Солнечная энергетика: коллекторы и гелиотермические системы

Подогрев технической воды с помощью энергии солнца.

Для подогрева технической воды солнечные коллекторы устанавливают на крыше, тем самым они становятся связующим звеном между солнцем и пользователем теплой воды. Тепло возникает в результате поглощения абсорбером солнечного излучения. Подогретая жидкость (теплоноситель) течет через изолированные трубы к накопителю теплой воды, где в теплообменном аппарате она отдает тепло питьевой воде и возвращается назад в коллектор. С недавнего времени в домах с низким теплопотреблением солнечные коллекторы используются не только для подогрева воды, но и для отопления помещения.

Коллекторы.

Существует много разновидностей коллекторов, предназначенные для применения в различных областях.

Подробное описание каждого вида коллекторов (без стеклянного покрытия, накопительных, плоских, вакуумных и воздушных) можно прочесть в полной версии статьи. СКАЧАТЬ >>

Характеристические линии КПД и области применения коллекторов

В зависимости от сферы применения и данной области температур к коллекторам ставятся различные требования. На Рис. 3.16 изображены характеристические линии наиболее часто встречающихся видов коллекторов при силе облучения в 800 Вт/м2. Показатели КПД коллекторов указывают на то, какая доля излучения может быть выделена теплоносителем в качестве тепловой мощности коллектора.

Различия показателей КПД обусловлены различным качеством теплоизоляции. Только при незначительной разности температур между поглотителем и внешней средой тепловые потери не имеют большого значения. При более существенной разнице температур, напротив, качество защиты от теплопотерь в значительной степени определяет полезную мощность.

Для подогрева воды в бассейнах в летнее полугодие разница температур между поглотителем и внешней средой составляет около 15 К. В этой области температур главным преимуществом простых солнечных поглотителей (отсутствие стеклянного покрытия) являются небольшие оптические потери. В этом случае КПД более дорогих коллекторов со стеклянным покрытием едва превышал бы КПД простых поглотителей, хотя установка первых связана с более высокими финансовыми расходами.

Рабочая температура коллекторов для подогрева водопроводной воды составляет 20-60 °С. Наиболее распространенные плоские коллекторы с селективным покрытием поглотителя имеют приемлемый для данной области температур КПД, который лишь незначительно уступает КПД вакуумных коллекторов. Простые солнечные поглотители, наоборот, в виду своих высоких потерь при таких температурах обладают недостаточной производительностью.

При отоплении помещения поглотитель должен нагреться до температуры 40-60 °С, для того чтобы передать тепло теплораспределительной системе либо накопителю. Понижение температуры окружающей среды во время отопительного сезона приводит к тому, что разницы температур между поглотителем и наружным воздухом становится больше, чем при подогреве воды, функционирующем преимущественно в летние месяцы. Тем самым преимущества вакуумных коллекторов становятся здесь очевидным.

Для производства технологического тепла, напр. для чистки бутылок на пивоваренных заводах, необходимы еще более высокие температуры. В этих областях предпочтение отдается вакуумным коллекторам, т.к. по сравнению с другими гелиоустановками они несут наименьшие потери тепла.

Пример расчета полезной мощности и КПД коллектора имеется в полной версии статьи. СКАЧАТЬ >>

Накопитель тепла.

Поставляемый солнцем объем энергии редко совпадает с периодом наиболее активного теплопотребления. В зимние месяцы, именно тогда, когда потребность в отоплении самая большая, солнечной энергии очень мало. Идеальным решением данной проблемы может стать накапливание солнечного тепла на протяжении летних месяцев для отопления зимой. В Швейцарии это практикуется уже несколько лет. В домах с низким потреблением энергии установлены накопители теплой воды объемом в несколько 10 м3 и коллекторы площадью в несколько 10 м2.

Стандартный накопитель тепла (кратковременный накопитель) для подогрева воды.

Существует ряд особенностей конструкции, оказывающих решающее влияние на пригодность накопителя относительно использования солнечной энергии:

Величина накопителя

Узкая вертикальная конструкция, обеспечивающая необходимое температурное наслоение

Особая конструкция входа для холодной воды в накопитель для избегания смешивания воды
Вывод теплой воды производится с боковой стенки накопителя

Необходимо не допустить пробой теплоизоляции в нагретой части накопителя и избежать потери тепла за счет циркуляции теплоносителя в вертикальной трубе под воздействием силы тяжести. (Однотрубная циркуляция).

Теплообменник и его подключение

Теплообменник солнечной циркуляции достаточного размера, выведенный до нижней стенки накопителя; теплообменник дополнительного обогрева, расположенный в верхней части

Полная изоляция накопителя и по возможности низкие потери тепла
Термоизмерительный зонд накопителя

Измерение температуры воды в накопителе на уровне теплообменника солнечной циркуляции. (солнечный коллектор – теплообменники – насос).

Термоизмерительный зонд накопителя дополнительного обогрева

Измерение температуры воды в накопителе в верхней части на уровне теплообменника дополнительного обогрева.

Подробное описание каждого вида накопителей (стандартного, комбинированного, многослойного, комбинированного с котлом, итд) можно прочесть в полной версии статьи. СКАЧАТЬ >>

Системы для малых и средних гелиоустановок.

Различают следующие системы:

Установки на принципе термосифона, в которых отсутствует насос, т.к. для транспортировки солнечного тепла используется сила тяжести, и установки с принудительной циркуляцией, в которых для передачи тепла применяется циркуляционный насос.

Открытые и закрытые системы: в открытых системах в высшей точке цепи солнечной циркуляции находится открытый резервуар, который принимает объёмное расширение жидкости, обусловленное температурой. В закрытых системах эту функцию берет на себя расширительный бак с мембраной.

Одно - и двухкруговые системы: В первом случае теплоноситель циркулирует от накопителя в коллектор и обратно. Во втором случае система состоит из 2-х кругов циркуляции, солнечной циркуляции и общей циркуляции воды накопителя. В круге солнечной циркуляции (солнечный коллектор – нижний теплообменник – насос) находится смесь воды и морозоустойчивой жидкости.

Полную версию статьи можно СКАЧАТЬ >>

Возврат к списку новостей