Solenergi som en alternativ energikilde: solsystemers typer og egenskaber

I det sidste årti er solenergi som alternativ energikilde i stigende grad blevet brugt til opvarmning og forsyning af bygninger med varmt vand. Hovedårsagen er ønsket om at erstatte traditionelle brændstoffer med overkommelige, miljøvenlige og vedvarende energikilder.

Konvertering af solenergi til varme forekommer i solsystemer - konstruktionen og driftsprincippet for modulet bestemmer specifikationerne for dets anvendelse. I dette materiale vil vi overveje typer solfangere og principperne for deres funktion samt tale om de populære modeller af solcellemoduler.

Muligheden for at bruge et solsystem

Heliosystem - et kompleks til konvertering af solstrålingsenergi til varme, som derefter overføres til en varmeveksler for at opvarme varmemediet i et varmesystem eller vandforsyning.

Effektiviteten af ​​den solvarmeinstallation afhænger af solisolering - mængden af ​​energi, der leveres i løbet af et dagslys pr. 1 kvadratmeter overflade, der er placeret i en vinkel på 90 ° i forhold til solstrålens retning. Den målte værdi af indikatoren er kW * h / m2, parameterværdien varierer afhængigt af sæsonen.

Det gennemsnitlige solisoleringsniveau for regionen i det tempererede kontinentale klima er 1000-1200 kWh / kvm (pr. År). Solmængden er en bestemmende parameter til beregning af solsystemets ydelse.

Brug af en alternativ energikilde giver dig mulighed for at varme huset, få varmt vand uden traditionelle energiomkostninger - udelukkende gennem solstråling

Installation af et solvarmeanlæg er et dyrt tilsagn. For at kapitaludgifter skal betale sig, kræves en nøjagtig beregning af systemet og overholdelse af installationsteknologi.

Et eksempel. Den gennemsnitlige værdi af solisolering for Tula midt i sommeren er 4,67 kV / kvm * ​​dag, forudsat at systempanelet er installeret i en vinkel på 50 °. Solfangerens kapacitet på 5 kvadratmeter beregnes som følger: 4,67 * 4 = 18,68 kW varme per dag. Dette volumen er nok til at opvarme 500 liter vand fra en temperatur fra 17 ° C til 45 ° C.

Som praksis viser, kan ejerne af hytten om sommeren helt skifte fra elektrisk eller gasopvarmning til solmetoden, når man bruger et solanlæg.

Når vi taler om muligheden for at introducere nye teknologier, er det vigtigt at tage hensyn til de tekniske funktioner i en bestemt solfanger. Nogle begynder at arbejde på 80 W / kvm solenergi, mens andre kun har brug for 20 W / kvm.

Selv i et sydligt klima vil brugen af ​​et kollektorsystem udelukkende til opvarmning ikke betale sig. Hvis installationen udelukkende vil blive brugt om vinteren med mangel på sol, vil udgifterne til udstyr ikke blive dækket i 15-20 år.

For at bruge heliocomplex så effektivt som muligt skal det være inkluderet i varmtvandsforsyningssystemet. Selv om vinteren vil en solfanger give dig mulighed for at "skære" energiregninger til opvarmning af vand til 40-50%.

Ifølge eksperter betaler solsystemet sig selv inden for ca. 5 år med indenlandsk brug. Med stigende priser på elektricitet og gas reduceres kompleksets tilbagebetalingsperiode

Ud over økonomiske fordele har "solvarme" yderligere fordele:

1. Miljøvenlighed. Kuldioxidemissioner reduceres. I et år forhindrer 1 kvadratmeter solfanger 350-730 kg minedrift i at komme ind i atmosfæren.
2. Æstetik. Rummet til et kompakt badekar eller køkken kan fjernes fra voluminøse kedler eller gejsere.
3. Holdbarhed. Producenter hævder, at komplekset, med forbehold af installationsteknologi, vil vare cirka 25-30 år. Mange virksomheder leverer en garanti på op til 3 år.

Argumenter mod brugen af ​​solenergi: udtalt sæsonbestemthed, vejrafhængighed og høj initial investering.

Generel ordning og driftsprincip

Overvej et solsystem med en opsamler som det vigtigste arbejdselement i systemet. Enhedens udseende ligner en metalboks, hvis forside er lavet af hærdet glas. Inde i kassen er der et arbejdsorgan - en spole med en absorber.

