heliotrope Corp. продала многие из этих систем в 1970-х годах, но закрыла свои двери, когда низкие продажи и пожар на ее заводе сделали бизнес убыточным.

Многие из этих ранних систем все еще используются. Компания ACR Solar International разработала вариант, в котором таким же образом используется городская вода, но без дренажного клапана. Когда система определяет условия замерзания, в этой системе используется клапан защиты от замерзания типа Dole, который направляет нагретую воду из бака в коллекторы. Он также преднамеренно проливает воду на крышу во время морозов.

Благодаря своей надежности и низкой стоимости активные системы обратного отвода с замкнутым контуром (5) широко используются там, где требуется умеренная защита от замерзания. Среди систем, которые могут выдерживать условия замерзания, они относительно недороги, поскольку используют воду в контуре коллектора и одностенный теплообменник в накопительном баке. Они наиболее распространены там, где не бывает сильных заморозков, как, например, во Флориде. Они опорожняют коллектор в нерабочие часы или при обнаружении замерзания.

Замкнутый контур высокого давления

Другим распространенным вариантом являются замкнутые контуры коллектора, заполненные антифризом высокого давления (6) . Они широко используются на северо-западе Тихого океана и в других районах с умеренным и сильным морозом.

На схеме 6 показана система с двумя баками, но во многих системах используется один бак. Поскольку антифризом в контуре коллектора может быть нетоксичный пропиленгликоль или токсичный этиленгликоль, теплообменник должен иметь двойные стенки, что делает систему более дорогой.

Расширительная камера, находящаяся под давлением воздуха с одной стороны и заполненная жидкостью с другой, позволяет теплоносителю расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении, в то время как давление остается примерно на уровне 25 фунтов на квадратный дюйм (давление наддува). Предохранительный клапан на 75 фунтов на квадратный дюйм предотвращает избыточное давление, но может привести к тому, что антифриз нагреется до 360°F (182°C) и вызовет окисление, вызывающее коррозию солнечных коллекторов. pH антифриза необходимо измерять каждые несколько лет, чтобы поддерживать нормальный уровень 8,6. Антифриз необходимо заменить, если его рН ниже 7,0.

Замкнутый контур высокого давления, 75 фунт/кв. потока теплообменника, движимого тепловой конвекцией.

Это позволяет избежать затрат на насос, но тепловая конвекция не передает тепло так же, как внешний теплообменник с двумя насосами, показанный на схеме 10.

Чтобы получить хороший термосифон на стороне бака тепла теплообменник, теплообменник должен располагаться низко рядом с баком или под ним.

Эти системы сегодня менее распространены, но широко доступны.

Системы низкого давления с замкнутым контуром (8) , впервые появившиеся на рынке и получившие широкое распространение, аналогичны по принципу действия системам типа 6 с одним существенным отличием: добавлена защита от перегрева антифриза.

Узел герметичная крышка-переливной патрубок радиатора поддерживает температуру антифриза ниже 250°F (18°C). значительно снижает вероятность подкисления.

Замкнутый контур низкого давления, 16 фунтов на кв. дюйм, встроенный теплообменник

Эта система заменяет расширительный бачок-дозатор системой рекуперации перелива, подобной той, что используется в автомобилях. (Полное раскрытие: это тип системы, которую производит моя компания.)

Замкнутая система низкого давления с внутренним теплообменником (9) похожа на тип 7, но преодолевает конвекционные ограничения последнего на со стороны бака теплообменника с двойными стенками.

Поскольку теплообменник погружен в бак, нормальная конвекция и расслоение бака сохраняются.

На схеме 9 показана система с узлом герметичная крышка-радиатор-перелив, но ее можно сделать системой высокого давления с использованием расширительного бачка, футерованного баллоном, аналогично типу (6).

Замкнутый контур низкого давления, 16 фунтов на квадратный дюйм, внутренний «винтовой» теплообменник

В этой системе используется один насос с фотоэлектрическим питанием и существующий в доме резервуар, поэтому она является относительно недорогой среди вариантов, способных выдерживать сильные морозы.

Доступные с 2002 года, эти системы до сих пор являются новыми на рынке.

На схеме 9a показана общая альтернативная конфигурация .

(Опять же, для полной информации, моя компания производит системы такого типа.)

