Солнечный генератор тепла: Делаем простой солнечный коллектор своими руками, пошаговая инструкция

Содержание

Солнечный коллектор Skyven производит пар в промышленных масштабах

На чтение 2 мин. Просмотров 114

Американский стартап приспособил систему зеркал для выработки тепла, которого хватает почти на 200 тысяч литров кипятка в год. Первая промышленная система установлена на роботизированной молочной ферме — вместо пропановых баллонов.

Избавлять заводы и фабрики от углеродных выбросов — одна из самых сложных задач. Промышленный сектор — от хлебопекарен до нефтеочистительных сооружений — потребляет в США до трети электроэнергии. На большинстве предприятий в качестве источника тепла используется ископаемое топливо, в основном, природный газ.

Техасский стартап Skyven Technologies недавно завершил установку первой системы умных зеркал Intelligent Mirror Array (IMA) на современной роботизированной молочной ферме в штате Нью-Йорк. Солнечные тепловые коллекторы повышают температуру воды, которая идет на автоматическую очистку доильных роботов, пишет GTM.

Система, которая пришла на смену горящему пропану и дереву, обеспечивает достаточно тепла, чтобы в год вырабатывать 190 000 литров кипятка.

IMA (Intelligent Mirror Array) — это плоский панельный ящик размером и весом напоминающий солнечный модуль на 300 ватт. Но вместо фотоэлементов в нем установлены зеркала, которые весь день следят за движением Солнца. Такие коллекторы установлены на крыше рядами, под углом 45 градусов, и соединены с линейными приемниками. Солнечный свет, попадая на зеркала, фокусируется в черной трубке приемника. Вода или гликоль нагреваются до 200 °C и несут тепло в расположенный внутри здания теплообменник.

Стартап Skyven Technologies завоевал первое место и $1 млн на ежегодном конкурсе West Clean Energy Competition 2017, а также получил грант в размере $750 000 от Национального научного фонда США.

Необычный генератор, который вырабатывает тепло холодными ночами, разработали в Калифорнии. Он работает на радиационном охлаждении, когда тело теряет тепло посредством излучения.

Источник: https://ecotechnica.com.ua/energy/solntse/4293-novyj-solnechnyj-kollektor-skyven-proizvodit-par-v-promyshlennykh-masshtabakh.html

Анализ экономической эффективности использования солнечной энергии в процессах выработки электрической и тепловой энергии с использованием паровой турбины на территории Российской Федерации Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

DOI 10.23859/1994-0637-2017-4-79-5 УДК 620.91

© Рахматулин И.Р., Кирпичникова И.М., 2017

Рахматулин Ильдар Рафикович

Кандидат технических наук, ЮжноУральский государственный университет (Челябинск, Россия) E-mail: [email protected]

Кирпичникова Ирина Михайловна

Доктор технических наук, профессор, Южно-Уральский государственный университет (Челябинск, Россия) E-mail: [email protected]

АНАЛИЗ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ПРОЦЕССАХ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Rakhmatulin Ildar Rafikovich

PhD (Technical Sciences), South Ural State University (Chelyabinsk, Russia) E-mail: [email protected]

Kirpichnikova Irina Mikhailovna

Dr. Technical Sciences, Professor, South Ural State University (Chelyabinsk, Russia) E-mail: [email protected]

ANALYSIS OF ECONOMIC EFFICIENCY OF SOLAR ENERGY APPLICATION WITHIN ELECTRICITY AND HEAT PRODUCTION USING A STEAM TURBINE IN THE RUSSIAN FEDERATION

Аннотация. Преобразование солнечной энергии в тепловую с последующим получением пара и его использованием в паровой турбине нашло широкое применение в странах западной Европы, Северной Африки и Северной Америки. Широкий вклад в изучение и популизацию данного метода получения электрической энергии внесли Javier Bonilla, Ebru Usta, Daniel Horst, Christopher Newton, Manuel Romero-Alvarez и другие ученые, использующие в своих работах конструкции типа солнечная башня, концентратор Стир-линга, параболический концентратор и двигатель Стирлинга. В Российской Федерации схожими исследованиями занимались И.М. Калнин и А. С. Жернаков при разработке теп-лонасосного опреснителя соленой воды. При этом современные устройства преобразования солнечной энергии в тепловую для последующей выработки электрической энергии имеют высокие показатели эффективности при работе в странах с высокой интенсивностью солнечного излучения, что делает известные установки непригодными для использования на большей территории Российской Федерации. В связи с этим имеется не-

Abstract. Converting solar energy into heat energy and then receiving steam and its use in a steam turbine is widely applied in Western Europe, North Africa and North America. Javier Bonilla, Ebru Usta, Daniel Horst, Christopher Newton, Manuel Romero-Alvarez and other researchers who used in their study such designs as solar tower, hub Stirling parabolic concentrator and the Stirling engine, contributed a lot to the study and promotion of this method of producing electricity. In Russian Federation similar studies were carried out by I.M. Kalnina and A.S. Zhernakov who were developing heat pump salt water distiller. Modern solar energy conversion devices for the subsequent thermal electric power generation have high efficiency when operating in countries with high intensity of solar radiation, which makes them unsuitable for use in most regions of the Russian Federation. Consequently, there is a need for improving the efficiency of solar concentration and the development of more efficient conversion of thermal energy into electrical one.

обходимость в повышении эффективности концентрации солнечного излучения и разработке более эффективной системы преобразования тепловой энергии в электрическую.

Ключевые слова: паровая турбина, сол- Keywords: steam turbine, solar desalination нечная опреснительная установка, солнечные plant, solar collectors, heating коллекторы, отопление

Введение

В настоящее време солнечная энергетика нашла широкое применение в системах отопления, выработки электрической энергии и в процессах опреснения. При этом использование солнечной энергии в процессах выработки электрической энергии за счет паровой турбины начинает только развиваться, пока не нашло широкого применения в мире и используется только в ряде стран с высокой интенсивностью солнечного излучения [3]-[6]. Процесс выработки электрической энергии за счет паровой турбины затрудняется сложностью конструкции, высокой стоимостью установки и необходимостью работы при высокой солнечной активности.

Компания "Siemens" занимается внедрением солнечных электростанций, работающих на концентраторах с выработкой пара высокого давления для паровых турбин мощностью от 1 МВТ. На основании полученного опыта сделаны рекомендации по целесообразности использования паровых турбин в составе солнечных установок в зависимости от региона.

В Российской Федерации благоприятными регионами для развития солнечных электростанций с паровыми турбинами являются регионы Северного Кавказа, Республика Крым и южные регионы Алтайского края.

Основная часть

Методы исследования. Для получения результатов было принято решение разработать экспериментальный стенд. Нами была разработана установка для электроснабжения жилых домов, небольших поселений и комплексов на территории РФ, поэтому имеющийся мировой опыт может использоваться частично, так как он направлен на выработки больших объемов электроэнергии и при работе в регионах с высокой солнечной активностью. Первостепенным вопросом является экономическая целесообразность использования разрабатываемой установки, так как проблема нехватки солнечной энергии для большей части Российской Федерации очевидна. Следовательно, необходимо выработать стратегию по принятию решений о целесообразности использования разрабатываемой установки в различных регионах РФ.

Для повышения эффективности комплекса паровая турбина используется в составе разработанной опреснительной установки [1]. Температура пара на выходе из турбины имеет температуру более 100 С, которую целесообразно использовать для предварительного прогрева воды перед секцией испарения и для системы теплоснабжения.

Результаты экспериментальных исследований стенда (рис. 1) с имитацией подачи пара от солнечных коллекторов показали целесообразность использования солнечной энергии в процессе получения пара для работы паровой турбины.

Рис. 1. Экспериментальный стенд выработки электрической энергии за счет использования солнечной энергии: 1 - солнечные коллекторы, 2 - опреснитель, 3 - циркуляционный насос, 4 - тепловая турбина и генератор, 5 - теплообменник

В испытаниях использовалась разработанная одноступенчатая радиальная турбина, мощности которой недостаточно для выработки электрической энергии более 1 кВт. В связи с этим принято решение задействовать промышленный образец мини-турбины, специально подобранной специалистами компании "Mizun Consultant", для работы в составе солнечной электростанции.

Результаты исследования.

Для работы в комплексе с солнечными коллекторами совместно с представителями компании "Mizun Consultant" выбрана оптимальная паровая турбина серии "VAMAN" с генератором переменного тока мощностью Р -7,5 кВА, U - 380 В, f - 50 Гц, 3000 об./мин.

Турбину с подобранным генератором необходимо обеспечить подачей сухого и насыщенного пара объемом 64 кг/ч, при t - 190 °C и при давлении Р - 10,5 Бар. Температура пара на выходе из турбины составит 120 °С, после чего его можно отправить в систему теплообменника, что позволит получить 640 л горячей воды с температурой 65 °C.

Для получения необходимых параметров пара в летние месяцы работы потребуется 420 вакуумных солнечных коллекторов фирмы "Rucelf". Использование 420 коллекторов в составе солнечной электростанции на территории Российской Федерации в зависимости от территориального расположения позволит использовать различные типы генераторов по мощности (рис. 2).

Очевидно, что на северных широтах выработка электрической энергии значительно сокращается, что обуславливается снижением продолжительности дня и уменьшением интенсивности солнечного излучения. Необходимо увеличение мощности установки либо использование комбинированной системы энергоснабжения с электрическими сетями (при их наличии) или электрического генератора на традиционных источниках энергии.

Рассмотрим оптимальный вариант использования установки на территории Челябинской области, где потребляется полностью электрическая и тепловая энергия. При этом окупаемость установки при использовании турбины различной мощности на территории Российской Федерации, рассчитанная исходя из теоретических расчетов и экспериментальных исследований, будет следующей (рис. 3).

Окупаемость проекта в годах

12 10 8 6 4 2 0

6 7 8

Электрическая мощность установки в кВт

9

Рис. 3. Зависимость стоимости установки и окупаемости от мощности установки

Обсуждение и выводы. Целесообразно использовать паровую турбину мощностью порядка 9 кВт, что позволит снизить окупаемость установки до 8 лет. Дальнейшее увеличение мощности установки нецелесообразно, так как это приведет к необходимости использования более мощной паровой турбины с более высоким

давлением пара, что значительно удорожит и усложнит установку, при этом увеличится и площадь расположения солнечных коллекторов.

Установки рекомендуется использовать в регионах с более высокой солнечной активностью на территориях Северного Кавказа, Краснодарского края, республики Крым, где окупаемость за счет более высокой солнечной активности в среднем будет меньше на несколько лет, в сравнении с Челябинской областью.

Использование паровой турбины в составе опреснительной установки позволит повысить эффективность использования солнечной энергии. Установку мощностью 8-10 кВт можно использовать на 2 дома в сельской местности, это позволит обеспечить дома электрической и тепловой энергией.

Проведенный анализ доказал целесообразность применения солнечных концентраторов в процессах получения электрической энергии на территориях от 55 до 60° северной широты с поступлением солнечной радиации в пределах 10001300 кВт-ч/м2 в год.

Литература

1. Кирпичникова И.М., Рахматулин И.Р. Экспериментальные исследования лабораторного опреснителя воды // Альтернативная энергетика и экология. 2013. №1. Т. 2(118). С. 4043.

2. Рахматулин И.Р. Экспериментальные исследования влияния устройства слежения на производительность солнечной опреснительной установки // Ползуновский Вестник. 2013. №4. С. 168-178.