Den varmeabsorberende blok giver opvarmning af varmebæreren - den cirkulerende væske, overfører den genererede varme til vandforsyningskredsløbet.

Hovedkomponenterne i heliosystemet: 1 - opsamlingsfelt, 2 - luftventilation, 3 - distribution station, 4 - trykaflastningstank, 5 - regulator, 6 - vandvarmer, 7.8 - varmeelement og varmeveksler, 9 - varmeblandingsventil, 10 - varmt vandforbrug, 11 - koldt vandindtag, 12 - udledning, T1 / T2 - temperatursensorer

Solfangeren skal arbejde sammen med en opbevaringstank. Da kølevæsken opvarmes til en temperatur på 90-130 ° C, kan den ikke tilføres direkte til varmtvandskred eller varmeapparat. Kølevæsken kommer ind i kedelvarmeveksleren. Opbevaringstanken suppleres ofte med en elektrisk varmelegeme.

Arbejdsplan:

1. Solen varmer overfladen solfanger.
2. Termisk stråling overføres til det absorberende element (absorber), der indeholder arbejdsvæsken.
3. Kølemidlet, der cirkulerer gennem rørene i spolen, opvarmes.
4. Pumpeudstyr, en kontrol- og overvågningsenhed sikrer fjernelse af kølevæsken gennem rørledningen til opbevaringstankens spole.
5. Varmen overføres til vandet i kedlen.
6. Det afkølede kølevæske strømmer tilbage til opsamleren, og cyklussen gentages.

Opvarmet vand fra vandvarmeren leveres til varmekredsen eller til vandindtagspunkterne.

Når der arrangeres et varmesystem eller varmt vandforsyning året rundt, er systemet udstyret med en ekstra kilde til opvarmning (kedel, elektrisk varme). Dette er en forudsætning for at opretholde den indstillede temperatur.

Solpaneler til arrangement af private huse bruges ofte som en sikkerhedskilde til elektricitet:

Sorter af solfangere

Uanset formålet er solsystemet udstyret med en flad eller sfærisk rørformet solfanger. Hver af optionerne har et antal særpræg med hensyn til tekniske egenskaber og driftseffektivitet.

Vakuum - til koldt og tempereret klima

Strukturelt ligner en vakuumsolekollektor en termos - smalle rør med kølemiddel anbringes i kolber med større diameter. Et vakuumlag dannes mellem karene, der er ansvarlig for termisk isolering (varmekonservering - op til 95%). Den rørformede form er mest optimal til at holde vakuumet og "besættelsen" af solens stråler.

Grundlæggende elementer i et rørformet solvarmeanlæg: støtteramme, varmevekslerhus, vakuumglasrør behandlet med en meget selektiv belægning til intens "absorption" af solenergi

Det indre (varme) rør fyldes med saltvand med et lavt kogepunkt (24-25 ° C). Når den opvarmes, fordamper væsken - dampen stiger op i kolben og opvarmer kølevæsken, der cirkulerer i kollektorlegemet.

I kondensationsprocessen strømmer vanddråber ind i spidsen af ​​røret, og processen gentages.

På grund af tilstedeværelsen af ​​et vakuumlag er væsken inde i varmepæren i stand til at koge og fordampe ved minus gadetemperatur (op til -35 ° С).

Egenskaberne ved solcellemoduler afhænger af sådanne kriterier:

• rørdesign - fjer, koaksial;
• varmekanal enhed - "Varmerør"direkte strømningscirkulation.

Fjer pære - et glasrør, hvori en pladeabsorber og en varmekanal er lukket. Vakuumlaget passerer gennem hele længden af ​​varmekanalen.

Koaksialt rør - dobbelt kolbe med et vakuum "indsats" mellem væggene i to tanke. Varme overføres fra indersiden af ​​røret. Spidsen af ​​termorøret er udstyret med en vakuumindikator.

Effektiviteten af ​​penrør (1) er højere sammenlignet med koaksiale modeller (2). Førstnævnte er dog dyrere og vanskeligere at installere. Derudover skal penkolben udskiftes helt i tilfælde af sammenbrud.

Varmepipekanalen er den mest almindelige variant af varmeoverførsel i solfangere.