Замкнутые системы низкого давления с внешним теплообменником (10) популярны в регионах с сильными морозами. Поскольку и контур коллектора, и сторона бака теплообменника с двойными стенками работают с насосом, системы достаточно эффективны. На схеме 10 система показана с узлом герметичная крышка-радиатор-перелив, но чаще ее можно увидеть с расширительным бачком с футеровкой из мочевого пузыря.

Каковы параметры моего солнечного коллектора?

Солнечные водонагревательные системы используют любой из нескольких типов тепловых коллекторов: вакуумные трубы с селективным абсорбером, плоские коллекторы с селективным абсорбером с одинарным и двойным остеклением и окрашенные в черный цвет коллекторы с одинарным остеклением.

Выбор солнечного коллектора зависит от того, где вы живете. Если вы живете на северо-востоке или западе, где небо облачное, вы можете выбрать высокопроизводительные солнечные коллекторы с вакуумными трубками. Они, как правило, стоят дороже, чем другие варианты, но теряют меньше тепла во внешнюю атмосферу.

Внешнее покрытие

Если вы живете на юге, солнечные коллекторы с плоским остеклением будут стоить дешевле, а поскольку климат теплый, допустимы небольшие потери тепла. Опять же, ваш установщик может посоветовать, какие коллекторы лучше всего подходят для вашего климата. Или зайдите на веб-сайт SRCC по адресу solar-rating.org, чтобы узнать, как работают различные солнечные коллекторы в вашем регионе.

Как выбрать?

Чтобы выбрать систему, соответствующую вашим потребностям, сузьте список вариантов, задав несколько вопросов.

Сначала подумайте, где вы живете. Есть ли у него условия жесткой заморозки? Если ответ положительный, то вам нужна система, в которой в качестве рабочей жидкости используется антифриз. Есть способы предотвратить замерзание, направляя тепло в коллектор в морозную погоду, но для этого требуется энергия, и если электричество отключится, система замерзнет. Некоторые рекомендуют системы с обратным сливом, которые сливают воду из коллекторов, если они чувствуют замерзание. Проблема с этими системами — закон Мерфи. При выходе из строя датчика коллектор замерзает. Для минимального риска замерзания используйте систему, заполненную антифризом. Если замерзание не является большой проблемой там, где вы живете, то подойдет любой тип системы.

В вашем регионе солнечно или облачно? Для солнечного юга и юго-запада подойдет хороший плоский коллектор. Для облачного северо-запада и северо-востока можно рассмотреть либо относительно большую площадь плоских коллекторов, либо коллекторов с вакуумными трубками. Вакуумные трубки лучше всего работают в холодном облачном климате, но они стоят дороже. С точки зрения затрат на отопление на доллар плоские пластины и вакуумные трубки сопоставимы. Для систем, которые должны выдерживать высокие рабочие температуры, следует выбирать вакуумные трубки. Вакуумные трубы также предпочтительнее для круглогодичного отопления и охлаждения дома. 92 Доставлено вам.
, чем четыре человека, и принимает много душей и ванн, вы можете увеличить размер резервуара до 80 галлонов (303 литра) и использовать солнечный коллектор площадью от 60 до 80 квадратных футов (от 5,6 до 7,4 квадратных метров).

Имейте в виду некоторые общие правила:

Для большинства мест запланируйте 2 галлона хранения воды на каждый квадратный фут площади солнечного коллектора.
Системы с двумя баками более эффективны, но они занимают больше места и стоят дороже, чем системы с одним баком.
Для областей с сильным замерзанием придерживайтесь системы защиты от замерзания на основе гликоля.
Насосы и контроллеры с фотогальваническим питанием работают, когда светит солнце, отключаются ночью и не используют энергию сети для работы;
Насосы с питанием от переменного тока и их контроллеры зависят от сети в плане питания. Если электричество отключено, ваша защита от замерзания тоже может быть отключена.
Меньшее количество насосов и деталей минимизирует потенциальные проблемы.
Техническое обслуживание стоит недорого и должно проводиться каждые несколько лет.
Обратитесь к авторитетному местному дилеру/установщику за советом о том, какие системы и коллекторы лучше всего работают в вашем регионе.

Найдите доступные поощрения и получите несколько предложений

После того, как вы решите, что вам не следует жить без солнечного нагрева воды, зайдите в базу данных государственных поощрений за возобновляемые источники энергии и эффективность, dsireusa. org, чтобы узнать, какие поощрения доступны в вашем регионе. Средняя стоимость установленной системы составляет от 6600 до 9000 долларов без учета каких-либо федеральных, государственных или местных льгот. Но в зависимости от того, где вы живете, эти стимулы могут компенсировать большую часть стоимости установки.

