Energia solară ca sursă alternativă de energie: tipuri și caracteristici ale sistemelor solare
În ultimul deceniu, energia solară ca sursă alternativă de energie a fost folosită tot mai mult pentru încălzirea și furnizarea clădirilor cu apă caldă. Motivul principal este dorința de a înlocui combustibilii tradiționali cu surse de energie accesibile, ecologice și regenerabile.
Conversia energiei solare în căldură are loc în sistemele solare - proiectarea și principiul funcționării modulului determină specificul aplicării sale. În acest material vom lua în considerare tipurile de colectoare solare și principiile funcționării lor, precum și vom vorbi despre modelele populare de module solare.
Conținutul articolului:
Fezabilitatea utilizării unui sistem solar
Heliosistem - un complex pentru transformarea energiei radiației solare în căldură, care este transferat ulterior la un schimbător de căldură pentru a încălzi mediul de încălzire al unui sistem de încălzire sau a alimentării cu apă.
Eficiența instalației solare termice depinde de insolarea solară - cantitatea de energie furnizată pe parcursul unei zile de lumină la 1 mp de suprafață situată la un unghi de 90 ° în raport cu directivitatea razelor solare. Valoarea măsurată a indicatorului este kW * h / mp, valoarea parametrului variază în funcție de sezon.
Nivelul mediu de izolare solară pentru regiunea climatului continental temperat este de 1000-1200 kWh / mp (pe an). Cantitatea de soare este un parametru determinant pentru calculul performanței sistemului solar.
Instalarea unui sistem de încălzire solară este o întreprindere costisitoare. Pentru ca cheltuielile de capital să plătească, este necesar un calcul precis al sistemului și respectarea tehnologiei de instalare.
Un exemplu. Izolarea solară medie pentru Tula la mijlocul verii este de 4,67 kV / mp * zi, cu condiția ca panoul de sistem să fie instalat într-un unghi de 50 °. Capacitatea de colectare solară de 5 metri pătrați este calculată după cum urmează: 4,67 * 4 = 18,68 kW de căldură pe zi. Acest volum este suficient pentru a încălzi 500 de litri de apă de la o temperatură de 17 ° C la 45 ° C.
Vorbind despre fezabilitatea introducerii de noi tehnologii, este important să se țină seama de caracteristicile tehnice ale unui anumit colector solar. Unii încep să lucreze la 80 W / mp de energie solară, în timp ce alții au nevoie de doar 20 W / mp.
Chiar și într-o climă sudică, utilizarea unui sistem de colectare exclusiv pentru încălzire nu va plăti. Dacă instalația va fi utilizată exclusiv iarna, cu un deficit de soare, atunci costurile echipamentelor nu vor fi acoperite timp de 15-20 de ani.
Pentru a utiliza heliocomplexul cât mai eficient, acesta trebuie inclus în sistemul de alimentare cu apă caldă. Chiar și iarna, un colector solar vă va permite să „reduceți” facturile de energie pentru încălzirea apei la 40-50%.
Pe lângă beneficiile economice, „încălzirea solară” are avantaje suplimentare:
- Prietenie cu mediul. Emisiile de dioxid de carbon sunt reduse. Timp de un an, 1 metru pătrat din colectorul solar împiedică 350-730 kg de minerit să intre în atmosferă.
- Estetica. Spațiul unei cada sau bucătărie compacte poate fi eliminat din cazanele sau gheizerele voluminoase.
- Durabilitate. Producătorii susțin că, sub rezerva tehnologiei de instalare, complexul va dura aproximativ 25-30 de ani. Multe companii oferă o garanție de până la 3 ani.
Argumente împotriva utilizării energiei solare: sezonalitate accentuată, dependență de vreme și investiții inițiale ridicate.
Aranjament general și principiu de funcționare
Luați în considerare un sistem solar cu un colector ca element principal de lucru al sistemului. Aspectul unității seamănă cu o cutie metalică, a cărei față este din sticlă temperată. În cutie se află un corp de lucru - o bobină cu un absorbant.
Blocul absorbant de căldură asigură încălzirea purtătorului de căldură - lichidul care circulă, transferă căldura generată în circuitul de alimentare cu apă.