3. Ebru Usta. A consideration of cycle selection for meso-scale distributed solar-thermal power. A Thesis Presented to The Academic Faculty by Suzanne Price, Georgia Institute of Technology August. 2009. P. 209.

4. Horst D. Performance Simulation For Parabolic Trough Concentrating Solar Power Plants and Export Scenario Analysis For North Africa. A Thesis Submitted to the Faculty of Engineering at Cairo University in Partial Fulfillment. 2012. P. 122.

5. Newton C. Low-cost concentrating solar collector for steam generation by John Dascomb. A Thesis submitted to the Department of Mechanical Engineering in partial ful_llment of the requirements for the degree of Master of Science. 2009. P. 94.

6. Okhorzina A., Numerical modelling of a PV concentrator system based on a dual-diode cell model taking into account cooling by a heat sink. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. 2013. P. 345-353.

7. Steam turbines for solar thermal power plants. Siemens. 2008. 8 pp. Систем. требования: Adobe Acrobar Reader. URL: http://www.solarthermalworld.org/sites/gstec/files/ powergenera-tion.pdf

References

1. Rakhmatulin I.R. Eksperimental'nye issledovaniia vliyaniia ustroystva slezheniia na proiz-voditel'nost' solnechnoi opresnitel'noi ustanovki. [Experimental study on tracing device influence on solar distiller efficiency]. Polzunovskii Vestnik [Polsunov Herald], 2013, no. 4, pp. 168-178.

2. Kirpichnikova I.M., Rakhmatulin I.R. Eksperimental'nye issledovaniia laboratornogo opres-nitelia vody [Experimental researches of a laboratory water desalter]. Al'ternativnaia energetika i ekologiia [Alternative energy and ecology], 2013, no. 1, T. 2(118), pp. 40-43.

3. Ebru Usta. A consideration of cycle selection for meso-scale distributed solar-thermal power. A Thesis Presented to The Academic Faculty by Suzanne Price, Georgia Institute of Technology August, 2009, pp. 209.

4. Horst D. Performance Simulation For Parabolic Trough Concentrating Solar Power Plants and Export Scenario Analysis For North Africa. A Thesis Submitted to the Faculty of Engineering at Cairo University in Partial Fulfillment, 2012, p. 122.

5. Newton C. Low-cost concentrating solar collector for steam generation by John Dascomb. A Thesis submitted to the Department of Mechanical Engineering in partial ful_llment of the requirements for the degree of Master of Science, 2009, p. 94.

6. Okhorzina A. Numerical modelling of a PV concentrator system based on a dual-diode cell model taking into account cooling by a heat sink. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 2013, pp. 345-353.

7. Steam turbines for solar thermal power plants. Siemens. 2008. 8 pp. Adobe Acrobar Reader. Available at: http://www.solarthermalworld.org/sites/gstec/files/powergeneration.pdf

Рахматулин И.Р., Кирпичникова И.М. Анализ экономической эффективности использования солнечной энергии в процессах выработки электрической и тепловой энергии с использованием паровой турбины на территории Российской Федерации // Вестник Череповецкого государственного университета. 2017. №4(79). С. 34-39.

For citation: Rakhmatulin I.R., Kirpichnikova I.M. Analysis of economic efficiency of solar energy application within electricity and heat production using a steam turbine in the Russian Federation. Bulletin of the Cherepovets State University, 2017, no. 4 (79), pp. 34-39.

Солнечное ГВС – условия выгоды

Опубликовано: 23 июля 2019 г.

69

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

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

Оправданность использования

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

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

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

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

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

Рис. 2. Солнечные коллекторы установленные на крыше здания

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

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

Ориентация

І

ІІ

ІІІ

ІV

V

VІІ

VІІІ

ІΧ

Χ

ΧІ

ΧІІ

Север

Восток

Юг

Запад

36

82

46

56

122

67

92

192

100

12

122

236

126

77

144

213

146

104

161

214

157

88

156

210

142

54

125

198

127

2

95

189

95

48

98

50

33

72

38

26

60

35

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

Рис. 3 Принципиальная схема накопительного водонагревателя косвенного нагрева

Выбор решения и преимущества

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

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

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

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

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

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

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

Статья из журнала "Аква-Терм" № 3/2019


вернуться назад

Читайте также:

ГОСТ Р 54856-2011


ГОСТ Р 54856-2011



ОКС 91. 140.10

Дата введения 2012-07-01


Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Проектный, конструкторский и научно-исследовательский институт "СантехНИИпроект" (ОАО "СантехНИИпроект"), Открытым акционерным обществом "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" (ОАО "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ") и Государственным унитарным предприятием "Научно-исследовательский институт Мосстрой" (ГУП "НИИ Мосстрой") на основе выполненного Открытым акционерным обществом "Центр методологии нормирования и стандартизации в строительстве" (ОАО "ЦНС") аутентичного перевода на русский язык европейского регионального стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2011 г. N 1561-ст

4 В настоящем стандарте учтены основные положения европейского регионального стандарта ЕН 15316-4-3:2007 "Системы отопления в зданиях. Метод расчета энергетической потребности системы и эффективности системы. Часть 4-3. Системы отопления помещений, тепловые солнечные системы" (EN 15316-4-3:2007 "Heating systems in buildings - Method for calculation of systems energy requirements and system efficiencies - Part 4-3: Heat generation systems, thermal solar systems", NEQ).
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.


Наименование настоящего стандарта изменено по отношению к наименованию европейского стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1. 5-2004 (подраздел 3.5)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной сети общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение


Настоящий стандарт является частью группы стандартов, целью которых является гармонизация методики расчета энергетической эффективности зданий в соответствии с Федеральными законами Российской Федерации [1], [2], а также с основополагающими требованиями директив Европейского сообщества по общей энергетической эффективности зданий (EPBD) [3].

В настоящем стандарте представлены методики расчета тепловой энергии, получаемой на входе в систему солнечного отопления и/или горячего водоснабжения, тепловых потерь и потребления дополнительной энергии в системе теплогенерации с солнечными установками. Расчеты основаны на теплотехнических характеристиках компонентов системы теплоснабжения, установленных стандартами на них, и других параметров, необходимых для оценки производительности элементов, входящих в систему.

Данные методики могут использоваться в следующих случаях:

- оценка соблюдения нормативных энергетических показателей;

- оптимизация энергетических параметров создаваемой теплогенерирующей системы путем сравнения нескольких возможных вариантов;

- оценка влияния разных энергосберегающих мероприятий на показатели существующей теплогенерирующей системы путем расчета энергопотребления при наличии и при отсутствии энергосберегающих мероприятий. При этом экономию энергии (за счет использования системы солнечного теплоснабжения) определяют сравнением энергетических показателей здания с системой солнечного теплоснабжения и без нее.

1 Область применения


Настоящий стандарт представляет методику расчета энергопотребности зданий и эффективности систем теплогенерации с солнечными установками (включая систему управления), используемую для отопления помещений, горячего водоснабжения и комбинированных систем теплоснабжения.

Область применения данной части стандарта распространяется на стандартизацию:

- необходимых исходных данных, методики расчета,

- требуемых результатов расчета.

Основы расчета полного расхода энергии и определение номинальных энергетических характеристик приведены в [4].

Рассматриваются следующие типичные системы солнечного теплоснабжения:

- системы горячего водоснабжения промышленного изготовления по [5] или изготавливаемые по спецзаказу по [6];

- комбинированные системы (горячего водоснабжения и отопления помещений) [6];

- системы отопления помещений, соответствующие [6].

2 Нормативные ссылки


В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р ЕН 15316-1-2007* Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и энергоэффективности системы теплоснабжения. Общие положения
________________
* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать: ГОСТ Р 54860-2011, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ Р 51594-2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Термины и определения

ГОСТ Р 51595-2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Общие технические условия

ГОСТ Р 51596-2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Методы испытаний

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения, обозначения и единицы измерения

3.1 Термины и определения


В настоящем стандарте применены следующие термины и определения по ГОСТ Р 51594 и ГОСТ Р ЕН 15316-1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 апертурная площадь (aperture area): Площадь прозрачного ограждения солнечного коллектора, через которое солнечное излучение поступает в коллектор.

3.1.2 возмещаемые тепловые потери системы (recoverable system thermal loss): Часть тепловых потерь системы, которая может быть возвращена в систему путем рекуперации для снижения энергопотребления системы отопления или охлаждения либо расхода тепла для отопления или охлаждения.

3.1.3 дополнительная энергия (auxiliary energy): Электрическая энергия, потребляемая инженерными системами здания для отопления, охлаждения, вентиляции и горячего водоснабжения энергетических потребностей здания.

Примечания

1 Дополнительная энергия включает в себя электрическую энергию, расходуемую на привод вентиляторов, насосов, системы автоматики и т.д. Электрическая энергия, подводимая к системе вентиляции для перемещения воздуха и возврата тепла, рассматривается не как дополнительная энергия, а как энергия, используемая для вентиляции.

2 В [7] энергия, используемая для привода насосов и задвижек, рассматривается как "паразитная энергия".

3.1.4 инженерная подсистема здания (technical building sub-system): Часть инженерной системы здания, которая выполняет специфическую функцию (например, выработку, распределение, выделение тепла).

3.1.5 инженерная система здания (technical building system): Инженерное оборудование для отопления, охлаждения, вентиляции, горячего водоснабжения, освещения и электроснабжения, состоящее из инженерных подсистем.

Примечание - Инженерная система здания может иметь отношение к одной или нескольким службам (например, к системе отопления и системе горячего водоснабжения).

3.1.6 комбинированная система солнечного теплоснабжения (solar combisystem): Система, использующая солнечную энергию одновременно для частичного или полного покрытия нагрузки отопления и горячего водоснабжения потребителя.

3.1.7 контур солнечного коллектора (collector loop): Контур циркуляции, включающий в себя солнечные коллекторы, циркуляционный насос или вентилятор, сеть трубопроводов и теплообменник (если он есть в системе), который используется для передачи тепла от солнечных коллекторов к тепловому аккумулятору.

3.1.8 коэффициент замещения тепловой нагрузки потребителя системой солнечного теплоснабжения (доля покрытия нагрузки - solar fraction): Энергия, вырабатываемая солнечной частью системы, деленная на суммарный расход тепла всей системы (без тепловых потерь системы)

3.1.9 оптический КПД солнечного коллектора (zero-loss collector efficiency): Отношение количества поглощенной коллектором солнечной энергии к поступившей за тот же период времени на его полную поверхность суммарной солнечной энергии или КПД солнечного коллектора при средней температуре теплоносителя, равной температуре окружающей среды.

3.1.10 расход тепла (тепловая нагрузка) на отопление и/или горячее водоснабжение (heat use for space heating and/or domestic hot water): Тепловая энергия, передаваемая в систему отопления и/или горячего водоснабжения с целью обеспечения энергетических потребностей для отопления и/или горячего водоснабжения соответственно.

Примечания

1 Если инженерное оборудование здания используется для нескольких целей (например, для отопления и горячего водоснабжения), то бывает трудно выделить энергию, используемую для каждой конкретной цели. В этом случае расход тепла может быть выражен как суммарная величина (т.е. как сумма расходов тепла для отопления помещений и горячего водоснабжения).

2 Расход тепла для отопления помещений и/или горячего водоснабжения равен сумме энергопотребления и тепловых потерь системы отопления и/или горячего водоснабжения за вычетом снижения тепловых потерь за счет рекуперации тепла.