Чтобы узнать, кто производит солнечные водонагревательные системы, посетите сайт seia.org, сайт Ассоциации производителей солнечной энергии. В нем перечислены все компании-члены SEIA, в том числе производители продуктов для солнечного водонагрева.

Затем перейдите на веб-сайт SRCC, solar-rating.org, и найдите системы с рейтингом OG-300. Производители этих систем также указаны на сайте.

Проведя небольшое исследование, вы получите список надежных подрядчиков и предложений по установке систем, подходящих для вашего климата и потребностей. Внимательно слушайте, что подрядчик говорит вам о системах, используемых в вашем регионе. Хорошие установщики будут знать, какие системы удовлетворяют местных клиентов.

Большинство систем прослужат более 40 лет при регулярном техническом обслуживании, и многие из них имеют встроенные индикаторы, сообщающие о необходимости технического обслуживания. Сделав свой выбор, откиньтесь на спинку кресла и наслаждайтесь нагретой солнцем водой, зная, что вы зафиксировали фиксированный счет за нагрев воды, сократив при этом свой углеродный след и создав местные рабочие места.

Барри Батлер, доктор философии. , владеет Butler Sun Solutions Inc., производителем солнечных водонагревательных систем в Сан-Диего. В прошлом он был президентом SEIA и активным членом, поддерживающим Солнечное тепловое подразделение SEIA. Признанный эксперт в области солнечных тепловых систем, он также возглавляет подразделение ASES Solar Thermal. Свяжитесь с Батлером по адресу [email protected].

Фейсбук
Твиттер
LinkedIn
Более

CFD-анализ плоского солнечного коллектора с различными сечениями

1. Введение

В связи с экологическим кризисом и растущим спросом на энергию разработка и внедрение возобновляемых источников энергии приобрели большое значение. Солнечная энергия является многообещающим источником энергии благодаря ее бесплатной доступности и низким эксплуатационным расходам, а также тому, что она является экологически чистым источником (Li, Liu, Guo, & Zhou, 2017; Kannan & Vakeesan, 2016). Солнечная энергия может использоваться в системах солнечного нагрева воды, нагревателях бассейнов и других системах отопления (Ingle, Pawar, Deshmukh, & Bhosale, 2013). В солнечных энергетических системах основным компонентом является солнечный коллектор, который представляет собой теплообменник, который поглощает и улавливает падающее солнечное излучение, преобразуя его в тепло и затем передавая тепло жидкости (обычно воде или воздуху), протекающей через коллектор.

Хотя плоские солнечные коллекторы производят более низкие температуры, они имеют то преимущество, что они проще по конструкции и имеют меньшие затраты на техническое обслуживание, и, таким образом, являются наиболее часто используемыми коллекторами для систем солнечного отопления в жилых и промышленных секторах (Ingle, Pawar, Deshmukh & Bhosale). , 2013; Бирхану, Рамайя и Шунки, 2016). Типичный плоский коллектор состоит из изолированного металлического ящика со стеклянной или пластиковой крышкой и поглощающей пластины темного цвета (Karanth, Madhwesh, Kumar, & Manjunath, 2015), как показано на рисунке 1.

Рисунок 1:
Схема плоского коллектора. (Меса, 2006 г.)

Согласно Matrawy & Farkas (1997), конфигурация солнечного коллектора является важным фактором, определяющим его тепловые характеристики. Солнечный коллектор со змеевидной трубкой работает лучше, чем обычный коллектор с параллельными трубками, за счет более раннего возникновения турбулентного потока, что улучшает применение теплопередачи и увеличивает его максимальный КПД с 62 % до 65 %. Мирна и Бекман (1998) пришел к выводу, что коэффициент внутренней теплопередачи, который увеличился примерно на 3 % при использовании змеевидного плоского коллектора, был основной причиной разницы в производительности между обычным плоским коллектором и змеевидным плоским пластинчатым коллектором. Eisenmann, Wiese, Vajen & Ackermann (2000) провели эксперименты на двух змеевидных плоских коллекторах одинаковой формы и геометрии. В первом коллекторе змеевидная трубка приваривалась непосредственно к пластине абсорбера; а во втором коллекторе змеевидная трубка и пластина были соединены без термического сплавления. Оба коллектора находились под солнцем в одинаковых погодных условиях и сравнивались их характеристики. КПД первого коллектора увеличился с 2 % до 2,5 %.

