Классификация солнечных коллекторов. Плоский коллектор солнечной энергииСолнечный коллектор - плоский или вакуумный?Плоский или вакуумный солнечный коллектор — плюсы и минусыДобрый день, дорогие читатели. Зеленая планета продолжает раскрывать тему — альтернативные источники энергии. Сегодня мы переходим от теоретической части (что такое солнечные коллекторы), к практической. Мы рассмотрим два основные вида солнечных коллекторов, проанализируем и сравним их характеристики, целесообразность и эффективность использования, с целью выяснить — какой солнечный коллектор лучше вакуумный или плоский. Для начала, еще раз напомним общий принцип действия солнечного коллектора. С помощью данного устройства можно нагревать воду или отапливать здание. Лишь потратив деньги на его установку, вы будете получать экологически чистое тепло, а не покупать много киловатт электричества или использовать исчерпаемые ресурсы земли, такие как жидкое, газообразное или твердое топливо.
Сравнение плоских и вакуумных солнечных коллекторов.Чтобы лучше разбираться в плюсах и минусах свойств плоских и вакуумных коллекторов, нужно обладать некоторыми знаниями, которыми мы и собираемся поделиться с нашими читателями, оценив и сравнив некоторые характеристики солнечных коллекторов. Еще раз напомним, как выглядят солнечные коллекторы: Плоский солнечный коллектор
Вакуумный солнечный коллектор
1. Прочность солнечных коллекторовСуществует мнение, что плоские солнечные коллекторы по своей конструкции куда прочнее вакуумных, и этому есть объяснение, плоский коллектор состоит из единой панели, и в отличии от вакуумного коллектора, с виду и по физическим данным выглядит прочнее. Но даже импортные плоские солнечные коллекторы вполне можно повредить. С другой стороны, случаи сильной непогоды, крупного града, ураганов или падения летательных аппаратов, которые способны повредить солнечные коллекторы, не так уж часто происходят в обычной среднестатистической местности. С практической точки зрения, вакуумные коллекторы использовать удобнее, ведь такой коллектор состоит из множества стеклянных трубок. Если с коллектором что-то случится, то, возможно, повреждения коснуться одной или нескольких трубок, которые, во-первых, можно заменить, а во-вторых, можно сделать это не сразу, ведь остальные трубки останутся работоспособными. В случае повреждения плоского коллектора, он может целиком выйти из строя, и замена всей панели обойдется явно дороже замены одной или нескольких трубок вакуумного коллектора. 2. Снег и изморось для солнечных коллекторовДля наших широт актуальность использования солнечных коллекторов в холодное время года не менее важна, поэтому важно знать некоторые особенности их зимней эксплуатации. Например, актуальный вопрос, как быть со снегом, который может скопиться на коллекторе и мешать его нормальной работе. Следуя логике можно подумать, что на плоском коллекторе, установленном под углом 45 градусов, не задерживается снег, так как наклонная плоскость нагревается, и он будет лучше работать, без надобности его отчищать от снега. На практике, снег действительно подтаивает на солнце и сползает в нижнюю половину или треть коллектора, где может превращаться в снежно-ледяную корку. Вакуумные коллекторы, расположенные под углом 55-60 градусов, даже при небольшом ветре, легко обдуваются от снега естественным образом, если только они не установлены на земле, где намело сугробы. Если же, и плоские и вакуумные коллекторы установлены на крыше или на земле, где собирается снег, то и тот и другой придется отчищать для нормальной работоспособности. Общее правило — чем больше угол наклона коллектора, тем меньше на нем будет собираться снег. Вакуумные коллекторы, установленные под углом от 55 градусов и выше, имеют еще одно преимущество перед плоскими коллекторами — они обладают повышенной устойчивостью к обильным снегопадам. Также, существует мнение, что солнечные коллекторы покрываясь изморозью перестают нормально работать, на самом деле, изморозь не сильно влияет на работоспособность коллекторов. Изморозь обычно появляется после обильных осадков при повышенной влажности, как только выходит солнце, изморозь превращается в воду. Перед изморозью нет преимуществ ни у вакуумных, ни у плоских коллекторов. 3. Какой из солнечных коллекторов лучше подходит для систем отопления?