Colectorul solar trebuie să funcționeze în tandem cu un rezervor de depozitare. Întrucât lichidul de răcire este încălzit la o temperatură de 90-130 ° C, acesta nu poate fi alimentat direct la robinetele de apă caldă sau caloriferele. Lichidul de răcire intră în schimbătorul de căldură al cazanului. Rezervorul de depozitare este adesea completat de un încălzitor electric.
Schema de lucru:
- Soarele încălzește suprafața colector.
- Radiația termică este transmisă elementului absorbant (absorbant), care conține fluidul de lucru.
- Lichidul de răcire care circulă prin tuburile serpentinei este încălzit.
- Echipamentele de pompare, o unitate de control și monitorizare asigură scoaterea lichidului de răcire prin conductă către bobina rezervorului.
- Căldura este transferată în apa din cazan.
- Lichidul de răcire răcit revine la colector și ciclul se repetă.
Apa încălzită de la încălzitorul de apă este furnizată circuitului de încălzire sau punctelor de alimentare cu apă.
Panourile solare în amenajarea caselor private sunt cel mai adesea folosite ca sursă de rezervă a energiei electrice:
Soiuri de colectoare solare
Indiferent de scop, sistemul solar este echipat cu un colector solar sau sferic tubular. Fiecare dintre opțiuni are o serie de caracteristici distinctive în ceea ce privește caracteristicile tehnice și eficiența operațională.
Vacuum - pentru climat rece și temperat
Structurala, un colector solar cu vid seamănă cu un termos - tuburile înguste cu un lichid de răcire sunt plasate în baloane cu un diametru mai mare. Între vase se formează un strat de vid, care este responsabil pentru izolarea termică (păstrarea căldurii - până la 95%). Forma tubulară este cea mai optimă pentru păstrarea vidului și „ocuparea” razelor solare.
Tubul interior (de căldură) este umplut cu soluție salină cu un punct de fierbere scăzut (24-25 ° C). Când este încălzit, lichidul se evaporă - vaporii se ridică în sus și se încălzește lichidul de răcire care circulă în corpul colectorului.
În procesul de condensare, picăturile de apă curg în vârful tubului și procesul se repetă.
Datorită prezenței unui strat de vid, lichidul din interiorul becului termic este capabil să fiarbă și să se evapore la temperatura minus stradală (până la -35 ° С).
Caracteristicile modulelor solare depind de astfel de criterii:
- proiectarea tubului - pene, coaxiale;
- dispozitiv cu canal de căldură - "Conductă de căldură"circulație cu flux direct.
Becul cu pene - un tub de sticlă în care este închis un amortizor de placă și un canal de căldură. Stratul de vid trece pe întreaga lungime a canalului de căldură.
Tubul coaxial - balon dublu cu un "insert" în vid între pereții a două rezervoare. Căldura este transferată din interiorul tubului. Vârful termotubului este echipat cu un indicator de vid.
Canalul conductei de căldură este cea mai comună variantă a transferului de căldură în colectoarele solare.
Mecanismul de acțiune se bazează pe plasarea unui lichid volatil în tuburi metalice sigilate.
Canal cu flux direct - tuburile metalice paralele conectate într-un arc în formă de U trec printr-un balon de sticlă
Lichidul de răcire care curge prin canal este încălzit și alimentat către corpul colectorului.
Tuburile coaxiale și cele cu pene pot fi combinate cu canale de căldură în moduri diferite.
Opțiunea 1 Flaconul coaxial cu „conducta de căldură” este cea mai populară soluție. În colector, căldura este transferată în mod repetat de la pereții tubului de sticlă în balonul interior, apoi la lichidul de răcire. Gradul de eficiență optică ajunge la 65%.
Opțiunea 2 Balonul coaxial cu flux direct este cunoscut sub numele de colector în formă de U. Datorită proiectării, pierderile de căldură sunt reduse - energia termică din aluminiu este transferată în tuburi cu un lichid de răcire circulant.