Исследования Prakash, Vishnuprasad & Ramana (2013) и Madhukeshwara & Prakash (2012) показали, что использование специальных покрытий поверхности улучшает оптические свойства коллектора, рабочие температуры и производительность системы. Sopian, Syahri, Abdullah, Othman & Yatim (2004) экспериментально изучили характеристики новой конструкции солнечного водонагревателя, в котором коллектор и накопительный бак были объединены в один блок. Температура, зарегистрированная в резервуаре для хранения, колебалась между 60 и 63 °C при излучении 700 Вт/м2, а эффективность системы составляла 45 % при температуре окружающей среды 31 °C.

Prasad, Byregowda & Gangavati (2010) провели экспериментальное исследование водонагревателя с плоским коллектором и механизмом слежения за солнечным светом, увеличив тепловую эффективность системы примерно на 21 %. Между тем, Basavanna & Shashishekar (2013) проанализировали плоский солнечный коллектор с треугольными трубами, получив повышение температуры воды на выходе до 330 K. Shelke & Patil (2015) проанализировали влияние вариаций формы труб для плоского солнечного водонагревателя. . Они сравнили температуру на выходе эллиптической трубы и круглой трубы и пришли к выводу, что эллиптическая труба дает максимальную температуру воды на выходе при одинаковых тепловом потоке и температуре на входе. Разница температур на выходе между круглой и эллиптической трубой составила 4,17 °C.

Selmi Al-Khawaja & Marafia (2008) смоделировали и проанализировали плоский солнечный коллектор с использованием программного обеспечения Computational Fluid Dynamics (CFD). Была построена экспериментальная модель и проведены экспериментальные испытания для проверки модели CFD с получением хороших результатов. Смоделированная температурная кривая имеет такое же поведение, как и экспериментальная, и они подобны. Численное и экспериментальное исследование распределения потока и температуры в солнечном коллекторе было выполнено Ranjitha, Somashekar, & Jamuna (2013). Сравнение между моделированием CFD и экспериментальными измерениями показало отклонение всего 5 %.

Мухаммед и Бенни (2015) проанализировали характеристики плоского солнечного коллектора с помощью ANSYS Fluent. Они исследовали влияние некоторых важных параметров, таких как массовый расход, материал пластины поглотителя и изменения формы коллекторных трубок, сравнивая температуру жидкости на входе и выходе. Между тем, также используя ANSYS Fluent, Мукеш (2016) сравнил решения CFD для различных используемых форм поглотительных пластин в плоских коллекторах. Для изготовления была выбрана пластина с лучшими результатами. Они пришли к выводу, что CFD-анализ является эффективным инструментом для исследователей, позволяющим моделировать несколько моделей в различных условиях эксплуатации, не производя их, сравнивая их результаты, экономя время и деньги.

Васудева, Манджунат и Ягнеш (2011) проанализировали характеристики плоского солнечного коллектора с помощью модели дискретного переноса излучения (DTRM). Они заметили, что теплопередача жидкости за счет солнечного излучения увеличивается при увеличении массового расхода, а температура пластины поглотителя снижается. Кроме того, Marroquin, Olivares, Jiménez, Zamora & Encinas (2013) выполнили CFD-моделирование двух коллекторов с разными поперечными сечениями, с прямоугольным и круглым поперечным сечением. Оба показали повышение температуры до 62,5 °C. Авторы также определили число Рейнольдса для каждого коллектора; коллектор А показал изменение 25 < Re < 115, в то время как коллектор B показал изменение 200 < Re < 225, делая вывод, что коллектор B был наиболее эффективным, поскольку он обеспечивал более равномерный поток.

Исследований поперечных сечений солнечного коллектора, по которым течет жидкость, не так много, выбранные сечения были выбраны по результатам термического анализа. Модель CFD, предложенная в настоящем исследовании, была подтверждена моделированием, выполненным Gunjo, Mahanta & Robi (2017) в их исследовании под названием «CFD и экспериментальное исследование плоской солнечной системы нагрева воды в установившемся режиме». На рис. 2 показан используемый процесс для проведения представленного исследования.