Продолжая тему использования солнечных коллекторов в холодное время хорошо бы выяснить, какой солнечный коллектор вакуумный или плоский лучше подходит для отопления зданий в зимний период. В холодное время года, системе солнечных коллекторов требуется большее время утром для нагрева теплоносителя и привода всей системы отопления в рабочее состояние, по сравнению с теплым периодом года. Внешние части системы солнечных коллекторов соприкасаются с холодной окружающей средой, и теряют на этом какую-то часть тепла. Плоские коллекторы очень сильно теряют свою эффективность зимой, а вакуумные коллекторы за счет хорошей теплоизоляции, работают практически так же эффективно, как и летом. Получается, что для отопления можно использовать оба типа коллекторов, для здания определенной площади эффективнее использовать вакуумные коллекторы, ведь если использовать плоские коллекторы, то понадобится в несколько раз больше самих коллекторов для поддержания той же мощности. Этот факт понижает экономическую целесообразность использования плоских солнечных коллекторов в системе отопления, в холодное время года. Также стоит отметить, что для обеспечения горячим водоснабжением эффективнее использовать вакуумные коллекторы, так как в облачную и пасмурную погоду, за счет минимального теплообмена с окружающей средой, они дают достаточно тепла для нагрева воды, в то время, как плоские коллекторы могут гораздо хуже справляться с данной задачей, перекладывая ее на резервную систему подогрева воды. 4. Стоимость солнечных коллекторов.Стоимость солнечных коллекторов зависит в первую очередь от производителя. Скажем, плоские коллекторы, сделанные в европейских странах, будут дороже вакуумных солнечных коллекторов, выпущенных в Китае. С другой стороны, российские или китайские плоские коллекторы могут быть в разы дешевле вакуумных коллекторов. Как показывает практика, искать самые дешевые варианты не имеет смысла, так как во-первых, эффективность плоских коллекторов, особенно в странах с холодным климатом, куда ниже использования вакуумных коллекторов, во-вторых, КПД и сроки эксплуатации дешевых солнечных коллекторов могут быть в разы меньше, чем у более дорогих и качественных. Плоские солнечные коллекторы производятся в Европе, Китае и России, они отличаются размерами, мощность можно рассчитать стандартно — по площади коллектора. Европейские плоские коллекторы можно найти по высоким ценам, обычно предлагаются качественные плоские коллекторы с максимальной эффективностью для данного вида. Российские плоские коллекторы по качеству уступают европейским, в основном зависит от производителя, лучше образцы практически сравнимы по показателям с европейскими, худшие — сопоставимы с дешевыми китайскими аналогами, цены средние. Китайские плоские коллекторы — лучшие сопоставимы с российскими, остальные, особенно выпускаемые без бренда, могут быть очень неэффективными, с нарицательным — товары из Китая, но по низким ценам. Вакуумные солнечные коллекторы, в большинстве своем, производятся в Китае, и надо сказать, здесь китайские разработчики преуспели. Качество коллекторов зависит от крупности производства, есть признанные лидеры производства вакуумных коллекторов, например — Himin Solar, а также, на рынке можно встретить предложения совсем кустарных компаний, которые будут заметно уступать в качестве продукции брендовым производствам. Выводы: Какой тип солнечного коллектора лучше выбрать для России?Для обеспечения объекта горячим водоснабжением можно выбрать, как плоский, так и вакуумный солнечный коллектор. Единственное, что нужно помнить, что вакуумный коллектор имеет гораздо более высокие показатели эффективности в облачную или пасмурную погоду, а также, в холодное время года. Для отопления в нашем климате подходит использование вакуумного коллектора, самый эффективный с U-образным нагревательным элементом.
Естественно, нужно позаботится о резервной системе отопления и нагрева воды, ведь в ночное время, пасмурные и облачные дни, солнечные коллекторы не могут в полной мере осуществлять свои функции. И не стоит экономить на покупке качественных солнечных коллекторов. Выбирая вакуумный коллектор, придется обратить свой взор к китайским фирмам, но здесь лучше присмотреться только к известным брендам и не покупать «китайские» товары. Чтобы представить масштабы развития китайской технологии — достаточно взглянуть на огромный комплекс компании Himin Solar, который обслуживает свои нужды в отоплении и электроснабжении собственной выпущенной продукцией. Огромный комплекс использующий альтернативные источники энергии.
greenplaneta.org Солнечные коллекторы - энергия теплаДобрый день дорогие читатели, Зеленая планета вместе с вами продолжает открывать тему — альтернативные источники энергии, и сегодня мы расскажем об использовании солнечной энергии для получения тепла, с помощью солнечных тепловых коллекторов. Что такое солнечные коллекторы?Использование солнечной энергии начинается с тепловых коллекторов. Солнечными тепловыми коллекторами называют устройства, в которых происходит преобразование света в тепло с помощью специальных элементов – поглотителей излучения.Такие коллекторы не способны непосредственно производить электроэнергию, как полупроводниковые солнечные батареи. Они предназначены лишь для нагрева жидкости – теплоносителя и с успехом используются в системах снабжения горячей водой и отопления жилья. Также они используются и в солнечных электростанциях как основные элементы.