Handlingsmekanismen er baseret på placeringen af ​​en flygtig væske i forseglede metalrør.

Populariteten af ​​"Heat pipe" skyldes overkommelige omkostninger, uhøjtidelig service og vedligeholdelighed. På grund af kompleksiteten i varmevekslingsprocessen er det maksimale effektivitetsniveau 65%

Direkte strømningskanal - parallelle metalrør forbundet til en U-formet bue passerer gennem en glasskolbe

Kølevæsken, der strømmer gennem kanalen, opvarmes og ledes til opsamlingslegemet.

Designmuligheder for en vakuumsolekollektor: 1 - modifikation med et centralvarmerør “Varmerør”, 2 - solcelleinstallation med direkte strømning af kølevæske

Koaksiale og fjerrør kan kombineres med varmekanaler på forskellige måder.

Valgmulighed 1 Koaksial kolbe med "Heat pipe" er den mest populære løsning. I opsamleren overføres varme gentagne gange fra væggene i glasrøret til den indvendige kolbe og derefter til kølevæsken. Graden af ​​optisk effektivitet når 65%.

Skemaet for koaksialrøret “Varmerør”: 1 - en skal af glas, 2 - selektiv belægning, 3 - metal finner, 4 - vakuum, 5 - varmepære med et let kogende stof, 6 - indre glasrør

Valgmulighed 2 Koaksial kolbe med direkte strømning er kendt som en U-formet opsamler. Takket være designet reduceres varmetab - termisk energi fra aluminium overføres til rørene med et cirkulerende kølevæske.

Sammen med høj effektivitet (op til 75%) har modellen ulemper:

• installationens kompleksitet - kolberne er en enkelt enhed med et to-rørs manifoldlegeme (hovedfold) og er installeret som en helhed;
• udskiftning af et enkelt rør er udelukket.

Derudover er den U-formede enhed krævende for kølevæsken og dyrere end modellerne “Heat pipe”.

Enheden til den U-formede solfanger: 1 - glas "cylinder", 2 - absorberende belægning, 3 - aluminium "låg", 4 - kolbe med et kølemiddel, 5 - vakuum, 6 - indre glasrør

Valgmulighed 3 Fjederrør med handlingsprincippet "Varmerør". Særlige træk ved samleren:

• høje optiske egenskaber - effektivitet på ca. 77%;
• flad absorber overfører direkte varmeenergi til varmeoverføringsrøret;
• ved hjælp af et enkelt glaslag reduceres reflektionen af ​​solstråling;

Det er muligt at udskifte et beskadiget element uden at tømme kølevæsken fra solsystemet.

Valgmulighed 4 Direkte strømning springvandkolbe er det mest effektive værktøj til at bruge solenergi som en alternativ energikilde til opvarmning af vand eller opvarmning af huse. Den højtydende samler arbejder med en effektivitet på 80%. Ulempen ved systemet er vanskeligheden med at reparere.

Skemaer med enheden af ​​fjer solfangere: 1 - et solsystem med en "Heat pipe" kanal, 2 - et to-rør hus af en solfanger med direkte strømning bevægelse af kølevæsken

Uanset design har rørformede manifolde følgende fordele:

• ydelse ved lav temperatur;
• lavt varmetab;
• varighed af funktion i løbet af dagen;
• evnen til at opvarme kølevæsken til høje temperaturer;
• lav vindmængde;
• let installation.

Den største ulempe ved vakuummodeller er umuligheden af ​​selvrensning fra snedækning. Vakuumlaget slipper ikke varme ud, derfor smelter snelaget ikke og blokerer solens adgang til samlerfeltet. Yderligere ulemper: høj pris og behovet for at overholde kolbenes arbejdsvinkel mindst 20 °.

Solfangere, der varmer luftkølevæsken, kan bruges til fremstilling af varmt vand, hvis de er udstyret med en lagringstank:

Læs mere om princippet om betjening af en vakuum solfanger med rør. yderligere.

Vand - den bedste mulighed for de sydlige breddegrader

Flad (panel) solfanger - en rektangulær aluminiumsplade, lukket ovenpå med et plastik- eller glasafdækning. Inde i kassen er et absorptionsfelt, en metalspiral og et lag varmeisolering. Samlerområdet er fyldt med en strømningslinie, gennem hvilken kølevæsken bevæger sig.