Целью данного исследования является исследование влияния рабочих параметров на производительность плоского солнечного коллектора с различными поперечными сечениями компонента солнечного теплового насоса прямого расширения (DX-SAHP). Дано математическое описание управляющих уравнений системы и проанализировано влияние различных сечений.

Рисунок 2:
Блок-схема моделирования CFD

2. Численное моделирование

В этом исследовании проанализированы три геометрии поперечного сечения трубы обычного плоского коллектора, как показано на рисунке 3. Поведение жидкости и характеристики солнечного коллектора изучаются с использованием трех конфигураций.

Рисунок 3:
Виды поперечных сечений.

2.1. Основные уравнения

Для анализа CFD использовалась программа ANSYS Fluent 16 для определения температуры воды на выходе, а также распределения тепла в пластине путем решения уравнений неразрывности, количества движения и энергии (ANSYS Fluent Theory Guide 12.0, 2009 г.; Руководство пользователя ANSYS Fluent, 2012 г.):

Уравнение непрерывности

(1)

Исходный Sm представляет собой добавленную массу к непрерывной фазе из второй дисперсной фазы.

Уравнение моментов

(2)[Уравнение 2:]

Где находится тензор напряжений:

(3)[Уравнение 3:]

Уравнение энергии

(4) [Уравнение 4:]

В уравнении 4

(5)[Уравнение 5:]

2.2. Вычислительная область

Длина, ширина и толщина коллектора составляют 1,6, 0,1 и 0,001 м соответственно, а размеры поперечного сечения трубы варьируются в зависимости от типа используемого сечения. В табл. 1 приведены основные характеристики коллектора, использованного в данном исследовании.

Таблица 1-

Характеристики коллектора

Дискретизация области была выполнена с учетом структурированной сетки, состоящей из шестигранных элементов размером 0,8 мм для жидкой части и 1 мм для твердой части. Количество зарегистрированных элементов в сетке для расчетной области, состоящей из воды, водопровода и поглощающей пластины, составляет 523200 для случая I, 425780 для случая II и 515088 для случая III. На рис. 4 показаны используемые трехмерные сетки для различных сечений, а также их асимметрия и качество элементов.

Рисунок 4:
Вычислительная сетка

2.3. Условия моделирования

Анализ проводился на основе следующих допущений:

Физические и тепловые свойства поглощающей пластины, трубы и воды не зависят от температуры.

Вода сплошная и несжимаемая.

Поток стабилен и имеет характеристики ламинарного потока.

Потери тепла снизу пластины и трубы за счет конвекции, которая зависит от скорости ветра

К верхней части пластины прикладывается постоянный тепловой поток (солнечное излучение), а нижняя часть представляет собой конвективную поверхность, где коэффициент конвективной теплопередачи определяется по формуле (Gunjo et al., 2017):

(6)[Уравнение 6:]

Где:

ч _усл Коэффициент конвективной теплопередачи, Вт/м2-К

В _Вт Скорость ветра, м/с

Определяется КПД солнечного коллектора по:

(7) [Уравнение 7:]

Где:

^м Массовый расход жидкости, кг/с

^C _p Удельная теплоемкость жидкости, Дж/кг-K

T _i Температура жидкости на входе, K

T _o Температура жидкости на выходе, K

I Солнечное излучение, Вт/м7 900 А _в Эффективная площадь коллектора, м2

Используемые в расчетной модели параметры солнечной радиации, температуры окружающей среды, температуры притока и массового расхода приведены в табл. 2.

Таблица 2-

Рабочие параметры.

3. Результаты и обсуждение

На Рисунке 5, Рисунке 6 и Рисунке 7 показано изменение температуры в (i) верхней части пластины, (ii) выходе из трубы и (iii) вдоль водопроводной трубы, разделенной на участки, полученные при моделировании CFD.

Рисунок 5:
Изменение температуры в верхней части пластины

На рис. 5 показано изменение температуры в верхней части пластины поглотителя для каждого из различных поперечных сечений. Пластина поглотителя с поперечным сечением типа I получила изменение 25 K, в то время как пластины с поперечным сечением типа II и типа III показали изменение 19 K.и 22 К соответственно. Это связано с тем, что жидкость, протекающая по трубе, поглощает часть тепла от пластины поглотителя, что вызывает эти перепады температур.