3.1.11 резервная энергия (back-up energy): Энергия источника тепла, используемого в качестве резервного источника энергии для системы солнечного теплоснабжения.

Примечание - В [7] резервную энергию называют вспомогательной (дополнительной) энергией.

3.1.12 система, использующая только солнечную энергию (система без дублера - solar-only system): Система солнечного теплоснабжения, не использующая источников резервной энергии.

Примечание - В [7] резервную энергию называют "дополнительной энергией".

3.1.13 система, использующая солнечную и дополнительную энергию (solar-plus-supplementary system): Система солнечного теплоснабжения, использующая одновременно источники как солнечной, так и резервной энергии и способная обеспечить заданный уровень теплоснабжения независимо от поступления солнечной энергии.

3.1.14 система с принудительной циркуляцией теплоносителя (forced-circulation system): Система, в которой циркуляция теплоносителя в солнечном коллекторе(ах) осуществляется специальным насосом или вентилятором.

3.1.15 система предварительного солнечного подогрева (solar preheat system): Система солнечного нагрева воды перед ее поступлением в водонагреватель другого типа.

3.1.16 система солнечного горячего водоснабжения [solar domestic hot water (DHW) system]: Система, использующая солнечную энергию для нагрева воды и обеспечивающая частичное или полное покрытие нагрузки горячего водоснабжения потребителя.

3.1.17 система солнечного отопления [solar space heating (SH) system]: Система, использующая солнечную энергию с целью частичного или полного покрытия отопительной нагрузки потребителя.

3.1.18 система солнечного теплоснабжения (thermal solar system): Система, состоящая из солнечных коллекторов и других компонентов, предназначенная для теплоснабжения.

3.1.19 солнечный коллектор (solar collector): Устройство для поглощения энергии солнечного излучения и преобразования ее в тепловую энергию.

3.1.20 тепловые потери системы (system thermal loss): Потери тепла в инженерной системе здания, обеспечивающей отопление, охлаждение, горячее водоснабжение, увлажнение и осушение воздуха, вентиляцию и освещение, не вносящие вклад в полезную теплопроизводительность системы.

Примечание - Тепловые потери системы могут стать для здания внутренним источником тепла, если они возмещаемые.

3.1.21 термосифонная система солнечного теплоснабжения (thermosiphon system): Система, в которой отвод тепла от солнечного коллектора к аккумулятору или теплообменнику осуществляется путем естественной циркуляции теплоносителя за счет использования разности плотности теплоносителя.

3.2 Обозначения и единицы измерения


В настоящем стандарте используются следующие символы и единицы измерения (см. таблицу 1), а также индексы (см. таблицу 2).


Таблица 1 - Обозначения и единицы измерения

Обозначение

Величина

Единица измерения

Апертурная площадь коллектора

м

Эффективная площадь контура коллектора

м

Коэффициент тепловых потерь солнечного коллектора

Вт/(м·К)

Коэффициент температурной зависимости коэффициента тепловых потерь солнечного коллектора второго порядка

Вт/(м·К)

, , , , ,

Коэффициенты корреляции

-

Теплоемкость бака-аккумулятора

МДж/К

Энергия солнечного излучения, поступающего на наклонную поверхность

(кВт·ч)/м

Часть объема бака-аккумулятора, используемая для резервного нагрева

-

Коэффициент замещения тепловой нагрузки потребителя системой солнечного теплоснабжения (доля покрытия нагрузки)

%

Поправочный коэффициент на емкость бака-аккумулятора

-

Плотность потока солнечного излучения, приходящего на плоскость коллектора

Вт/м

Модификатор угла падения солнечного излучения

-

Мощность

Вт

Количество теплоты

кВт·ч

Экономия

-

Время, период времени

ч

Коэффициент тепловых потерь

Вт/(м·К)

Эффективный коэффициент тепловых потерь солнечного коллектора (отнесенный к апертурной площади)

Вт/(м·К)

Объем

л

Дополнительная (электрическая) энергия

кВт·ч

,

Безразмерные коэффициенты

-

Расчетная разность температур

°С; К

Средняя за рассматриваемый период температура окружающего воздуха

°С

Температура водопроводной воды

°С

Средняя за рассматриваемый период температура наружного воздуха

°С

Коэффициент полезного действия (КПД)

-



Таблица 2 - Индексы

Индекс

Обозначение индекса

0

Исходные условия

Воздух

Годовой

Дополнительный

Среднее

Резервный

Холодная

Солнечные термогенераторы | Очерки развития термоэлектричества

Страница 13 из 36

Начало термоэлектрической гелиоэнергетике, рассматривающей вопросы непосредственного преобразования солнечного излучения в электрическую энергию с помощью термоэлектрических установок, в нашей стране положили работы
В.          К. Цераского. С первых лет существования Советской власти большое внимание уделялось исследованиям в области гелиотехники, поискам путей эффективного использования солнечной энергии для нужд народного хозяйства. Энергия излучения Солнца рассматривалась как один из видов естественных производительных сил.
Согласно В. А. Бауму все солнечные энергоустановки можно разделить на две группы: с непосредственным использованием падающей солнечной энергии и с ее концентрацией [12].
К первому типу относится одна из первых разработок солнечных термогенераторов, выполненная советскими исследователями. В 1955 г. в ЭНИНе В. А. Баумом и А. С. Охотиным создан солнечный термогенератор, получивший маркировку СТГ-1. Установка испытывалась на экспериментальной базе института в Ташкенте. Генератор был смонтирован из стандартных термоэлементов, представляющих бруски из сурьмянистого цинка сечением 5 мм2, длиной 24 мм, в верхние и нижние концы которых запрессовывались проволоки сечением 1,8 мм. Мощность солнечного термогенератора составляла около 0,2 Вт, КПД термоэлементов был равен 0,1, суммарный КПД установки — 0,03 %. Конструкция генератора не позволяла получить КПД больше 0,5 % вследствие малого перепада температур, достигаемого между горячими и холодными спаями. При разработке следующей модели солнечного термогенератора для получения приемлемых характеристик использовались концентрированные солнечные лучи. Для этого в солнечном термогенераторе СТГ-2 вместо зачерненной медной плиты для нагрева горячих спаев использовалось параболоидное зеркало с площадью поверхности 3,14 м2. Термогенератор можно было передвигать вдоль главной оптической оси зеркала, изменяя таким образом плотность лучистого потока, падающего на горячие спаи. Разность температур при такой конструкции с увеличенным расходом охлаждающей воды достигала 400 °С, во внешней цепи генератора вырабатывалась мощность около 19 Вт при силе тока 0,9 А и напряжении 21 В, что соответствовало КПД термоэлементов 3,45 %, а КПД всей установки составлял 0,8 % [14].
В 1959 г. в Ташкенте испытывался 10-ваттный термогенератор Г. А. Алатырцева с фацетным концентратором и водяным охлаждением, состоящий из 108 термоэлементов, отрицательная ветвь которых выполнялась из теллурида висмута, положительная — из теллурида висмута с добавкой теллурида сурьмы. Горячие спаи термоэлементов представляли открытую плоскую поверхность площадью 0,016 см2, размеры концентратора 1,12 м2. Недостатком этой конструкции являлся неравномерный нагрев спаев (250—370 °С) [5].
В этот же период велись работы по созданию термоэлектрических гелиоустановок в Институте полупроводников АН СССР. Солнечный термогенератор Воронина (рис. 4.31) содержал несколько алюминиевых рефлекторов, каждый размером с автомобильную фару.

Рис. 4.31. Солнечный термогенератор Воронина [20]:
1 — параболический рефлектор; 2 — приемник солнечного тепла; 3 - термоэлемент; 4 — теплоотвод.

В фокусе рефлектора помещался один термоэлемент, установленный на металлической ножке, служащей тепло- и токопроводом и имеющий хороший тепловой контакт с рефлектором. В данной конструкции рефлектор выполнял две функции — концентратора солнечных лучей и рассеивателя тепла в окружающую среду. КПД этой установки составлял 4%, ее мощность — несколько десятков ватт [20].
В середине 60-х годов в ЭНИНе была разработана и построена опытная водоподъемная установка СВ-1 с полупроводниковым термогенератором для подъема воды из колодцев. Термогенератор вырабатывал электрический ток напряжением 20 В и силой 25 А и служил источником питания двигателя постоянного тока, приводящего в движение насос. Установка испытывалась на опытной базе Физико-технического института АН ТССР [59].
Устройство, имитирующее часть однокиловаттного солнечного термогенератора и предназначенное для испытания конструкции термоэлементов (рис. 4.32), было создано в 1968 г. Г. А. Алатырцевым, В. А. Баумом, Ю. Н. Малевским и Н. Г. Милевской. Ветви р-  и n-типа каждого термоэлемента жестко крепились по холодной стороне на торце цилиндра из алюминия. Такое конструктивное выполнение термоэлементов обеспечивало минимальное тепловое сопротивление при передаче тепла от холодных спаев к теплоносителю. Мощность экспериментального образца из сплавов на основе свинца и селена при рабочем перепаде температур 350° составляла 5,4 Вт, КПД достигал 2,5 % [4].
В Узбекистане разрабатывались солнечные термоэлектрические установки с цилиндрическими гелиоприемниками и водяным охлаждением. Здесь концентраторы представляли собой прожекторные стеклянные зеркала диаметром 1,5 м. Один из термогенераторов мощностью 35 Вт был снабжен алюминиевым гелиоприемником в виде двадцатигранной призмы с цилиндрической полостью [10, 59].

 
Исследования А. И. Воронина, В. А. Баума, А. С. Охотина, Г. А. Алтырцева, ΙΟ. Н. Малевского и др. показали, что КПД и выходная мощность термогенератора, обогреваемого концентрированными солнечными лучами, уменьшаются вследствие неравномерного распределения лучистых потоков на поверхности горячих спаев термогенератора. Кроме того, неравномерный нагрев горячих спаев приводит к появлению трещин в термоэлементах, что снижает надежность термоэлектрической цепи. Методы выравнивания лучистых потоков на поверхности горячих спаев включали, в частности, оптимизацию геометрии приемника, разработанную в 1960 г. Д. И. Тепляковым и Р. Р. Апариси. В 1965 г. X. Т. Акрамов провел аналитический анализ ухудшения технико-экономических характеристик, вызываемого неравномерностью нагрева, без учета, однако, температурной зависимости термоэлектрических свойств материалов [2]. Ю. Н. Малевский и Н. Г. Милевская в 1968 г. рассмотрели вопрос влияния на КПД солнечного термогенератора линейного распределения теплового потока, принимая во внимание температурную зависимость свойств термоэлектрических материалов [49]. Оптимальный режим работы солнечного термогенератора с учетом влияния тепловых контактов был изучен в начале 60-х годов Б. Аразмедовым [9]. Он также исследовал вопросы влияния режимов охлаждения на энергетические характеристики солнечного термоэлектрогенератора и изучал работу солнечных термоэлектрических установок при различных плотностях лучистого потока [7, 81.

Рис. 4.32. Конструкция солнечного термогенератора с концентратором [4]:

  1. — уплотняющее кольцо из вакуумной резины;
  2. — цилиндры из алюминия; 3 — электроизолирующая прокладка; 4 — отражающий экран; 5 — коммутационные пластины; 6 — компенсатор расширения; 7 — ветви термоэлемента; 8 — пластмассовый корпус; 9 — уплотняющая гайка из электроизоляционного материала; 10 — коммутационная шина.