Виды солнечных тепловых коллекторовКоллекторы солнечные подразделяются на два вида:
1. Плоский солнечный коллектор
Плоский коллектор представляет собой обычный приёмник солнечного тепла, состоящий из плоского резервуара-поглотителя излучения, надёжно упакованного в теплоизолированный корпус с прозрачной поверхностью. Прозрачная сторона плоского коллектора должна быть обращена к солнцу, и чем перпендикулярнее направление хода световых лучей к его поверхности, тем эффективнее работает коллектор, выше его КПД. Большую роль в устройстве плоского коллектора играет покрытие теплоприемника. Чем ближе оно по цвету к абсолютно чёрному телу, тем интенсивнее поглощение и преобразование солнечного излучения в тепло, меньше отражение. Технология производства этих покрытий постоянно совершенствуется, пройдя путь промышленной эволюции от обычных чёрных красителей до селективного покрытия — чёрного никеля. Также важен прозрачный экран солнечной стороны. Надёжнее его изготавливать или из прочного закалённого стекла, или поликарбоната. Резервуар плоского коллектора связан трубчатыми подводами теплоносителя с системой отопления, циркуляция жидкости в которой обеспечивается насосом. Как корпус теплоприемника, так и теплоотводящие трубки должны быть надёжно защищены от потерь тепла. Для этой цели можно с успехом использовать различные теплоизолирующие материалы, выпускаемые современной промышленностью. Вакуумный солнечный коллектор
Вакуумные солнечные коллекторы — это вид коллекторов, которые представляют собой более сложное техническое устройство с высоким КПД. Основными элементами коллектора являются тепловые трубки, по конструкции схожие с бытовым термосом. Отличие лишь в том, что наружная сторона каждой колбы — трубки прозрачна, а на внутреннюю её поверхность нанесено светопоглощающее покрытие.
В пространстве между наружной и внутренней поверхностями создаётся неглубокий вакуум, который и предохраняет весь коллектор от возвратных потерь тепла за счёт конвекции. Такая конструкция теплоприемника позволяет снизить потери при преобразовании энергии до 5%. Это очень важно для тех случаев, когда тепловая система работает в условиях недостаточного освещения или низкой температуры окружающего воздуха. Солнечные системы теплоснабжения.
Используя отдельные коллекторы, собирается тепловой блок требуемой мощности. При увеличении площади покрытия возможен практически бесконечный рост производительности таких солнечных батарей.Нагретый теплоноситель из коллекторов закачивается в бак – гидроаккумулятор, из которого производится забор горячей воды потребителями. При коротком отопительном контуре возможна естественная циркуляция воды в магистрали, что дополнительно повышает общий КПД системы. В более сложных системах циркуляционные потоки создаёт насос. Традиционное солнечное теплоснабжение реализуется в двух вариантах систем:• Одноконтурные системы, в которых вода непосредственно из коллекторов поступает в тепловую магистраль;• Двухконтурные системы, где в контуре коллекторов циркулирует теплоноситель, отдающий в теплообменнике энергию водяному контуру. Двухконтурные системы солнечного теплоснабжения хороши тем, что в условиях низких температур расположенный вне здания первый контур с коллекторами может быть заполнен незамерзающей жидкостью. В этом случае ночные холода системе не страшны. Преобразование энергии солнца в электроэнергию.Используя солнечные коллекторы и параболические системы зеркал большой площади, можно производить нагрев теплоносителя до высокой температуры. Когда эта температура значительно превышает температуру кипения воды, возникают условия для работы паровой турбины. Так работают некоторые солнечные тепловые электростанции. Водяной пар под давлением вырывается из котла и, попадая в сопло турбины, вращает ротор электрогенератора.
Несколько по-иному устроены солнечные панели. За счёт внутреннего фотоэффекта в них излучение солнца непосредственно превращается в электроэнергию. При наличии аккумуляторов большой накопительной способности электроэнергия может использоваться не только в дневное время, но и ночью. Устанавливать такие батареи можно везде, куда беспрепятственно проникает свет, но для средних широт в северном полушарии наилучшим местом является южная крыша дома. Ещё одним видом является солнечная тепловая электростанция, использующая в своей конструкции двигатель Стирлинга. От двигателей внутреннего сгорания этот двигатель отличается простотой конструкции и всеядностью по отношению к источникам тепла. Экономичный, экологичный и долговечный, он имеет высокий КПД и вполне подходит для схем, использующих преобразование энергии солнца в механическую энергию, а затем уже и в электричество. модель двигателя Стирлинга
Источником тепла для двигателя Стирлинга в солнечной электростанции может быть как горячий жидкий теплоноситель, так и разогретый в коллекторах воздух. Двигатель не имеет выхлопа, бесшумен и высокопроизводителен, как в генераторах с вращающимися элементами, так и с возвратно-поступательным движением магнитов. greenplaneta.org Классификация солнечных коллекторовТак как солнечные коллекторы являются наиболее распространенными, приведем их общую классификацию.
Плоский коллектор представляет собой конструкцию из элемента-абсорбера, который поглощает солнечное излучение; Прозрачного покрытия (обычно используется закаленное стекло с пониженным содержанием металла) и термоизолирующего слоя. Плоский солнечный коллектор способен нагревать воду до 190-200 градусов. Особое оптическое покрытие плоского коллектора в инфракрасном свете не излучает тепло, что значительно повышает его эффективность. В качестве абсорбера широко применяется листовая медь, отличающаяся хорошей теплопроводностью.
Вакуумный коллектор имеет многослойное стеклянное покрытие. Тепловая труба вакуумного коллектора устроена, как термос. Это позволяет сохранять до 95% тепловой энергии. В нижней части трубки коллектора располагается жидкость, которая при нагревании превращается в пар. Поднимаясь в конденсатор, расположенный в верхней части трубки, пар конденсируется и передает в коллектор тепло (по законам физики).При условиях слабой освещенности этот вид коллекторов обладает большим КПД, чем плоские коллекторы.