Рисунок 6:
Изменение температуры воды на выходе из трубы

Распределение температуры на выходе из трубы для различных сечений представлено на рис. 6. Солнечный коллектор с поперечным сечением типа II имел наиболее равномерное распределение температуры, так как он получил изменение всего на 15 K, за ним следуют тип III и Сечение типа I с вариацией 20 и 22 К соответственно.

Рисунок 7:
Изменение температуры воды вдоль трубы

На рис. 7 показано изменение температуры воды на девяти различных участках трубы. Рабочая жидкость повышает свою температуру по мере циркуляции по трубе. В этих трех случаях внешняя часть каждой геометрии имеет более высокую температуру из-за того, что эта часть находится в непосредственном контакте с внутренней частью трубы, что позволяет поглощать большее количество тепла. Жидкость в поперечном сечении типа I имеет самые высокие температуры среди всех трех сечений, достигая значений до 330 К на выходе из трубы.

Рисунок 8:
Изменение температуры жидкости

Рисунок 9:
Падение давления жидкости

Рисунок 10:
Изменение скорости жидкости

Рисунок 11:
Изменение числа Рейнольдса

На рис. 8 показано изменение температуры воды вдоль трубы. Коллектор с поперечным сечением типа I имел наилучшие характеристики из-за самых низких скоростей, как показано на рисунке 10, что уменьшало падение давления (рисунок 9).) и улучшил передачу тепла от окружающей среды к жидкости. При этом коллекторы с поперечным сечением типа II и типа III получили максимальные температуры 323,9 и 326,96 К соответственно. Изменение скорости жидкости также влияет на число Рейнольдса (рис. 11). Тип I и тип II имеют одинаковое число Рейнольдса, несмотря на разницу между их скоростями и гидравлическими диаметрами, получая значение 4200, в то время как тип III представляет число Рейнольдса 4011.

5. Выводы

Результаты CFD плоского солнечного коллектора с различными поперечными сечениями, смоделированные в тех же условиях эксплуатации и в стационарном режиме, показали, что коллектор с поперечным сечением типа I имел наилучшие характеристики, где жидкость достигала температуры до 330 K на выходе из трубы и получение КПД 68 %, что выше, чем у Типа II и Типа III, которые продемонстрировали КПД 51 и 60 % соответственно. Кроме того, в этом поперечном сечении представлены самые низкие значения как скорости, так и перепада давления, 0,266 м/с и 108,3 Па соответственно. Тем не менее, коллектор с поперечным сечением типа II был тем, который давал более равномерное распределение температуры на выходе из трубы, получая изменение всего в 15 K, за ним следуют тип III и тип I с изменением 20 и 22 K. , соответственно.

использованная литература

Теоретическое руководство по ANSYS Fluent 12.0. (2009, апрель).

Руководство пользователя ANSYS Fluent. (2012, ноябрь).

Басаванна, С., и Шашишекар, К. (2013). CFD-анализ треугольной поглотительной трубки плоского солнечного коллектора. Международный журнал исследований в области машиностроения и робототехники, 2 (1): 19-24.

Бирхану Г., Рамайя А. и Шунки Г. (2016). Вычислительное гидродинамическое моделирование и экспериментальные испытания плоского солнечного водонагревателя Serpentine. Международный журнал научных и инженерных исследований, 7 (10): 320-333.

Эйзенманн, В., Визе, Ф., Вайен, К. и Акерманн, Х. (2000). Экспериментальные исследования плоских коллекторов с серпантинным потоком. Philipps-Universität Marburg, D-35032 Марбург, Германия.

Гунджо, Д.Г., Маханта, П. и Роби, П.С. (2017). CFD и экспериментальное исследование плоской солнечной системы нагрева воды в стационарном режиме. Возобновляемая энергия, 106: 24-36.

Ингл П., Павар А., Дешмукх Б. и Бхосале К. (2013). CFD-анализ плоского солнечного коллектора. Международный журнал новых технологий и передовой инженерии, 3 (4): 337-342.

Каннан, Н., и Вакисан, Д. (2016). Солнечная энергия для будущего мира: -Обзор. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии, 62: 1092-1106.

Карант К., Мадвеш Н., Кумар С. и Манджунат М. (2015). Численное и экспериментальное исследование солнечного водонагревателя для повышения тепловых характеристик. Международный журнал исследований в области техники и технологий, 4 (3): 548-553.