Разработка инженерных методов расчета режима работы и оптимизации весовых и энергетических характеристик солнечного термогенератора с естественным охлаждением была проведена в 1966 г. X. Т. Акрамовым и Ю. Н. Малевским [3].

В 1966 г. А. И. Кулагиным, Н. В. Маковым и Н. И. Эрзиным (Институт электроники АН УзССР) был предложен новый способ достижения равномерного нагрева горячих спаев термогенератора, который обеспечивал меньшие потери энергии и более полное выравнивание, чем другие применявшиеся в то время методы. Ими было показано, что более эффективно температуры можно выравнивать путем перераспределения тепловых потоков в самом гелиоприемнике, заполнив его полость газом и выполнив стенки в виде водяных прослоек.

Кроме того, для выравнивания температуры на горячей стороне солнечного термогенератора, как показали исследования, можно применять двухслойную стенку, слои которой имеют разную толщину и изготавливаются из материала с разной теплопроводностью. Такой метод выравнивания температур был испытан на термогенераторе мощностью 10 Вт, в котором гелиоприемник выполнен в виде двенадцатигранной призмы с цилиндрической полостью. Высота приемника составляла 50 мм, диаметр 60 мм и толщина стенки 15 мм. Термоэлементы изготавливались из тройных сплавов на основе теллурида висмута. Термогенератор был рассчитан на работу с длиннофокусным пленочным концентратом, разработанным Физико-техническим институтом АН УзССР [45].
Как показали исследования, проведенные в 1965—1968 гг. Г. Б. Абдуллаевым, А. З. Кулиевым, Π. Р. Файзиевым и А. С. Охотиным, неравномерность обогрева горячих спаев термоэлементов с точностью, приемлемой для практических Целей, можно устранить использованием разновысоких термоэлементов, работающих при больших концентрациях теплового потока [1].
Практически достигнутый к концу 60-х годов советскими специалистами КПД солнечных термогенераторов, изготовленных из известных среднетемпературных термоэлектрических материалов, как сообщалось на 7-й Мировой энергетической конференции
В.    А. Баумом и другими, составлял 5 %. При изготовлении каскадного солнечного термогенератора из материалов, разработанных в ЭНИНе, КПД экспериментальных образцов достигал 10 % [13].
За рубежом к исследованиям в области солнечной термоэнергетики приступили к середине 50-х годов. Одними из первых солнечных термогенераторов в США являлись установки, разработанные в 1954 г. М. Телкес. В своих разработках она использовала полупроводниковые материалы различных составов. Наилучшие результаты были получены с термоэлементами из сурьмянистого цинка с примесями олова, серебра и висмута для положительных ветвей и сплава висмут — сурьма для отрицательных ветвей. Мощность устройства составляла 0,156 Вт [68].
В 1959 г. сотрудники фирм «Вестингхауз» и «Боунинг» Н. Шу и Р. Таллент разработали термогенератор в качестве концентратора солнечной энергии, в котором использовалось цилиндрическое зеркало. Термоэлементы помещались в оболочку, наполненную инертным газом. Однако ресурсные испытания этого термогенератора показали непригодность такой конструкции для энергообеспечения космических аппаратов [129].
Другим конструктивным подходом для создания солнечных космических термогенераторов явилась разработка плоских панельных термогенераторов. Начало этому положили исследования сотрудника фирмы «Дженерал атомик» М. Стерна в 1959 г. Годом позже на конференции по источникам энергии для космических установок (Санта-Моника, США, 1960) Р. Кампайна и Дж. Роусс сообщили о разработке солнечного термогенератора такого типа, предназначенного для энергоснабжения космических установок на орбитах Венеры и Марса [98].

Несмотря на относительно низкий КПД солнечных плоских термогенераторов (2—2,5 % при КПД термоэлементов 3,5—5,5 %), они имели ряд преимуществ, а термоэлектрические панели характеризовались более подходящими показателями массы на единицу мощности, чем такие же по мощности фотоэлектрические преобразователи. Кроме того, разработанные термогенераторы имели более высокую надежность по сравнению с фотопреобразователями при повышенных температурах и радиационном воздействии на материалы.
Проблеме минимизации массы термогенератора, предназначенного для работы в космических условиях, были посвящены исследования сотрудников фирмы «Дженерал электрик» Д. Керра и Р. Гесснера в конце 50-х годов [127].
Дальнейшее развитие плоские солнечные термогенераторы для космических целей получили в начатых в 1965 г. разработках сотрудников фирмы «Мелпар» и Годдаровского исследовательского центра военно-воздушных сил США Н. Фушилло, Р. Гибсона, Ф. Эгглестона, Дж. Эпстейна и др. Были исследованы методы оптимизации конструкции и материалов для применения термогенераторов в качестве вспомогательной энергетической системы в космических установках как на околоземных орбитах, так и при исследовании космического пространства на орбитах Венеры и Меркурия.
Для военно-воздушных сил США в этот же период фирмой «Дженерал инструмент» были изготовлены панели термоэлектрических генераторов космического назначения. Панель представляла многослойную структуру из теллурида висмута, слои которого чередовались со слоями алюминиевой фольги. Общая вырабатываемая электрическая мощность, по оценкам специалистов, могла доходить до 10 кВт. Для накопления энергии при орбитальных полетах предполагалось использовать теплоотдачу жидкого лития, расплавленного в солнечных лучах и охлаждающегося в теневой части полета. Применение теплового аккумулятора в конструкции солнечного термогенератора было осуществлено также в разработках фирмы «Райт» сотрудниками Р. Лэнгом и Б. Любиным и фирмы «Вестинг- хауз» сотрудниками П. Кьюзером, Дж. Мак-Кабрия и Д. Номером [59, 76, 129, 133].
Плоские солнечные термогенераторы получили развитие в разработках фирмы РКА. В 1968 г. сотрудниками этой фирмы В. Раагом, Р. Берлином, В. Бифано были разработаны математическая модель и методика расчетного анализа конструкционных характеристик (удельная мощность, вес, рабочие температуры) солнечного плоскопараллельного термоэлектрического генератора. На 3-й Межотраслевой конференции по преобразованию энергии (Боулдер, США, 1968) эти исследователи сообщили о разработке термогенераторов такого типа, предназначенных для приближения к Солнцу на расстоянии 0,25 астрономических единиц. При расчетной мощности 150 Вт масса генератора из сплава германий — кремний составляла 5,4 кг [155].
Фирма «Юнайтед эйркрафт» изготовила для военно-воздушных сил США солнечный термогенератор мощностью 100 Вт, аналогичный по конструкции термогенератору Воронина. Создание этой установ-, ки явилось первым этапом в дальнейшем изготовлении солнечного преобразователя мощностью 1500 Вт, для разработки которого потребовалось 7000 рефлекторов, занимающих площадь 1750 см2 [79].
Существенные успехи в развитии солнечной термоэнергетики были достигнуты во Франции. В 1960 г. вблизи Тулона вступил в строй солнечный термогенератор площадью 17 м2, разработанный и изготовленный ЦСФ. Термогенератор был выполнен из сплава теллур — висмут, его горячие спаи приваривались к зачерненной металлической пластинке и нагревались до 140 °С, холодные спаи были приварены к другой, теплоотводящей металлической пластинке с ребристой поверхностью, находящейся при температуре на 20—25 °С выше температуры окружающей среды. Предполагалось, что солнечные термогенераторы такого типа найдут широкое применение в электронно-передаточных системах, телесвязи в пустынных и полупустынных районах, в воздушной и морской навигации [131].
Исследователями всего мира ведется большая работа по рациональному конструированию солнечных термогенераторов как плоского типа, так и с применением различных концентраторов. Пути повышения эффективности солнечных термопреобразователей за счет оптимизации расхода термоэлектрического материала были изучены в 1978—1982 гг. румынскими физиками X. Минти, Д. Морару и М. Фауром [144]. Влияние скорости ветра, искусственного обдува холодных спаев, ячеистых тепловых ловушек, различной высоты термоэлементов, применения различных типов остекленения и других факторов на работу плоских солнечных термогенераторов было проанализировано советскими исследователями, сотрудниками ЭНИНа И. И. Коховой, А. И. Цветковым, Ч. Агабаевым [43] и др. Полный КПД солнечного термогенератора с линзой Френеля в качестве концентрирующей оптической системы был рассчитан и экспериментально проверен сотрудниками университета штата Нью- Мехико М. Кобблом, Н. Смитом, Э. Сэсером. Они показали, что КПД термоэлектрической солнечной энергоустановки в идеальном случае должен приблизиться к 15 % [102].
Большое количество исследовательских работ посвящено совершенствованию конструкций солнечных термогенераторов. Так, в 1978 г. итальянский специалист II. Каннели разработал конструкцию солнечного термогенератора с абсорбционным холодильником для отвода тепла от холодных спаев [99].
Для выработки тока высокого напряжения X. Трибель и Н. Пиккель разработали солнечный термогенератор, использовав термопары из тонких металлических полосок Константина и никеля. В этом случае при перепаде температуры 150° с 1 м2 поверхности устройства можно получить напряжение до 7000 В при токе 0,007 А [171].
Австралийский физик К. Ландекер изготовил эффективный солнечный термоэлектрический преобразователь с термоэлементами в виде дисков [132[. Термобатареи с коммутационными электродами клиновидного сечения для солнечных термогенераторов разработали
А.    Брандстеттер и Г. Екутели. Такой подход к коммутации позволяет повысить плотность теплового потока на термоэлементах. Расчетный КПД для установки мощностью 35 Вт составлял 5,8 % [95].
Максимальный КПД современных солнечных термогенераторов, как сообщалось на Международном симпозиуме по преобразованию солнечной энергии (Каир, Египет, 1978), достигает 20 %, причем это значение получено на новом термоэлектрическом материале — бориде кремния [80]. Улучшение конструкций термобатарей, усовершенствование концентраторов солнечного излучения, использование новых эффективных материалов позволяет удешевить производство электроэнергии посредством термоэлектрических солнечных установок и расширить область их применения. В Институте по исследованию солнечной энергии (США) разработан проект солнечного термогенератора мощностью 400 МВт, собранного из модулей мощностью 30 кВт, работающих при перепаде температур между горячими и холодными спаями 20° с КПД, составляющим 20 % предельного КПД цикла Карно. Такой термогенератор, для которого должен быть сооружен специальный солнечный пруд, целесообразно использовать для питания ирригационных насосов, большая часть которых в настоящее время приводится в действие дизельными моторами [90].
В Японии проектируются солнечные термоэлектрические промышленные системы для получения водорода путем электролиза морской воды. Водород образуется в зоне катода электролизера, контактируемого с холодными спаями генератора, охлаждаемыми морской водой. Установка размерами 2x2 км, размещенная на поверхности океана в зоне экватора, будет производить около 350 млн. м3 водорода в год [73].
Следует отметить, что в конце 60-х годов солнечные термогенераторы по своим технико-экономическим характеристикам уступали солнечным фотопреобразователям. Спустя десять лет на Всемирном электротехническом конгрессе (Москва, 1977) большой интерес вызвал доклад советских ученых Н. В. Коломойца, М. А. Маркмана, Ю. Н. Малевского и В. М. Ржевского о создании солнечного генератора удельной мощностью 35 Вт/м2 с термобатареей трубчатого типа и параболическим концентратором, который более экономичен, чем солнечные батареи [39].