Коллектор-концентратор для концентрации солнечной энергии использует зеркальную поверхность, которая фокусирует свет с большой поверхности на меньшей поверхности абсорбера. Благодаря этому достигается достаточно высокая температура. В некоторых случаях излучение может концентрироваться в фокусной точке, в других случаях — вдоль тонкой фокальной линии. Для работы с концентраторами используются специальные следящие устройства, которые поворачивают его солнечному свету. Концентраторы позволяют нагревать до значительно более высоких температур, чем предыдущие виды, однако могут концентрировать лишь прямое излучение. В туманную и облачную погоду работа концентраторов затруднена. Концентраторы наиболее эффективны в пустынных регионах и близко к экватору и используются в основном в промышленности, вследствие их дороговизны. [4].
1.Неиссякаемый источник энергии. 2.Бесплатная энергия, основным источником является Солнце. 3.Чистая энергия, не вносят вклад в глобальное потепление, кислотные дожди и смог, снижает вредные выбросы. 4.Использование для различных целей: транспортные средства, работающие на солнечной энергии. 5.Возобновляется. 6. Предоставляет возможность, использовать энергию в отдаленных районах. 7. Развитие новых технологий, позволяет нам хранить солнечную энергию в аккумуляторах. 8. Производится там, где потребляется. 9. Не используется топливо, следовательно, не способствуют амортизации транспорта и транспортировки топлива или радиоактивных отходов. 10. Энергия производится без вмешательства. 11. Минимальное обслуживание. 12. Сохраняет деньги на долгосрочной основе. 13. Оборудование просто в установке.
1. Вам нужно большое количество солнечных панелей для производства электроэнергии необходима, большая площадь. 2. Высокая начальная стоимость солнечных панелей. 3. Выработка электроэнергии только в течение светового дня. 4. Зависит от климатических условий. [3] studfiles.net Плоский солнечный коллектор - конструкция, преимущества и недостаткиСолнечный коллектор в независимости от типа конструкции представляет собой устройство для «захвата» тепловой энергии солнца и преобразования ее для нужд конкретного потребителя. Один из самых простых и часто встречающихся типов солнечных коллекторов – плоский коллектор, в основе работы которого использован парниковый эффект. Конструкция плоского коллектора солнечной энергии
Особенности выбора и покупки плоского солнечного коллектора:
Преимущества и недостатки плоских солнечных коллекторов для отопления:
Как было отмечено выше, плоские коллекторы как правило устанавливают на крышу или стены домов. Наиболее рационально установить солнечные коллекторы еще при строительстве здания, т.к. это значительно снизит расходы на кровельные материалы. www.solnpanels.com Как правильно выбрать солнечный коллектор. Инфографика | Блог SolarSoulЕсли вы решились на приобретение и установку у себя гелиосистемы, то перед вами неизбежно встанет дилемма как выбрать самый главный элемент солнечной установки — солнечный коллектор. На сегодняшний день на рынке представлено огромное количество солнечных коллекторов от множества производителей различные по типу, конструкции, эффективности и стоимости. Выбрать самый оптимальный вариант может стать не простой задачей. В данной статье мы постараемся разобраться в особенностях подбора солнечных коллекторов для гелиосистем, это позволит вам сделать правильный выбор и ощутить все преимущества использования солнечной энергии. Солнечный коллектор: сфера примененияВо-первых, следует определиться, для каких целей вам нужен солнечный коллектор. Обычно, гелиосистема применяется в бытовом секторе для:
Каждый вариант может использоваться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом, а так же все вместе. Однако в комбинированных системах, должна быть одна приоритетная цель, на которую и следует ориентироваться подбирая солнечный коллектор. Основные типы солнечных коллекторовПосле того как цели использования определены можно приступать к подбору типа солнечного коллектора. Уверен, что многие из вас слышали об извечном споре – вакуумный или плоский солнечный коллектор. На самом деле явного победителя в этом споре нет. Всё зависит от целей применения солнечной системы, что для каждого конкретного случая более подходящим может быть тот или иной вариант. Кроме того, мы пойдем дальше и расширим спектр выбора. Как известно, существует несколько основных типов вакуумных солнечных коллекторов, которые так же значительно отличаются между собой, поэтому будет более корректно рассматривать каждый тип отдельно. Для сравнения были выбраны четыре основных типа вакуумных трубчатых коллекторов и один плоский высокоэффективный:
Большинство аргументов за или против того или иного типа коллектора сводятся к весьма абстрактным показателям, таким как: «лучшее восприятия солнечных лучей», «отсутствие теплопотерь», и т.д. Но поскольку у каждого солнечного коллектора есть абсолютно конкретные параметры эффективности, следует доверять именно этим данным для расчета производительности солнечного коллектора в каждом выбранном случае. Подробнее об этих параметрах и принципе расчета: эффективность солнечного коллектора. На графике показана зависимость коэффициента полезного действия от разницы температуры между окружающим воздухом и теплоносителем в солнечном коллекторе при условии солнечного излучения равного 1000 Вт/м². Для анализа воспользуемся средними параметрами для каждого выбранного типа солнечного коллектора указанными на изображении. Первая зона с минимальной разницей температуры характерна для режима работы солнечного коллектора для нагрева воды в бассейне. Режим работы гелиосистемы во второй зоне является оптимальным для горячего водоснабжения в круглогодичном режиме. Третья зона соответствует режиму работы солнечных коллекторов для нужд отопления, поскольку температура окружающего воздуха в отопительный период самая низкая. Четвертая зона используется для получения высоких температур используемых в технологических нуждах. В бытовом секторе такой температурный режим работы встречается крайне редко. Из графика мы видим, что чем меньше ∆t (фактически это означает — чем ниже температура подачи теплоносителя) тем выше КПД солнечного коллектора. Именно поэтому для гелиосистемы оптимальным является применение низкотемпературных систем отопления таких как «теплые полы». Плоский коллектор и вакуумные трубчатые коллекторы с плоским перьевым абсорбером имеют более высокую производительность при работе на нагрев бассейна и ГВС за счет оптических свойств, способствующих лучшему поглощению солнечного света. В свою очередь вакуумный солнечный коллектор с коаксиальной колбой лучше работает в отопительный период благодаря лучшей теплоизоляции. Производительность солнечных коллекторовСледующая диаграмма позволяет оценить среднюю производительность коллекторов за год и за отопительный период (нижняя часть столбца).
Данные о количестве выработанной энергии получены при помощи расчета, в программе позволяющей смоделировать работу солнечной системы за год. В расчетах используются усредненные данные по солнечному излучению и погоде для города Днепропетровска. Расчеты приведены к 1 м² апертурной площади каждого типа коллектора. Диаграмма позволяет оценить максимальную эффективность при непрерывной работе солнечной системы во время всего года. На практике такие условия практически невозможны и не всегда отображают реальную картину производительности солнечного коллектора. Для расчета реальной производительности воспользуемся примером. Смоделируем предполагаемый случай применения гелиосистемы для нужд горячего водоснабжения в круглогодичном режиме и поддержки системы отопления теплыми полами со следующими параметрами:
На графике видно, что при используя солнечный коллектор для отопления более важным является низкие тепловые потери. При этом хорошие оптические характеристики дают прирост выработки тепла в межсезонье, когда средняя температура воздуха выше, но всё еще необходимо отопление. В итоге получаем реальную производительность гелиосистемы за год. Стоимость солнечного коллектора и полученного теплаСтоимость солнечных коллекторов может значительно варьироваться и зависит от множества факторов: качество сборки, материал абсорбера и корпуса, толщина и способ укладки изоляции, толщина стекла и т.д. Чтобы оценить стоимость полученной тепловой энергии от солнечных коллекторов зададимся средней стоимостью одного метра квадратного каждого типа солнечного коллектора. Так же взяв за основу срок эксплуатации 25 лет и условия эксплуатации описанные в примере, можем получить значение стоимости полученного 1 кВт*ч энергии. Как видим из графика, тепло полученное от прямоточного вакуумного коллектора с перьевым абсорбером является наиболее дорогим. А тепло полученное от плоского солнечного коллектора самое дешевое, соответственно плоские коллекторы имеют минимальный срок окупаемости. Однако цена солнечного коллектора не всегда является основополагающим фактором. Более дорогие коллекторы могут иметь больший срок службы и низкие эксплуатационные расходы, связанные с возможными поломками. В связи с этим, можно рассматривать установку как дорогой брендовой техники, так и бюджетных вариантов при определенном уровне начальных капиталовложений. Выбирая солнечный коллектор, обратите внимание на техническую информациюОчень важным фактором для выбора солнечного коллектора является наличие полного технического описания. Наиболее интересные для нас будут значения параметров оптического КПД (ŋ₀), коэффициенты тепловых потерь a₁ (k₁) и а₂ (k₂) и площадь солнечного коллектора (апертурная и общая). Именно эти параметры позволяют оценить эффективность и рассчитать прогнозируемую производительность солнечного коллектора. Если производитель или продавец по каким-то причинам не предоставляет эти данные, то в итоге мы получаем “кота в мешке” и не сможем оценить энергетический вклад гелиосистемы, поэтому лучше воздержатся от покупки такого изделия. Наличие международного сертификата (например, от швейцарской лаборатории SPF или Solar Keymark) приветствуется, однако не всегда нам продают коллектор именно с заданными в данном документе параметрами. Особенно этим грешат азиатские производители, тут уж мы ничего не сможем проверить, остаётся только надеяться на порядочность компании производителя или поставщика. В заключении, предлагаем вашему вниманию полную инфографику «как правильно выбрать солнечный коллектор». (Кликните для увеличения изображения). 