Alături de eficiență ridicată (până la 75%), modelul prezintă dezavantaje:
- complexitatea instalării - flacoanele sunt o singură unitate cu un corp cu două tuburi (rețeaua principală) și sunt instalate în ansamblu;
- înlocuirea unui singur tub este exclusă.
În plus, unitatea în formă de U este pretențioasă pentru lichidul de răcire și mai scumpă decât modelele „Tub de căldură”.
Opțiunea 3 Tub de pene cu principiul de acțiune "conductă de căldură". Caracteristici distinctive ale colecționarului:
- caracteristici optice ridicate - eficiență de aproximativ 77%;
- absorbantul plat transferă direct energia termică în tubul de transfer de căldură;
- prin utilizarea unui singur strat de sticlă, reflectarea radiației solare este redusă;
Este posibil să înlocuiți un element deteriorat fără a scurge lichidul de răcire din sistemul solar.
Opțiunea 4 Flaconul cu fântână cu flux direct este cel mai eficient instrument pentru utilizarea energiei solare ca sursă alternativă de energie pentru încălzirea apei sau pentru încălzirea locuințelor. Colectorul de înaltă performanță funcționează cu o eficiență de 80%. Dezavantajul sistemului este dificultatea reparației.
Indiferent de design, colectoarele tubulare prezintă următoarele avantaje:
- performanță la temperatură scăzută;
- pierderi reduse de căldură;
- durata funcționării în timpul zilei;
- capacitatea de a încălzi lichidul de răcire la temperaturi ridicate;
- vânt redus;
- ușurință de instalare.
Principalul dezavantaj al modelelor de vid este imposibilitatea de a se auto-curăța de acoperirea zăpezii. Stratul de vid nu lasă căldura, prin urmare, stratul de zăpadă nu se topește și blochează accesul soarelui la câmpul colector. Dezavantaje suplimentare: preț ridicat și necesitatea respectării unghiului de lucru al vasului de cel puțin 20 °.
Colectoarele solare care încălzesc lichidul de răcire cu aer pot fi utilizate la prepararea apei calde, dacă sunt echipate cu un rezervor de stocare:
Citiți mai multe despre principiul funcționării unui colector solar cu vid cu tuburi. mai departe.
Apa - cea mai bună opțiune pentru latitudinile sudice
Colector solar (cu panou) - o placă dreptunghiulară de aluminiu, închisă deasupra cu un capac de plastic sau de sticlă. În interiorul cutiei se află un câmp de absorbție, o bobină de metal și un strat de izolație termică. Zona de colectare este umplută cu o linie de curgere prin care se deplasează lichidul de răcire.
Absorbția termică a unui înveliș absorbant extrem de selectiv atinge 90%. O conductă metalică curgătoare este plasată între „absorbant” și izolația termică. Se folosesc două scheme de așezare a tuburilor: „harpa” și „meandru”.
Procesul de asamblare a colectoarelor solare care încălzesc lichidul de răcire include mai multe etape tradiționale:
Dacă circuitul de încălzire este completat de o linie care alimentează apă sanitară la alimentarea cu apă caldă, are sens să conectăm un acumulator de căldură la colectorul solar. Cea mai simplă opțiune va fi un rezervor de capacitate adecvată cu izolație termică, capabil să mențină temperatura apei încălzite. Trebuie să fie instalat pe flyover:
Un colector tubular cu un lichid de răcire acționează ca un efect de „seră” - razele soarelui pătrund prin geam și încălzesc conducta. Datorită etanșeității și izolației termice, căldura este păstrată în interiorul panoului.
Rezistența modulului solar este determinată în mare măsură de materialul capacului de protecție:
- sticlă obișnuită - cea mai ieftină și fragilă acoperire;
- sticlă temperată - grad ridicat de împrăștiere a luminii și rezistență crescută;
- sticlă anti-reflex - diferă în capacitatea maximă de absorbție (95%) datorită prezenței unui strat care elimină reflectarea razelor solare;
- geam auto-curățat (polar) cu dioxid de titan - poluarea organică arde la soare, iar resturile de gunoi sunt spălate de ploaie.
Sticla din policarbonat este cea mai rezistentă la șocuri. Materialul este instalat pe modele scumpe.