Гибридный подход к солнечной энергии. Солнечные коллекторы в сочетании с фотоэлементами.

Гибридный подход к солнечной энергии. Солнечные коллекторы в сочетании с фотоэлементами.

Система, которая заставит солнечные батареи работать таким образом - будет называться гибридной. Она будет включать как сами батареи, так и солнечные коллекторы.

При производстве электричества с помощью фотоэлектрических элементов, они собирают много тепла. В этот самый момент они могут вообще не работать так, как аккумуляторы могут быть полностью заряжены. Поэтому это тепло можно использовать в других целях. Система, которая заставит солнечные батареи работать таким образом - будет называться гибридной. Она будет включать как сами батареи, так и солнечные коллекторы. Рынок для таких гибридов может выходить за пределы дома, особенно если вторым продуктом является горячая вода, которая может производить электроэнергию с помощью пара.

Компания Cogenra, поставляет гибридные системы солнечного электричества и горячей воды для больших жилых домов, общежитий, домов престарелых, предприятий пищевой промышленности и, совсем недавно, молочные продукты, все из которых используют большое количество горячей воды. Она имеет 40 установок по всему миру.

Основная проблема, по мнению Гилада Almogy, исполнительного директор Cogenra, является то, что фотоэлемент фиксирует лишь около 15 процентов солнечной энергии. Еще 5 процентов или около того отражается обратно от солнечных батарей. «Куда же девается это тепло?» - Сказал он. В день на солнечном месте, температура может достигать 160 градусов по Фаренгейту, пояснил он. Так что его компания монтирует такие клетки на водопроводные трубы. Зеркала концентрируют солнечную энергию на солнечных коллекторах. В результате мы получаем электричество и воду, которая нагревается до целых 158 градусов. Температура может изменяться, в соответствии с расположением.

Их дизайн не является новым, он похож на тот, что используется в солнечных тепловых электростанциях, которые превращают воду в пар для вращения турбин, включая генераторы для выработки электроэнергии. Но в установках Cogenra, вода не достигает точки кипения. Если это так, солнечные батареи работают не очень хорошо. Экономика зависит от местоположения, на большей части территории США, стоимость горячей воды устанавливается, учитывая количество природного газа, который не был использован, так как солнечная система сделала работу вместо этого. Поскольку природный газ является не самым дешевым, то производство электроэнергии может быть более ценным. Экономика этой системы хорошо работает в Калифорнии, потому что государство предлагает скидки на установку систем возобновляемых источников для нагрева горячей воды. Солнечные коллекторы в сочетании с фотоэлементами являются отличным гибридным способом получения электроэнергии и горячей воды.

по материалам "Крымской Тепловой компании" www.sevktk.com

расчет, цена, отзывы, использование коллекторов

В современных условиях вопрос об экономном ведении хозяйства более чем актуален, что напрямую связано с постоянным удорожанием привычных энергоносителей, периодическими экономическими кризисными явлениями и нарушением экологического равновесия на нашей планете. Переход на альтернативные источники, например, солнечные водонагреватели, воздушно солнечное отопление, — это способ экономии и забота о будущих поколениях.

Сегодня для монтажа соответствующего оборудования можно воспользоваться услугами профессионалов или установить воздушное солнечное отопление своими руками. Второй вариант экономически выгоднее в 4 раза, поскольку цена — это немаловажный фактор для принятия решений, последствия которого будут давать результат на протяжении многих лет.

Усовершенствование существующих ранее технологий играет непосредственную роль в процессе интегрирования в современную систему хозяйствования альтернативных источников обогрева жилых и промышленных помещений.

Поэтому для экономически и технологически правильного проектирования системы, выполнения монтажа ее элементов необходимо иметь наиболее полную картину возможностей отопления дома солнечными батареями.

Самодельные системы: как используется солнечная энергия

Солнечная система отопления помещений

Оборудовать солнечное отопление своими руками можно даже начинающему мастеру, но работа с разными типами устройств имеет некоторые отличия. Речь идет о солнечных батареях и солнечном коллекторе.

Солнечные батареи позволяют аккумулировать энергию, а затем использовать ее и для обогрева, и для подогрева теплоносителей, и для питания электрических приборов. Фотоэлементы, которые являются основой батарей, сделать самостоятельно трудно. Поэтому их покупают, соединяют в цепь и фиксируют в отдельном корпусе, правильно устанавливая все элементы.

Солнечными коллекторами (гелиосистемами) обогревают частные дома, организуя дополнительно и горячее водоснабжение. Фотоэлементы для коллектора не требуются. Отзывы свидетельствуют, что организовать солнечное отопление из подручных материалов под силу и начинающему мастеру.

Плоские гелиосистемы представляют собой остекленные и утепленные короба с теплоносителем внутри. Основным элементом вакуумных коллекторов являются трубки, в которых преобразуется энергия.

Итак, отличие состоит в том, что с помощью батареи можно производить электроэнергию, а с помощью коллектора нагревать воду.

Схема солнечной системы

Экономическая эффективность использования солнечного генератора энергии

Солнечные батареи для отопления генерируют электрическую энергию в результате фотоэлектрических реакций. В среднем один модуль имеет мощность от 50 до 300 Вт при коэффициенте полезного действия до 30%, что является невысоким показателем. Экономическая выгода кроется в другом — эффективном — производстве энергии, что позволяет окупить затраты уже за 3 года эксплуатации системы. Один раз обустроив отопление на солнечных батареях, можно забыть о проблеме на 25 лет, поскольку именно такой срок устанавливают производители для работы оборудования.

К выгодным параметрам такого вида отопления можно отнести экономию внутреннего полезного пространства, что достигается установкой батареи для отопления на крыше здания. При этом следует придерживаться определенных правил:

Генератор

  1. Оборудование, обеспечивающее солнечное отопление, устанавливается на южной стороне, поскольку именно здесь сосредоточено наибольшее количество тепла.
  2. Крыша должна быть не горизонтальная, а под наклоном — ориентировочно 45°.
  3. Солнечные батареи довольно тяжелые, поэтому стропильная система крыши дома должна быть прочной. Угроза обрушения наиболее вероятна в зимнее время, когда на крыше скапливается снег.
  4. Во дворе, на стороне дома, где располагаются батареи, не должно быть деревьев или зданий, создающих тень.

Расчет площади необходимого для батарей пространства производится индивидуально, но можно сориентироваться, учитывая такие параметры: для средней полосы для отопления дома, площадь которого составляет 100 кв.м, понадобится около 30 кв.м батарей. Следует учесть необходимость изолированного места в доме, в котором будет установлено оборудование, использующееся в пасмурную погоду или в темноте.

Экономическая выгода также определяется типом системы, которую подключают к электрическому котлу, в частности:

  • электрическая;
  • водяная.

Первая имеет наибольшую популярность благодаря эффективности при небольшом нагреве больших участков дома, допустим, пола с подогревом. Электрическую систему легче настраивать в соответствии с погодными условиями, количеством человек в доме. Оборудование электрического отопления легче монтировать, при этом отсутствуют громоздкие трубы и радиаторы под окнами.

Составные элементы системы

Уязвимость альтернативной системы отопления

Расчет эффективности работы солнечной батареи для отопления дома позволяет определить период ее окупаемости. Как уже было сказано, это 3 года, но при соблюдении нескольких условий.

Во-первых, если энергии недостаточно и дом приходится отапливать газом, расходы на солнечное отопление увеличиваются, что в результате приводит и к увеличению сроков окупаемости.

Снижения стоимости эксплуатации оборудования для отопления дома солнечными батареями можно достичь за счет улучшения показателей энергоэффективности. Иными словами, прежде чем перейти на альтернативный источник энергии, необходимо позаботиться о термоизоляции, исключив возможность утечки тепла. Утепленные стены, крыша и пол, законопаченные щели в окнах и дверях позволят снизить расходы энергии, что уменьшит сроки окупаемости.

Во-вторых, эффективная работа системы отопления дома солнечными батареями возможна только при надлежащем уходе. Загрязнение поверхности приведет к уменьшению энергоэффективности. Поэтому рекомендуется по меньшей мере 1 раз в полгода производить очистку внешних блоков.

Водяное солнечное отопления

Отзывы владельцев домов с солнечной системой отопления свидетельствуют о необходимости создания резервной системы, например, газового котла. При наличии централизованной электросети можно предусмотреть возможность переключения ее мощности в сезоны с недостаточным количеством солнечных дней. Чаще всего потребность дополнительного источника энергии возникает в зимнее время, а вот осенью и весной отопление на солнечных батареях экономически целесообразно.

Принципы действия основных систем отопления

Для обеспечения отопления и водоснабжения горячей водой в доме используют две системы, использующие разные теплоносители — воду и воздух. Обустройство таких систем несколько отличается, как и эффективность.

Водяное солнечное отопление может состоять из следующих элементов:

  • солнечного коллектора с использованием водяного теплоносителя;
  • трубопровода;
  • дополнительного нагревателя; бака-аккумулятора горячей воды;
  • коллекторного насоса;
  • теплообменника;
  • дополнительного топлива;
  • радиатора помещения, которое отапливается.

Водяная система солнечного отопления

Такое солнечное отопление дома работает по принципу отдачи тепла от нагретой предварительно воды, проходящей по трубопроводам и отопительным приборам. Расчет подтверждает экономичность расхода материала, используемого для отопления, что достигается за счет теплоемкости воды. Считается, что при нагреве до одного уровня температуры вода в 4000 раз более теплоемкая, чем воздух.

Отзывы потребителей свидетельствуют о трудоемкости установки и эксплуатации водного солнечного оборудования, необходимости постоянного контроля работы генератора. При низких температурах вода, наполняющая трубопровод, замерзает и расширяется, вызывая разрушение всей системы. Установить оборудование можно только в процессе постройки дома или его капитального ремонта.

Воздушное солнечное отопление и горячее водоснабжение обеспечивается теплым воздухом, нагнетаемым специальными вентиляторами. Отличие этой системы состоит в использовании не насосов, а мощных вентиляторов.

Воздушное солнечное отопление имеет высокий уровень КПД, поскольку в его схеме отсутствуют передаточные элементы. Отопительная система объединяется с климатической, что позволяет создавать и поддерживать комфортный микроклимат помещения. Вследствие малой инерционности помещение обогревается очень быстро. Воздушное солнечное отопление доказало свою эффективность, а цена на него формируется в зависимости от объемов обогреваемых помещений, среднегодовых погодных условий и некоторых других факторов.

Перед закупкой необходимого оборудования и его установкой требуется произвести расчет:

  1. Мощности нагревателя воздуха с учетом того, что помещение должно получить достаточный обогрев, а тепловые потери должны быть компенсированы.
  2. Скорости подачи воздуха, который нагревается.
  3. Неизбежных потерь тепла, которые осуществляются через стены помещения, окна, двери, вследствие сквозняков или иных причин.
  4. Диаметра воздуховода с учетом аэродинамических характеристик всей системы, что позволит определить объем потерь воздушного напора.

Если расчет оказался неправильным, возможны перегревы тепловых нагревателей, возникновение вибрации, дополнительных шумов, что создает дискомфорт, а впоследствии приводит к выходу системы из строя.