Поделиться "Как выбрать солнечный коллектор: Инфографика" Рекомендуемые статьиsolarsoul.net Особенности плоских солнечных коллекторовСолнечная энергия как источник тепла приобретает все большую популярность в связи с попытками компенсировать нехватку ископаемых ресурсов использованием возобновляемых источников энергии. Задача солнечного коллектора состоит в том, чтобы с минимальными потерями собрать падающее на Землю солнечное излучение, преобразовать его в тепловую энергию и передать конечному потребителю для дальнейшего использования. Есть солнечные коллекторы двух типов, плоские и вакуумные. Конструкция плоского коллектора Солнечный коллектор, как и любое другое устройство, не может иметь эффективность равную 100 процентам. Это обусловлено множеством факторов, важнейшими из которых являются, способность поглощать солнечные лучи, преобразовывать их в тепловую энергию, сберегать от потери и передавать конечному потребителю. Устройство солнечного коллектора плоского типа намного проще вакуумного. Его конструкция представляет собой плоский абсорбер, например тонкую медную пластину, с обратной стороны которой припаивается решетка из большого числа параллельно расположенных медных трубок, соединенных особым образом. Поверхность медного абсорбера для улучшения поглощения солнечных лучей красится черной краской или чернится химическим способом. Черненая поверхность дороже покрашенной, но имеет меньший коэффициент отражения. Медные трубки абсорбера и вся его поверхность с обратной стороны покрываются слоем теплоизолятора для уменьшения потерь тепловой энергии. Собранный абсорбер крепится ко дну теплоизолированного короба изготовленного по размеру пластины. После этого короб накрывается специальным стеклом с высоким коэффициентом светопроницаемости и герметизируется от проникновения воздуха для предотвращения тепловых потерь. Конструкция короба чаще всего изготавливается из алюминия или любого другого металла, но всегда покрывается изнутри толстым слоем теплоизолятора. Преимущества и недостатки Основным преимуществом солнечного коллектора с абсорбером плоского типа состоит в том, что вся его поверхность, в отличие от поверхности вакуумного коллектора, принимает участие в поглощении солнечного излучения и преобразовании его в тепло. Кроме того, поверхность плоского абсорбера можно сделать матовой, в отличие от стеклянной поверхности вакуумных трубок. Воздух является довольно плохим изолятором тепла. А поскольку между поверхностью пластины абсорбера и верхней прозрачной крышкой находится именно он, то, естественно, что потери тепла у плоского будут существенно больше, чем у вакуумного коллектора. Существенным преимуществом плоского коллектора по отношению к вакуумному является то, что его плоская поверхность имеет наименьшую площадь сцепления со снегом, и поэтому он легко соскальзывает на землю. Вообще говоря, снег может создать серьезные препятствия для работы коллектора, если не предпринять специальные шаги по решению данной проблемы. Эффективность работы плоского коллектора, так же как и как вакуумного, зависит от температуры окружающей среды. Коэффициент полезного действия плоского коллектора при высоких температурах окружающей среды выше, чем вакуумного, так как больше поглощающая поверхность. При снижении температуры воздуха в определенный момент тепловые потери начинают превышать тепловую энергию, вырабатываемую излишком площади, и эффективность сначала сравнивается, а затем начинает понижаться относительно эффективности вакуумного коллектора. В соответствии с опытными данными КПД плоского коллектора становится меньше чем КПД вакуумного устройства, когда разница температур теплоносителя и воздуха становится больше 40 градусов. Естественно, это очень приблизительные данные, так как на КПД оказывают также влияние осадки и ветер. Повышенные потери тепла при низкой температуре окружающей среды будут препятствовать выпадению инея и намерзанию льда на поверхность коллектора. И наконец, еще одним не менее важным преимуществом является низкая цена изделия. Перспективы применения
Плоский солнечный коллектор – это эффективный инструмент для утилизации энергии солнца. Поскольку наибольший КПД он имеет при высокой температуре воздуха, то применять его лучше в летнее время. В последнее время стали появляться прозрачные материалы с отличной светопроницаемостью и в то же время с хорошими теплоизоляционными свойствами, поэтому вероятно на рынке скоро появятся изделия, которые не будут так сильно зависеть от времени года. Способность плоского коллектора эффективно поглощать и преобразовывать солнечное излучение, можно с успехом применить для использования в составе теплового насоса. Поскольку теплоноситель будет быстро прокачиваться через теплообменную систему абсорбера, то он не будет успевать нагреваться до температуры, при которой потери энергии, происходящие из-за несовершенства теплоизоляции, будут иметь большое значение. allalternativeenergy.com Солнечный коллектор — WiKiТипы солнечных коллекторовПлоскиеПлоский солнечный коллекторПлоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Абсорбер связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель или напыление оксида титана) для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурат). Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметиком. При отсутствии забора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—210 °C[источник не указан 410 дней]. Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре. ВакуумныеВакуумный солнечный коллекторВозможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума. Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии. Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При облучении установки солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности. Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре. Устройство бытового коллектораТеплоноситель (вода, воздух, масло или антифриз) нагревается, циркулируя через коллектор, а затем передает тепловую энергию в бак-аккумулятор, накапливающий горячую воду для потребителя. В простом варианте циркуляция воды происходит естественно из-за разности температур в коллекторе. Такое решение позволяет повысить эффективность солнечной установки, поскольку КПД солнечного коллектора снижается с ростом температуры теплоносителя. Бывают и солнечные водонагревательные установки аккумуляционного типа, в которых отсутствует отдельный бак-аккумулятор, а нагретая вода сохраняется непосредственно в солнечном коллекторе. В этом случае установка представляет собой близкий к прямоугольной форме бак.[1] Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов
Солнечные коллекторы-концентраторыПовышение эксплуатационных температур до 120—250 °C возможно путём введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем. Солнечные воздушные коллекторыОсновная статья: Солнечный нагреватель воздуха Солнечные воздушные коллекторы — это приборы, работающие на энергии Солнца и нагревающие воздух. Солнечные воздушные коллекторы чаще всего используются для отопления помещений, сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. В некоторых солнечных воздухонагревателях к поглощающей пластине присоединены вентиляторы, которые улучшают теплопередачу. Недостаток этой конструкции в том, что она расходует энергию на работу вентиляторов, таким образом увеличивая затраты на эксплуатацию системы. В холодном климате воздух направляется в промежуток между пластиной-поглотителем и утеплённой задней стенкой коллектора: таким образом избегают потерь тепла сквозь остекление. Однако, если воздух нагревается не более, чем на 17 °С выше температуры наружного воздуха, теплоноситель может циркулировать по обе стороны от пластины-поглотителя без больших потерь эффективности. Основными достоинствами воздушных коллекторов являются их простота и надёжность. При надлежащем уходе качественный коллектор может прослужить 10-20 лет, а управление им весьма несложно. Теплообменник не требуется, так как воздух не замерзает. ПрименениеСолнечный водонагреватель на жилом доме. Мальта.Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. Наибольшее количество производственных процессов, в которых используется тёплая и горячая вода (30—90 °C), проходят в пищевой и текстильной промышленности, которые таким образом имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов. В Европе в 2000 году общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн м², а во всём мире — 71,341 млн м². Солнечные коллекторы — концентраторы могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга. Солнечные коллекторы могут использоваться в установках для опреснения морской воды. По оценкам Германского аэрокосмического центра (DLR) к 2030 году себестоимость опреснённой воды снизится до 40 евроцентов за кубический метр воды[2] В РоссииПо исследованиям ОИВТ РАН в тёплый период (с марта—апреля по сентябрь) на большей части территории России средняя дневная сумма солнечного излучения составляет 4,0-5,0 кВтч/м² (на юге Испании — 5,5-6,0 кВтч/м², на юге Германии — до 5 кВтч/м²). Это позволяет нагревать для бытовых целей около 100 л воды с помощью солнечного коллектора площадью 2 м² с вероятностью до 80 %, то есть практически ежедневно. По среднегодовому поступлению солнечной радиации лидерами являются Забайкалье, Приморье и Юг Сибири. За ними идут юг европейской части (приблизительно до 50º с.ш.) и значительная часть Сибири. Использование солнечных коллекторов в России составляет 0,2 м²/1000 чел.. В Германии эксплуатируется 140 м²/1000 чел., в Австрии 450 м²/1000 чел., на Кипре около 800 м²/1000 чел.. В летнем периоде, большинство районов России вплоть до 65º с.ш. характеризуются высокими значениями среднедневной радиации. В зимнее время количество поступающей солнечной энергии снижается в зависимости от широтного расположения установки в разы. Для всесезонного применения установки должны иметь большую поверхность, два контура с антифризом, дополнительные теплообменники. В таком случае применяется вакуумированные коллекторы или плоские коллекторы с высокоселективным покрытием, поскольку больше разность температур между нагреваемым теплоносителем и наружным воздухом. Однако такая конструкция выше по стоимости.[1] Сооружение коллекторов в настоящее время осуществляется, в основном, в Краснодарском крае, Бурятии, в Приморском и Хабаровском краях.[3] Солнечные башниСолнечная башня, Севилья, Испания. Построена в 2007 г.