Солнечные коллекторы

Существует множество различных вариантов реализации солнечных коллекторов, предназначенных для производства тепловой энергии для отопления и нагревания воды. Все многообразие солнечных коллекторов можно подразделить на следующие типы:
- солнечные поглотители,
- плоские солнечные коллекторы,
- вакуумированные трубчатые коллекторы,
- солнечный коллектор на основе концентратора с линейным фокусом.

Солнечные поглотители

Солнечные поглотители представляют собой простые поглощающие покрытия, отлитые из высококачественной резины вместе с распределяющими и собирающими трубками. Покрытия должны быть стойкими к воздействию очищающих средств и температурам в диапазоне от-50 до +120 ^oС. Они должны быть всегда эластичными и сохранять гибкость на холоде. Солнечные поглотители (рис. 42) могут устанавливаться на крышах и на поверхности земли, занимая при этом большие площади. Они служат для нагревания воды до температуры 50^oС. Обычно используемые для этой цели поглотители должны иметь площадь поверхности, составляющую приблизительно 50-80% от поверхности нагреваемой воды (рис. 43). Солнечные поглотители этого типа могут применяться для нагревания воды, предназначенной для бытовых нужд. В этом случае при промышленном применении система циркуляции воды между поглощающей поверхностью и плавательным бассейном должна заменяться системой, связанной с расходным резервуаром.

	Рис 43 Солнечный поглотитель, использующийся для плавательного бассейна Площадь поглощающей поверхности- 300 м2

Плоские солнечные коллекторы

В тепловых солнечных коллекторах энергия падающего потока переходит в тепловую знергию и, таким образом, повышает температуру поглотителя солнечного излучения. Для регулировки температуры поглотителя, которая изменяется под действием выделяющейся теплоты, используется жидкий теплоноситель.

В установках с солнечными коллекторами потери энергии обусловлены следующими причинами: - оптические потери (отражение солнечного излучения), - тепловые потери (в зависимости от системы).

Для минимизации потерь солнечные коллекторы покрываются стеклом с высоким светопропусканием (коэффициент светопропускания больше 92%). Покрытие коллектора, поглощающее солнечное излучение, представляет собой предварительно напряженное безосколочное низкоармированное стекло, толщина которого обычно составляет 4 мм. Оно должно быть прекрасным абсорбентом, обладающим очень низкой излучательной и отражающей способностью.

Вода из расходного резервуара, циркулирующая в системе, нагревается при передаче ей накапленной коллектором тепловой энергии. Вся система должна быть морозо- и коррозионностойкой. Контроль за работой системы осуществляется путем измерения разности температур, которая может регулироваться. На рис. 44 показаны интенсивность солнечного излучения и температура поверхности плоского солнечного коллектора и воды, циркулирующей в установке, наблюдавшиеся в течение одного дня.

Взаимосвязь между интенсивностью излучения и температурой коллектора легко просматривается на графике рис. 44.

Рис.44 Кривые зависимости интенсивности солнечного излучения и температуры наружного воздуха, поверхности коллектора и воды, циркулирующей в установке плоского солнечного коллектора от времени. (измерения - Bell + Grossett) ---- Время дня - - - Температура поверхности коллекторов ----Температура воды (выходящей из коллектора) ..... Температура воды (входящей в коллектор) ---- Температура наружного воздуха

Использование вакуума позволят значительно повысить эффективность теплоизоляции плоского коллектора по сравнению с обычным плоским коллектором. На рис. 45.1 показан плоский вакуумный коллектор.

Теплопроводящая трубка из баростойкой меди, имеющая форму меандра	Клапан для создания и сохранения вакуума
Поглощающая пластина со превосходным селективным покрытием, наносящимся путем гальванизации, упрочненногодля наиболее эффективного для наиболее эффективного преобразования света в тепло и быстрого нагревания теплопроводящей трубки	Высокотемпературные унифицированные эластичные несущие элементы, передающие атмосферное давление от стеклянной панели к мембране основания контейнера	Слабоотражающая, не рефлексирующая с высоким коэффициентом прпускания солнечного излучения специальнаястеклянная панель, изготовленная из термически обработанного бесцветного стекла, в соответствии со стандартом ISO

Благодаря улучшенному покрытию поглотителей излучения (TiNO) повышается коэффициент полезного действия коллекторов (Рис.45.2). Для того, чтобы обеспечить максимальный коэффициент полезного действия системы, коллекторы должны быть обращены в южную сторону. В некоторых случаях, когда коллектор невозможно привести в оптимальное положение, уменьшение коэффициента полезного действия можно компенсировать увеличением размера общей поверхности коллектора. На рис. 46 показано, как уменьшается коэффициент полезного действия коллектора при отклонении его азимутального угла от 180^o. Если место, где находится коллектор, располагается на 50^o северной широты, то оптимальный угол коллекторной установки должен составлять 45^o. При всех других углах коэффициент полезного действия коллекторной установки падает.

	Рис. 45.2 Готовая к работе установка с плоским солнечным коллектором с высокими рабочими характеристиками (покрытие TiNOx), (Reflex Solar-Unit)
Рис 46 Настройка коллекторной установки в случае, если оптимальное положение реализовать невозможно

Вакуумированные трубчатые коллекторы

Как и плоские солнечные коллекторы, вакуумированные трубчатые коллекторы превращают падающую солнечную энергию в тепло. Солнечное излучение проникает в вакуумированную стеклянную трубку, где попадает на ее внутреннюю поглощающую поверхность, на которой и происходит преобразование энергии солнечного излучения в тепловую энергию. Фактически потери тепла в окружающей среде не происходит, что связано с использованием высококачественного селективного покрытия на внутренней поверхности стеклянной трубки, а также благодаря тому, что она вакуумирована. Тепловая энергия, образующаяся на поглощающей поверхности, передается в трубку теплообменника, которая находится в нижней части поглотителя. В результате жидкость в этой трубке нагревается и часть ее испаряется. Образовавшийся пар попадает в конденсатор, где превращается в воду. Теплота, выделяющаяся в процессе конденсации, передается потоку воды, а конденсат возвращается в теплообменник. Таким образом, реализуется замкнутый цикл. На рис. 47 и 48 показан общий вид стандартного вакуумированного трубчатого коллектора и его схематическое изображение. Оптимизация расположения (азимутальный угол/угол установки) этого типа солнечных коллекторов производится так же, как и для плоских солнечных коллекторов.

	Рис 47 Вакуумированные трубчатые коллекторы (На изображении: Viessmann)
	Рис 48 Принцип работы вакуумированного трубчатого коллектора 1.Тепловое излучение 2.Стеклянная трубка 3.Проводящая трубка с наполнением 4.Поглотитель, селективное покрытие 5.Конденсатор 6.Теплоизоляция 7.Трубка теплообменника

Значения коэффициента полезного действия некоторых типов коллекторов указаны на рис. 49. Из графика видно, что вакуумированные трубчатые коллекторы имеют лучший коэффициент полезного действия, чем плоские солнечные коллекторы при условии значительной разности температур (имеется в виду средняя температура коллектора и температура окружающей среды).

	Рис 49 Коэффициент полезного действия плоского солнечного коллектора, вакуумного плоского коллектора и вакуумированного трубчатого коллектора (StiebelEltron) трубчатый коллектор

Разность температур окружающей среды и средней температуры коллектора (подача/возврат) Измерения вне и внутри помещения: скорость ветра 4 м/сек, интенсивность излучения 750 и 730 Вт/м², соответственно

Поскольку большинство коллекторных установок являются компонентами двухтрубной системы теплоснабжения, их экономическая целесообразность должна рассматриваться в каждом отдельном случае. Другими словами, важно оценить, является ли приемлимым соотношение ценакачество при использовании солнечных коллекторов, и, прежде всего, достаточен ли уровень невостребованной в летнее время тепловой энергии для обеспечения требуемых условий работы абсорбционных холодильных установок.

На рис. 50 показана принципиальная схема системы, в которой солнечная энергия используется для отопления и для
обеспечения работы холодильной системы. Для того, чтобы температура на входе подобных систем значительно превышала 100 ^oС, вместо упомянутых выше установок может использоваться линейнофокусная установка, которая работает по принципу плоского коллектора. Важное достоинство системы, изображенной на схеме, заключается в совпадении периода высокой интенсивности излучения и, соответственно, высокой нагрузки охлаждающих установок, с периодом, когда существует избыточная тепловая энергия, а, следовательно, есть возможность создать условия для работы абсорбционных холодильных установок, при этом затраты на тепловую энергию являются достаточно низкими.

Дополнительные материалы из раздела "Техническая Инфотека по строительству"
Подраздел: "4.1.6 Солнечные коллекторы"
Фирма:	Описание представленных материалов:	Просмотреть:	Скачать