Простой вариант воздушного обогрева дома

Наиболее простой вариант — это создать воздушно солнечное отопление своими руками из металлического профнастила. Расчет материала таков: для создания короба размерами 180х120х15 см понадобится влагостойкая фанера толщиной 1,2 см на боковые стенки и 0,7 см — на заднюю стенку.

По периметру готового короба к задней стенке прикрепляется брус 4х4 см, на который укладывается минеральная вата слоем толщиной 4 см. Полученная после утепления поверхность зашивается профнастилом и окрашивается черной матовой краской с термостойкими характеристиками.

Принцип работы воздушного коллектора

В середине короба прибиваются планки, размер которых соответствует расстоянию от стенки до стекла, которое будет затем установлено. Планки прибиваются в виде лабиринта, чтобы создавалась необходимая циркуляция воздуха. В нижней части боковой стенки прорезается прямоугольное отверстие, через которое осуществляется подача воздуха. Отверстие защищается сеткой или воздушным фильтром. Остекление солнечного коллектора дополняется тщательной герметизацией всех стыков.

С противоположной к отверстию подачи воздуха стороны прорезается еще одно отверстие, в котором устанавливается вентилятор. Когда лучи солнца попадут на профнастил, образуется тепло. Оно затем и будет нагнетаться для отопления помещения. Солнечное отопление своими руками позволяет при температуре +10°С получать около 60°C на выходном отверстии.

Используем водосточные трубы для обогрева

Воздушно солнечное отопление своими руками из профнастила позволяет экономить на дорогостоящих энергоносителях в весенне-осенний период при условии отопления небольших площадей. Более внушительные размеры и отдачу имеет воздушное солнечное отопление, созданное из теплопроводных алюминиевых труб преимущественно прямоугольного сечения.

Коллектор состоит из большого короба, длина которого равна длине дома. На создание прочного каркаса идут доски толщиной 3-4 см и влагостойкая фанера от 0,8 до 1 см. Принцип создания коллектора такой же, как и в случае с профнастилом: задняя стенка сбитого короба утепляется минеральной ватой, боковые — пенопластом. Слой минеральной ваты покрывается алюминиевым листом, к которому с помощью хомутов прикрепляются трубы.

На рисунке схематически изображен принцип работы воздушных солнечных коллекторов

Коллектор из алюминиевых труб, обеспечивающий воздушное солнечное отопление, имеет особенность: входное и выходное отверстия для воздуха располагается в одной его части и разделяются деревянными перегородками. Далее производится остекление (можно использовать прозрачный шифер), покраска и установка вентиляторов на вход и выход.

Готовый коллектор устанавливается под углом к дому, а к нему по утепленной пенопластом траншее подводятся воздуховоды.

Воздушно солнечное отопление своими руками, созданное по описанной технологии, в зимнее время до 15.00 включительно при минусовой температуре не ниже 10°С позволяет получать на выходе воздух температурой 65°С. Расчет объемов тепла, которые можно получить в летнее время, дает еще более внушительные показатели, поэтому рекомендуется во избежание перегрева затенять оборудование.

Нагреваем воду солнечной энергией

Солнечные водонагреватели можно приобрести в магазинах или создать своими руками. Цена на оборудование зависит от объема бака и количества и типа трубок. В среднем эти показатели составляют от 26 и до 80 тысяч (можно нагреть от 127 до 340 л воды).

Можно найти сотни конструкций такого оборудования, но наибольшим спросом пользуются переносные солнечные водонагреватели, которые в случае необходимости можно отвезти на дачу или взять с собой в поход. Отзывы подтверждают, что возможность иметь горячую воду сутки напролет — серьезный аргумент в пользу создания удобного коллектора.

Самой трудоемкой частью будущего водонагревателя является бак. Для его изготовления понадобится лист оцинкованного железа, из которого вырезается основа бака с припусками по 2-2,5 см. После придания формы стыки тщательно пропаиваются. Тщательный расчет позволит сделать работу из одного листа, но в случае неудачи можно создать конструкцию из двух оцинкованных листов.

Для змеевика используются тонкостенные медные или стальные трубки диаметром до 18 мм, которые припаиваются к коллектору по всей длине. Таким образом можно достичь более высоких показателей теплопроводности.

Далее схема работы та же, что и для создания воздушного солнечного коллектора. Из многослойной фанеры сбивается короб-кожух, дно которого теплоизолируется. Внутрь короба устанавливаются коллектор, бак, трубки и укрепляются с помощью металлических уголков.

После этого конструкция остекляется, крепятся опорные элементы. Чтобы система работала эффективно, необходимо ее установить таким образом, чтобы солнечные лучи падали на поверхность под прямым углом.

Солнечный термоэлектрический генератор - Подсолнечник: 5 ступеней (с изображениями)

Верхняя часть алюминиевой пластины окрашена высокотемпературной черной краской для улучшения поглощения тепла от солнца.

Радиатор должен быть больше модуля ТЭГ.

Если в радиаторе есть монтажные отверстия, используйте их в качестве направляющих для сверления соответствующих отверстий в центре алюминиевой пластины. Если на радиаторе нет монтажных отверстий, просверлите отверстие 3/16 дюйма в каждом углу радиатора.Используйте эти отверстия в качестве ориентира для сверления подходящих отверстий в центре алюминиевой пластины.

Просверлите отверстие 1/4 дюйма, чтобы протянуть провода питания от модуля ТЭГ. Отверстие 1/4 дюйма должно быть расположено рядом с монтажными отверстиями.

Затем прикрепите горячую сторону модуля ТЭГ к алюминиевой пластине, по центру между четырьмя отверстиями, которые вы только что просверлили в алюминиевой пластине. Используйте термопасту между алюминиевой пластиной и модулем ТЭГ.

Затем прикрепите радиатор к холодной стороне модуля ТЭГ.Используйте термопасту между радиатором и модулем ТЭГ. Прикрепите радиатор к пластине с помощью четырех крепежных винтов и гаек из нейлона 6-32. Причина, по которой мы используем нейлон, заключается в том, что пластик имеет более низкую теплопроводность, чем металл, чтобы верхняя пластина оставалась горячей, а радиатор - холодным.

Следующий пенополистирол толщиной 1 дюйм прикреплен к нижней стороне этой пластины. Я использовал аэрозольный клей на алюминиевой пластине, чтобы закрепить пенополистирол. Пенополистирол выполняет две функции: одна - в качестве плавучего устройства, удерживающего алюминиевую пластину и модуль ТЭГ. вода, а второй - в качестве изоляции, чтобы вода не касалась алюминиевой пластины и не остывала.

Пенополистирол может разрушиться из-за нагрева алюминиевой пластины на солнце, но для прототипа я проверяю функцию, а не долговечность или срок службы.

На противоположной стороне модуля ТЭГ прикреплен большой глубокий радиатор. Этот радиатор частично погружен в холодную океанскую воду. Это сохраняет теплоотвод холодным, что, в свою очередь, сохраняет холодную сторону модуля ТЭГ.

Поместите подсолнух в океанскую воду и дайте верхней алюминиевой пластине время нагреться на солнце.Через несколько минут ТЭГ начнет вырабатывать электроэнергию.

Солнечная тепловая электростанция - Энергетическое образование

Рисунок 1. Солнечная тепловая электростанция в Испании. [1]

Солнечные тепловые электростанции - это электростанции, которые используют энергию Солнца для нагрева жидкости до высокой температуры. Затем эта жидкость передает свое тепло воде, которая затем становится перегретым паром. Затем этот пар используется для вращения турбин на электростанции, и эта механическая энергия преобразуется в электричество генератором.Этот тип генерации по существу аналогичен производству электроэнергии, использующей ископаемое топливо, но вместо сжигания ископаемого топлива нагревается пар с использованием солнечного света. [2] В этих системах используются солнечные коллекторы, которые концентрируют солнечные лучи в одной точке для достижения достаточно высоких температур.

Существует два типа систем для сбора и хранения солнечного излучения: пассивные системы и активные системы. Солнечные тепловые электростанции считаются активными системами. [3] Эти установки спроектированы для работы только на солнечной энергии, но большинство установок могут использовать сжигание ископаемого топлива для увеличения выработки, когда это необходимо. [2]

Виды растений

Несмотря на то, что существует несколько различных типов солнечных тепловых электростанций, все они одинаковы в том, что в них используются зеркала для отражения и концентрации солнечного света на точке. В этот момент солнечная энергия собирается и преобразуется в тепловую энергию, которая создает пар и запускает генератор. Это создает электричество.

Параболические желоба

основная статья
Рисунок 2. Коллекторы с параболическим желобом. [4]

Эти желоба, также известные как коллекторы линейного фокуса, состоят из длинного отражателя параболической формы, который концентрирует падающий солнечный свет на трубе, идущей вниз по желобу. Коллекторы иногда используют одноосную систему слежения за Солнцем, чтобы отслеживать Солнце по небу, когда оно движется с востока на запад, чтобы гарантировать, что на зеркала всегда попадает максимум солнечной энергии. Приемная труба в центре может достигать температуры выше 400 ° C, поскольку желоб фокусирует Солнце с интенсивностью в 30-100 раз больше его нормальной. [2]

Эти желоба выстроены рядами на солнечном поле. Жидкий теплоноситель нагревается, когда он проходит по трубам в параболическом желобе. Затем эта жидкость возвращается в теплообменники в центральном месте, где тепло передается воде, образуя перегретый пар высокого давления. Затем этот пар приводит в движение турбину, чтобы привести в действие генератор и вырабатывать электричество. Затем теплоноситель охлаждается и снова проходит через солнечное поле. [2]

Параболические тарелки

основная статья
Рисунок 3.Параболический сборщик посуды. [5]

Это большие параболические тарелки, которые используют двигатели для отслеживания Солнца. Это гарантирует, что они всегда получают максимально возможное количество поступающего солнечного излучения, которое затем концентрируется в фокусе антенны. Эти тарелки могут концентрировать солнечный свет намного лучше, чем параболические желоба, а температура жидкости, проходящей через них, может достигать 750 ° C. [2]

В этих системах двигатель Стирлинга преобразует тепло в механическую энергию, сжимая рабочую жидкость в холодном состоянии и позволяя нагретой жидкости расширяться наружу в поршне или перемещаться через турбину.Затем генератор преобразует эту механическую энергию в электричество. [2]

Солнечные башни

основная статья
Рисунок 4. Солнечная башня. [6]

Башни солнечной энергии - это большие башни, которые действуют как центральный приемник солнечной энергии. Они стоят посреди большого массива зеркал, которые концентрируют солнечный свет на точке в башне. Это большое количество плоских зеркал, отслеживающих солнце, известно как гелиостаты.В градирне установлен теплообменник, в котором нагревается теплоноситель. Тепло, сконцентрированное в этой точке, может быть в 1500 раз сильнее падающего солнечного света. [2] Затем горячая жидкость используется для создания пара для запуска турбины и генератора, вырабатывающих электричество. Одним из недостатков этих башен является то, что они должны быть очень большими, чтобы быть экономичными.

Преимущества и недостатки

Поскольку эти системы могут генерировать пар с такими высокими температурами, преобразование тепловой энергии в электричество более эффективно.Кроме того, эти электростанции решают проблему неспособности эффективно хранить электроэнергию, имея вместо этого возможность накапливать тепло. Хранение тепла более эффективно и рентабельно, чем хранение электроэнергии.