Впервые идея создания солнечной электростанции промышленного типа была выдвинута советским инженером Н. В. Линицким в 1930-х гг. Тогда же им была предложена схема солнечной станции с центральным приёмником на башне. В ней система улавливания солнечных лучей состояла из поля гелиостатов — плоских отражателей, управляемых по двум координатам. Каждый гелиостат отражает лучи солнца на поверхность центрального приёмника, который для устранения влияния взаимного затенения поднят над полем гелиостатов. По своим размерам и параметрам приёмник аналогичен паровому котлу обычного типа. Экономические оценки показали целесообразность использования на таких станциях крупных турбогенераторов мощностью 100 МВт. Для них типичными параметрами являются температура 500 °C и давление 15 МПа. С учётом потерь для обеспечения таких параметров требовалась концентрация порядка 1000. Такая концентрация достигалась с помощью управления гелиостатами по двум координатам. Станции должны были иметь тепловые аккумуляторы для обеспечения работы тепловой машины при отсутствии солнечного излучения. В США с 1982 г. было построено несколько станций башенного типа мощностью от 10 до 100 МВт. Подробный экономический анализ систем этого типа показал, что с учётом всех затрат на сооружение 1 кВт установленной мощности стоит примерно $1150. Один кВт·ч электроэнергии стоил около $0,15. Параболоцилиндрические концентраторыПараболоцилиндрические концентраторы.Параболоцилиндрические концентраторы имеют форму параболы, протянутую вдоль прямой. В 1913 году Франк Шуман построил в Египте водоперекачивающую станцию из параболоцилиндрических концентраторов. Станция состояла из пяти концентраторов каждый 62 метра в длину. Отражающие поверхности были изготовлены из обычных зеркал. Станция вырабатывала водяной пар, с помощью которого перекачивала около 22 500 литров воды в минуту[4]. Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в линию и может обеспечить его стократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка с теплоносителем (масло), или фотоэлектрический элемент. Масло нагревается в трубке до температуры 300—390 °C. В августе 2010 года специалисты NREL испытали установку компании SkyFuel. Во время испытаний была продемонстрирована термальная эффективность параболоцилиндрических концентраторов 73 % при температуре нагрева теплоносителя 350 °C[5]. Параболоцилиндрические зеркала изготовляют длиной до 50 метров. Зеркала ориентируют по оси север—юг, и располагают рядами через несколько метров. Теплоноситель поступает в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором. С 1984 года по 1991 год в Калифорнии было построено девять электростанций из параболоцилиндрических концентраторов общей мощностью 354 МВт. Стоимость электроэнергии составляла около $0,12 за кВт·ч. Германская компания Solar Millennium AG строит во Внутренней Монголии (Китай) солнечную электростанцию. Общая мощность электростанции увеличится до 1000 МВт к 2020 году. Мощность первой очереди составит 50 МВт. В июне 2006 года в Испании была построена первая термальная солнечная электростанция мощностью 50 МВт. В Испании к 2010 году может быть построено 500 МВт электростанций с параболоцилиндрическими концентраторами. Всемирный банк финансирует строительство подобных электростанций в Мексике, Марокко, Алжире, Египте и Иране. Концентрация солнечного излучения позволяет сократить размеры фотоэлектрического элемента. Но при этом снижается его КПД, и требуется некая система охлаждения. Параболические концентраторыЭкспериментальный коллектор НПО «Астрофизика»Параболические концентраторы имеют форму параболоида вращения. Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала отражают около 92 % падающего на них солнечного излучения. В фокусе отражателя на кронштейне закреплён двигатель Стирлинга, или фотоэлектрические элементы. Двигатель Стирлинга располагается таким образом, чтобы область нагрева находилась в фокусе отражателя. В качестве рабочего тела двигателя Стирлинга используется, как правило, водород, или гелий. В феврале 2008 года Национальная лаборатория Sandia достигла эффективности 31,25 % в установке, состоящей из параболического концентратора и двигателя Стирлинга[6]. В настоящее время строятся установки с параболическими концентраторами мощностью 9—25 кВт. Разрабатываются бытовые установки мощностью 3 кВт. КПД подобных систем около 22—24 %, что выше, чем у фотоэлектрических элементов. Коллекторы производятся из обычных материалов: сталь, медь, алюминий, и т. д. без использования кремния «солнечной чистоты». В металлургии используется так называемый «металлургический кремний» чистотой 98 %. Для производства фотоэлектрических элементов используется кремний «солнечной чистоты», или «солнечной градации» с чистотой 99,9999 %[7]. В 2001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $0,09—0,12 за кВт·ч. Департамент энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до $0,04—0,05 к 2015 — 2020 году. Компания Stirling Solar Energy разрабатывает солнечные коллекторы крупных размеров — до 150 кВт с двигателями Стирлинга. Компания строит в южной Калифорнии крупнейшую в мире солнечную электростанцию. До 2010 года будет 20 тысяч параболических коллекторов диаметром 11 метров. Суммарная мощность электростанции может быть увеличена до 850 МВт. Линзы ФренеляЛинзы Френеля используются для концентрации солнечного излучения на поверхности фотоэлектрического элемента или на трубке с теплоносителем. Применяются как кольцевые, так и поясные линзы. В английском языке употребляется термин LFR — linear Fresnel reflector. РаспространениеВ 2010 году во всём мире работало 1170 МВт солнечных термальных электростанций. Из них в Испании 582 МВт и в США 507 МВт. Планируется строительство 17,54 ГВт солнечных термальных электростанций. Из них в США 8670 МВт, в Испании 4460 МВт, в Китае 2500 МВт[8]. В 2011 году насчитывалось 23 производителя и поставщика плоских коллекторов из 12 стран; 88 производителей и поставщиков вакуумных коллекторов из 21 страны.[9] См. такжеПримечанияЛитература
Ссылкиru-wiki.org |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