De grundlæggende komponenter i en flad solfanger: hus, absorber, beskyttelsesbelægning, termisk isoleringslag og fastgørelseselementer. Ved montering anvendes frostet glas med en transmission i det spektrale interval på 0,4-1,8 mikron.

Varmeabsorptionen af ​​en stærkt selektiv absorberende belægning når 90%. Et flydende metalrør placeres mellem "absorberen" og den varmeisolering. To rørlægningsordninger bruges: “harpe” og “slør”.

Processen med at samle solfangere, der opvarmer det flydende kølevæske, inkluderer et antal traditionelle trin:

Hvis varmekredsen suppleres med en linje, der leverer sanitært vand til varmtvandsforsyningen, er det fornuftigt at forbinde en varmeakkumulator til solfangeren. Den enkleste mulighed er en tank med passende kapacitet med varmeisolering, der er i stand til at opretholde temperaturen på opvarmet vand. Det skal installeres på overflytningen:

En rørformet samler med et flydende kølevæske fungerer som en "drivhuseffekt" - solens stråler trænger gennem glasset og opvarmer rørledningen. Takket være tæthed og termisk isolering fastholdes varme inde i panelet.

Solcellemodulets styrke bestemmes i vid udstrækning af beskyttelsesdækslets materiale:

• almindeligt glas - den billigste og skør belægning;
• hærdet glas - høj grad af lysspredning og øget styrke;
• anti-refleksglas - adskiller sig i den maksimale absorberingsevne (95%) på grund af tilstedeværelsen af ​​et lag, der eliminerer reflektionen af ​​solens stråler;
• selvrensende (polært) glas med titandioxid - organisk forurening brænder ud i solen, og resterne af affald vaskes af regn.

Polycarbonatglas er det mest modstandsdygtige over for stød. Materialet er installeret i dyre modeller.

Reflektion af sollys og absorption: 1 - antirefleksbelægning, 2 - hærdet slagfast glas. Den optimale tykkelse af den beskyttende ydre skal er 4 mm

Driftsmæssige og funktionelle funktioner ved solcellepaneler:

• i tvungen cirkulationssystemer er der en optøningsfunktion, der giver dig mulighed for hurtigt at slippe af med snødækslet på heliopolen;
• prismatisk glas henter en lang række stråler i forskellige vinkler - om sommeren når installationens effektivitet 78-80%;
• samleren er ikke bange for overophedning - med et overskud af termisk energi er tvungen afkøling af kølevæsken mulig;
• øget slagfasthed sammenlignet med rørformede modstykker;
• evnen til at montere i enhver vinkel;
• overkommelig prisfastsættelse.

Systemer er ikke uden fejl. I løbet af en periode med mangel på solstråling, når temperaturforskellen stiger, falder effektiviteten af ​​en flad solfanger betydeligt på grund af utilstrækkelig termisk isolering. Derfor betaler panelmodulet sig om sommeren eller i regioner med et varmt klima.

Heliosystems: design og betjeningsfunktioner

Diversiteten af ​​solsystemer kan klassificeres efter følgende parametre: metoden til anvendelse af solstråling, metoden til cirkulation af kølemidlet, antallet af kredsløb og sæsonbestemte drift.

Aktivt og passivt kompleks

En solfanger leveres i ethvert solenergikonverteringssystem. Baseret på metoden til anvendelse af den opnåede varme skelnes to typer heliokomplekser: passiv og aktiv.

Den første sort er solvarmeanlægget, hvor bygningens strukturelle elementer fungerer som det varmeabsorberende element i solstråling. Taget, opsamlingsvæggen eller vinduerne fungerer som en heliummodtagende overflade.

Skema med et passivt solsystem med lav temperatur med en opsamlingsvæg: 1 - solens stråler, 2 - en gennemsigtig skærm, 3 - en luftbarriere, 4 - opvarmet luft, 5 - udsugningsstrøm, 6 - varmestråling fra væggen, 7 - varmeabsorberende overflade på opsamlingsvæggen, 8 - dekorative persienner

I europæiske lande bruges passive teknologier til opførelse af energieffektive bygninger. Heliomodtagende overflader pynter under falske vinduer. Bag glasbelægningen er en sorte mursten med lysåbninger.