Ли, К., Лю, Ю. , Го, С. и Чжоу, Х. (2017). Хранение солнечной энергии в аккумуляторных батареях. Нано Сегодня, 16:46-60.

Мадхукешвара, Н. и Пракаш, Э. (2012). Исследование рабочих характеристик плоского солнечного коллектора с различными селективными поверхностными покрытиями. Международный журнал энергетики и окружающей среды, 3: 99-108.

Маррокин-Де Хесус, А., Оливарес-Рамирес, Х.М., Хименес-Сандовал, О., Самора-Антуньяно, М.А. и Энсинас-Оропеса, А. (2013). Анализ течения и теплообмена в плоском солнечном коллекторе прямоугольной и цилиндрической геометрии с использованием CFD. Ingeniería Investigación y Tecnología, 14 (4): 553-561.

Матрави, К.К. и Фаркас, И. (1997). Сравнительное исследование трех типов солнечных коллекторов для нагрева воды. Преобразование энергии и управление, 38: 861–869.

Меса, Ф. (2006). Солнечные коллекторы на площади Пласа. Богота: Энергия Солнечная.

Мухаммед Ярши, К.А. и Бенни, П. (2015). Анализ характеристик теплопередачи плоского солнечного коллектора с использованием CFD. Международный журнал научных, инженерных и технологических исследований, 4 (10): 3576-3580.

Мукеш Манилал, К. (2016). Проектирование, CFD-анализ и изготовление плоского солнечного коллектора. Международный исследовательский журнал инженерии и технологий, 3 (1): 1000-1004.

Мирна, Д.К.С., и Бекман, В. (1998). Анализ змеевидных коллекторов в системах с низким расходом. Лаборатория солнечной энергии Университет Висконсин-Мэдисон 1500 Engineering Drive Madison, WI 53706.

Пракаш Б., Вишнупрасад Б. и Рамана В. (2013). Исследование эффективности воздействия нанопокрытий на жидкий плоский коллектор: экспериментальный подход. Международный журнал исследований в области машиностроения и робототехники, 2 (4): 379–384.

Прасад, П., Байреговда, Х. и Гангавати, П. (2010). Экспериментальный анализ коллектора с плоской пластиной и сравнение производительности с коллектором слежения. Европейский журнал научных исследований, 40 (1): 144-155.

Ранджита, П., Сомашекар, В.

Схема солнечного коллектора: общие принципы и особенности

Схема подключения солнечного коллектора в теплое время года.

Повышаем эффективность работы солнечного коллектора в холодную пору.

Собираем солнечный коллектор своими руками.

Солнечный коллектор, описание, как выбрать, схемы подключения

Виды солнечных коллекторов

Трубчатая конструкция

Тепловые трубки

Сколько имеется солнечной энергии и как ее преобразовывать

Какие системы выбрать

Как устанавливать

Схемы подключения солнечных коллекторов

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Солнечные коллекторы на крышах многоквартирного дома

Вас може зацікавити:

Солнечный вакуумный коллектор: классификация | SolarSoul.

Плоский вакуумный солнечный коллектор.

Общая классификация трубчатых вакуумных солнечных коллекторов.

Различные типы тепловых каналов могут сочетаться с различными типами вакуумных колб.

Солнечные коллектора

Примерная схема системы солнечной водонагревательной установки.

404 | LTH, Lunds Tekniska Högskola

Плоские коллекторы — Солнечная энергия — HVAC/R и солнечная энергия низкотемпературный диапазон (менее 60°С) или среднетемпературный диапазон (менее 100°С).

Обзор

Компоненты

Типы

Угол падения пропускания и поглощения

Изоляционные материалы

Солнечный воздухосборник

Энергетический баланс

Проектирование, изготовление и испытание плоского солнечного коллектора с жидкостным нагревом (Технический отчет)

Форматы цитирования

Типы концентрирующих солнечных коллекторов

Коллектор с параболическим желобом

Солнечная электростанция с параболическим желобным коллектором

Приемник Power Tower

Коллектор параболической тарелки

Концентрирующий коллектор линзы Френеля

Преимущества и недостатки солнечной энергии

Электростанции | Все сообщения

Выбор системы солнечного водонагрева

Какие типы систем можно выбрать?

Каковы параметры моего солнечного коллектора?

Как выбрать?

Найдите доступные поощрения и получите несколько предложений

CFD-анализ плоского солнечного коллектора с различными сечениями

Добавить комментарий Отменить ответ