Кроме того, эти установки могут производить управляемую энергию базовой нагрузки, что важно, поскольку это означает, что эти установки производят надежное количество энергии и могут включаться или включаться по желанию, удовлетворяя потребности общества в энергии. [7] В дополнение к этому, солнечные тепловые электростанции представляют собой тип технологии производства электроэнергии, который чище, чем производство электроэнергии с использованием ископаемого топлива.Таким образом, это одни из самых чистых вариантов выработки электроэнергии. Несмотря на это, все еще существуют связанные с этим экологические последствия, поскольку анализ полного жизненного цикла может показать все связанные выбросы углекислого газа, связанные со строительством этих заводов. Однако выбросы все еще намного ниже, чем выбросы, связанные с установками, работающими на ископаемом топливе.

К числу недостатков можно отнести большой участок земли, необходимый для эффективной работы этих заводов. Кроме того, потребность этих заводов в воде также может рассматриваться как проблема, поскольку для производства достаточного количества пара требуются большие объемы воды. [8] Последним потенциальным воздействием использования больших фокусирующих зеркал является вредное воздействие этих растений на птиц. Птиц, которые летят на пути сфокусированных лучей Солнца, можно сжечь. Согласно некоторым сообщениям о гибели птиц на таких электростанциях, как эти, погибает примерно одна птица каждые две минуты. [9]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Термоэлектрический генератор с питанием от солнечного тепла

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Solar Thermal - использование тепловой энергии солнца

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

Коммунальные весы для солнечной энергии - сельское хозяйство, солнечная энергия

Как солнечная тепловая энергия преобразуется в электричество?

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

Как солнечные тепловые электростанции собирают тепло для производства электроэнергии?

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


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

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

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

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

Солнечная энергия для вашего дома

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

Солнечный водонагреватель

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

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

Солнечная тепловая энергия - горячий воздух

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

Конструкция солнечного термоэлектрического генератора

Серия

/ Отчет №:
Государственный университет Огайо. Диплом с отличием кафедры машиностроения и аэрокосмической техники; 2013

Аннотация:

В мире, где ископаемое топливо доминирует в качестве источников энергии, потребность в экономически и коммерчески жизнеспособном возобновляемом источнике энергии является острой. Процессы, посредством которых образуются ископаемые виды топлива, не происходят достаточно быстро, чтобы восполнить их источники для удовлетворения потребностей общества, а при сжигании ископаемого топлива образуется двуокись углерода, парниковый газ, связанный с глобальным потеплением.Солнечная энергия зарекомендовала себя как многообещающая альтернатива: в этой области преобладают фотоэлектрические элементы в потребительском масштабе и солнечная тепловая энергия в масштабах предприятий. Тем не менее, солнечные тепловые системы обладают врожденным преимуществом в том, что они используют все длины волн падающего излучения, а не только свет. В этом исследовании термоэлектричество рассматривается как жизнеспособный вариант для небольших солнечных тепловых систем. Термоэлектрики основаны на эффекте Зеебека, утверждающем, что напряжение индуцируется, когда градиент температуры применяется к стыкам двух различных материалов; В случае солнечного термоэлектрического генератора (STEG) горячая сторона является поглотителем солнечной энергии, а холодная сторона - теплоотводом.Это исследование предлагает спроектировать, построить и испытать прототип СТЭГ, чтобы внести свой вклад в дальнейшее развитие СТЭГ как разумных источников солнечной тепловой энергии для потребительского рынка. Процесс проектирования включал расчет и оптимизацию баланса энергии в поглотителе, минимизацию потерь тепла, анализ теплопередачи через термоэлектрические элементы и анализ системы электроснабжения. Процесс тестирования включал сборку системы, измерение баланса тепла и тепловых потерь, а также измерение электрической мощности, генерируемой термоэлектрическим модулем, подключенным к переменным резистивным нагрузкам, чтобы в конечном итоге измерить эффективность STEG.Литература предполагает, что STEG может достигать эффективности 5,2% при работе в вакууме и 0,03% на воздухе, оба без оптической концентрации, хотя этот STEG достиг только пикового КПД примерно 0,03%.

Описание:

3-е место в области инженерии на исследовательском форуме Denman Undergraduate Research Forum, 2013

гелиотермический электрогенератор

гелиотермический электрогенератор
  • Первоначальная идея Мириам Инглиш
  • Алина Фридрихсен - предложила использовать DS1820 для измерения температуры и Inkscape для диаграмм SVG, также указала на некоторые способы программирования Linux для чтения портов.
  • Если вы хотите внести предложения, не стесняйтесь комментировать в моем блоге. Вскоре я надеюсь, что смогу добавлять комментарии прямо внизу этой страницы. В качестве альтернативы вы всегда можете написать мне через mim в miriam-english dot org, чтобы сделать предложения, комментарии или что-то еще.

Самое интересное в этом заключается в том, что он позволяет обойти одно из основных ограничений солнечных фотоэлектрических панелей, заключающееся в том, что они работают только в дневное время. Если эта вещь спроектирована правильно, она должна вырабатывать электроэнергию 24 часа в сутки.

Ничего из этого не является секретом, на самом деле, когда я закончу сборку и тестирование, я опубликую все данные в сети для всех, кто тоже захочет построить. Я не думаю, что это можно запатентовать - надеюсь, что нет, потому что я думаю, что патенты сейчас препятствуют прогрессу. Технология довольно старая и восходит к 1800-м годам.

Он использует термоэлектрический эффект, но подходит к нему немного иначе, чем обычно.

Проще всего понять, начав с нижней части диаграммы.

Солнечная нагревательная панель заполнена водой. Его дно имеет хорошо изолированную трубу, ведущую к дну хорошо изолированного резервуара для хранения горячей воды , выше и позади него. Верх панели соединен такой же изолированной трубой с верхом того же резервуара. Это водонагреватель замкнутого цикла. Вода в панели нагревается. Теплая вода менее плотная, чем холодная, поэтому она поднимается в верхнюю часть резервуара для хранения горячей воды, а более холодная вода из резервуара для хранения горячей воды падает на панель, где она нагревается.Вода циркулирует так весь день за счет конвекции. Ночью вода не будет циркулировать, потому что конвекция запускается только в том случае, если панель теплее, чем резервуар, поэтому клапаны не нужны.

Над резервуаром для горячей воды находится еще один хорошо изолированный резервуар, также содержащий воду. Это холодильный бак . Он соединен с другой панелью выше и позади нее, причем верхняя труба ведет к верхней части панели, а нижняя труба - к низу панели.Однако эта панель не является солнечным коллектором. Это радиатор . У него нет стеклянного покрытия, и он направлен в сторону от солнца, а излучающие катушки и ребра обращены к воздуху. Эта панель вступает в игру в основном ночью. Вода в панели охлаждается, и холодная вода падает на дно резервуара для хранения холода, в то время как более теплая вода поднимается из резервуара к панели для охлаждения. И снова вода циркулирует за счет конвекции. Опять же, клапаны не нужны - если излучающая панель становится теплее холодного бака, циркуляция прекращается.

Разница температур между этими двумя резервуарами генерирует электричество с помощью термоэлектрического устройства (также известного как термобатарея). В верхней части резервуара для хранения горячей воды содержится самая горячая вода, а в нижней части резервуара для хранения холода - самая холодная вода. Между резервуарами находится либо зигзаг из парных металлов, которые вырабатывают электричество, когда их концы находятся при разных температурах (дешево, но неудобно и с низкой эффективностью), либо можно использовать полупроводниковые модули охлаждения Пельтье.Сейчас их можно купить довольно дешево. Не многие понимают, что кулеры работают и наоборот. Вместо того, чтобы пропускать через них ток для охлаждения с одной стороны и нагрева с другой, если вы нагреете одну сторону и охладите другую, устройство вырабатывает электричество.

Один термоэлектрический модуль (Пельтье) от Jaycar Electronics обошелся мне всего в 23 австралийских доллара. Я заметил, что на устройстве написано «TEC1-7108» (обозначение производителя, а не Jaycar), однако я считаю, что на самом деле это TEC1-12708, основываясь на данных из различных источников в Интернете.Устройство имеет размеры 40 мм x 40 мм x 3,5 мм и должно обеспечивать мощность охлаждения 68,09 Вт (что бы это ни значило) при 8 А и входном напряжении 15 В с разницей в 27 ° C. (См. Дополнительные данные на http://www.hebeiltd.com.cn/?p=peltier.module). Я не уверен, как эта информация будет использоваться в обратном порядке. Я опубликую свои результаты по мере того, как экспериментирую с ними.

Вот более подробная svg схема генератора. Если вы используете дрянной (и небезопасный) InternetExplorer от Microsoft, возможно, вы не сможете просматривать изображения svg.Мой совет - выберите лучший веб-браузер, например, один из браузеров Mozilla (Firefox или Seamonkey) или Opera. Я думаю, что Safari (на Mac) и Google Chrome тоже отображают SVG.

На рынке уже есть несколько термоэлектрических генераторов, но дизайнеры, кажется, попались в ловушку, думая только о нагреве. Дело в том, что генерируется не тепло, а разница температур . Также я думаю, что люди слишком сосредоточены на высокой производительности.Они сжигают топливо для нагрева одной стороны устройства и создают сложные насосы с охлаждающей жидкостью и термостатами, чтобы предотвратить повреждение устройства из-за высокой температуры. Использование более простой конструкции позволяет избежать многих проблем и уменьшить количество возможных точек отказа системы. Использование конвекции избавляет от водяных насосов, а использование радиатора для использования холодного ночного воздуха позволяет вырабатывать электроэнергию из разницы между резервуаром для горячей воды и резервуаром для холодной воды - фактически электричество вырабатывается из разницы между дневной и ночной температурой.Поскольку она уже накапливает энергию в виде тепла (на самом деле разница в тепле), эта система должна работать и без электрических батарей, что устраняет еще одну большую статью расходов и общую точку отказа в системах солнечной энергии.

Земля вращается вокруг Солнца по своей годовой орбите. Земля также каждый день вращается вокруг своей оси. Эта ось наклонена на 23,422 °, так что на одной стороне орбиты южное полушарие находится летом, а северное полушарие - зимой.Затем, на другой стороне орбиты, север находится летом, а юг - зимой. В разгар лета для каждого полушария вы заметите, что солнце находится прямо над тропиком Козерога или тропиком Рака ( две пунктирные оранжевые линии ). Эти два тропика находятся под углом 23,433 ° к экватору. зеленый человек и синий находятся на 33 ° к северу и югу от экватора.

Если бы вы жили на экваторе (то есть на 0 ° широты), то в течение года солнце в среднем находилось бы прямо над головой, поэтому солнечный коллектор, расположенный на земле, будет собирать максимум солнечного света круглый год. .Мы должны попытаться направить наш солнечный коллектор примерно в том же направлении, где бы мы ни находились на Земле. Вы можете видеть, что если мы находимся на некоторое количество градусов от экватора, то мы должны наклонить нашу панель назад к экватору на такое же количество градусов, чтобы она указывала в том же направлении, что и плоскость на земле на экваторе - - то есть мы хотим, чтобы он был параллелен коллектору на экваторе.

Ориентация солнечного коллектора

В разные сезоны кажется, что солнце встает и садится под разными углами.Это потому, что наша планета наклонена вокруг своей оси на 23,433 ° по отношению к своей орбите вокруг Солнца. Но это не сильно влияет на то, как мы указываем панель, потому что мы хотим усреднить сезонные изменения (в основном). Если у вас нет отслеживающего солнечного коллектора, вам нужно направить панель в том же направлении, что и горизонтальная панель на экваторе Земли. Ваша широта на Земле задается как угол от экватора до центра Земли и того места, где вы находитесь. Удобно, что это также угол наклона от горизонтали, под которым вы должны расположить свою панель.Конечно, вам следует направить панель на север, если вы находитесь в южном полушарии, и на юг, если вы находитесь в северном полушарии.