Varmeakkumulatorerne er strukturelle elementer - vægge og gulve, der er isoleret med polystyren udefra.

Aktive systemer involverer brug af uafhængige enheder, der ikke er relateret til konstruktionen.

Ovennævnte betragtede komplekser med rørformede, flade samlere falder ind under denne kategori - solvarmeanlæg er som regel placeret på tagets bygning

Termosiphon og cirkulationssystemer

Solvarmeanlæg med den naturlige bevægelse af kølevæsken langs kollektor-akkumulator-kollektorkredsløbet udføres ved konvektion - varm væske med en lav densitet stiger op, kølet væske strømmer ned.

I termosifonsystemer er lagringstanken placeret over opsamleren, hvilket tilvejebringer spontan cirkulation af kølevæsken.

Arbejdsplanen er karakteristisk for sæsonanlæg med et enkelt kredsløb. Termosifonkompleks anbefales ikke til samlere med et areal på mere end 12 kvm

Ikke-pres solsystem har en bred liste over ulemper:

• på overskyede dage falder kompleksets ydelse - en stor temperaturforskel er påkrævet for bevægelse af kølevæsken;
• varmetab på grund af langsom væskebevægelse;
• risikoen for overophedning af tanken på grund af ukontrollerbarheden i opvarmningsprocessen;
• samlerens ustabilitet;
• vanskeligheden ved at placere batteritanken - når den er monteret på taget, øges varmetabet, korrosionsprocesserne accelereres, der er risiko for frysning af rørene.

Fordele ved "tyngdekraft" -systemet: enkelhed i design og overkommelige priser.

Kapitaludgifter til arrangering af et cirkulationssystem (tvungen) solsystem er betydeligt højere end installation af et trykfrit kompleks. En pumpe går ned i kredsløbet, hvilket giver kølevæskebevægelse. Betjening af pumpestationen styres af regulatoren.

Yderligere termisk energi genereret i det tvungne kompleks overstiger den strøm, der forbruges af pumpeudstyr. Systemeffektivitet stiger med en tredjedel

Denne cirkulationsmetode anvendes i året rundt med solcellevarmeanlæg med dobbelt kredsløb.

Fordele ved et fuldt funktionelt kompleks:

• ubegrænset valg af placering af lagertanken;
• lavsæsonpræstationer;
• valg af den optimale opvarmningstilstand;
• sikkerhed - blokering af drift under overophedning.

Ulempen ved systemet er dets afhængighed af elektricitet.

Tekniske løsningsordninger: en - og dobbelt kredsløb

I installationer med en enkelt kredsløb cirkulerer væske, som derefter føres til vandindtagspunkterne. Om vinteren skal vandet fra systemet tømmes for at forhindre frysning og revnedannelse af rør.

Funktioner ved solcellekomplekser med enkelt kredsløb:

• ”Brændstofpåfyldning” af systemet med renset, ikke-stift vand anbefales - salt, der sætter sig på rørvæggene, fører til tilstopning af kanaler og brud på samleren;
• korrosion på grund af overskydende luft i vandet;
• begrænset levetid - inden for fire til fem år;
• høj effektivitet om sommeren.

I de solcellekomplekser med dobbelt kredsløb cirkulerer et specielt kølevæske (ikke-frysevæske med antiskumnings- og korrosionsadditiver), der overfører varme til vandet gennem varmeveksleren.

Enkeltkredsløb (1) og dobbeltkredsløb (2) heliosystemkredsløb. Den anden mulighed er kendetegnet ved øget pålidelighed, evnen til at arbejde om vinteren og driftsvarigheden (20-50 år)

Nuancerne ved at betjene et modul med dobbelt kredsløb: et lille fald i effektivitet (3-5% mindre end i et enkelt-kredsløbssystem), behovet for en komplet udskiftning af kølevæsken hvert 7. år.

Betingelser for at arbejde og øge effektiviteten

Beregning og installation af solsystemet er bedst overdraget til fagfolk. Overholdelse af installationsteknikken vil sikre betjenelighed og opnå den erklærede ydelse. For at forbedre effektiviteten og levetiden skal der tages hensyn til nogle nuancer.

Termostatventil. I traditionelle varmesystemer termostatisk element sjældent installeret, da varmegeneratoren er ansvarlig for at justere temperaturen. Når solsystemet er udstyret, må sikkerhedsventilen dog ikke glemmes.

Opvarmning af tanken til den maksimalt tilladte temperatur øger kollektorproduktiviteten og tillader anvendelse af solvarme selv i overskyet vejr.

Optimal ventilplacering - 60 cm fra varmeren. I umiddelbar nærhed opvarmes "termostaten" og blokerer for strømmen af ​​varmt vand.

Placering af lagertanken. DHW-bufferkapaciteten skal installeres på et tilgængeligt sted. Når man placerer det i et kompakt rum, er man særlig opmærksom på loftets højde.

Den mindste ledige plads over tanken er 60 cm. Dette hul er nødvendigt for at vedligeholde batteriet og udskifte magnesiumanoden.

installation ekspansionsbeholder. Elementet kompenserer for termisk ekspansion under stagnation. Installation af tanken over pumpeudstyret vil provokere overophedning af membranen og dens for tidlige slid.

Det bedste sted for ekspansionsbeholderen er under pumpegruppen. Temperatureffekten under denne installation reduceres markant, og membranen bevarer elasticiteten længere

Solforbindelse. Ved tilslutning af rør anbefales det at organisere en løkke. "Thermo Loop" reducerer varmetab og forhindrer frigivelse af opvarmet væske.

Teknisk korrekt version af implementeringen af ​​"loop" heliocontour. At ignorere kravet medfører et fald i temperaturen i opbevaringstanken med 1-2 ° C pr. Nat

Tilbageslagsventil. Forhindrer "væltning" af kølevæskecirkulationen. Med mangel på solaktivitet kontrolventil forhindrer varme, der akkumuleres i løbet af dagen.

Populære modeller af "sol" -moduler

Der er efterspørgsel efter heliosystemer hos indenlandske og udenlandske virksomheder.Producenter af producenter har vundet et godt omdømme: NPO Mashinostroeniya (Rusland), Helion (Rusland), Ariston (Italien), Alten (Ukraine), Viessman (Tyskland), Amcor (Israel) osv.

Solsystem "Falcon". Flad solfanger udstyret med en flerlags optisk belægning med magnetron sputtering. Den minimale strålingsevne og det høje absorptionsniveau giver en effektivitet på op til 80%.

Ydeevneegenskaber:

• driftstemperatur - op til -21 ° С;
• omvendt varmestråling - 3-5%;
• øverste lag - hærdet glas (4 mm).

Samler SVK-A (Alten). Vakuum solinstallation med et absorptionsareal på 0,8-2,41 kvadratmeter (afhængigt af modellen). Varmebæreren er propylenglykol; varmeisolering af en 75 mm kobbervarmeveksler minimerer varmetab.

Yderligere muligheder:

• etui - anodiseret aluminium;
• varmevekslerens diameter - 38 mm;
• isolering - mineraluld med anti-hygroskopisk behandling;
• belægning - borosilikatglas 3,3 mm;
• Effektivitet - 98%.

Vitosol 100-F - flad solfanger til vandret eller lodret montering. Kobberabsorber med harpeformet rørspole og heliotitanbelægning. Lys transmission - 81%.

Den omtrentlige prisordning for solsystemer: flade solfangere - fra 400 cu / kvm, rørformede solfangere - 350 cu / 10 vakuumkolber. Et komplet sæt cirkulationssystem - fra 2500 cu

Konklusioner og nyttig video om emnet

Princippet for drift af solfangere og deres typer:

Præstationvurdering af en flad opsamler ved temperaturer under nul:

Monteringsteknologi til en solfangeropsamler, der bruger Buderus-modellen som eksempel:

Solenergi er en vedvarende varmekilde. I betragtning af stigningen i priser på traditionelle energiressourcer retfærdiggør introduktionen af ​​solsystemer kapitalinvesteringer og betaler sig i løbet af de næste fem år, afhængigt af installationsteknikker.

Hvis du har værdifulde oplysninger, som du vil dele med besøgende på vores websted, skal du lade dine kommentarer stå i blokken under artiklen. Der kan du stille interessante spørgsmål om artiklets emne eller dele oplevelsen med at bruge solfangere.