Эффективность использования солнечных коллекторов в москве: Опыт использования солнечных коллекторов и систем теплоснабжения

Использование солнечных коллекторов Аристон

Вопросы экономии энергоносителей в России выдвигаются в настоящее время на первый план. Удорожание электроэнергии, перегрузка электросетей, высокая стоимость монтажа газового оборудования вынуждают людей искать альтернативные источники энергии для обогрева жилища и получения более или менее приемлемых условий комфортного проживания. Сюда же можно отнести и горячее водоснабжение как один из элементов быта. К таким альтернативам можно отнести солнечную и воздушную энергию, за использование которых вообще не нужно платить. Цена такой альтернативы складывается лишь из стоимости необходимого оборудования.

В данном материале будет рассмотрен вопрос перевода частного жилого дома на обогрев солнечной энергией. Для этого компанией «Атмосфера идеале» были использованы солнечные коллекторы для отопления дома. Поскольку в Московской области наблюдается нехватка солнечных лучей, возникали сомнения в эффективности солнечных коллекторов для полного обогрева дома, а также обеспечения его горячей водой.

Как решился вопрос — вы узнаете из настоящей статьи.

Что представляют собой типичные солнечные коллекторы?

Гелиосистемы, как еще называют солнечные коллекторы, предназначены для преобразования солнечного света в другой вид энергии. Солнечный коллектор для воды способен нагревать теплоноситель, в качестве которого используются антифриз или обычная вода. Теплоноситель нагревает воду, подаваемую для отопления или горячего водоснабжения. Система работает по замкнутому циклу, не требуя никаких дополнительных источников энергии.

Полностью обогреть большой дом в зимний период коллекторы не смогут, но заметно снизить энергозатраты и обеспечить бесперебойную подачу горячей воды вполне способны. Тем более, что солнечное тепло они могут поглощать даже в пасмурную погоду, а также в условиях дождя. Осенью же и весной коллекторы вполне могут самостоятельно справиться с обогревом дома, так как в данные периоды года не требуется выработки большого количества тепла.

Какие задачи ставились перед компанией?

Необходимо было перевести на солнечную энергию жилой дом площадью 196 квадратов, находящийся в Истринском районе. В доме уже находился электрический котел, имеющий мощность 12 кВт. Его мощности вполне хватало на обогрев дома в зимний период, но расход электроэнергии был огромный, да и нагрузка на электросеть была запредельной.

Кроме того, в периоды отключения света возникала потребность в мощном генераторе, которого в наличии не было. Поэтому перед нашей компанией стояла задача применить котел как запасной источник энергии, а в качестве основного источника использовать солнечные коллекторы. Кроме того, дополнительным источником энергии должен был служить тепловой насос.

Дом двухэтажный, деревянный. Первый этаж построен из бруса с внешнем утеплением минеральной ватой толщиной 150 мм. Второй этаж каркасный, с утеплением ППУ толщиной 300 мм по стропильной системе.

Выбор компании и оборудования

Специалисты компании «Атмосфера идеале» пришли к выводу, что лучшим поставщиком оборудования для данного проекта является компания «Аристон», успешно работающая долгие годы на российском рынке. Вся продукция и оборудование, выпускаемое Аристон, производится в Италии, где проходит многоэтапный контроль качества. В ассортименте данной компании имеется все необходимое оборудование для успешного перевода частного дома на солнечное отопление, а специалисты компании эффективно работают с альтернативными источниками энергии.

Реализация проекта

Перед нами стояла задача создать сбалансированную систему обогрева дома. Если провести расчет так, чтобы коллекторы зимой полностью обеспечивали бы отопление и снабжение дома горячей водой, то возникла бы проблема перегрева коллекторов летом, в связи с переизбытком тепла. Если же подбирать оборудование в расчете на летнее использование, то зимой тепла определенно не будет хватать. Совместно со специалистами компании Аристон оборудование было подобрано таким образом, чтобы летом не было переизбытка тепла, а зимой его хватало бы для отопления и ГВС.

Для этого решено было использовать 2 коллектора и теплоаккумулятор повышенного объема. Для обеспечения нужд в горячем водоснабжении был установлен проточный водонагреватель с прямым отбором тепла от теплоаккумулятора. Это дало возможность максимальное количество тепла направить на нужды отопления, и не монтировать дополнительную емкость для ГВС.

Для объединения солнечных коллекторов, теплового насоса и электрокотла была установлена система автоматики. При недостатке тепла от коллектора автоматика должна включать в работу электрокотел, а при достижении оптимальной температуры воды в системе запасные источники тепла автоматически отключаются. Котел можно настроить и по таймеру, например, только на ночное включение.

Проведение работы

Работы по установке альтернативного оборудования проводились мастерами компании «Атмосфера идеале».

Монтаж коллекторов на крыше дома занял у нас 3 часа благодаря тому, что каждый солнечный коллектор нагрева был оснащен быстросъемными соединениями. Теплоаккумулятор объемом 800 литров отлично прошел сквозь дверной проем. На буферной емкости были закреплены проточный водонагреватель и насосная группа. В результате удалось сэкономить место в небольшом помещении.

Хотелось бы отметить качество продукции Аристон. Рамы коллекторов легко и надежно монтируются на крыше, все комплектующие рационально продуманы, имеются необходимые крепежные элементы.

Итоги подключения коллекторов обогрева

Так получилось, что система подключалась к работе 9 сентября 2016 года. В этот день накрапывал дождик, а температура составляла всего +8 градусов. Буферная емкость заполнялась со скважины, поэтому температура воды в ней составляла +7 градусов. На самих коллекторах температура в тот момент составляла +16 градусов. За сутки солнечные коллекторы нагрели воду в емкости до +30 градусов, а температура на коллекторах возросла до +37 градусов.

Несмотря на отсутствие активного солнечного света, коллекторы прекрасно справились со своей задачей. Полученное тепло можно использовать не только для нагрева буферной емкости, но и для отопления дома в осенний период.

Используя возможности автоматики, наши специалисты настроили включение электрокотла в ночное время. Тем самым была разгружена электросеть, вдвое было снижено потребление электроэнергии. Котел был запрограммирован на нагрев до 60 градусов, а его потребляемая мощность составила 2 кВт. Было подсчитано, что конечная стоимость электроэнергии снизится на 40 %. При отключении электричества для обеспечения дома теплом будет достаточно генератора мощностью всего 5 кВт.

Мы можем сделать предварительные выводы об эффективности использования солнечных коллекторов. Даже в Московской области, где традиционно мало солнечного света осенью и зимой, альтернативные источники обогрева доказали свою эффективность. Несмотря на пока еще сравнительно высокую стоимость, солнечные коллекторы способны взять на себя основную часть работы по обогреву жилища. А окупятся они достаточно быстро. Если заглянуть немного в будущее, именно такие источники энергии заменят привычные нам традиционные виды обогрева.

Оценка эффективности солнечных коллекторов, используемых в целях горячего водоснабжения жилых зданий в различных климатических условиях Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЦЕЛЯХ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ В РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ Алексюк Ю.Н.

Алексюк Юрий Николаевич — студент, кафедра теплоэнергетики и водоснабжения на железнодорожном транспорте, факультет транспортных сооружений и зданий, Российский университет транспорта (МИИТ), г. Москва

Аннотация: в работе рассмотрены различные виды солнечных коллекторов для горячего водоснабжения жилого дома, а также представлены регионы, в которых они используются.

Ключевые слова: солнечный коллектор, горячее водоснабжение, теплоснабжение, солнечная энергия.

Выработка энергии из нетрадиционных возобновляемых источников является одним из направлений энергетической стратегии России до 2035 г.

Объем капиталовложений в возобновляемые источники энергии итогового периода прогнозируется в 5-7 раз выше базового уровня. При этом доля возобновляемых источников энергии в общем объеме капиталовложений в сферы энергоснабжения увеличится с 4 до 10-12%.

В сравнении с базовым уровнем требуемый в итоговом периоде объем инвестиций:

— в централизованное теплоснабжение будет выше на 3-17%;

— в автономную энергетику будет выше в 3-4 раза, а ее доля в общем объеме

капиталовложений в энергоснабжение увеличится с 10 до 16-20%;

— в энергосбережение будет выше в 2-5 раз, а его доля в общем объеме капиталовложений в энергоснабжение увеличится с 29 до 34-49%.

Основные успехи в развитии возобновляемой энергетики в России достигнуты в создании новых технологий по преобразованию солнечного излучения в электрическую энергию.

Промышленностью выпускаются фотоэлектрические элементы на основе кремния, модули и батареи с высоким КПД преобразования, высокоэффективные (КПД более 25%) гетероструктурные солнечные элементы и энергоустановки с концентраторами солнечного излучения, малые гидростанции с оборудованием мощностью от 5 кВт до 1 МВт, биогазовые установки для индивидуальных и фермерских хозяйств, обеспечивающих местные потребности в тепловой и электрической энергии, ветроэлектрические станции мощностью от сотен ватт до десятков кВт.

Несмотря на это, выработке непосредственно тепловой энергии уделено незначительное внимания. Причиной тому является то, что наиболее перспективной областью применения НВИЭ в России являются изолированные и удаленные районы с низкой плотностью населения, такие как Республика Саха (Якутия) или также в пример можно привести Приморский край [1]. В этих регионах поступление солнечной радиации является максимальным и достигает 5 и более кВт*ч/м2 в день. Число солнечных дней в среднем по Приморскому краю составляет 310, при продолжительности солнечного сияния более 2000 часов. По некоторым исследованиям, практические ресурсы солнечной энергии в Приморском крае с учетом экологических и других ограничений составляют: тепловой энергии — 16,0 млн кВт, электрической энергии — 4,9 млн кВт, в то время как установленная мощность оборудования электростанций в крае составляет 2,7 млн кВт электрической энергии и 3,9 млн. кВт тепловой энергии [2]. Таким образом, мощность электростанций и ресурс солнечной энергии при получении электрической величины одного порядка. Пока что единственным примером реального использования солнечной энергии на Дальнем востоке является солнечная водонагревательная установка в Дальневосточном Федеральном университете в городе Владивосток на острове Русский. Она предназначена для получения горячего водоснабжения восьми этажного гостиничного корпуса рассчитанного на проживание 536 человек. В состав данной установки входит: 90 солнечных коллекторов производительностью 0,15 Гкал/час тепловой энергии и 176 фотоэлектрических солнечных панелей производительностью 22 кВт*час электрической энергии. Солнечные коллектора и фотоэлектрические солнечные панели установлены на кровле здания. Общая площадь кровли составляет 2566 м2. Площадь крыши, которую занимают солнечные коллектора, составляет 1112 м2, а эффективная площадь абсорбции тепловоспринимающей поверхности составляет 216,99 м2. В установке применены 90 солнечных вакуумных коллекторов марки ЕБ58-1800-30К1.

Лидером же по освоению солнечной энергии является Краснодарский край. В Краснодарском крае находится и один из старейших в России производителей необходимого для получения энергии Солнца оборудования — ПАО «Сатурн». Завод занимается разработкой и изготовлением солнечных элементов и батарей космического применения с 1971г. Сочетание благоприятных климатических условий и близость производителей оборудования дают преимущество в использовании солнечной энергии.

Краснодарский край относится к регионам с высокой интенсивностью солнечной радиации — продолжительность солнечного сияния здесь свыше 2000 часов в год. На побережье Черного и Азовского морей количество солнечных дней составляет 260280 суток в году (для сравнения — в Москве всего 29 дней).

Величина суммарной солнечной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность в течение года, в среднем по региону составляет 1200-1400 кВт/ч на квадратный метр. При использовании солнечной энергии для теплоснабжения выработка тепловой энергии в среднем составляет 900 кВт/ч на кв. м.

Однако в настоящее время использование энергии солнца в данном регионе сводится пока к нескольким проектам, не смотря на то, что современные технологии и опыт их применения в других странах со схожим климатом позволяет извлекать пользу из каждого фотона бесплатной солнечной энергии.

В пример можно привести центральную районную больницу в Усть-Лабинске и городскую больницу курорта Анапа, в которых гелиоустановки работают уже несколько лет.

В Китае суммарная площадь установленных солнечных коллекторов превысила 140 000 км2 чего достаточно для снабжения горячей водой 60 млн семей. В Израиле в 1976г на законодательном уровне было закреплено обязательная установка солнечных коллекторов на всех вновь возводимых жилых строениях не выше 9 этажей (т.к.

22

площадь крыши на строениях большей этажности не позволяет в полной мере обеспечить горячим водоснабжением всех жителей данного дома при помощи только лишь солнечных коллекторов). В результате чего на сегодняшний день 85% квартир в Израиле снабжаются горячей водой нагретой только лишь энергией солнца [3].

Также можно отметить Финляндию, которая находится намного севернее вышеперечисленных стран, и не располагает существенными запасами традиционного сырья для производства энергии.

В 2016 году энергетическая компания «Helen» запустила самую большую в Финляндии солнечную электростанцию. На крыше лыжного центра Kivikko, принадлежащего городу Хельсинки, установили 2992 панелей (285 Вт каждая) общей мощностью 850 кВт. До недавнего времени самой большой в Финляндии была солнечная станция в Сувилахти мощностью 340 кВт. Новая станция ежегодно будет вырабатывать 800 МВт ч. электроэнергии, что вполне достаточно для обеспечения 400 однокомнатных квартир.

Финляндия — страна, где развитию солнечной энергетики препятствуют особенности природно-климатических условий. Как известно, производство электроэнергии с помощью энергии солнца зависит от интенсивности солнечного света. Летом в Финляндии света достаточно. В среднем, его интенсивность здесь даже выше, чем в Центральной Европе, что объясняется длительным периодом «белых ночей». Но зимой солнца в Финляндии значительно меньше. Однако и эта проблема имеет решение. Солнечную энергию можно аккумулировать и дополнять за счёт тепловых насосов, способных отбирать тепло из низкотемпературной среды. Так, благодаря комплексным технологиям, в финском городе Оулу производительность фотоэлектрических станций достигла показателей Германии.

В настоящее время существует несколько солнечных коллекторов имеющихся в свободной продаже и хорошо зарекомендовавших себя при длительном использовании.

Плоский солнечный коллектор — относительно простое устройство для сбора тепловой энергии солнца. Состоит из плоского элемента поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Существенными недостатками применения плоского солнечного коллектора является невозможность работы в холодное время года и относительно высокие тепловые потери, а также больший вес по сравнению с вакуумным солнечным коллектором, что при использовании на крыше здания, не предназначенного для установки какого-либо тяжёлого оборудования, имеет немаловажное значение.

Вакуумный солнечный коллектор — более сложная и значительно более дорогостоящая установка, которая имеет сходство с бытовыми термосами. Состоит из стеклянных трубок, внешняя часть которой прозрачна, а на внутреннюю нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянными трубками находится вакуум. Именно он и даёт возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии. Использование данной технологии позволяет достичь значительно большего КПД по сравнению с плоскими коллекторами, причём их использование возможно даже при условиях низких температур и слабой освещённости. Главным недостатком вакуумного солнечного коллектора является большая трудоёмкость при обслуживании и очистке по причине особенностей более сложной конструкции [4].

При использовании солнечных панелей существует ряд особенностей. Главным образом, здание должно иметь значительную неиспользуемую поверхность вне помещения, обращённую к солнечной стороне для размещения панелей солнечного коллектора. Крыша в большинстве случаев будет идеальных местом для их установки. Однако не стоит забывать, что сухой вес только одной панели размерами около 2,5 м2 составляет около 80 кг и перед установкой данного оборудования целесообразно будет проведение комплексного обследования строительных

23

конструкций здания на предмет возможности установки дополнительного оборудования. Не всю площадь крыши удастся покрыть панелями солнечных коллекторов, понадобятся площадки для обслуживания и ремонта что примерно вдвое снизит полезное пространство. Но даже на 100 м2 при установки на них панелей солнечного коллектора позволит выработать около 50 кВт.ч.

Конечно, данные цифры условны. Нельзя забывать, что поступление солнечной энергии в любом регионе нестабильно, а пики солнечной активности и водопотребления приходятся на разное время. В пик солнечной активности в середине дня, заметно снижается водопотребление, а утром и вечером уже солнечная активность далека от своих пиковых значений. Применение солнечных коллекторов в зимний период вообще нецелесообразно, хотя вакуумные солнечные коллекторы и возможно использовать даже при отрицательных температурах, но относительно эффективно его применение получится в лучшем случае в весенне-осенний период. К тому же нельзя забывать, что солнечные коллекторы так же потребуют затрат на обслуживание и ремонт. К сожалению солнечные коллекторы имеют ещё ряд существенных недостатков таких как: неспособность к выработке тепловой энергии в ночное время, относительная дороговизна и соответственно длительный период самоокупаемости, а также хрупкость конструкции (большая часть панелей солнечного коллектора выполнены из стекла или стеклянных трубок в случае с вакуумным солнечным коллектором, а в Краснодарском крае часто выпадают осадки в виде града).

Тем не менее, применение солнечных коллекторов безусловно позволит сэкономить потребление тепла выработанного на ТЭЦ, а значит поможет существенно снизить выбросы СО2 и сократить потребление природного газа, но главным образом это послужит толчком для развития современных технологий в области теплоэнергетики и поможет молодым инженерам в поисках более эффективных способов производства тепловой энергии и переосмыслении существующих способов теплоснабжения.

Список литературы

1. Энергетическая стратегия России на период до 2035 года. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.energystrategy.ru/ab_ins/source/ES-2035_09_2015.pdf/ (дата обращения: 06.06.2019).

2. Россия, Открытое акционерное общество «Дальневосточная генерирующая компания», Веб сайт, Владивосток, филиал Лучегорский топливно-энергетический комплекс [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.dvgk.ru/en/branch/luchtec/ (дата обращения: 06.06.2019).

3. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Учебник. Под ред. Клименко А.В. М.: МЭИ, 2010.

4. Бушуев В.В. Энергетика России в 3-х томах. Том 1. Потенциал и стратегия реализации. Том 2. Энергетическая политика России (энергетическая безопасность, энергоэффективность, региональная энергетика, электроэнергетика). Том 3. Мировая энергетика. М.: ИЦ «Энергия», 2012.

Перспективы использования солнечной энергии для отопления дома в России

В статье рассмотрено использование солнечной энергии для отопления дома в России и по сравнению с использованием в Европе

Ключевые слова: солнечная энергия, отопление, Солнечные ресурсы

Хочу поблагодарить министерство высшего образования Ирака за постоянную поддержку

Введение

Актуальность.

С чем связан постоянный рост цен на энергию? Конечно, с колебанием и увеличением цен на нефть и газ на мировом рынке из-за истощения их запасов. Но ведь существуют альтернативные возобновляемые источники энергии, за которые не надо никому платить, которые не загрязняют окружающую среду и не истощаются – это ветер, солнце, тепло земли, тепло воздуха, морские волны и даже энергетический потенциал нашей планеты. Из всех видов альтернативных источников чаще всего используются солнечные батареи и ветрогенераторы, значительно реже — термальные источники и грунтовые теплообменники. Например, установка солнечных батарей для отопления дома поможет сократить на 70 % энергопотребление, а значит, и расходы из семейного бюджета.

Примерно треть источников энергии (уголь, нефть, газ) мы превращаем в тепло: большая часть этой энергии используется для отопления помещений и подогрева воды. Изменения климата и зависимость от ископаемых источников энергии, запасы которых заметно сократятся в ближайшие десятилетия, заставляют нас действовать быстро. Широкое применение солнечной энергии для отопления жилых домов уже сегодня показывает, как мы можем справиться с этой проблемой. Это означает не только использование новых стандартов при строительстве, но и то, что надо резко сократить потребление энергии в доме. Проведя продуманную перестройку дома и используя большую термическую гелиосистему, можно сократить расход тепла на четверть или даже на треть. Только при этом условии в будущем будет достаточно сырья (такого как древесина), чтобы покрыть оставшуюся потребность в энергии.

1. Использование солнечной энергии для отопления дома в России

Солнечные батареи для отопления дома устанавливаются на крышу, увеличивая её защитную функцию и, несомненно, придают дому высокотехнологичный и современный вид. Их можно устанавливать как сразу при строительстве дома, так и на дом давнишней постройки, принципиального значения это не имеет.

Монтаж солнечных батарей для отопления дома производится так же, как и Солнечные батареи для отопления можно использовать и на многоквартирных домах. То есть, специалист по окнам вполне может справиться с монтажом коллектора на крыше. Дальнейшую установку оборудования лучше доверить специалисту по отоплению и водоснабжению.

Надо сказать, что в современных солнечных батареях для отопления дома используется закаленное стекло и уплотнительные фланцы уникальной конструкции, поэтому они абсолютно устойчивы к погодным катаклизмам и механическим повреждениям.

Солнечная батарея для отопления дома — существенная экономия денег. Выясняя, сколько стоит солнечная батарея и будет ли вам выгодна её установка, следует учитывать различные факторы: ежедневную потребность в горячей воде, площадь и угол наклона крыши, освещенность крыши солнцем и т. д.

Чтобы не затрудняться с вычислением индивидуальных параметров, можно воспользоваться средними показателями: на 1 человека нужен 1 м² светопоглощающей поверхности. Определить параметры и сколько стоит солнечная батарея для отопления вашего дома, можно исходя из того, что на 10 кв. м теплого пола нужно установить 1 м² поверхности коллектора. [4]

Инсоляцию также можно учитывать по средним показателям для вашей местности. При средней инсоляции в 1000 кВт/ч на 1 м² в год, может быть получена энергия, как от сжигания 100 литров газа или других видов топлива.

Например, немецкий солнечный коллектор Roto Sunroof, довольно популярен в Европе. Его площадь — 2,13 м². Двух коллекторов достаточно для обеспечения горячей водой семьи из 4 человек, это примерно 2000 кВт/ч электроэнергии в год. Установка из трех коллекторов производит, соответственно, 3000 кВт/ч энергии. [1] Подсчитывая, сколько стоит солнечная батарея, следует исходить из необходимого и достаточного количества энергии для обеспечения вашего дома.

Если в доме установлено традиционное отопление, которое работает во время низкой солнечной активности и солнечная батарея, то энергией солнца перекрывается 70 % потребляемой энергии. Когда будете подсчитывать, во сколько вам обойдется солнечная батарея и стоит ли её покупать, учтите экономию своих расходов на электроэнергию на 70 %.

Рис. 1. Солнечные ресурсы России

Рис. 2. Солнечная радиация (кВт ч/м² день)

Рост цен на энергоносители в России заставляет проявлять интерес к дешевым источникам энергии. Наиболее доступной является солнечная энергия. Энергия солнечной радиации, падающая на Землю в 10 000 раз превышает количество вырабатываемой человечеством энергии. Проблемы возникают в технологии сбора энергии и в связи с неравномерностью поступления энергии на гелиоустановки. Поэтому солнечные коллекторы и солнечные батареи применяются или совместно с аккумуляторами энергии или в качестве средства дополнительной подпитки для основной энергетической установки.

Страна у нас обширна и картина распределения солнечной энергии по ее территории весьма разнообразна (рис. 1 и 2.). [3]

Зоны максимальной интенсивности солнечного излучения (рис.2). На 1 квадратный метр поступает более 5 кВт/час. солнечной энергии в день.

По южной границе России от Байкала до Владивостока, в районе Якутска, на юге Республики Тыва и Республики Бурятия, как это не странно, за Полярным Кругом в восточной части Северной Земли.

Поступление солнечной энергии от 4 до 4,5 кВт/час на 1 кв. метр в день

Краснодарский край, Северный Кавказ, Ростовская область, южная часть Поволжья, южные районы Новосибирской, Иркутской областей, Бурятия, Тыва, Хакассия, Приморский и Хабаровский край, Амурская область, остров Сахалин, обширные территории от Красноярского края до Магадана, Северная Земля, северо-восток Ямало-Ненецкого АО.

От 2,5 до 3 кВт/час на кв. метр в день

По западной дуге — Нижний Новгород, Москва, Санкт-Петербург, Салехард, восточная часть Чукотки и Камчатка.

От 3 до 4 кВт/час на 1 кв. метр в день

Наибольшую интенсивность (рис.3) поток энергии имеет в мае, июне и июле. В этот период в средней полосе России на 1 кв. метр поверхности приходится 5 кВт.час в день. Наименьшая интенсивность в декабре-январе, когда 1 кв. метр поверхности приходится 0,7 кВт/час в день.

Если установить солнечный коллектор под углом 30 градусов к поверхности, то можно обеспечить съем энергии в максимальном и минимальном режиме соответственно 4,5 и 1.5 кВт час на 1 кв. метр в день.

Рис.3. Распределение интенсивности солнечного излучения в средней полосе России по месяцам [5]

Исходя из приведенных данных можно рассчитать площадь плоских солнечных коллекторов, необходимую для обеспечения горячего водоснабжения семьи из 4-х человек в индивидуальном доме. Нагрев 300 литров воды от 5 градусов до 55 градусов в июне могут обеспечить коллекторы площадью 5,4 квадратного метра, в декабре 18 кв. метров. Если применить более эффективные вакуумные коллекторы, то требуемая площадь коллекторов снижается примерно вдвое.

Рис.4. Покрытие потребностей в ГВС на счет солнечной энергии [5]

На практике солнечные коллекторы желательно применять не в качестве основного источника ГВС, а в качестве устройства для подогрева воды, поступающей в отопительную установку. В этом случае расход топлива резко снижается. При этом обеспечивается бесперебойная подача горячей воды и экономия средств на ГВС и отопление дома, если это дом для постоянного проживания. На дачах, в летнее время, для получения горячей воды, применяются различные виды солнечных коллекторов. От коллекторов заводского изготовления до самодельных устройств, изготовленных из подручных материалов. Различаются они, прежде всего, по эффективности. Заводской эффективнее, но стоит дороже. Практически бесплатно можно сделать коллектор с теплообменником от старого холодильника.

В России установка солнечных коллекторов регламентируется РД 34.20.115–89 «Методические указания по расчету и проектированию систем солнечного обогрева», ВСН 52–86 «Установки горячего солнечного водоснабжения. Нормы проектирования». Имеются рекомендации по использованию нетрадиционных источников энергии в животноводстве, кормопроизводстве, крестьянских хозяйствах и сельском жилищном секторе, разработанные по заявке Минсельхоза в 2002 году. Действуют ГОСТ Р 51595 «Солнечные коллекторы. Технические требования», ГОСТ Р 51594 «Солнечная энергетика. Термины и определения». [2]

В этих документах довольно подробно описаны схемы применяемых солнечных коллекторов и наиболее эффективные способы их применения в различных климатических условиях.

2. Использование солнечной энергии для отопления дома в Европе

Европейцы широко применяют солнечные батареи в своих домах, ведь они экономичны и экологичны. Действительно, опыт продвинутых жителей Европы, которые, как известно, умеют считать деньги, стоит перенять и для отечественных домов.

В Германии государство дотирует затраты на установку солнечных коллекторов, поэтому их применение устойчиво растет. В 2006 году было установлено 1 миллион 300 тысяч квадратных метров коллекторов. Из этого количества примерно 10 % более дорогие и эффективные вакуумные коллекторы. Общая площадь установленных на сегодняшний день солнечных коллекторов составила примерно 12 миллионов квадратных метров.

В Европейских странах солнечные коллекторы для отопления используют в 50 % от общего количества установленных гелиосистем. Однако следует понимать, что гелиосистемы используют лишь для поддержки отопления и экономии основного энергоресурса, поскольку теплопотребление значительно превышает выработку энергии гелиосистемой в отопительный период.

Наиболее распространенным является использование гелиосистем с суточной аккумулированием тепловой энергии. Недостатком солнечных систем для поддержки отопления с суточным аккумулированием теплоты являются невозможность использовать излишки теплоты в летнее время. Выходом из данной ситуации может быть использование сезонного аккумулирования. Однако такую систему крайне сложно реализовать на практике из-за необходимости установки огромных накопительных емкостей (объемом от 10 м³). Как правило, такие емкости закапывают под землю или строят специальный резервуар из бетона с крышкой.

Заключение

Таким образом необходимо заметить, что проведенное исследование позволяет заключить:

Научиться использовать солнечную энергию для получения тепловой энергии люди пытались с древних времен.

Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 м.

Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это был обычный деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода в нем нагревалась солнцем до 88°С.

В 1774г. великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды и гранит — за минуту.

Солнечный коллектор — один из самых простых способов использования энергии солнца, который не требует больших вложений, высоких технологий и большого уровня знаний.

Системы теплоснабжения на базе солнечных коллекторов совершенствуются во всем мире, чтобы сделать их объектом массового спроса.

Современное общество является свидетелем очередного глобального перехода на новые энергоносители, который начался приблизительно в начале 90-х годов прошлого века.

Определяющей характеристикой текущего этапа является его экологическая направленность, стремление избавиться от зависимости от ископаемых ресурсов, добыча и использование которых истощает и загрязняет природу.

Считается, что разработка источников альтернативной энергии все еще дело завтрашнего дня, на самом деле по отдельным направлениям в технической практике уже произошла тихая революция.

Одним из успешных направлений стала гелиоэнергетика.

Одним из ключевых направлений гелиоэнергетики является производство и эксплуатация солнечных коллекторов.

С помощью солнечных коллекторов можно обогревать помещения даже при минусовых температурах.

Коллекторы активно применяются во многих странах, отечественные потребители также начинают присматриваться к аккумулирующим солнечную радиацию установкам.

Литература:

1.                     Актуальные вопросы технических наук (II): международная заочная научная конференция (г. Пермь, февраль 2013 г.) / отв. ред.: Г. А. Кайнова. — Пермь: Меркурий, 2013. — 107 с.

2.                     Альтернативная энергетика и энергосбережение в регионах России: материалы научно-практического семинара, г. Астрахань, 14–16 апреля 2010 г. / Астраханский гос. ун-т, Акад. электротехнических наук Российской Федерации; сост. Л. Х. Зайнутдинова. — Астрахань: Астраханский ун-т, 2010. — 101 с.

3.                     Вестник Краснодарского регионального отделения Русского географического общества: сборник Вып. 7 / отв. ред.: И. Г. Чайка, Ю. В. Ефремов. — Краснодар, 2013–399 с.

4.                     Йе В. Исследование эффективности использования солнечной энергии для систем автономного энергоснабжения в Республике Союза Мьянма: диссертация… кандидата технических наук: 05.14.08 / Йе Вин; Место защиты: Нац. исслед. ун-т МЭИ. — Москва, 2013. — 155 с.

5.                     Курбатов, Н. Е. Использование возобновляемых источников энергии в условиях Забайкалья: способы и устройства для преобразования энергии солнечного излучения [Текст] / Н. Е. Курбатов, Е. Н. Курбатов; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования «Забайкальский гос. ун-т» (ЗабГУ) Ч. 3. Использование возобновляемых источников энергии в условиях Забайкалья: естественные среды в качестве аккумуляторов солнечной энергии. — Чита, 2012. — 154 с.

Светить всегда, светить везде

Светить всегда, светить везде

В мире технологий отопления и ГВС, как и в любом другом, существуют свои догмы, мифы, убеждения. Часть из них со временем переходит в разряд доказанных правил, а другие не выдерживают проверки практикой и попросту исчезают. И хотя солнечную энергетику называют технологией завтрашнего дня, уже сегодня мы готовы ответить на некоторые спорные вопросы, возникающие вокруг использования энергии Солнца.

Солнечный коллектор — это новые технологии. Можно ли им доверять?

Прообразы современных гелиосистем известны еще с античности. Как только наши далекие предки смогли позволить себе не просто гигиену, но и комфорт, они догадались собирать воду из природных источников в резервуары на солнцепеке. Современникам же простейший солнечный коллектор знаком по бабушкиной даче — его роль исполняла выкрашенная в черный цвет бочка на крыше сарая. За день вода в ней нагревалась до температур, требующих подмеса холодной воды для достижения комфортных значений. В зависимости от емкости бака конструкция обеспечивала мытье посуды и водные процедуры семьи из 3‑4 человек. Солнечные технологии еще раз подтверждают тезис «новое — это хорошо забытое старое».

Сегодня солнечные технологии шагнули далеко вперед. На рынке представлены 2 типа коллекторов: плоские для ГВС и вакуумные, обеспечивающие и горячую воду, и отопление. Это оборудование уже неоднократно доказало свою эффективность.

Технологии фотовольтаики и установки для преобразования солнечной радиации в электричество еще не показали высоких значений КПД, однако динамика развития этого сегмента вселяет оптимизм — возможно, в недалеком будущем человечество научится эффективнее использовать энергию Солнца.

Возможна ли эффективная работа солнечного кол- лектора там, где мало солнца?

Широкое применение солнечных коллекторов в Европе развеивает миф о том, что солнечная энергетика — это решение для южных регионов. Такие страны, как Дания и Швеция, успешно используют солнечную энергетику для замены традиционных способов отопления и ГВС. Более того, в Дании построена крупнейшая на континенте гелиостанция. Ее мощность составляет 23,3 МВт, а площадь — 33 000 м2. Экономика проекта показывает целесообразность и перспективность использования энергии Солнца в умеренных широтах.

Разумеется, в Италии, Греции или Турции самой природой созданы идеальные условия для повсеместного использования солнечных коллекторов. А вот там, где инсоляция ниже, человеческий разум нашел инженерные решения, а государство взяло на себя создание благоприятных экономических условий.

Лидирующие позиции в развитии гелиоэнергетики в Европе занимает Германия — далеко не самая южная страна. К такому результату привели объединенные усилия ученых, инженеров, специалистов по развитию территорий, архитекторов, проектирующих дома таким образом, чтобы крыша смотрела на юг.

В России такие местности с высокой инсоляцией, как Якутия или Алтайский край, пока не стали центрами солнечной энергетики. Два флагманских региона — Приморье и Краснодарский край — имеют выгодное географическое располо‑ жение в плане количества солнечных дней в году и получают импульсы экономического и технологического развития в виде Олимпиады и саммита АТЭС. А вот Санкт-Петербург придерживается той же позиции, что и, например, Стокгольм, где солнечные коллекторы являются весьма актуаль‑ ным решением. «Северо-западный регион проявляет активный интерес к солнечникам, — говорит руководитель отдела энергосбережения компании ЭВАН Алексей Кузьмин, — поскольку это один из наиболее продвинутых регионов, мы расцениваем его как точку роста рынка солнечных коллекторов в России».

А причина возможности повсеместного использования солнечных установок в том, что современные модели солнечных установок существенно отличаются от предыдущих поколений. Они достаточно эффективно работают даже в облачную погоду, не используя прямые солнечные лучи для накопления энергии. Современные системы, включающие циркуляционный насос, высокоэффективный теплоноситель и накопительный бак — аккумулятор, позволяющий круглосуточно использовать горячую воду, накопленную в течение светового дня. Возвращаясь к опыту европейских стран, можно упомянуть многотонные цистерны — накопители, используемые для ГВС многоквартирных домов.

Использование энергии Солнца – дешево или дорого?

Сама энергия, получаемая от нашей звезды, конечно, бесплатна. Солнце щедро «кормит» все живое и не выставляет счетов ни растениям за фотосинтез, ни человеку за ГВС. Однако если яблоня от рождения обладает механизмом поглощения и использования солнечной энергии, то человеку для превращения солнечной радиации в необходимые ему виды энергии требуется специальное оборудование. На его производство и монтаж требуются ресурсы. Таким образом, говорить о полностью бесплатной энергии не приходится.

Однако в контексте непрерывно растущих цен на углеводороды и неуклонного повышения стандартов комфорта человечество все пристальнее приглядывается к альтернативным энерготехнологиям. Сегодня срок окупаемости солнечных коллекторов в средней полосе России еще превышает горизонт планирования, общепринятый в нашей стране. Однако опыт показывает, что активное внедрение передовых технологий — и солнечных в том числе — приводит к резкому снижению их стоимости. В перспективе солнечная энергия вполне может стать почти бесплатной.

Солнечный коллектор — это абсолютно экологично?

Солнечная энергетика по праву считается одной из самых чистых технологий обеспечения потребностей человечества. Однако если копнуть чуть глубже, выясняется, что в той же плоскости, что и стоимость использования энергии Солнца, лежит вопрос нагрузки на окружающую среду. При производстве стекла для солнечных коллекторов неизбежны определенные выбросы в атмосферу. Однако они несопоставимы с ущербом, который наносит природе добыча углеводородов. Поэтому экологи всего мира единодушно считают гелиоустановки самым экологичным способом получения энергии даже среди других видов зеленых технологий.

Всегда ли экономия — основной мотив?

Говоря о гелиоустановках любого масштаба, мы имеем в виду сложное инновационное оборудование, требующее индивидуального подхода и точных расчетов. Каждый проект с использованием солнечных коллекторов — это индивидуальная тщательная работа с клиентом, особый подход и отдельная аргументация. Однако опыт работы по солнечной тематике показывает, что интерес к этой технологии делится на два основных блока. Одна категория потребителей обращает внимание на экономию. Как правило, географическое положение их объектов обеспечивает отличную инсоляцию, а в случае возведения нового здания уже на стадии проектирования учитывается его ориентация по сторонам света и необходимый уклон крыши.

Другая категория поклонников солнечных технологий не ставит во главу угла экономию. Даже если есть возможность подключения газа (как известно, этот вид топлива пока остается самым дешевым), эти люди дорожат независимостью от коммунальных сетей и возможностью дистанционного управления системой через интернет.

Кроме того, нельзя исключать и такой мотив, как мода и приобщение к достижениям передовой инженерной мысли — ведь, повзрослев и наигравшись гаджетами, вчерашние хипстеры начинают интересоваться более серьезными устройствами.

Для любых категорий потребителей распространен и такой вариант, как идея создания полностью энергетически автономного здания — будь это экономическая целесообразность, тяга к независимости или дань моде, но в этом случае гелиосистема выступает одним из незаменимых элементов организации ГВС и отопления.

Ведущие производители оборудования, например, такие, как концерн NIBE, предлагают высокотехнологичные схемы с использованием комбинации теплового насоса, солнечного коллектора и косвенного водонагревателя. При условии эффективной теплоизоляции здания такие решения обеспечивают сокращение потребления энергии из сетей общего пользования до минимума. В ближайшее время концерн NIBE запускает производство электрических солнечных панелей. Таким образом, можно будет обеспечить практически полную автономность здания — при достаточной площади поверхности фотоэлектрические элементы будут питать и тепловой насос, и циркуляционную помпу солнечного коллектора.

Что такое «солнечное оборудование NIBE»?

Говоря «солнечное оборудование», мы хотим разъяснить ещё одно утверждение, которое нередко бывает камнем преткновения при решении об использовании солнечной энергии. «Одной только самой по себе солнечной панели (или панелей) для получения тепла или горячей воды недостаточно». И это действительно так. Покупателя зачастую пугает мысль, что стоимость, которую он видит в прайс-листе, многократно увеличится после полного подбора всех элементов. Поэтому NIBE предлагает клиентам комплекты, в цену которых включены не только панели, но и дополнительное оборудование, необходимое для работоспособности системы.

В зависимости от того, с каким тепловым оборудованием будет работать солнечный коллектор, NIBE выпускает несколько видов комплектов:

— для работы с бойлерами или теплонакопителями (вариант для баков без внутреннего змеевика и баков со змеевиком)

— для работы с тепловыми насосами и бойлерами (варианты для совместной работы с грунтовым тепловым насосом и тепловым насосом воздух / вода SPLIT)

В любой из комплектов входят солнечные коллекторы, количество которых определяется индивидуальным расчетом, насосная станция, блок контроллера (в комплектах для тепловых насосов — управляющий адаптер), расширительный бак, быстроразъемные соединения и гликоль.

Сам по себе коллектор представляет собой плоскую панель с высокоселективным поглощающим покрытием синего цвета и высокоэффективной теплоизоизоляционной системой. Одним из ключевых достоинств панелей NIBE являются их габаритные характеристики: небольшая толщина — всего 81 см и малый вес (вес панели в пустом состоянии составляет 32,5 кг). Такие габариты вкупе с быстроразъемными соединениями обеспечивают максимально легкий монтаж коллекторов.

Насосная станция комплекта состоит из насосного и зарядного блоков, а также имеет в своем составе предохранительный клапан и манометр. Циркуляционный насос станции обеспечивает циркуляцию жидкости между солнечными панелями и бойлером или теплонакопителем.

Рис.1. Схема работы солнечного коллектора с водонагревателем косвенного нагрева

Блок контроллера регулирует работу насосного блока. Задача контроллера — запустить работу циркуляционного насоса тогда, когда температура теплоносителя в солнечной панели выше температуры воды в баке водонагревателя (теплонакопителя) и остановить его тогда, когда температуры сравняются. В системах с тепловым насосом аналогичную функцию выполняет управляющий адаптер, который передает управляющие сигналы о запуске или остановке циркуляционного насоса, получаемые от теплового насоса.

Систему защиты от превышения давления образуют расширительный бак, предохранительный клапан и манометр. Если водоразбор в системе не происходит, а нагрев продолжается, температура в бойлере косвенного нагрева достигает максимального значения в 90°С, гликоль в солнечном коллекторе начинает закипать, переходит в газообразное состояние и вытесняет оставшуюся в жидком состоянии часть гликоля в расширительный бак. После того как весь гликоль в коллекторе перешел в газообразное состояние, устанавливается стагнация — дальнейшего нагрева не происходит. Это состояние может продолжаться сколь угодно долго, до тех пор, пока не возобновится водоразбор и температура не начнет снижаться. Такая автоматически работающая система защиты от перегрева является одним из серьезных преимуществ солнечных комплектов NIBE, так как предотвращает неоправданный сброс горячей воды в дренаж (или как мера безопасности — гликоля), который в ряде других систем является единственным способом защиты от перегрева.

В комплект солнечного оборудования NIBE не входят крепежные детали для установки, так как каждый проект предполагает их индивидуальный подбор в зависимости от типа крыши, на которую будет установлен коллектор. Кстати, это далеко не всегда именно крыша. Коллектор может быть установлен и на стену, и даже на землю. Все зависит от особенностей проекта. Требуемый угол наклона обеспечивается регулируемой рамой коллектора, а основное требование при выборе поверхности для установки коллектора — это его ориентация (максимально южная) и отсутствие тени.

Принцип работы системы горячего водоснабжения с использованием солнечного коллектора проиллюстрируем на наиболее распространенном варианте — это подключение солнечных панелей к водонагревателю косвенного нагрева, оснащенному змеевиком (рис. 1). Любой косвенный водонагреватель, предлагаемый компанией ЭВАН, может быть подключен к солнечному коллектору. Однако в 2013 году в ассортиментной линейке компании появилось несколько моделей, специально предназначенных для работы с энергией Солнца. Один из таких водонагревателей — SOLAR X. Для подключения к солнечному коллектору в нижней части бака нагревателя расположен змеевик из нержавеющей стали.

Рис.2. Схема работы солнечного коллектора с тепловым насосом и водонагревателем косвенного нагрева.

Когда температура Т1 в коллекторе превышает температуру Т2 в нижней части бака, запускается насосная станция. Когда разница температур выравнивается, циркуляционный насос останавливается.

Если солнечной коллектор не обеспечивает годовую потребность в ГВС, то для дополнительного нагрева может быть использован любой отопительный котел, для подключения к которому в верхней части водонагревателя SOLAR X расположен змеевик из гребенчатой меди. Дополнительный резерв подогрева — ТЭН, которым оснащен водонагреватель.

Когда речь идет о системе, в которой солнечный коллектор устанавливается для совместной работы с тепловым насосом, то в этом случае управление солнечным оборудованием производится контроллером теплового насоса.

Иллюстрация работы такой системы приведена на рис 2.

В комплексе тепловой насос / солнечный коллектор для горячего водоснабжения и отопления по умолчанию используется солнечная энергия. Теплоноситель поступает в змеевик косвенного водонагревателя, который греет воду в баке. Вода из нижней части бака расходуется на отопление, из верхней — на водоснабжение. Для работы с тепловым насосом подходит далеко не каждый «косвенник». Это обусловлено тем, что тепловой насос является низкотемпературным источником и поступающий от него теплоноситель не нагревается выше 65°С, в то время как отопительные котлы обеспечивают температуру теплоносителя на уровне 85°С. Чтобы работать эффективно с низкотемпературными источниками, бойлер должен иметь определенную конструкцию. В ассортименте ЭВАН — это бойлеры VPAS\VPB и VLM KS STAR.

Если солнечной энергии недостаточно, включается тепловой насос. Тепловой насос, в свою очередь, оснащен ТЭНом, который обеспечивает догрев в пиковые периоды. Однако бывает и обратная ситуация, когда солнечной энергии поступает с избытком. Например, летом — в отоплении нет необходимости, а водоразбор по той или иной причине не происходит. В этом случае солнечная энергия может быть направлена для зарядки геотермального коллектора, т. е. повышения температуры «рассола», поступающего из грунта. В среднем каждый градус повышения температуры «рассола» приносит от 3 до 10 % экономии эксплуатационных расходов теплового насоса. Обычно температура «рассола», поступающего из грунта, составляет 3‑5°С. Повышение этой температуры, скажем, до 15°С приведет к увеличению мощности насоса в 1,5 раза или сокращению затрат электроэнергии на производство заданного объема тепла.

Зарядка скважины может быть как пассивной, т. е. тогда, когда это продиктовано необходимостью сброса излишнего тепла, получаемого от Солнца, так и активной, т. е. тогда, когда это вызвано необходимостью дополнительной зарядки грунтового коллектора в пиковые, наиболее холодные периоды.

Очевидно, что в системах, основанных на альтернативных источниках энергии, совместное использование теплового насоса и солнечных коллекторов наиболее эффективно. Обзор проектов 2013 года по установке солнечного оборудования, выполненных Партнерами ЭВАН, показывает, что в 90% речь идет именно о комплексных решениях.

Солнечный коллектор | Новый Дом

Как выбрать солнечный коллектор Если 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 солнечного коллектора для гелиосистем, это позволит Вам сделать правильный выбор и ощутить все преимущества использования солнечной энергии.

Солнечный коллектор: сфера применения

Во-первых, следует определиться, для каких целей Вам нужен солнечный коллектор. Обычно, гелиосистема применяется в бытовом секторе для:

• горячего водоснабжения;
• поддержки отопления;
• подогрева воды в бассейне.

Каждый вариант может использоваться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом, а также все вместе. Однако в комбинированных системах должна быть одна приоритетная цель, на которую и следует ориентироваться, подбирая солнечный коллектор.

Основные типы солнечных коллекторов

После того, как цели использования определены, можно приступать к подбору типа солнечного коллектора. Уверены, 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, ведь 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 также 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:

• Вакуумный трубчатый коллектор с перьевым абсорбером и прямоточным тепловым каналом;
• Вакуумный трубчатый солнечный коллектор с перьевым абсорбером с тепловой трубкой “heat pipe”;
• U-образный прямоточный вакуумный коллектор с коаксиальной колбой и отражателем;
• Вакуумный трубчатый солнечный коллектор с коаксиальной колбой и тепловой трубкой “heat pipe”;
• Плоский высокоэффективный солнечный коллектор.

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 коллекторов

Следующая 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:

• площадь отопления – 200 м²;
• теплопотери – современная постройка с высоким уровнем теплоизоляции 50 Вт/м² площади;
• место расположения – Киев;
• ГВС – 200 л в сутки;
• апертурная площадь коллекторов – 30 м².

На графике видно, что 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 тепла

Стоимость 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 информацию.

Очень 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.

Ориентация солнечных коллекторов в пространстве, сравнение эффективности конструкций

Содержание страницы

1. Ориентация и угол наклона плоских солнечных коллекторов

Источником энергии работы солнечных тепловых коллекторов является Солнце. Если рассматривать плоские стационарные СК любого типа, то они жестко закреплены либо на склонах крыш, либо на плоской крыше, либо на поверхности земли. Солнце светит на поверхность земли под углом, зависящим от времени суток и времени года. Диапазоны изменения этих углов очень значительные и зависят от широты и долготы места размещения объекта. Для Москвы, минимальная продолжительность светового дня 7 часов, а максимальная – 17 часов 30 минут. С учетом того, что за час Солнце перемещается по горизонту на 15 градусов, суммарное угловое перемещение летом может достигать 265 градусов, в то время, как зимой, 105 градусов. По склонению над горизонтом, Солнце также изменяет свое положение в большом диапазоне от 11 до 57 градусов. В других точках расположения объектов, углы изменения направления солнечного света, другие.

Во второй главе мы рассматривали значения максимального КПД солнечного коллектора, при этом, предполагалось, что лучи Солнца падают на поверхность коллектора перпендикулярно. В реальности, соблюсти это требование невозможно. Даже, если вы выставили направление коллектора строго на юг для точки размещение объекта в момент летнего солнцестояния, то, через несколько дней, максимальные значения будут недостижимы, поскольку угол падения лучей по горизонту изменится за этот период на несколько градусов.

Под оптимальной ориентацией стационарно размещенного солнечного коллектора понимают положение, максимально близкое к положению Солнца в момент астрономического времени 12 часов. Напоминаем, что в каждом месте существует разница директивного и астрономического времени и для Москвы, к примеру, эта разница составляет около 34 минут.

Если вы используете солнечные коллекторы только в летнее время, то рекомендуется устанавливать угол наклона коллекторов градусов на 5 меньше значения угла широты места расположения объекта. Москва расположена на 56 градусе северной широты. Следовательно, оптимальное расположение угла наклона коллектора будет около 50 градусов. Но если вы используете коллекторы круглый год, то угол наклона коллектора к горизонту рекомендуется выбрать на 15 градусов меньше широты. В нашем случае, это примерно 40 градусов. На ориентированном склоне крыш выполнить такие требования очень сложно, поэтому, можно сказать, что уровень максимально возможного мгновенного КПД для стационарного солнечного коллектора практически никогда не достижим.

Если реальная ориентация солнечного коллектора на объекте отличается менее 15 градусов по горизонту от нулевой ориентации на астрономический юг, то потери не столь велики, но если технически невозможно реализовать данные требования, то, эффективность гелиосистем падает и инвестиции в них никогда не окупятся.

Угловая эффективная зона работы плоских и вакуумных трубчатых коллекторов составляет около 45 градусов в каждую сторону от перпендикуляра к поверхности, то есть в сумме около 90 градусов.

Характер изменения эффективности работы коллектора от угла падения солнечных лучей зависит от конкретной конструкции солнечного коллектора и определяется экспериментально. В идеальном варианте, в диапазоне изменения падения лучей –45 –0 + 45 градусов, при абсолютном перпендикуляре падения солнечных лучей в максимальной точке, мощность солнечного коллектора изменяется на 25 %, но в реальности это изменение значительно больше и составляет около 50 %, причем у плоских коллекторов этот показатель еще ниже, поскольку абсорбер, в крайних положениях солнца затеняется боковыми стенками коллектора.

Некоторые производители указывают в характеристиках оборудования угловые коэффициенты.

IAM (Incident Angle Modifier) – угловой коэффициент. Поправочный коэффициент, который помогает учесть конструктивные особенности конкретного коллектора, чтобы откорректировать количество солнечного излучения поступающего при различных углах падения относительно основной плоскости солнечного коллектора (учитывается все отражение, преломление и затенение солнечных лучей).

У открытых солнечных коллекторов данный коэффициент равен 1. Максимальный мгновенный КПД 0,5–0,9.

У закрытых плоских – IAM = 0,85–0,95 в зависимости от толщины воздушного слоя и высоты боковой стенки коллектора над плоскостью абсорбера. Максимальный мгновенный КПД 0,74–0,88. У вакуумных одностенных перьевых трубчатых коллекторов

IAM = 0,9–1,1, максимальный мгновенный КПД 0,65–0,80.

У вакуумных коаксиальных – IAM = 1,1–1,6, максимальный КПД прямого солнечного излучения 0,45–0,75. но вакуумные коаксиальные трубки с цилиндрическим абсорбером могут воспринимать не только прямое, но и рассеянное солнечное излучение. действие которого можно учесть поправочным коэффициентом интенсивности, равным для солнечной погоды 1,15.

В виде графиков корректировка значения мощности солнечного излучения представлена на рис. 25.

Рис. 25. Графики зависимости мощности солнечного излучения от угла падения лучей для разных типов солнечных коллекторов

Из графика видно, что площадь фигуры под графиком мощности трубчатого вакуумного коллектора больше аналогичной фигуры плоского коллектора примерно на 15 %, Поскольку движение Солнца равномерное, можно сказать, что энергия, выработанная коллектором на вакуумных трубках больше плоского коллектора на 15 % при равных габаритах и ориентации на Солнце.

Солнце движется по небосводу по двум координатам. Вводятся два угловых коэффициента Поперечный (IAMT – transversal) и Продольный (IAML – longitudinal). Обычно у плоских гелиоколлекторов оба эти коэффициента одинаковые, поэтому указывается только одно значение. У трубчатых вакуумных гелиоколлекторов может существенно отличается Поперечный коэффициент, а Продольный, примерно такой же, как и плоских коллекторов.

Данные угловых коэффициентов некоторых типов тепловых солнечных коллекторов получены в Институте солнечных технологий Solartechnik SPF (Рапперсвиль, Швейцария) и представлены на рис. 26.

Рис. 26. Графики изменения угловых коэффициентов некоторых типов солнечных тепловых коллекторов (Институт солнечных технологий Solartechnik SPF (Рапперсвиль, Швейцария) www.spf. ch (начало)

Рис. 26. Графики изменения угловых коэффициентов некоторых типов солнечных тепловых коллекторов (Институт солнечных технологий Solartechnik SPF (Рапперсвиль, Швейцария) www. spf. ch (окончание)

Среднегодовая выработка тепловой энергии

Солнце в течении дня движется по сложной траектории, которая зависит от времени года, места расположения объекта. Конструкции солнечных коллекторов очень разнообразные, возможно разнообразное расположение коллектора на объекте. Все это очень сильно затрудняет расчет среднегодовой выработки тепловой энергии. Экспериментальные данные по производительности СК очень сильно зависят от погодных условий. Для оценки годовой выработки тепла солнечным коллектором применяются методы математического моделирования. Статистические экспериментальные данные по среднегодовой выработки требуют очень длительного периода времени.

Одной из доступных и наглядных программ является немецкая разработка GeoT*SOL basic 2.0. однако не понятны исходные формулы для математического моделирования, примененные в этой программе и на сколько они соответствуют реальным конструкциям солнечных коллекторов.

В любом случае это сложнейшая задача математического моделирования. В данном учебном пособии можно говорить только о качественном анализе среднегодовой выработки тепловой энергии солнечными коллекторами разных типов.

2. Сравнительный анализ применения солнечных коллекторов различных типов

Поскольку конструкции, место расположение, ориентация, особенности монтажа коллекторов очень разнообразные, то для анализа эффективности рассмотрим качественные характеристики мгновенного КПД различных типов тепловых солнечных коллекторов. На рис. 27 представлены усредненные значения КПД, оптических КПД, коэффициентов теплопотерь для основных типов СК.

Упрощенный расчет КПД коллекторов можно произвести по формуле:

КПД = КПДопт – Ктп·У. (3)

Средние значения оптического КПДопт для позиций на рис. 27, составляют 1 – 0,95; 2 – 0,85; 3 – 0,75; 4 – 0,8; 5 – 0,75.

Средние значения коэффициента теплопотерь Ктп, соответственно, 1 –15; 2 – 7; 3 – 5; 4 – 3,5; 5 – 2 измеряется – Вт/(м2·°С).

У – соотношение разности температур теплоносителя на входе и выходе из коллектора Т, деленное на интенсивность солнечно излучения, измеряется в м2·°С/Вт.

Рис. 27. Мгновенный КПД солнечных коллекторов в зависимости от интенсивности солнечной радиации и разности температур на входе и выходе коллектора [1]: 1 – абсорбер; 2 –коллектор с однослойным остеклением; 3 –коллектор с двухслойным остеклением; 4 — плоский коллектор с высокоселективным покрытием абсорбера; 5 – трубчатый вакуумный коллектор

Оптический КПД характеризует конструктивную способность СК воспринимать солнечную энергию и зависит только от способности прозрачного защитного слоя пропускать энергию, наличию прослойки воздуха между защитным прозрачным слоем и абсорбером и КПД абсорбера.

Интенсивность солнечного излучения сильно зависит от атмосферных факторов. Напоминаем: 1000 Вт/м2 – ясная солнечная погода летом. 800–600 Вт/м2 – небольшая облачность, летом, 300 Вт/м2 – пасмурно летом, зимой эти показатели ниже примерно в 2 раза.

Также напоминаем, что на рис. 27 указаны значения МГНОВЕННОГО МАКСИМАЛЬНОГО КПД. Реальные средние значения примерно в два раза ниже.

Из рис. 27 видно:

Открытые солнечные коллекторы – эффективное использование возможно только в солнечную погоду при подогреве воды на 5–10 °С, при температуре окружающего воздуха выше 20 °С.

Плоские закрытые солнечные с остеклением в 1 слой – применение целесообразно для подготовки горячей воды для нужд приусадебных и дачных участков в летний период при температуре окружающего воздуха не ниже 12–15 °С, способны прогреть воду на 15–25 °С.

Плоские закрытые солнечные с остеклением в 2 слоя – применяются, как и в предыдущем случае, но способны прогреть воду до 35 градусов.

Современные плоские солнечные коллекторы с высокоселективням покрытием абсорбера и хорошей термоизоляцией корпуса – могут эффективно использоваться при температуре окружающего воздуха от 5–10 °С и способны создавать перепад температур в коллекторе до 40 °С.

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы

Могут эффективно использоваться при температурах окружающего воздуха ниже нуля градусов Цельсия (всесезонные) при обеспечени перепада температур в коллекторе выше 80 °С.

Относительно возможности использования солнечных коллекторов в системах бытового нагрева воды на дачных участках, систем ГВС, систем отопления и технологических системах, можно представить следующие диапазоны изменения параметра У.

Зона А при У < 0,03 м2·°С/Вт – обогрев воды на дачных участках, летом,

Зона Б при У = 0,03–0,08 м2·°С/Вт – для систем ГВС в летний период.

Зона В при У > 0,08 м2·°С/Вт – системы отопления и ГВС капитальных сооружений.

При значениях У > 0,12, возможно использование систем солнечных коллекторов в многоквартирных домах и технологических промышленных процессах.

Литература:

1. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М., Энергоатомиздат, 1991, 208 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Суммарное количество всей потребляемой энергии человечеством составляет всего около 0,0125 % доли процента от энергии возобновляемых источников, имеющихся на планете Земля, главная из которых энергия Солнца.

Теплоэнергетика, наряду с другими отраслями, вносит большой вклад в накопление парниковых газов, поскольку именно при сжигании ископаемого топлива в котлах коммунального хозяйства и индивидуальных домов, происходит выброс диоксида углерода. Применение, при решении вопросов теплоснабжения, энергосберегающих высокоэффективных технологий и экологически чистых возобновляемых источников энергии, позволит сохранить планету.

По данным института АЕЕ INTEC, на конец 2012 г. в мире установлено 383 млн квадратных метров солнечных тепловых установок общей тепловой мощностью 268,1 ЕВт с годовой выработкой тепловой энергии 225 ТВт·ч. С каждым годом эти показатели только возрастают. К сожалению, в России общая площадь солнечных тепловых установок оценивается в 30 тыс. м2.

Более 60 % территории России, в том числе и многие северные районы, характеризуются среднегодовым поступлением солнечной радиации от 3,5 до 4,5 кВт·ч/м2 в день, а регионы Приморья и юга Сибири от 4,5 до 5,0 кВт·ч/м2 в день, что не сильно отличается от аналогичных показателей центральной Европы (5,0– 5,5 кВт·ч/м2 в день).

Солнечные тепловые коллекторы успешно применяются для подготовки горячей воды на дачном участке, в системах отопления и горячего водоснабжения индивидуальных и коллективных домов, промышленных системах теплоснабжения.

В настоящее время наибольшее распространение получили:

• солнечные тепловые коллекторы открытого типа;
• плоские закрытые солнечные трубчатые тепловые коллекторы;
• закрытые трубчатые и объемные солнечные коллекторы;
• вакуумные трубчатые солнечные коллекторы.

Доля последних составляет более 62 % от всего объема выпускаемых в мире солнечных коллекторов.

С точки зрения эффективности использования различных типов солнечных коллекторов и их применения в хозяйстве, можно рекомендовать.

Открытые солнечные коллекторы – эффективное использование возможно только в солнечную погоду при подогреве воды на 5–10 °С, при температуре окружающего воздуха выше 20 °С.

Плоские закрытые солнечные с остеклением в 1 слой – применение целесообразно для подготовки горячей воды для нужд приусадебных и дачных участков в летний период при температуре окружающего воздуха не ниже 12–15°С, способны прогреть воду на 15–25°С. Плоские закрытые солнечные с остеклением в 2 слоя – применяются, как и в предыдущем случае, но способны прогреть воду до 35 градусов. Современные плоские солнечные коллекторы с высокоселективням покрытием абсорбера и хорошей термоизоляцией корпусамогут эффективно использоваться при температуре окружающего воздуха от 5–10°С и способны создавать перепад температур в коллекторе до 40°С.

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы

Могут эффективно использоваться при температурах окружающего воздуха ниже нуля градусов Цельсия (всесезонные) при обеспечении перепада температур в коллекторе выше 80 °С.

Вопросы работы гелиосистем с использованием солнечных тепловых коллекторов будут рассмотрены в следующих частях учебного пособия «Комбинированные тепловые гелиосистемы».

 

Просмотров: 330

БашАвтономГаз

Характеристика:	Показатель:
Площадь абсорбции активная, м. кв.	1,874
Материал коллектора	медь
Рабочее давление, bar	2-6
Максимальное рабочее давление, bar	8
Номинальная температура, град С	50-100
Максимальная температура, град С	250
Оптимальный расход теплоносителя, л/мин	2
Объем теплоносителя, л	1,4
Сухой вес, кг	73
Материал корпуса	алюминий
Теплоизоляция	минеральная вата
Толщина медной трубки Heat Pipe, мм	1
Диаметр конденсатора Heat Pipe, мм	24
Диаметр подключения трубопровода, мм	22 мм, резьба
Погружная гильза для термодатчика	есть
Материал рамы	сталь, порошковая окраска, цвет серый
Угол наклона рамы, град.	от 20 до 70, регулируемый
Габаритные размеры , мм	1520x1300x1460
Количество вакуумных трубок	20
Длина вакуумной трубки, мм	1800
Тип покрытия вакуумной трубки	многослойное абсорбирующее покрытие
Удельное поглощение	более 95%
Устойчивость к граду	до 35 мм

Солнечные коллекторы зимой: исследуем целесообразность установки

Бесперебойная подача горячей воды для коммунальных служб, а главное — резкое сокращение ощутимых затрат в бюджетах коммунальные платежи– всё это доступно каждому с установкой солнечного коллектора.

Жарким летом, когда уровень солнечного излучения самой высокой, полученную тепловую энергию можно расходовать на ГВС, полностью (и бесплатно!) Покрывая потребность в горячей воде.Избыток тепловой энергии легко направить на обогрев воды открытого или закрытого типа. В более прохладные сезоны, кроме традиционного здания отопления и ГВС, с помощью солнечного коллектора можно поддерживать нужный климат в теплицах, отапливать бани и коттеджи. Справляется со своими функциями солнечный коллектор и зимой.

Эффективность гелиосистем зимой

В холодное время года счета за коммунальные услуги возрастают, как минимум, в два раза. Больше энергии, и соответственно, денежных средств, уходит на поддержание тепла в квартире, доме, офисе и любом промышленном помещении.При этом батареи часто оказываются теплыми, а температура в помещении не обеспечивает и безопасное для здоровья проживание. Работа установки зимой позволяет снизить расходы на отопление использование и горячей воды.
Количество тепла, которое вырабатывается в холодное время года, зависит от факторов, например:
— общая эффективная площадь поглощения коллекторов;
— угол наклона коллекторов;
— географическое расположение и особенности климата.
Количество осадков и число пасмурных дней непосредственно влияет на работу и эффективность солнечных коллекторов зимой. Только указанные факторы, можно собрать гелиоколлекторную установку, которая максимально удовлетворительная потребность в тепле и горячей воде. Изучая отзывы на солнечные коллекторы зимой, можно с уверенностью сказать, что подбор и расчет оборудования стоит доверить профессионалам DUALEX.

Особенность эксплуатации солнечных коллекторов зимой

.

Чудес не бывает — в холодное время года, когда температура окружающей среды падает ниже 0 ° C, а погода не так часто радует солнечными днями, снижается и производительность коллекторов.Поэтому подбирая такую ​​установку необходимо сразу же использовать систему отопления дома солнечными коллекторами зимой в период минимальной активности солнца.
При отрицательной температуре вакуумные коллектора продолжают успешно работать. Это объясняется воздействующими факторами:
1. Цилиндрическая форма трубок позволяет улавливать лучи под разным градусом. Это означает, что коллектор работает и с утра, и на закате дня независимо от того, попадают ли прямые солнечные лучи на него под 90 ^о или нет.Работают они и в пасмурную погоду — коллектор улавливает рассеянные лучи Солнца.
2. Значительно меньшие теплопотери (по сравнению с плоскими коллекторами). Более 92% полученной энергии преобразовывается и направляется в контур отопительной системы. При этом работать солнечный коллектор зимой может в условиях до -35 ° C.
3. Установка под оптимальным углом наклона программы как повышение эффективности работы КПД, так и при значительных осадках зимой, влияет на самоочищение коллектора. Снег сползает с трубок, оставляя их поверхность чистой.
Чтобы солнечный коллектор зимой работал максимально эффективно, все расчеты, подбор оборудования, установку и подключение системы стоит доверить специалистам DUALEX.

Бесплатное тепло зимой: миф или реальность?

Вакуумные солнечные системы, обладающие наиболее высоким КПД, позволяют пользоваться горячей водой и теплом круглогодично, не тратя на это семейный бюджет. В холодное время года, если установки недостаточно для полного обеспечения потребности в горячей воде, на помощь такая система приходит возможность подогревать воду в баках ТЭНами.Однако и в таком случае использование гелиосистемы дает существенную экономию средств.
Приобретение качественной установки — отличная инвестиция в собственное будущее. Главное — рассчитать мощность и учитывать особенности при работе системы, зная, как работает солнечный коллектор зимой.
Установки других типов (к примеру, распространенные плоские панели), являясь более бюджетными вариантами, не обеспечивают нормальную подачу тепла в холодное время. Особенно обманчиво использование самодельного солнечного коллектора зимой.Его мощности недостаточно для работы в пасмурные дни, не говоря уже об отрицательных температурах.
Отсутствие вакуума (отличие от качественных заводских установок) вызывает значительную теплопотери, снижающую эффективность работы такого устройства зимой. При отрицательной температуре вода, используемая в качестве теплоносителя, в самодельных коллекторах замерзает, производит дальнейшее использование установки невозможным. Солнечный коллектор зимой, созданный своими руками, обеспечивает невысокую эффективность и в случае, когда вместо воды используется антифриз.
Изучить поведение такой установки в течение определенного времени можно, исследуя солнечный коллектор на видео зимой. Такой инструмент позволяет точно понять, как быстро с гелиосистемы переходит снег, посчитать количество дней в сезон, когда работа коллектора невозможна из-за осадков, что в сочетании с исследованием колебания температуры позволяет повысить эффективность и возможность использования в холодную пору.
Таким образом, эксплуатация гелиоустановки позволяет снизить нагрузку на отопительную систему, уменьшить расход газа, электричества и других источников энергии, дает возможность обогревать помещение и пользоваться водой без значительных затрат на оплату коммунальных платежей. Солнечный коллектор зимой — экономное и экологичное средство отопления!

Оценка эффективности солнечных коллекторов, используемых в целях горячего водоснабжения зданий в различных климатических условиях Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЦЕЛЯХ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ В РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ Алексюк Ю.Н.

Алексюк Юрий Николаевич — студент, кафедра теплоэнергетики и водоснабжения на железнодорожном транспорте, факультет транспортных сооружений и зданий, Российский университет транспорта (МИИТ), г. Москва, ул. Москва

Аннотация: в работе рассмотрены различные виды солнечных коллекторов для горячего водоснабжения жилого дома.

Ключевые слова: солнечный коллектор, горячее водоснабжение, теплоснабжение, солнечная энергия.

Выработка энергии из нетрадиционных возобновляемых источников является одним из ресурсов энергетической стратегии России до 2035 г.

Объем капиталовложений в возобновляемые источники энергии итогового периода прогнозируется в 5-7 раз выше базового уровня. При этом доля возобновляемых источников энергии в общем объеме капиталовложений в сфере энергоснабжения увеличится с 4 до 10-12%.

В период сравнения с базовым уровнем требуемый в итоговом уровне объем инвестиций:

— в централизованное теплоснабжение будет выше на 3-17%;

— в автономную энергетику будет выше в 3-4 раза, а ее доля в общем объеме

капиталовложений в энергоснабжение увеличится с 10 до 16-20%;

— в энергосбережение будет выше в 2-5 раз, а его доля в общем объеме капиталовложений в энергоснабжение увеличится с 29 до 34-49%.

Основные успехи в развитии возобновляемой энергетики России достигнуты в создании новых технологий по преобразованию солнечного излучения в электрическую энергию.

Промышленностью производятся фотоэлектрические элементы на основе мощности от 5 до кВт 1 МВт, малыероструктурные элементы и энергоустановки с концентрами солнечного излучения, малыероструктурные элементы с мощностью от 5 до кВт 1 МВт, биогазовые гидросистемы для установки. ветроэлектрические станции мощностью от сотен ватт до десятков кВт.

. Причиной той наиболее перспективной области применения НВИЭ в России являются изолированные и удаленные районы с низкой плотностью населения, такие как Республика Саха (Якутия) или также в пример можно привести Приморский край [1]. В этих регионах поступление солнечной радиации является максимальным и достигает 5 и более кВт * ч / м2 в день. Число солнечных дней в среднем по Приморскому краю составляет 310, при продолжительности солнечного сияния более 2000 часов. По некоторым исследованиям, практические ресурсы солнечной энергии в Приморском крае с учетом экологических и других ограничений составляют: тепловая энергия — 16,0 млн кВт, электрической энергии — 4,9 млн кВт, в то время как установленная мощность оборудования электростанций в крае составляет 2, 7 млн ​​кВт электрической энергии и 3,9 млн. кВт тепловая энергия [2]. Таким образом, электростанций и ресурсной энергии при получении размера мощности одного порядка.Пока что примером реального использования солнечной энергии на Дальнем Востоке является солнечная водонагревательная установка в Дальневосточном Федеральном университете в городе Владивосток на острове Русский. Она для получения горячего водоснабжения восьми этажного гостиничного корпуса на проживание 536 человек. В состав данной установки входит: 90 солнечных коллекторов производительной 0,15 Гкал / час тепловой и 176 фотоэлектрических солнечных панелей производительностью 22 кВт * час электрической энергии. Солнечные коллектора и фотоэлектрические солнечные панели установлены на кровле здания. Общая площадь кровли составляет 2566 м2. Площадь крыши, которую занимают солнечные коллектора, составляет 1112 м2, эффективная площадь абсорбции тепловоспринимающей поверхности составляет 216,99 м2. В установке применены 90 солнечных вакуумных коллекторов марки ЕБ58-1800-30К1.

Лидером же по освоению солнечной энергии является Краснодарский край. В Краснодарском крае находится и один из старейших в России производителей необходимого для получения энергии Солнца оборудования — ПАО «Сатурн».Завод занимается разработкой и изготовлением солнечных элементов и батарейки космического применения с 1971г. Сочетание благоприятных климатических условий и близость производителей дают преимущество в использовании солнечной энергии.

Краснодарский край относится к регионам с высокой интенсивностью солнечной радиации — продолжительность солнечного сияния здесь свыше 2000 часов в год. На побережье Черного и Азовского морей количество солнечных дней составляет 260280 суток в году (для сравнения — в Москве всего 29 дней).

Величина суммарной солнечной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность в течение года, в среднем по региону составляет 1200-1400 кВт / ч на квадратный метр. При использовании солнечной энергии для теплоснабжения тепловая энергия в среднем составляет 900 кВт / ч на кв. м.

использование энергии в разных странах мира, не смотря на то, что современные технологии и опыт применения в других странах позволяет извлекать пользу из каждого фотона бесплатной солнечной энергии.

В пример можно привести центральную районную больницу в Усть-Лабинске и городскую больницу курорта Анапа, в которых гелиоустановки работают уже несколько лет.

В Китае суммарная площадь солнечных коллекторов превысила 140 000 км2 чего достаточно для снабжения горячей водой 60 млн семей. В Израиле в 1976г. На законодательном уровне было закреплено обязательная установка солнечных коллекторов на всех возводимых жилых строениях не выше 9 (т.к.

22

площадь крыши на строениях большей этажности не позволяет в полной мере обеспечить горячим водоснабжением всех жителей данного дома при помощи только солнечных коллекторов). В результате чего на сегодняшний день 85% квартир в Израиле снабжаются горячей водой нагретой лишь энергией солнца [3].

Также можно отметить Финляндию, которая находится намного севернее вышеперечисленных стран, и не содержит данных запасами традиционного сырья для производства энергии.

В 2016 году энергетическая компания «Helen» запустила самую большую в Финляндии солнечную электростанцию. На крыше лыжного центра Kivikko, принадлежащего городу Хельсинки, установили 2992 панелей (285 Вт каждая) общей мощностью 850 кВт. До недавнего времени самой большой в Финляндии была солнечная станция в Сувилахти мощностью 340 кВт. Новая станция ежегодно будет вырабатывать 800 МВт ч. электроэнергии, что вполне достаточно для обеспечения 400 однокомнатных квартир.

Финляндия — страна, где развитие солнечной энергетики препятствует особенностям природно-климатических условий. Как известно, производство электроэнергии с помощью энергии солнца зависит от интенсивности солнечного света. Летом в Финляндии достаточно света. В среднем, его интенсивность здесь даже выше, чем в Европе, что объясняется длительным периодом «белых ночей». Но зимой солнца в Финляндии значительно меньше. Однако и эта проблема имеет решение.Солнечную энергию можно аккумулировать и дополнять за счет тепловых насосов, способных отбирать тепло из низкотемпературной среды. Так, благодаря комплексным технологиям, в финском городе Оулу производительность фотоэлектрических станций достигла показателей Германии.

В настоящее время существует несколько солнечных коллекторов в свободной продаже и хорошо зарекомендовавших при длительном использовании.

Плоский солнечный коллектор — относительно простое устройство для тепловой энергии солнца.Состоит из плоского элемента поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Существенными недостатками применения плоского солнечного коллектора является невозможность работы в холодное время года и относительно высокие тепловые потери, а также большие потери по сравнению с вакуумным солнечным коллектором, что при использовании на крыше здания, не предназначенного для установки какого-либо тяжёлого оборудования, имеет немаловажное значение. .

Вакуумный солнечный коллектор — более сложная и значительно более дорогостоящая установка, которая имеет сходство с бытовыми термосами. Состоит из стеклянных трубок, внешняя часть которой прозрачна, а на внутреннюю нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянными трубками находится вакуум. Именно он и даёт возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии. Использование данной технологии позволяет достичь большего использования КПД с плоскими коллекторами, причём их возможно при условиях низких температур и слабой освещённости. Главным недостатком вакуумного солнечного коллектора является большая трудоёмкость при обслуживании и работе по установке более сложной конструкции [4].

При использовании солнечных панелей существует ряд рядов. Главным образом, здание должно иметь большую неиспользуемую поверхность вне помещения, обращённую к солнечной стороне для размещения панелей солнечного коллектора. Крыша в большинстве случаев будет идеальных мест для их установки. Однако не стоит забывать, что сухой вес только одной панели размерами около 2,5 м2 составляет около 80 кг и перед установкой данного оборудования целесообразно проведение комплексного обследования строительных материалов

23

конструкций на предмет возможности установки дополнительного оборудования. Не площадь всей крыши удастся покрыть панелями солнечных коллекторов, понадобятся площадки для обслуживания и ремонта примерно вдвое снизит полезное пространство. Но даже на 100 м2 при установке на них панелей солнечного коллектора выработать около 50 кВт.ч.

Конечно, данные цифры условны. Нельзя забывать, что поступление солнечной энергии в любом регионе нестабильно, а пики солнечной энергии и водопотребления приходят на разное время.В середине дня заметно снижается водопотребление, а утром и вечером уже солнечная активность далека от своих пиковых значений. Применение солнечных коллекторов в зимний период не получится, хотя вакуумные солнечные коллекторы возможно использовать даже при отрицательных температурах, но относительно эффективно его применение в лучшем случае в весенне-осенний период. К тому же нельзя забывать, что солнечные коллекторы так же потребуют затрат на обслуживание и ремонт.К сожалению, коллекторы имеют большую часть панелей солнечного коллектора, выполненных из стекла или стеклянных трубок в случае вакуумным солнечным коллектором, а в Краснодарском крае часто выпадают осадки в виде града).

Использование

не менее, сокращение использования энергии газа позволяет значительно сократить потребление энергии благодаря использованию энергии газа. эффективной тепловой энергии и переосмысления способов производства теплоснабжения.

Список литературы

1. Энергетическая стратегия России на период до 2035 года. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.energystrategy.ru/ab_ins/source/ES-2035_09_2015.pdf/ (дата обращения: 06.06.2019).

2. Россия, Открытое акционерное общество «Дальневосточная генерирующая компания», Веб-сайт, Владивосток, филиал Лучегорский топливно-энергетический комплекс [Электронный ресурс].Режим доступа: www.dvgk.ru/branch/luchtec/ (дата обращения: 06.06.2019).

3. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Учебник. Под ред. Клименко А.В. М .: МЭИ, 2010.

.

4. Бушуев В.В. Энергетика России в 3-х томах. Том 1. Потенциал и стратегия реализации. Том 2. Энергетическая политика России (энергетическая безопасность, энергоэффективность, региональная энергетика, электроэнергетика).Том 3. Мировая энергетика. М .: ИЦ «Энергия», 2012.

Перспективы использования солнечной энергии для отопления дома в России

.

В статье рассмотрено использование солнечной энергии для отопления дома в России по сравнению с использованием в Европе

.

Ключевые слова: солнечная энергия, отопление, Солнечные ресурсы

Хочу поблагодарить министерство высшего образования Ирака за постоянную поддержку

Введение

Актуальность.

С чем связан постоянный рост цен на энергию? Конечно, с колебанием и ценами на мировом рынке из-за истощения их запасов. Но ведь альтернативные возобновляемые источники энергии, которые не надо никому платить, которые не загрязняют атмосферу Земли и не истощаются — это, солнце, тепло земли, тепло воздуха, морские волны и даже энергетический потенциал нашей планеты. Из всех альтернативных источников чаще всего используются солнечные батареи и ветрогенераторы, значительно реже — термальные источники и грунтовые теплообменники.Например, установка солнечных батарей для отопления дома поможет сократить энергопотребление на 70%, а значит, и расходы из семейного бюджета.

Примерно третьи источники энергии (уголь, нефть, газ) мы превращаем тепло: большая часть этой энергии используется для отопления помещений и подогрева воды. Изменения климата и зависимости от ископаемых источников энергии, заставляют нас быстро сократятся в десятилетия, заставляют нас действовать быстро. Широкое применение солнечной энергии для отопления жилых домов уже сегодня показывает, как мы можем справиться с этой проблемой. Это означает сокращение потребления энергии в доме. Проведя продуманную перестройку дома и используя термическую гелиосистему, можно сократить расход тепла на третье. Только при условии в будущем будет достаточно материала (такого как древесина), чтобы покрыть оставшуюся потребность в энергии.

1. Использование солнечной энергии для отопления дома в России

.

Солнечные батареи для отопления дома устанавливаются на крышу, увеличивая ее защитную функцию и, придают высокотехнологичный и современный вид.Их можно устанавливать как сразу при строительстве дома, так и на дом давнишней постройки, принципиальные значения это не имеет.

Монтаж солнечных батарей для отопления дома производится так же, как и Солнечные батареи для отопления, которые можно использовать на многоквартирных домах. То есть, специалист по окнам вполне может справиться с монтажом коллектора на крыше. Дальнейшую установку оборудования лучше доверить специалисту по отоплению и водоснабжению.

Надо сказать, что в современных солнечных батареях для отопления дома используется закаленное стекло и уплотнительные фланцы уникальной конструкции, поэтому они устойчивы к погодным катаклизмам и механическим повреждениям.

Солнечная батарея для отопления дома — существенная экономия денег. Потребность в горячей воде, площадь и угол наклона крыши, освещенность крыши солнцем и т. д.

Чтобы не затрудняться вычислением параметров, можно использовать средними показателями: на 1 человека нужен 1 м² светопоглощающей поверхности. Определить параметры и сколько стоит солнечная батарея для отопления вашего дома, можно исходя из того, что на 10 кв.м теплого пола нужно установить 1 м² поверхности коллектора. [4]

Инсоляцию можно учитывать по средним показателям для вашей местности. При средней инсоляции в 1000 кВт / ч на 1 м² в год, может быть получена энергия, как от сжигания 100 литров газа или других видов топлива.

Например, немецкий солнечный коллектор Roto Sunroof, довольно популярен в Европе. Его площадь — 2,13 м². Двух коллекторов достаточно для обеспечения горячей водой семьи из 4 человек, это примерно 2000 кВт / ч электроэнергии в год.Установка из трех коллекторов производит, соответственно, 3000 кВт / ч энергии. [1] Подсчитывая, сколько стоит солнечная батарея, исходить из необходимого и достаточного количества энергии вашего дома.

Если в доме установлено традиционное отопление, которое работает во время низкой солнечной активности и солнечная батарея, то энергия перекрывается 70% потребляемой энергии солнца. Когда будете подсчитывать, во сколько вам обойдется солнечная батарея и стоит ли её покупать, учтите экономию своих расходов на электроэнергию на 70%.

Рис. 1. Солнечные ресурсы России

Рис. 2. Солнечная радиация (кВт ч / м ² день)

Рост цен на энергоносители в России заставляет проявлять интерес к дешевым источникам энергии. Наиболее доступной является солнечная энергия. Энергия солнечной радиации, падающая на Землю в 10 000 раз больше вырабатываемой человечеством энергии. Проблемы возникают в технологии сбора энергии и в связи с неравномерностью поступления энергии на гелиоустановки.Поэтому солнечные коллекторы и солнечные батареи используются или совместно с аккумуляторами энергии или в качестве средств дополнительной подпитки для основной энергетической установки.

Страна у насна и картина распределения солнечной энергии по ее территории весьма разнообразна (рис. 1 и 2.). [3]

Зоны максимальной мощности солнечного излучения (рис.2). На 1 квадратный метр поступает более 5 кВт / час. солнечной энергии в день.

По южной границе России от Байкала до Владивостока, в районе Якутска, на юге Республики Тыва и Республики Бурятия, как это не странно, за Полярным Кругом в восточной части Северной Земли.

Поступление солнечной энергии от 4 до 4,5 кВт / час на 1 кв. метр в день

Краснодарский край, Северный Кавказ, Ростовская область, южная часть Поволжья, южные районы Новосибирской, Иркутской области, Бурятия, Тыва, Хакассия, Приморский и Хабаровский край, Амурская область, остров Сахалин, обширные территории от Красноярского края до Магадана, Северная Земля, Северо -восток Ямало-Ненецкого АО.

От 2,5 до 3 кВт / час на кв. метр в день

По западной дуге — Нижний Новгород, Москва, Санкт-Петербург, Салехард, восточная часть Чукотки и Камчатка.

От 3 до 4 кВт / час на 1 кв. метр в день

Наибольшую интенсивность (рис.3) поток энергии имеет в мае, июне и июле. В этот период в средней полосе России на 1 кв. метр поверхности приходится 5 кВт.час в день. Наименьшая интенсивность в декабре-января, когда 1 кв. метр поверхности приходится 0,7 кВт / час в день.

Если установить солнечный коллектор под углом 30 градусов к поверхности, то можно обеспечить съем энергии в максимальном и минимальном режиме соответственно 4,5 и 1.5 кВт час на 1 кв. метр в день.

Рис.3. Распределение интенсивности солнечного излучения в средней полосе России по месяцам [5]

Исходя из приведенных данных можно рассчитать площадь плоских солнечных коллекторов, для обеспечения горячего водоснабжения из 4-х человек в индивидуальном доме. Нагрев 300 литров воды от 5 градусов до 55 градусов в июне могут обеспечить коллекторы площадью 5,4 квадратного метра, в декабре 18 кв. метров.Если применить более эффективные вакуумные коллекторы, то требуемая площадь коллекторов снижается примерно вдвое.

Рис.4. Покрытие потребления в ГВС на счет солнечной энергии [5]

На практике солнечные коллекторы желательно использовать в качестве основного источника ГВС, а в качестве устройства для подогрева воды, поступающей в отопительную установку. В этом случае расход топлива резко снижается. При этом бесперебойная подача горячей воды и экономия средств на ГВС и отопление дома, если это дом для постоянного проживания.На дачах, в летнее время, для горячей воды, различные виды солнечных коллекторов. От коллекторов заводского изготовления до самодельных устройств, изготовленных из подручных материалов. Различаются они, прежде всего, по эффективности. Заводской эффективнее, но стоит дороже. Практически бесплатно можно сделать коллектор с теплообменником от старого холодильника.

В России установка солнечных коллекторов регламентируется РД 34.20.115–89 «Методические указания по расчету и проектированию системного обогрева», ВСН 52–86 «Установки горячего солнечного водоснабжения.Нормы проектирования ». Имеются рекомендации по использованию нетрадиционных источников энергии в животноводстве, кормопроизводстве, крестьянских хозяйствах и сельском секторе, разработанные по заявке Минсельхоза в 2002 году. Действуют ГОСТ Р 51595 «Солнечные коллекторы. Технические требования », ГОСТ Р 51594« Солнечная энергетика. Термины и определения ». [2]

В этих документах довольно эффективные способы использования солнечных коллекторов и наиболее эффективные способы их применения в различных климатических условиях.

2. Использование солнечной энергии для отопления дома в Европе

Европейцы широко применяют солнечные батареи в своих домах, ведь они экономичны и экологичны. Действительно, опыт продвинутых жителей Европы, которые, как известно, умеют считать деньги, стоит перенять и для отечественных домов.

В Германии государство дотирует затраты на установку солнечных коллекторов, поэтому их применение устойчиво растет. В 2006 году было установлено 1 миллион 300 тысяч квадратных метров коллекторов.Из этого количества примерно 10% более дорогие и эффективные вакуумные коллекторы. Общая площадь на сегодняшний день солнечных коллекторов составлена ​​12 миллионов квадратных метров.

В Европейских странах солнечные коллекторы для отопления используют в 50% общего количества агрегатов гелиосистемы. Однако следует понимать, что гелиосистемы используют лишь для поддержки отопления и экономии основного энергоресурса, как теплопотребление большого количества энергии гелиосистемы в отопительный период.

Наиболее распространенным является использование гелиосистемы с суточной аккумулированием тепловой энергии. Недостатком солнечных систем для поддержки отопления с суточным аккумулированием теплоты невозможно использовать излишки теплоты в летнее время. Выходом из данной ситуации может быть использование сезонного аккумулирования. Однако такую ​​систему сложно реализовать на практике из-за необходимости установки накопительных емкостей (объемом от 10 м³).Как правило, такие емкости закапывают землю или строят специальный резервуар из бетона с крышкой.

Заключение

Таким образом необходимо, что проведенное исследование позволяет заключить:

Научиться использовать солнечную энергию для использования энергии люди пытались с древних времен.

Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи.Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 м.

Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это обычный был деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода в нем отметилась солнцем до 88 ° С.

В 1774г. великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для использования тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшееся чугун за три секунды и гранит — за минуту.

Солнечный коллектор — один из самых простых способов использования энергии солнца, который не требует больших вложений, высоких технологий и большого уровня знаний.

Системы теплоснабжения на базе солнечных коллекторов совершенствуются во всем мире, чтобы сделать их массового спроса.

Современное общество является свидетелем очередного глобального перехода на новые энергоносители, которое началось в начале 90-х годов прошлого века.

Определяющая характеристика текущего потока представляет собой стремление избавиться от зависимости от используемых ресурсов, добыча и использование истощает и загрязняет природу.

Считается, что разработка альтернативной энергии все еще дело завтрашнего дня, самом деле по направлению в технической практике уже произошла тихая революция.

Одним из успешных проектов стала гелиоэнергетика.

Одним из основных гелиоэнергетики является производство и эксплуатация солнечных коллекторов.

С помощью солнечных коллекторов можно обогревать помещение даже при минусовых температурах.

Коллекторы активно используются во многих странах, отечественные системы также начинают присматриваться к аккумулирующим солнечную радиацию установкам.

Литература:

1. Актуальные вопросы технических наук (II): международная заочная научная конференция (г.Пермь, февраль 2013 г.) / отв. ред .: Г. А. Кайнова. — Пермь: Меркурий, 2013. — 107 с.

2. Альтернативная энергетика и энергосбережение в регионах России: материалы научно-практического семинара, г. Алматы. Астрахань, 14–16 апреля 2010 г. / Астраханский гос. ун-т, Акад. электротехнических наук Российской Федерации; сост. Л. Х. Зайнутдинова. — Астрахань: Астраханский ун-т, 2010. — 101 с.

3. Вестник Краснодарского регионального отделения Русского географического общества: сборник Вып. 7 / отв. ред .: И. Г. Чайка, Ю. В. Ефремов. — Краснодар, 2013–399 с.

4. Йе В. Исследование эффективности использования энергии для систем автономного энергоснабжения Союза Мьянма: диссертация … министерства технических наук: 05.14.08 / Йе Вин; Место защиты: Нац. исслед. ун-т МЭИ. — Москва, 2013. — 155 с.

5. Курбатов, Н. Е. Использование возобновляемых источников энергии в условиях Забайкалья: способы и устройства для преобразования солнечного излучения [Текст] / Н.Е. Курбатов, Е. Н. Курбатов; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования «Забайкальский гос. ун-т »(ЗабГУ) Ч. 3. Использование возобновляемых источников энергии в условиях Забайкалья: естественные среды в качестве аккумуляторов солнечной энергии. — Чита, 2012. — 154 с.

Использование солнечных коллекторов Аристон

Вопросы экономии энергоносителей в России выдвигаются в настоящее время на первый план.Удорожание электроэнергии, перегрузка электросетей, высокая стоимость монтажа газового оборудования вынуждают людей искать альтернативные источники энергии для обогрева жилища и получение более или менее приемлемых условий комфортного проживания. Сюда же можно отнести и горячее водоснабжение как один из элементов быта. К таким альтернативам можно отнести солнечную энергию, за использование которых вообще не нужно платить. Цена такой альтернативы складывается лишь из необходимого оборудования.

В данном материале будет рассмотрен вопрос частного жилого дома на обогрев солнечной энергии. Для этой компании «Атмосфера идеале» были использованы солнечные коллекторы для отопления дома. Имеются сомнения в эффективности солнечных коллекторов для полного обогрева дома, а также его горячей водой. Как решился вопрос — вы узнаете из настоящей статьи.

Что предоставить собой типичные солнечные коллекторы?

Гелиосистемы, как еще называют солнечные коллекторы, предназначены для солнечного света в другой вид энергии.Солнечный коллектор для воды нагревать теплоноситель, в качестве которого используются антифриз или обычная вода. Теплоноситель нагревает воду, подаваемую для отопления или горячего водоснабжения. Система работает по замкнутому циклу, не требуя никаких дополнительных источников энергии.

Полностью обогреть большой дом в зимний период коллекторы не могут, но значительно снизить энергозатраты и обеспечить бесперебойную подачу горячей воды вполне способны. Тем более, что солнечное тепло они поглощают даже в пасмурную погоду, а также в условиях дождя.Осенью же и весной коллекторы вполне могут справиться с обогревом дома, так как в данные периоды года не требуется выработки большого количества тепла.

Какие задачи ставились перед компанией?

Необходимо было перевести на солнечную жилую дом площадью 196 квадратов, находящийся в Истринском районе. В уже находился электрический котел, имеющий мощность 12 кВт. Его мощности вполне хватало на обогрев дома в зимний период, но расход энергии был огромный, да и нагрузка на электросеть была запредельной.

Кроме того, в периоды отключения света усилила потребность в мощном генераторе, которого в наличии не было. Поэтому перед нашей компанией стояла задача применить котел как запасной источник энергии, а в качестве основного источника использовать солнечные коллекторы. Кроме того, дополнительный насос энергии должен был создать тепловой насос.

Дом двухэтажный, деревянный. Первый этаж построен из бруса с внешнем утеплением минеральной ватой толщиной 150 мм. Второй этаж каркасный, с утеплением ППУ толщиной 300 мм по стропильной системе.

Выбор компании и оборудования

Специалисты компании «Атмосфера идеале» пришли к выводу, что лучший поставщик оборудования данного проекта компания «Аристон», успешно работающая долгие годы на российском рынке. Вся продукция и оборудование, выпускаемое Аристон, много производится в Италии, где проходитэтапный контроль качества. В ассортименте данной компании имеется все необходимое оборудование для успешного частного дома на солнечное отопление, а специалисты компании эффективно работают с альтернативными источниками энергии.

Реализация проекта

Перед нами стояла задача создать сбалансированную систему обогрева дома. Если провести расчет так, чтобы коллекторы зимой полностью обеспечили отопление и снабжение дома горячей водой, возникла проблема перегрева коллекторов, в связи с переизбытком тепла. Если же подбирать оборудование в расчете на летнее использование, то зимой тепла определенно не будет хватать. Совместно со специалистами компании Аристон оборудование было подобрано таким образом, чтобы летом не было переизбытка тепла, а зимой его хватало бы для отопления и ГВС.

Для этого решено было использовать 2 коллектора и теплоаккумулятор повышенного объема. Для обеспечения нужд в горячем водоснабжении был установлен проточный водонагреватель с прямым отбором тепла от теплоаккумулятора. Это дало возможность максимального количества тепла направить на нужды отопления, и не монтировать дополнительную емкость для ГВС.

Для соединения насоса солнечных коллекторов, теплового и электрокотла была установлена ​​система автоматики. При недостатке тепла от коллектора автоматика включение в работу электрокотел, а при достижении оптимальной температуры воды в системе запасные источники тепла автоматически отключаются.Котел можно настроить и по таймеру, например, только на ночное включение.

Проведение работы

Работы по установке альтернативного оборудования проводились мастерами компании «Атмосфера идеале».

Монтаж коллекторов на крыше дома занял у нас 3 часа благодаря, что каждый солнечный коллектор системы был оснащен быстросъемными соединениями. Теплоаккумулятор объемом 800 литров отлично прошел сквозь дверной проем. На буферной емкости были закреплены проточный водонагреватель и насосная группа.В результате удалось сэкономить место в небольшом помещении.

Хотелось бы отметить качество продукции Аристон. Рамы коллекторов легко и надежно монтируются на крыше, все комплектующие рационально продуманы, имеются необходимые крепежные элементы.

Итоги подключения коллекторов обогрева

Так получилось, что система подключалась к работе 9 сентября 2016 года. В этот день накрапывал дождик, а температура составляла всего +8 градусов. Буферная емкость заполнялась со скважины, поэтому температура воды в ней составляла +7 градусов.На коллекторах температура в тот момент составляла +16 градусов. За сутки солнечные коллекторы нагрели воду в емкости до +30 градусов, а температура на коллекторах повысла до +37 градусов.

Несмотря на отсутствие активного солнечного света, коллекторы прекрасно справились со своей работой. Полученное тепло можно использовать не только для системы буферной емкости, но и для отопления дома в осенний период.

Используя возможности автоматики, наши специалисты настроили включение электрокотла в ночное время.Тем самым была разгружена электросеть, вдвое было снижено потребление электроэнергии. Котел был запрограммирован на нагрев до 60 градусов, а его потребляемая мощность составила 2 кВт. Было подсчитано, что конечная стоимость электроэнергии снизится на 40%. При отключении электричества для оборудования дома теплом будет достаточно генератора мощностью всего 5 кВт.

Мы можем сделать предварительные выводы об эффективности использования солнечных коллекторов. Даже в Московской области, где традиционно мало солнечного света осенью и зимой, альтернативные источники энергии обогрева доказали свою.Несмотря на пока еще небольшую стоимость, солнечные коллекторы взять на себя основную часть работы по обогреву жилища. А окупятся они достаточно быстро. Такие источники энергии заменят привычные нам традиционные виды обогрева.

Солнечный коллектор | Новый Дом

Как выбрать солнечный коллектор Если Вы решились на приобретение и установку у себя гелиосистемы, то перед Вами неизбежно встанет самый главный дилемма, как выбрать главный элемент солнечной установки — солнечный коллектор.

На сегодняшний день на рынке представлено огромное количество солнечных коллекторов от производителей различных по типу, конструкции, эффективности и стоимости. Выбрать самый простой вариант может стать не простой. В данной статье мы постараемся разобраться в особенностях подбора солнечного коллектора для гелиосистемы, это позволит Вам сделать правильный выбор и ощутить все преимущества использования солнечной энергии.

Солнечный коллектор: сфера применения

Во-первых, следует определиться, для каких целей Вам нужен солнечный коллектор.Обычно, гелиосистема используется в бытовом секторе:

• горячего водоснабжения;
• поддержки отопления;
• подогрева воды в бассейне.

Каждый вариант один может как самостоятельно, так и в друг с другом, а также все вместе. Однако в комбинированных системах должна быть одна приоритетная цель, на которую следует ориентироваться, подбирая солнечный коллектор.

Основные типы солнечных коллекторов

После того, как цели используются, можно приступать к подбору типа солнечного коллектора.Уверены, что многие из Вас слышали об извечном споре — вакуумный или солнечный коллектор. На самом деле, явного победителя в этом споре нет. Всё зависит от целей применения солнечной системы, для каждого конкретного случая более подходящим может быть тот или иной вариант. Кроме того, мы пойдем дальше и расширим спектр выбора.

Как известно, несколько типов вакуумных солнечных коллекторов также отличаются друг от друга.Для сравнения были выбраны четыре основных типа вакуумных трубчатых коллекторов и один плоский высокоэффективный:

• Вакуумный трубчатый коллектор с перьевым абсорбером и прямоточным тепловым каналом;
• Вакуумный трубчатый солнечный коллектор с перьевым абсорбером с тепловой трубкой «тепловая труба»;
• U-образный прямоточный вакуумный коллектор с коаксиальной колбой и отражателем;
• Вакуумный трубчатый солнечный коллектор с коаксиальной колбой и тепловой трубкой «тепловая труба»;
• Плоский высокоэффективный солнечный коллектор.

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. Для расчета производительности солнечного коллектора в каждом выбранном случае используются все параметры эффективности.

Подробнее об этих параметрах и метод расчета: эффективность солнечного коллектора.

На графике фактора полезного действия от разницы температуры между окружающим воздухом и теплоносителем в солнечном коллекторе при условии солнечного излучения 1000 Вт / м². Для анализа используются средние значения для каждого типа солнечного коллектора.

Первая зона с минимальной разницей температуры характерна для режима работы солнечного коллектора для сообщения 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 редко.
Из графика мы видим, что чем меньше ∆t, 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 имеют более высокую производительность при работе на нагревателе 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 коллекторов

Следующая диаграмма позволяет оценить среднюю производительность коллекторов за год и за отопительный период (нижняя часть столбца).

Данные о выработанной энергии получены при помощи расчета, в программе позволяющей смоделировать работу солнечной системы за год. В расчетах используются усредненные данные по солнечному излучению и 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 невозможны и не всегда отображают реальную картину производительности солнечного коллектора.

Для расчета реальной производительности воспользуемся примером. Смоделируем предполагаемый случай применения системы горячего водоснабжения в круглогодичном режиме и поддержки системы теплыми полами со встроенными режимами:

• площадь отопления — 200 м²;
• теплопотери — современная постройка с высоким уровнем теплоизоляции 50 Вт / м² площади;
• место расположения — Киев;
• ГВС — 200 л в сутки;
• апертурная площадь коллекторов — 30 м².

На графике видно, что используя солнечный коллектор для отопления, более низкие низкие тепловые потери. При этом хорошие оптические характеристики дают приростки тепла в межсезонье, когда средняя температура воздуха выше, но все еще необходимо отопление.

В итоге получаем реальную производительность гелиосистемы за год.

Стоимость солнечного коллектора и полученного тепла

Стоимость солнечных коллекторов может изменяться 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 энергии от солнечных коллекторов, зададимся средней стоимостью одного метра квадратного типа солнечного коллектора. Так же взяв за основу срок эксплуатации 25 лет и условия эксплуатации описанные в примере, можно получить значение полученного 1 кВт * ч энергии.

Как видимое изображение, тепло полученное от прямоточного вакуумного коллектора с перьевым абсорбером является наиболее дорогим. А тепло полученное от плоского солнечного коллектора самое дешевое, 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 бизнес-брендовой техники, так и бюджетных вариантов на определенном уровне начальных капиталовложений.

Выбирая солнечный коллектор, обратите внимание на техническую информацию.

Очень важный фактор для выбора солнечного коллектора наличие полного технического описания.Наиболее интересные для нас значения параметров оптического КПД (ŋ₀), коэффициенты тепловых потерь a₁ (k₁) и a₂ (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, в итоге мы получаем «кота в мешке» и не можем оценить энергетические вкладки гелиосистемы, поэтому лучше воздержатся от покупки таких изделий.Наличие международного сертификата (например, от швейцарской лаборатории SPF или Solar Keymark) приветствуется, однако не всегда нам продают коллектор именно с заданными в предусмотренных условиях. Особенно этим грешат азиатские производители, тут уж мы ничего не сможем проверить, остаётся только надеяться на порядочность производителя или поставщика.

Солнечные коллекторы. Какие они бывают?

Классический солнечный коллектор представляет собой металлические пластины черного цвета, установленные на крыше дома.Цвет и положение коллектора обеспечивает максимальное поглощение и накапливание солнечной энергии. Эти металлические пластины помещаются в корпус, изготовленный из стекла или пластмассы. Наклон к южной стороне, при установке позволит увеличить количество поглощаемой радиации. Проще говоря, солнечный коллектор — это миниатюрная теплица, которая накапливает солнечную энергию под стеклянной панелью. Солнечная радиация распределяется по равномерно, по этому, чем больше площадь коллектора, тем больше энергии будет поглощено.

На сегодняшний день солнечная энергетика развита достаточно обширно, это дает возможность установить солнечные панели различных комплектаций и размеров. Этот аспект позволяет солнечным коллекторам хозяйственные нужды человека, такие как отопление и снабжение горячей водой.

К примеру, существует несколько отдельных видов солнечных коллекторов, которые различаются, в зависимости от температуры, которые они могут представить:

• Коллекторы низких температур.Такие коллекторы дают достаточно низкие температуры — не выше 50 С. Такие коллекторы, широко применяются для подогрева воды в бассейнех, и в других случаях, когда не требуется слишком высокая температура воды.
• Коллекторы средних температур. Такой тип коллекторов нагревать воду от 50 до 80 С. За счет такой коллектор представляет собой плоскую остекленную пластину, в которой происходит теплопередача жидкости или же это коллекторы-концентраторы. В последних теплорируется и местная администрация.Представлен коллектор-концентратор, в большинстве случаев вакуумированным трубчатым коллектором
• Коллектор высоких температур. За получение имеют форму параболических тарелок. Такое устройство в большинстве случаев используется большими предприятиями, которые генерируют электричество и распределяют его для городских электросетей

Интегрированный коллектор

Накопительный интегрированный коллектор

На данный момент одним из самых простых видов солнечных коллектором является емкостной коллектор, который еще называются термосифонным коллектором.Такое название, данный генератор получил за счет того, что он одновременно может и аккумулировать тепло и хранить определенное, уже нагретое, количество воды. Такие коллекторы часто используются для начального состояния системы, которая нагревается до необходимой температурыными установками (газовыми, электрическими колонками и т.д.). Такой метод позволяет экономить на потреблении электричества, за счет того, что в баке поступает уже подогретая вода.

Рассмотрим основные плюсы такого вида коллекторов.Первое — это, конечно же, экономия на электричестве. Второе — это возможность использовать достаточно дешевую альтернативу солнечной водонагревательной системы. Третьим плюсом стоит отметить простоту использования коллектора — минимум технического обслуживания, за счет отсутствия в нем движущихся частей (насосов и прочего).

Такие коллекторы бывают также «интегрированными сборщиками и хранилищами», или проще говоря интегрированными коллекторами-накопителями. Такой вид коллектора представлен одним или несколькими баками, которые заполнены водой.Эти баки помещаются в теплоизоляционный ящик и накрываются стеклянной крышкой. Порою, в этот же ящик помещаются прибор-рефлектор, который позволяет увеличивать солнечное излучение. Принцип действия данного устройства достаточно прост — солнечный свет, проходя через стекло, нагревает воду. Такая простота функционирования обуславливает достаточно не большую цену самого устройства. Однако стоит помнить, что в холодное время года, воду стоит защищать от замерзания, или же сливать.

Плоские коллекторы

Такие коллекторы, пожалуй, самые популярные для использования в бытовых условиях, для системы воды и в отопительных системах.Внешне, такое устройство выглядит как обычный металлический ящик. Однако внутри него находиться черная платина, которая поглощает солнечный свет. Крышка у этого ящика быть в обязательном порядке, стеклянной или пластмассовой, дабы лучше пропускать солнечную энергию.

Остекление плоского солнечного коллектора может быть прозрачным или матовым. За счет, все же, отдается предпочтение матовому остеклению, поскольку такое стекло позволяет пропускать только свет. А также содержание железа в стекле должно быть очень низким, что бы пропускать большую часть поступающего света, в коллектор.Принцип действия заключается в том, что солнечный свет, попадая на пластину, тепловоспринимающую пластину, которая и вырабатывает тепло. Стекло служит теплоизоляцией, а для повышения КПД коллектора, его стенки прокладывают теплоизолятором. Такая конструкция, позволяет снизить тепловые до минимума.

Пластина абсорбента, или же пластина, поглощающая солнечный свет, зачастую окрашена в черный цвет, дабы увеличивают количество поглощаемой энергии, тот факт, что темные тела притягивают ее больше — ни для кого не секрет.Проходя через стекло, и попадая на поглощающую пластину, солнечная радиация превращается в тепловую энергию. Далее, чтобы продолжить процесс, полученное тепло передается тепловому носителю. Тепловым носителем может выступать воздух или жидкость, которые циркулируют в трубах. К сожалению, даже полностью черные поверхности, способны отражать около 10% солнечной радиации, падающей на нее. Дабы избежать этого, абсорбирующие пластины покрываются дополнительно специальным покрытием, которое призвано удерживать солнечный свет попадающие на пластину.Такое покрытие служит продолжительной обычной краской и позволяет повысить КПД коллектора. В состав такого селективного покрытия входит слой аморфного полупроводника, который наносится на металлическое основание пластины.

Абсорбирующие пластины изготавливаются из металла, который наилучшим образом проводит тепло. Высокий уровень теплопроводности металла уменьшает теплопотери при передаче энергии теплоносителю. К списку таких металлов можно причислить медь и алюминий.Разница между ними заключается в том, что медная пластина способна лучше проводить тепло, и более устойчива к коррозиям, в отличии от алюминиевой пластины.

Плоские солнечные коллекторы бывают жидкостными или воздушными. А в зависимости от наличия остекления, и тот и другой вид бывает остекленным, так и не остекленным.

Жидкостные коллекторы

В солнечных коллекторах этого типа, теплоносителем выступает жидкость. Солнечная энергия, перерабатывается в поглощающей пластине в тепло, и передается жидкость, которая течет по трубам, к пластине.Эти трубы могут идти друг к другу, но на каждом, в обязательном порядке, быть входным и выходным отверстием. Существует возможность расположения труб в виде змеевика. Такое количество снижает вероятность протекания, в свою очередь снижает вероятность протекания. Таким образом, змеевидное обеспечивает более равномерный поток жидкости-теплоносителя. Однако, может возникнуть сложность при спуске жидкости перед похолоданием, поскольку в изгибах трубы может быть жидкость.

Простые системы жидкостных солнечных коллекторов предполагают использование обычной воды, которая сразу же, нагреваясь в коллекторе, поступает. Такие модели называют «разомкнутыми» или «прямыми» системами. Однако применение таких коллекторов неудобно в регионах с низким температурным режимом. При снижении температуры ниже точки замерзания — необходимо сливать воду. В этот период использовать невозможно. Альтернативой является незамерзающих жидкостей вместо воды.Этот вид системы жидкостных солнечных коллекторов использует жидкие теплоноситель, который поглощает тепло, направляется в теплообменник. За теплообменником является водяной бак, конструкция которого предполагает передачу тепла воде. Такую систему «замкнутой» или «непрямой».

Остекление жидкостных коллекторов позволяет нагревать воду для бытовых нужд и для отопления дома, поскольку их КПД выше, чем у неостекленных аналогов. Неостекленные коллекторы, используйте для публикации воды в бассейнех.В последних приборах не требуется нагревать температуру до высоких температур. Это позволяет использовать менее дорогие материалы, такие как пластмасса и резина.

Воздушные коллекторы

Теплоносителем в воздушном коллекторе выступает воздух, а он не замерзает и не кипит, в отличие от воды. Этот факт позволяет избежать подверженных рискам жидкостные коллекторы. К тому же, утечка в системе воздушных коллекторов приносит намного меньше трудностей ее достаточно сложно.Стоит помнить, что перед материалами, используемыми в воздушных солнечных коллекторах, не стоят особо сложные эксплуатационные задачи. По этому, в воздушных системах возможно использование более дешевых материалов.

Конструкция воздушных коллекторов, представляет собой сочетание плоских коллекторов. Такой прибор используется в основном для просушки сельскохозяйственной продукции, или же для отопления помещений. Металлические панели и многослойные неметаллические экраны могут служить поглощающими пластинами в конструкции воздушных коллекторов.Теплоноситель проходит через стенку поглотителя с помощью естественной конвекции, или с помощью специального вентилятора.

Теплопроводимость воздуха, на порядок хуже, чем проводимость тепла, жидкостью. По этому, поглотитель получает значительно меньше тепла от воздуха, чем от жидкости. Вентилятор, присоединенный к поглощающей пластине, позволяет увеличить поток воздуха, таким образом, улучшая теплоотдачу. Однако и в этой конструкции есть свои недостатки. Для работы вентиляторов необходимо использовать электроэнергию, в свою очередь, задействовать затраты на работу системы.В условиях холодного климата, необходимо направлять воздух между поглощающей пластиной и утепленной стенкой коллектора, это позволяет избежать потерь тепла. Но не стоит применять такою циркуляцию, если, все же, воздух в помещении, нагревается на 17 С больше, чем воздух на улице. В этом случае воздух может циркулировать без потерь эффективности.

Поговорим о достоинствах воздушных коллекторов. В первую очередь — это простота и надежность. Воздушные коллекторы имеют достаточно простое устройство, благодаря этому увеличивается необходимость технического обслуживания, при этом увеличивая безусловную надежность.При достойных условиях эксплуатации, срок службы качественного воздушного коллектора колеблется от 10 до 20 лет. За счет того, что теплоносителем выступает воздух, исключается необходимость использования теплообменника и термоизоляции в холодное время года.

Однако не все так красочно, в сфере солнечных воздухонагревателей. Все дело в том, что применение таких установок распространено исключительно для отопления помещений и сельскохозяйственной продукции, причем в основном, в развивающихся странах.Причиной этому стало то, что существуют некоторые ограничения, для использования в промышленных условиях. Начнем с того, что по сравнению с жидкостными, воздушные коллекторы занимают достаточно большую площадь, за счет низкого уровня удельной теплоемкости. К тому же, требуется оборудовать длинный воздуховод для эффективной работы коллектора. И самая трудность — это необходимость использования электроэнергии для прогонки воздуха через функциональные части коллектора. Еще иногда встречаются сложности с аккумулированием самой теплоты.Все эти проблемы даже в регионах с достаточным количеством солнечных дней приводит к значительному увеличению эксплуатации и установке воздушных коллекторов.

Принцип действия солнечных коллекторов

Элементарный воздушный коллектор

Воздушные солнечные коллекторы делятся на две группы, в зависимости от метода циркуляции воздуха. В самом простейшем случае, поток теплоносителя (воздуха) в коллекторе проходит как раз под поглотителем. Таким образом, данный коллектор позволяет повысить температуру воздуха, не больше чем на 3-5 С.Причиной такого низкого КПД является потеря тепла на конвекцию и излучение.

Любой прозрачный материал, с низкой проводимостью инфракрасного излучения, позволяет снизить уровень теплопотерь, при накрывании им поглотителя. Все дело в том, что поток воздуха, образовывается или под поглотителем, или между поглотителем и данным прозрачным покрытием. Прозрачная крышка (из особого стекла или пластмассы) позволяет не на много снижать уровень излучения тепла с поглотителя. Однако это снижение конвективных тепловых потерь может увеличить температуру до 20-50 С.Но и этот параметр будет зависеть от интенсивности солнечной энергии, попадающей в коллектор и качества воздушного потока. Как плюс к этому всему, наблюдается снижение тепловых потерь на излучение, за счет снижения температуры поглотителя. Но стоит помнит, что при этом происходит снижение возможности абсорбента поглощать энергию, за счет его запыления, в том случае, если поток воздуха проходит с обеих сторон.

Накрытый поглотитель в воздушном коллекторе

Отказ от остекления металлического ящика и теплоизоляции.Дело в том, что изготовлено такой коллектор из перфорированного металла черно цвета. Такой материал позволяет улучшить качество теплообмена. Принцип этого процесса заключается в том, что этот металл нагревается достаточно быстро, а вмонтированный вентилятор втягивает теплый, через отверстия в металлических листах. Коллекторы такого типа, достаточно часто используются в жилых домах. За эту систему размеры такого прибора составляют 2,4 м? 0,8 м, при этом информация о системе воздуха составляет 0,002 м3 / с.Даже в солнечный зимний день, температура воздуха, который нагревается в коллекторе, может достигнуть разницы в 28? К тому же, стоит учесть, что в той же мере улучшается качество воздуха, поскольку нагревается воздух, поступающий снаружи.

Одним из главных плюсов подобных коллекторов, является тот факт, что они достаточно эффективны. КПД некоторых промышленных моделей может достигать 70%. А их стоимость снижается, за счет используемого количества материалов.

Вакуумированный солнечный коллектор

Плоские солнечные коллекторы, изначально создавались для использования в местах с большим количеством солнечной энергии. При плохой погоде, их эффективность достаточно не значительна. Холодная, ветреная, пасмурная погода — не позволяет работать таким коллекторам в полную мощь. Повышенная влажность в степени неблагоприятно сказывается на состоянии внутренних деталей такого коллектора. А это влечет за собой уменьшение срока службы коллектора, а также ухудшение эффективности его работы.Дабы устранить такие недостатки были созданы вакуумированные солнечные коллекторы.

Современные вакуумированные солнечные коллекторы способны нагревать воду, для хозяйственных нужд. Принцип действия такого прибора заключается в следующем: солнечная энергия, проходя через наружную трубку, попадает в поглощающую трубку, где происходит превращение солнечной энергии в тепло. А далее, переработанное тепло передается теплоносителю (жидкости). Сам коллектор представляет собой сочетание количества параллельных рядов стеклянных трубок.К каждой из этих трубок прикрепляется трубчатый поглотитель с селективным покрытием (аналог пластины-поглатителя в вышеописанных плоских коллекторах). Нагретая в коллекторе жидкость поступает в бак накопитель, и уже там отдает все полученное тепло водой.

Трубки в вакуумированном коллекторе можно менять. Добавлять или даже убирать, в зависимости от необходимости. Это позволяет называть такие коллекторы модульными. Но стоит помнить, что между трубками коллектора должен быть вакуум, что бы уменьшить потери тепла в процессе конвекции.Однако радиационная потеря тепла остается. Уточним, что радиационная потеря тепла — это то тепло, которое идет на нагревание рабочих частей коллектора. Но не стоит думать, что это самое низкое повлияют на эффективность работы коллектора. Радиационная потеря достаточно мала, по этому можно уверенно считать, что рабочие характеристики вакуумированного коллектора велики.

На данный момент создано большое количество вакуумированных коллекторов, которые имеют различные комплектации, а, следовательно, и разные эксплуатационные характеристики и особенности.

Создание вакуумированного коллектора — это достаточно сложный и трудоемкий процесс. Особенные трудности вызывает запайка оболочки коллектора. Проблема заключается в том, что по сей день не найдено эффективное средство эффективной работы высоковакуумной системы, при не больших затратах.

Стоит помнить, что такие вакуумированные коллекторы достаточно эффективны, по сравнению с обычными плоскими коллекторами. Все дело в том, что эффективность работы вакуумированного коллектора не зависит от качества радиации, т.е. как в условиях прямой, так и рассеянной радиации, данный коллектор работает одинаково эффективно. К тому же, вакуумное строение коллектора позволяет свести к минимуму потери тепла. Помимо всего вышесказанного, такие приборы долго и качественно деревня, полностью все хозяйственные нужды человека.

Концентраторы

Фокусирующий солнечный коллектор

Концентраторы или же коллекторы отличаются от предыдущих описанных коллекторов тем, что их принцип действия заключается в солнечных лучей.Делается это за счет зеркальных поверхностей, которые направляют солнечную энергию конкретно на поглотители. Температура, которая используется концентратора значительно выше, чем максимальная температура плоских коллекторов. Следует помнить, что воспринимать исключительно прямую солнечную радиацию, по этому. В пасмурную погоду их использование не возможно. Такой тип коллекторов-концентраторов, особенно эффективен в регионах близких к экватору и в пустынных районах с большими солнечными днями.

Для более эффективной работы концентратора, используется специальный прибор, который отслеживает направление солнечных лучей и поворачивает прибор к солнцу. В зависимости от оси, по которой может вращаться такой коллектор, различают одноосные и двуосные следящие устройства. Первые предполагают вращение устройства с востока на запад, а вторые, предполагают поворот устройства во все стороны света, для того, что бы точно направление движения солнца в течение всего года. Данные коллекторы-концентраторы, в основном используются в промышленных условиях.Причина этого достаточно большая стоимость этого устройства. Для бытового применения, они просто не приемлемы.

Солнечные печи и дистилляторы.

Солнечная печь

Помимо всех вышеописанных приборов, существуют приборы, которые имеют достаточно простую также, и узкую сферу применения. Например, такие приборы могут выступать в роли солнечной печи, для приготовления пищи, или солнечного дистиллятора — прибора достаточно очищающего воду любого состояния.

Поговорим про солнечные печи. Они достаточно просты, как при эксплуатации, таки при изготовлении. Солнечные печи представляют собой достаточно хорошо теплоизолированную коробку, которая покрыта материалом, отражающим свет (фольгой, например). Эта коробка накрывается стеклом и оборудована отражателем. Кастрюля черного цвета послужит поглотителем, поскольку может намного быстрее нагреваться. Такие печи, можно использовать для стерилизации воды, при кипении.

Что касается солнечных дистилляторов, то они могут быть в результате своей работы, достаточно дешевой, притом, что брать воду, можно практически из любого источника.Принцип работы солнечного дистиллятора основан на процессе испарения, а сам прибор использует солнечную энергию, чтобы ускорить этот процесс. За день работы, небольшой солнечный дистиллятор может около 10 литров идеально чистой воды.

На данный момент солнечная энергия используется достаточно обширно. Одним из самых эффективных примеров его использования является методика воды солнечной энергией. Несколько миллионов жителей нашей планеты, уже достаточно долго и давно используют солнечные коллекторы для своих нужд.Такие достаточно эффективны, не требуют особых затрат на эксплуатацию, к тому же не приносят вреда окружающей среде.

Атмосфера ™. Альтернативные источники энергии. Солнце. Ветер. Вода. Земля.

Плоские солнечные коллекторы

Основным элементом плоского солнечного коллектора является абсорбер — металлическая пластина со специальным поглощающим покрытием и напаянным на нее проточным трубопроводом. Абсорбер заключен в специальный корпус, у которого лицевая стенка прозрачная (через нее в коллектор проникает солнечное излучение), а тыльная утеплена минераловатной системой либо слоем другого утеплителя.

Внутренний трубопровод, по которому циркулирует теплоноситель, на абсорбере может располагаться по-разному. Выделяют 2 основных типа расположения: «меандр» и «арфа». Компания Атмосфера предлагает плоские солнечные коллекторы типа «арфа».

Для повышения эффективности коллектора на абсорбер может быть нанесено специальное селективное покрытие. Наличие селективного покрытия значительно увеличивает его стоимость, но, в то же время, увеличивает его стоимость.

Для уменьшения теплопотерь в холодное время года корпус плоского коллектора делает максимально герметичным. Таким образом теплоизоляция абсорбера достигается за счет слоя воздуха или инертного газа со стороны прозрачной передней стенки, и слоя утеплителя со стороны задней стенки.

Плоские коллекторы являются более эффективными в теплое время года, однако в зимнее время их эффективность снижается с помощью повышенного рейтинга теплопотерь.

Существуют также еще один вид плоских солнечных коллекторов — вакуумный плоский коллектор.