Caracteristici operaționale și funcționale ale panourilor solare:
- în sistemele de circulație forțată, este prevăzută o funcție de dezghețare care vă permite să scăpați rapid de stratul de zăpadă de pe heliopol;
- sticla prismatică ridică o gamă largă de raze în unghiuri diferite - vara, eficiența instalației ajunge la 78-80%;
- colectorul nu se teme de supraîncălzire - cu un exces de energie termică, este posibilă răcirea forțată a lichidului de răcire;
- rezistență crescută la impact comparativ cu omologii tubulari;
- capacitatea de a monta în orice unghi;
- prețuri accesibile.
Sistemele nu sunt lipsite de defecte. În timpul unei perioade de deficiență de radiații solare, pe măsură ce diferența de temperatură crește, eficiența unui colector solar plat scade semnificativ din cauza izolării termice insuficiente. Prin urmare, modulul de panou plătește vara sau în regiunile cu un climat cald.
Heliosisteme: caracteristici de proiectare și operare
Diversitatea sistemelor solare poate fi clasificată după următorii parametri: metoda de utilizare a radiației solare, metoda de circulație a lichidului de răcire, numărul de circuite și sezonul de funcționare.
Complex activ și pasiv
Un colector solar este furnizat în orice sistem de conversie a energiei solare. Pe baza metodei de utilizare a căldurii obținute, se disting două tipuri de heliocomplexe: pasiv și activ.
Prima varietate este sistemul de încălzire solară, în care elementele structurale ale clădirii acționează ca element absorbant de căldură al radiațiilor solare. Acoperișul, peretele colector sau ferestrele acționează ca o suprafață primitoare de heliu.
În țările europene, tehnologiile pasive sunt utilizate în construcția de clădiri cu eficiență energetică. Suprafețele care primesc helio se decorează sub ferestre false. În spatele acoperirii de sticlă se află un zid de cărămidă înnegrit, cu deschideri ușoare.
Acumulatorii de căldură sunt elemente structurale - pereți și podele, izolate cu polistiren din exterior.
Sistemele active implică utilizarea dispozitivelor independente care nu au legătură cu construcția.
Sisteme de termosifon și circulație
Echipamentele termice solare cu mișcarea naturală a lichidului de răcire de-a lungul circuitului colector-acumulator-colector se realizează prin convecție - lichidul cald cu o densitate mică se ridică, lichidul răcit scade.
În sistemele de termosifon, rezervorul de depozitare este situat deasupra colectorului, asigurând circulația spontană a lichidului de răcire.
Sistemul solar fără presiune prezintă o listă largă de dezavantaje:
- în zilele înnorate, performanța complexului scade - este necesară o diferență mare de temperatură pentru mișcarea lichidului de răcire;
- pierderi de căldură datorate mișcării lente a fluidelor;
- riscul de supraîncălzire a rezervorului din cauza necontrolării procesului de încălzire;
- instabilitatea colecționarului;
- dificultatea de a plasa rezervorul bateriei - atunci când este montat pe acoperiș, pierderile de căldură cresc, procesele de coroziune sunt accelerate, există riscul de înghețare a conductelor.
Avantajele sistemului „gravitațional”: simplitatea designului și accesibilitatea.
Cheltuielile de capital pentru amenajarea unui sistem solar (forțat) de circulație sunt semnificativ mai mari decât instalarea unui complex fără presiune. O pompă se prăbușește în circuit, asigurând mișcarea lichidului de răcire. Funcționarea stației de pompare este controlată de controler.
Această metodă de circulație este utilizată în instalații termice solare cu dublu circuit pe tot parcursul anului.
Beneficiile unui complex complet funcțional:
- alegerea nelimitată a locației rezervorului de depozitare;
- performanță în afara sezonului;
- selectarea modului optim de încălzire;
- siguranță - funcționare de blocare în timpul supraîncălzirii.
Dezavantajul sistemului este dependența de electricitate.
Scheme de soluții tehnice: un - și dublu-circuit
În instalațiile cu un singur circuit circulă lichid, care este ulterior alimentat în punctele de admisie a apei. În timpul iernii, apa din sistem trebuie drenată pentru a preveni înghețarea și fisurarea conductelor.