Ранее я сказал, что вы хотите в основном хотите усреднить сезонные изменения. Я бы посоветовал навести панель немного круче, чем ваша широта, потому что зимой труднее всего собирать тепло от солнца. Чем дальше от тропиков, тем важнее это. В холодных широтах, возможно, стоит нацелить его почти на 23 ° круче, чтобы направить более прямо на зимнее солнце.В более умеренных широтах может хватить 10 ° или меньше.

Модификации

  • В холодном климате для воды, очевидно, потребуется антифриз. Также панели коллектора могли получать больше тепла от солнца с помощью вакуумных трубок с отражателями. Другой способ улучшить улавливание солнечного света - использовать большой концентрирующий отражатель или линзу Френеля.
  • В жарком климате для охлаждения радиатора можно использовать испарительное охлаждение, используя либо влажную ткань, накинутую на змеевики, либо неглазурованную керамику, окружающую радиатор и непрерывно доливая воду.Вода просачивается из неглазурованного контейнера и испаряется, охлаждая контейнер и змеевики радиатора внутри.
  • Тепловые насосы могут использоваться для передачи тепла от холодного бака к горячему. Это кажется довольно бесполезным занятием, пока вы не поймете, что тепловой насос можно запустить от ветряной мельницы, педали, водяного колеса или даже двигателя, который также используется для каких-то других целей. Есть два основных типа тепловых насосов:
    • тип, используемый в холодильнике для перекачивания тепла из шкафа к излучающим змеевикам на его задней стороне, и
    • твердотельные устройства Пельтье, такие как микросхема, используемая в центре генератора в этом проекте.

    Механические тепловые насосы сжимают и расширяют газ, перемещая тепло от одного места к другому. Они могут использовать механическое движение для сохранения энергии при разнице температур между двумя резервуарами. Если они хорошо сконструированы, может показаться, что они «производят» больше энергии, чем используется для их работы. Это потому, что они на самом деле не генерируют тепло, а просто перемещают его из одного места в другое. Однако у них есть существенные недостатки: они сложны и дороги в обслуживании.

    Тепловые насосы устройства Пельтье не имеют движущихся частей, не требуют обслуживания и работают бесшумно.Их можно использовать для отвода излишков электроэнергии, захваченной, возможно, от солнечных фотоэлектрических панелей в дневное время. Думайте об этом как о «зарядке» резервуаров для хранения. Если от термоэлектрического генератора не требуется электричество, он может быть переключен на внешний источник электричества и работать в обратном направлении для передачи тепла от холодного бака к горячему.

  • Тепло (и холод) могло бы сохраняться намного дольше, если бы термоэлектрическое устройство могло быть изолировано от двух резервуаров, когда оно не используется.Я представляю себе что-то вроде скользящих блоков из теплопроводящего материала и изолятора, которые в одном положении будут проводить тепло от горячего резервуара через термоэлектрический модуль к холодному резервуару, а во втором положении будут изолировать термоэлектрический модуль от обоих резервуаров.
  • Сферические резервуары для хранения могут быть более эффективными, чем блочные. Меньшее отношение площади поверхности к объему приведет к меньшим потерям тепла / холода через стенки контейнера. Форма также могла бы сделать конвекцию более эффективной, с меньшим количеством «мертвых» зон.И нижняя часть холодного бака и верхняя часть горячего бака концентрируют максимальную разницу температур прямо на термоэлектрическом модуле.
  • Альтернативный источник тепла, такой как сжигание некоторого количества топлива, или геотермальное тепло, или тепло от млекопитающих или птиц, можно использовать для помощи солнечному коллектору в климате, где мало солнца в течение полугода или во время длительных периодов очень пасмурные дни.
  • Солнечный коллектор, который отслеживает солнце и более эффективно нагревает воду.Я должен подсчитать, стоит ли это улучшение, потому что солнечные водонагреватели, как правило, работают хорошо, даже если они не направлены точно, и даже нагревают воду в пасмурные и дождливые дни. Фотоэлектрические панели, как правило, плохо работают ни с одним из них и поэтому требуют добавления систем слежения. Также эффективность фотоэлектрических элементов падает, если они становятся слишком горячими, в то время как для солнечных водонагревателей нет такого верхнего предела температуры.
  • Может ли «неотражающее» стекло повысить эффективность солнечного коллектора?

Наверное, есть еще модификации, о которых я еще не думал.

Измерение

Сейчас я в основном сосредоточен на создании простого прототипа и электроники для измерения и регистрации производительности. Для этого мне нужно зарегистрировать температуры двух резервуаров для хранения в точках, наиболее полезных для термоэлектрического устройства. Также может быть полезно вести учет температуры окружающей среды, чтобы можно было оценить погоду по ее влиянию на генератор. Мне также нужно записать электрическую мощность термобатареи.

Изначально я намеревался использовать аналого-цифровой преобразователь ADC0809 с некоторыми термисторами для контроля температуры в двух контейнерах для хранения и температуры окружающей среды, однако Алина предложила использовать устройства DS1820. Я слышал о них раньше, но считал их слишком сложными в использовании, потому что они используют последовательный интерфейс, и я понятия не имел, как запрограммировать Linux для их чтения. Алина отметила замечательный проект на http://martybugs.net/electronics/tempsensor/, который не только предоставляет схему, но и программное обеспечение для выполнения этой работы.

Я все еще думаю о том, как лучше всего записать электрическую мощность устройства.

обновлено 29.08.2010

Солнечное тепловое и водяное отопление

Солнечная энергия - это технология, предназначенная для использования солнечного света для получения тепловой энергии (тепла). Это тепло часто используется для нагрева воды, используемой в домах, на предприятиях, в плавательных бассейнах, а также для отопления внутренних помещений зданий (обогрев помещений).

Чтобы нагреть воду солнечным светом, солнечный тепловой коллектор нагревает жидкость, которая прокачивается через него.Когда жидкость перекачивается через коллектор, она нагревается. Теперь нагретая жидкость откачивается из коллектора через теплообменник.

Теплообменники обычно состоят из меди и обычно находятся внутри резервуара для хранения солнечной энергии. Это позволяет теплу в жидкости передаваться - или обмениваться, отсюда и название - в воду в резервуаре для хранения.

Накопительный бак является важным элементом любой солнечной тепловой системы, поскольку он позволяет сохранять все тепло, вырабатываемое солнечным тепловым коллектором, для использования в любое время, когда это необходимо.

Солнечные тепловые коллекторы классифицируются Управлением энергетической информации (EIA) как коллекторы с высокой, средней или низкой температурой.

Коллекторы для высоких температур

Высокотемпературные коллекторы, также называемые концентрирующими коллекторами, используют зеркала и / или линзы для концентрирования солнечного света для достижения очень высоких температур (от 750F до 1000F). Этот метод называется Concentrated Solar Power, или CSP. Эти высокие температуры используются в крупномасштабном производстве энергии, обычно для вращения паровых турбин.

Системные проекты

Параболический желоб - Электростанции с параболическим желобом используют изогнутое зеркало для отражения солнечного света на центральную точку фокусировки - обычно стеклянную трубку, содержащую теплоноситель. Эта трубка проходит по длине желоба и расположена в фокусе зеркал, чтобы собирать большое количество тепловой энергии.

Эта технология широко используется во всем мире. В Калифорнии система SEGS использует эту технологию на 9 различных электростанциях для выработки электроэнергии мощностью более 350 мВт.На заводе Nevada Solar One также используется этот тип коллектора мощностью 64 МВт.

Power Tower - также известные как электростанции с центральной башней - генерируют большое количество тепловой энергии, используя тысячи зеркал с системами слежения, чтобы постоянно улавливать и фокусировать тепловую энергию солнца на центральной фокальной башне. Внутри башни концентрированный солнечный свет нагревает передающую среду - обычно расплавленную соль - до температуры более 1000F. Эта расплавленная соль затем поступает в большой резервуар для хранения, где накапливается энергия, и в конечном итоге перекачивается в парогенератор.Затем парогенератор вырабатывает электричество.

Solar Two была одной из таких электростанций, использующих эту технологию, и многие другие электростанции в настоящее время строятся по всему миру с использованием этой технологии.

Дизайн посуды

Система солнечных тарелок использует большую отражающую параболическую тарелку для фокусировки солнечного света в одну точку фокусировки. В этой фокусной точке приемник улавливает тепловую энергию и преобразует ее в электричество, используя паровой двигатель или двигатель Стирлинга.

Эта система используется из-за высоких температур, которых она может достичь из-за высокой концентрации света. Более высокие температуры позволяют лучше преобразовывать электричество.

Эта технология в настоящее время используется для производства большого количества электроэнергии в Калифорнии компаниями Southern California Edison и San Diego Gas & Electric, общая мощность которых превышает 750 МВт.

Коллекторы среднетемпературные

Коллекторы средней температуры часто относятся к солнечным водонагревательным системам в виде плоских пластин или вакуумных трубчатых коллекторов.Эти коллекторы используются для сбора, хранения, использования тепла для горячего водоснабжения (например, для душа, стирки или технологических процессов, среди прочего), для обогрева помещений и для охлаждения помещений (с использованием различных типов систем охлаждения с тепловым приводом, таких как как абсорбционный чиллер.

Вакуумные трубчатые коллекторы

Вакуумные трубчатые коллекторы (ETC) очень эффективно удерживают большой процент тепла, собираемого от солнца. Каждая трубка работает независимо от других и окружена стеклянной трубкой с двойными стенками.Между двойными стенками находится глубокий вакуум, создающий эффект «термоса», который значительно увеличивает его теплоизоляцию. Такая конструкция позволяет солнечному свету проходить через стекло, но не пропускает тепло.

Во многих вакуумных трубчатых коллекторах, таких как SPP-30A, используется технология тепловых трубок. Медная тепловая трубка находится внутри откачанной трубки и удерживается на месте тонкими металлическими пластинами, называемыми ребрами теплопередачи. Тепловая трубка также находится под вакуумом, что позволяет воде внутри кипеть при гораздо более низкой температуре.

Когда вода закипает, пар поднимается к верхней части тепловой трубки, которая находится внутри коллектора. Вода или жидкий теплоноситель (обычно смесь воды и гликоля) проходит через коллектор, где входит в контакт с верхними частями тепловых трубок, тем самым быстро нагреваясь. Затем оно проходит через теплообменник, обычно являющийся частью резервуара для хранения, где тепло сохраняется для немедленного или будущего использования.

Плоские коллекторы

Плоские коллекторы обычно состоят из ряда медных трубок в очень хорошо изолированной стеклянной коробке.Солнечный свет падает на стекло, а тепло удерживается внутри прочной изоляцией. Когда вода или теплоноситель проходит через коллектор, тепло, улавливаемое солнцем, передается жидкости.

Эта жидкость затем нагревается и циркулирует обратно через теплообменник, где тепло накапливается для немедленного или последующего использования в системах горячего водоснабжения или отопления помещений.

Коллекторы низкотемпературные

Под низкотемпературными коллекторами обычно понимают неглазурованные или неизолированные плоские панели для обогрева бассейна.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *