Автор Тема: Солнечные коллекторы. Типы, применение.  (Прочитано 2688 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн Admin

  • Admin
  • Опытный пользователь
  • *****
  • Сообщений: 30
  • Karma: +1/-0

Солнечные коллекторы: достижение прошлого, нацеленное в будущее. Солнечные коллекторы представляют собой инновационные установки, которые необходимы для преобразования солнечной энергии в тепловую. Однако использование подобных технологий началось довольно давно, порядка нескольких тысяч лет назад, когда люди пытались нагреть воду с помощью солнца.
Немного историиЛюди использовали энергию солнца для нагревания воды еще в древние времена, когда ископаемое топливо еще не заняло своего места в мировой экономике. Отопление солнцем проводилось по следующему принципу: какая-либо твердая поверхность окрашивалась черным цветом, который сильно нагревался под влиянием солнечных лучей. Всем известно, что темный цвет притягивает больше света, в то время как белый – наоборот. Это же знание стало основой таких инновационных устройств, как солнечные коллекторы, использующие энергию Солнца. Впервые они появились около двухсот лет назад, когда швейцарский ученый Гораций де Соссюр в 1767 году изготовил самый известный вид этого устройства – плоский. Стоит отметить, что позднее именно его использовал Джон Гершель для приготовления пищи во время экспедиции по Южной Африке.
Более современной технология изготовления солнечных коллекторов стала уже в XX веке, а именно в 1908 году, когда Уильямом Бейли был изобретен коллектор, оснащенный теплоизолированным корпусом и медными трубками, напоминающий современную термосифонную систему. Уже к концу первой мировой войны он продал порядка 4000 таких приборов. Стоит отметить, что до всемирного нефтяного кризиса, который пришелся на 1973 год, данные приборы практически не использовались. Однако вследствие кризиса возникла необходимость в альтернативных источниках энергии, вследствие чего стали использоваться возможности Солнца.
Стоит отметить, что во многих странах устройства, основанные на использовании потенциала Солнца, до сих пор являются едва ли не главным способом производства энергии. Это стало особенно актуально для начала 2000-х годов, когда резко выросли цены на энергоносители – именно на это время пришелся пик производства и использования солнечных коллекторов.


Особенности солнечных распределителей энергии.
Стоит отметить, что система отопления с помощью солнечных лучей является наиболее эффективной, поскольку данные приборы покрываются закаленным стеклом с низким содержанием железа (как следствие, стекло пропускает больше энергии). При этом данные распределители тепловой энергии имеют улучшенную теплоизоляцию и прочное селективное покрытие. Основное действие устройства следующее: захватывая тепловую энергию, оно концентрирует ее и направляет для деятельности человека. Одним из важных факторов использования именно этого способа является экономичность, поскольку за свой срок службы солнечные системы вырабатывают значительное количество энергии.

Принципы работы солнечного коллектора.
Солнечный распределитель энергии состоит из следующих устройств:
·непосредственно коллектора (его функция – получение и концентрация энергии солнца),
·теплообменного контура (через него посредством теплоносителя-жидкости нагревается бак),
·аккумулятора тепла (бак с водой нужен содержания воды, которая необходима для водоснабжения),
·станции управления (ее функции – контроль нагрева и подачи воды).
Посредством действия солнечной системы осуществляется циркуляция теплоносителя (жидкости). Нагреваясь в приборе под действием солнечной энергии, теплоноситель отдает накопленную энергию воде, причем делается это благодаря теплообменнику. Бак-аккумулятор необходим для хранения горячей воды до того момента, когда возникнет потребность ее использования, поэтому он должен обладать хорошими показателями теплоизоляции. Солнечный коллектор располагается в первом контуре, где циркуляция теплоносителя может быть естественной или принудительной. Бак-аккумулятор может оснащаться электрическим нагревателем-дублером, который автоматически включается тогда, когда необходимо оперативно повысить температуру воды.


Типы солнечных коллекторов.
Существуют две разновидности этих устройств, которые широко применяются для нагревания воды: плоские и вакуумные. Плоские наиболее похожи на изначальный вариант этого прибора, поскольку представляют собой плоскую коробку, закрытую стеклом. Под ним находится поглощающий тепло слой, оснащенный трубками, - они необходимы для прохождения по ним теплоносителя (чаще всего для этого используется пропилен-гликоль).
Вакуумные коллекторы были изобретены в конце XX века. Причем такая запоздалость была вызвана тем, что прошел энергетический кризис, а потому явной потребности их массового производства не наблюдалось. Однако позже, спустя десять лет, компании Китая стали вкладывать в отрасль большие инвестиции, вследствие чего производство вакуумных солнечных коллекторов стало непрерывным и возрастающим. Причем сегодня именно эта разновидность используется намного чаще по сравнению с плоскими: вместо коробки, покрытой стеклом, используются большие полые стеклянные трубки, внутри каждой из которых находятся еще трубки с абсорбером тепла, нагревающим теплоноситель. Теплоизолятором выступает как раз вакуум, расположенный между внешней и внутренней трубками.
Наиболее известными производителями солнечных распределителей сегодня являются компании Китая, Индии и Украины. Причем если в Китае ориентируются в основном на выпуск плоских приборов, в Индии упор делается на производстве трубчатых и вакуумных устройств.
Какой вид распределителя лучше? Каждая из разновидностей солнечного коллектора имеет свои особенности. Так, для плоских характерно следующее:
- прочность и надежность за счет простоты конструкции, при этом вакуумные отличаются хрупкостью,
- эффективность при нагреве воды на 20-40 градусов выше, чем температура окружающей среды.
Неоценимы и преимущества вакуумного устройства:
- при поломке плоского коллектора его придется менять полностью, а при неполадках вакуумного устройства достаточно длишь заменить поврежденные трубки, при этом сама основа будет работать,
- вакуумные приборы наиболее эффективны зимой, поскольку теплопотери от контакта с окружающей средой будут ниже,
- вакуумные устройства эффективно использовать для нагревания воды до высокой температуры.
Эффективное функционирование подобных систем нагревания зависит от сочетания ряда факторов: производителя, качества выполненных работ и технологичности сборки. Кроме того, плоские коллекторы могут различаться по размерам, особенностям сборки, качеством используемого стекла и специальным покрытиям. Главное отличие вакуумных коллекторов – диаметр трубок: от него зависит степень отдаваемой энергии: чем тоньше трубка, тем меньше будет энергия. Кроме того, вакуумные приборы могут иметь разные по функциональности медные трубки: нагревательные способствуют передаче тепла, а U-трубки – образованию внутри стеклянной трубки миниконтура, передающего тепло. Именно системы с U-трубками являются наиболее эффективными приборами современности.

Как нагревается вода? Нагрев воды через солнечные системы может производиться двумя способами: активно и пассивно. Активная схема отличается сложностью и дороговизной, но при этом большей эффективностью, поскольку дает возможность контролировать всю систему, а также использовать ее даже зимой. В активной системе бак с водой будет располагаться в помещении, а коллектор устанавливается на крыше. Прокачивание теплоносителя осуществляется с помощью насоса.
Однако чаще всего используются пассивные системы, когда бак с водой и солнечный распределитель представляют собой целостную систему солнечного нагревателя. Данная система отличается простотой конструкции, легкостью в установке и экономичностью, но при этом не столь эффективна, особенно в холодных условиях.
Преимущества солнечного водонагревателя перед электрическим невозможно не оценить:
- более низкие расходы на содержание и обслуживание,
- возможность нагревать до 300 л воды,
- срок службы составляет от 15 до 30 лет,
- не загрязняет природу,
- цена обслуживания не зависит от повышения тарифов на электроэнергию.

Особенности использования солнечных коллекторов. Применение солнечных коллекторов сопровождается рядом правил, которые следует соблюдать. Если они используются для отопления, то необходимо применять дополнительный источник энергии. Ввиду того, что системы солнечного отопления чаще всего комбинированные, как дополнение к ним могут выступать дизельные, дровяные, печные или электрические системы. При этом благодаря солнечным коллекторам можно отапливать помещения практически весь год, кроме декабря и января, когда солнечной энергии становится меньше из-за укороченного светового дня.
Второй особенностью является необходимость установки системы теплого пола, что способствует повышению эффективности работы солнечных коллекторов в наиболее холодные периоды. Если в системе используются радиаторы, на долю энергии коллектора придется около 25-30%, а если использовать теплые полы, то объем выработанной энергии составит 60-70%. Таким образом, в помещениях, где вместо радиаторов будут использоваться теплые полы, установка солнечных коллекторов станет эффективным и грамотным решением. Не менее важно проводить в таких зданиях работы по энергоаудиту и оптимизации теплоэффективности. Это позволит существенно снизить расходы на отопление, кроме того, не придется применять дополнительные источники энергии.

Как рассчитать?Тепловая мощность солнечного коллектора для каждого конкретного региона должна рассчитываться, исходя из следующих параметров:
·степень солнечной активности в данном регионе,
·площадь поглощения коллектора,
·примерного расчета количества тепловой энергии,
·угла наклона, который имеет система по отношению к излучению.
Так, для отопления одного квадратного метра площади в жилом доме понадобится энергии примерно 2 кВт*ч из расчета на энергоэффективный объект при температуре окружающего воздуха в сутки до - 20°С. То есть если дом имеет площадь примерно 200 кв.м., на его обогрев потребуется 12000 кВт*ч энергии. Осенью и весной приход солнечного излучения на один квадратный метр будет составлять 20-80 кВт*ч/месяц. Таким образом, летом потребуется энергии около 3000 кВт*ч, а зимой для сбора такого же объема понадобится покрыть коллекторами площадь в 120 кв.м. Если учесть, что вакуумный коллектор с 20-ю трубками занимает площадь около 3 кв.м при полезной площади 1,8 кв.м., для сбора тепловой энергии на нашей площади потребуется 40 таких устройств. Зато летом они будут давать тепловой энергии в 5-8 раз больше, а это значит, что будет возможность, например, установить бассейн, который нужно обогревать.
Таким образом, использование солнечного отопления на основе коллекторов сегодня становится довольно распространенным явлением. Это не только рационально, но и экономически выгодно, при этом срок окупаемости этих в общем-то недешевых приборов составляет около 6-8 лет. Выбирая такой способ отопления, можно существенно сократить расходы на этот процесс. Кроме того, это отличная возможность продления отопительного сезона, поскольку коллекторы могут использоваться в любое время года и при любой погоде. Обеспечивая стабильное отопление, подобные системы позволят выгодно содержать систему горячего водоснабжения, при этом будет возможность использовать большие объемы горячей воды. Да и кто откажется от устройств, выгодных в плане стоимости и экологически безопасных с точки зрения процесса эксплуатации?
Технологические и конструктивные особенности солнечных коллекторов позволяют использовать их в разных сферах нашей жизни – от жилых объектов до промышленных предприятий разного назначения. Нагревая материал-теплоноситель, данные устройства – идеальное и экономичное решение для нужд горячего водоснабжения, а также отопления помещений.
« Последнее редактирование: Июнь 29, 2013, 06:11:34 pm от Evgenij »

 

Яндекс.Метрика
Sitemap 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15