Caracteristici ale complexelor termice solare cu un singur circuit:
- „Alimentarea” sistemului cu apă purificată, non-rigidă, este recomandată - decontarea sării pe pereții conductelor duce la blocarea canalelor și la ruperea colectorului;
- coroziune datorată excesului de aer din apă;
- durată limitată de viață - în termen de patru până la cinci ani;
- eficiență ridicată vara.
În heliocomplexe cu dublu circuit, circulă un lichid de răcire special (fluid care nu îngheață cu aditivi anti-spumant și anticoroziv), care transferă căldura în apă prin schimbătorul de căldură.
Nuanțele de funcționare a unui modul cu două circuite: o ușoară scădere a eficienței (cu 3-5% mai puțin decât într-un sistem cu un singur circuit), necesitatea unei înlocuiri complete a lichidului de răcire la fiecare 7 ani.
Condiții de lucru și creșterea eficienței
Calculul și instalarea sistemului solar sunt încredințate cel mai bine profesioniștilor. Respectarea tehnicii de instalare va asigura operabilitatea și obținerea performanței declarate. Pentru a îmbunătăți eficiența și durata de serviciu, trebuie luate în considerare câteva nuanțe.
Robinet termostatic. În sistemele de încălzire tradiționale element termostatic rar instalat, deoarece generatorul de căldură este responsabil de reglarea temperaturii. Cu toate acestea, atunci când echipați sistemul solar, supapa de siguranță nu trebuie uitată.
Amplasarea optimă a supapei - la 60 cm de încălzitor. În imediata apropiere, „termostatul” se încălzește și blochează fluxul de apă caldă.
Amplasarea rezervorului de depozitare. Capacitatea tamponului de apă caldă trebuie să fie instalată într-un loc accesibil. Atunci când este plasat într-o cameră compactă, se acordă o atenție deosebită înălțimii tavanelor.
instalare rezervor de expansiune. Elementul compensează expansiunea termică în timpul stagnării. Instalarea rezervorului deasupra echipamentului de pompare va provoca supraîncălzirea membranei și uzura sa prematură.
Conexiune solară. La conectarea conductelor, se recomandă organizarea unei bucle. „Thermo Loop” reduce pierderile de căldură, împiedicând eliberarea de lichid încălzit.
Supapă de retur. Previne „răsturnarea” circulației lichidului de răcire. Cu o lipsă de activitate solară supapă de control previne acumularea de căldură în timpul zilei.
Modele populare de module "solare"
Este nevoie de heliosisteme ale companiilor autohtone și străine.Produsele producătorilor au câștigat o reputație bună: NPO Mashinostroeniya (Rusia), Helion (Rusia), Ariston (Italia), Alten (Ucraina), Viessman (Germania), Amcor (Israel) etc.
Sistem solar "Falcon". Colector solar plat echipat cu o acoperire optică cu mai multe straturi cu sputtering magnetron. Capacitatea minimă de radiație și nivelul ridicat de absorbție asigură o eficiență de până la 80%.
Caracteristici de performanță:
- temperatura de operare - până la -21 ° С;
- radiații de căldură inversă - 3-5%;
- strat superior - sticlă temperată (4 mm).
Colecționar SVK-A (Alten). Instalație solară în vid cu o suprafață de absorbție de 0,8-2,41 mp (în funcție de model). Suportul de căldură este propilenglicol, izolarea termică a unui schimbător de căldură de cupru de 75 mm reduce la minimum pierderile de căldură.
Opțiuni suplimentare:
- carcasă - aluminiu anodizat;
- diametrul schimbătorului de căldură - 38 mm;
- izolarea - vată minerală cu tratament anti-igroscopic;
- acoperire - sticlă borosilicată 3,3 mm;
- Eficiență - 98%.
Vitosol 100-F - colector solar plat pentru montare orizontală sau verticală. Amortizor de cupru cu bobină tubulară în formă de harpă și acoperire cu heliotitan. Transmisie de lumină - 81%.
Concluzii și video util pe această temă
Principiul funcționării colectoarelor solare și tipurile acestora:
Evaluarea performanței unui colector plat la temperaturi sub zero:
Tehnologie de montare pentru un colector de panouri solare folosind modelul Buderus ca exemplu:
Energia solară este o sursă regenerabilă de căldură. Având în vedere creșterea prețurilor la resursele energetice tradiționale, introducerea sistemelor solare justifică investițiile de capital și plătește în următorii cinci ani, sub rezerva tehnicilor de instalare.
Dacă aveți informații valoroase pe care doriți să le transmiteți vizitatorilor site-ului nostru, vă rugăm să lăsați comentariile dvs. în blocul de sub articol. Acolo puteți pune întrebări interesante pe tema articolului sau puteți împărtăși experiența utilizării colectoarelor solare.
A folosi energia solară pentru iluminarea și încălzirea unei case este visul meu. Voi economisi bani și îl voi face. Prietenul meu a instalat panouri solare pe acoperiș. Întregul proces de reechipare a costat 25 de mii de dolari. Acum au suficientă energie electrică pentru familie și vând statului un exces. Ei au calculat că costurile vor plăti în 6 ani, iar apoi vor primi venituri. Investiții promițătoare.
Prietenul tău este neplăcut - o persoană privată nu poate vinde electricitate statului. Iar echipamentul nu durează pentru totdeauna. Va fi necesar să o reparați și să o reparați.
Trebuie să mai așteptăm 20 de ani, așa că poate va fi mai accesibil. Dar nu în țara noastră ...
În jurul acestui subiect, multe alte copii vor fi rupte. Citiți în mod repetat cercetările cu scepticism cu privire la recuperarea unor astfel de proiecte. Aparent, aici, până la urmă, totul se sprijină pe legătura regională a casei. Chiar și cu un consum de energie electrică de 1000 kW pe lună pentru 3 ruble, cumva 25 de dolari în 5 ani nu funcționează).
Dar la încălzire, în opinia mea este interesant. Singura întrebare care se ridică este dacă colectorul solar poate prelua încălzirea completă și apa caldă la latitudinile medii? Apoi, problema rambursării devine secundară.
Alo De asemenea, pun această întrebare activ și aici problema nu se află în latitudinile medii, ci în timpul orelor de zi. Bateriile și colectoarele funcționează de lumina soarelui, nu de căldura soarelui.Durata ciclului de lumină în timpul iernii, timpul nopții, sezonul înnorat (și uneori această vreme durează săptămâni).
Devine versiune îndoielnică versiunea producătorilor cu privire la o rambursare de 10 ani, având în vedere durata de viață medie a bateriei de 25 de ani și bateriile de 12 ani. Și tot mai mult pare a fi o versiune adevărată a profitului recent calculat al investiției de 45 de ani, ceea ce nu mai pare atât de potrivit.
Și cum să calculăm rambursarea pentru teritoriul Krasnodar? Totul este în regulă cu numărul de zile însorite. Va fi dificil să montați singur panourile?
Bună ziua, Boris. În teritoriul Krasnodar, energia alternativă este bine dezvoltată, în special centralele solare de rețea (SES).
În ceea ce privește rambursarea, aici este necesar să efectuați unele calcule. Pentru a fi mai clar, voi da un exemplu despre un proiect finalizat pentru orașul Sochi, un SES de 10 kW. Țineți cont imediat de tariful local de energie electrică de 7,9 ruble / kWh.
Costul SES în sine este de 590 de mii de ruble, plus o bară și fixarea pentru acoperiș, consumabilele și lucrările de instalare vor costa 110 mii de ruble. În total, se obține o sumă de 700 de mii de ruble.
Înscriu un program pentru generarea totală de energie anuală de SES 10 kW pe an, care este de 15.900 kWh. Graficul economiilor lunare medii arată că SES va permite economisirea sumei de 125 de mii de ruble. pe an.
Este ușor să calculăm că în Sochi o astfel de stație atinge o rambursare în 5 ani.
Instalare Vă sfătuiesc să încredințați echipa unei organizații specializate în instalații de inginerie termică pentru a obține o garanție oficială.