Соларна енергија као алтернативни извор енергије: врсте и карактеристике соларних система

У последњој деценији, соларна енергија као алтернативни извор енергије све се више користи за грејање и снабдевање зграда топлом водом. Главни разлог је жеља да се традиционална горива замене приступачним, еколошки прихватљивим и обновљивим изворима енергије.

Претварање соларне енергије у топлоту догађа се у соларним системима - дизајн и принцип рада модула одређују специфичности његове примене. У овом ћемо материјалу размотрити врсте соларних колектора и принципе њиховог функционисања, као и популарне моделе соларних модула.

Изводљивост коришћења соларног система

Хелиосистем - комплекс за претварање енергије сунчевог зрачења у топлоту, који се затим преноси у измењивач топлоте ради загревања грејног медија грејног система или водовода.

Ефикасност соларне термалне инсталације зависи од соларне инсолације - количине енергије која се даје током дана на 1 квадратном метру површине смештеног под углом од 90 ° у односу на смер сунчеве светлости. Измерена вредност индикатора је кВ * х / м2, вредност параметра варира овисно о сезони.

Просјечни ниво соларне изолације за подручје умјерено континенталне климе је 1000-1200 кВх / м² (годишње). Количина сунца је одлучујући параметар за израчунавање перформанси Сунчевог система.

Употреба алтернативног извора енергије омогућава вам да загрејете кућу, топлу воду без традиционалних трошкова енергије - искључиво сунчевим зрачењем

Инсталација соларног система грејања је скуп посао. Да би се капитални расходи исплатили, потребан је тачан прорачун система и придржавање технологије уградње.

Пример. Просечна вредност соларне инсолације за Тулу средином лета је 4,67 кВ / м2 * дан, под условом да се системска плоча инсталира под углом од 50 °. Капацитет соларног колектора од 5 квадратних метара израчунава се на следећи начин: 4,67 * 4 = 18,68 кВ топлоте дневно. Ова запремина је довољна за загревање 500 литара воде са температуре од 17 ° Ц до 45 ° Ц.

Као што пракса показује, када користе соларну инсталацију, власници викендица током лета могу у потпуности да пређу са електричног или гасног грејања на соларни метод

Када говоримо о изводљивости увођења нових технологија, важно је узети у обзир техничке карактеристике одређеног соларног колектора. Неки почињу да раде на 80 В / м² соларне енергије, док другима треба само 20 В / м².

Чак и у јужној клими, употреба система колектора искључиво за грејање неће се исплатити. Ако се инсталација користи искључиво зими са недостатком сунца, тада трошкови опреме неће бити покривени 15-20 година.

Да би се хелиокомплекс користио што ефикасније, он мора бити укључен у систем за снабдевање топлом водом. Чак и зими, соларни колектор ће вам омогућити да "смањите" рачуне за енергију за грејање воде на 40-50%.

Према мишљењу стручњака, уз домаћу употребу, соларни систем се исплати за око 5 година. С порастом цијена електричне енергије и плина, рок отплате комплекса биће смањен

Поред економске користи, „соларно грејање“ има и додатне предности:

1. Еколошка екологија. Емисија угљен-диоксида је смањена. Годину дана 1 квадратни метар соларног колектора спречава 350-730 кг рудара да уђе у атмосферу.
2. Естетика. Простор компактне каде или кухиње може се уклонити из гломазних котлова или гејзира.
3. Дуговјечност. Произвођачи тврде да ће, подложно технологији уградње, комплекс трајати око 25-30 година. Многе компаније дају гаранцију до 3 године.

Аргументи против употребе соларне енергије: наглашена сезоналност, временска зависност и велика почетна инвестиција.

Општи распоред и принцип рада

Размотрите соларни систем са колектором као главним радним елементом система. Изглед јединице подсећа на металну кутију чија је предња страна направљена од каљеног стакла. Унутар кутије се налази радно тело - завојница са апсорбером.

Блок који апсорбује топлоту омогућава грејање носача топлоте - течности која циркулише, преноси произведену топлоту у круг за снабдевање водом.

Главне компоненте хелиосистема: 1 - колекторско поље, 2 - ваздушни отвор, 3 - дистрибуциона станица, 4 - резервоар за смањење притиска, 5 - регулатор, 6 - бојлер, 7.8 - грејни елемент и измењивач топлоте, 9 - вентил за мешање топлоте, 10 - потрошња топле воде, 11 - довод хладне воде, 12 - пражњење, Т1 / Т2 - сензори температуре

Соларни колектор мора радити у тандему са резервоаром за складиштење. Будући да се расхладна течност загрева на температуру од 90-130 ° Ц, не може се доводити директно у славине за топлу воду или радијаторе за грејање. Расхладна течност улази у измењивач топлоте котла. Акумулациони резервоар често се допуњава електричним грејачем.

Шема рада:

1. Сунце греје површину сакупљач.
2. Термално зрачење се преноси на апсорбујући елемент (апсорбер), који садржи радну течност.
3. Расхладна течност која циркулише кроз цеви завојнице се загрева.
4. Опрема за пумпање, јединица за контролу и праћење осигурава уклањање расхладне течности кроз цевовод до завојнице резервоара за складиштење.
5. Топлота се преноси у воду у котлу.
6. Расхладна течност се враћа назад у колектор и циклус се понавља.

Гријана вода из бојлера доводи се у круг гријања или на мјеста довода воде.

Приликом уређења система грејања или током целе године снабдевања топлом водом систем је опремљен извором додатног грејања (бојлер, електрични грејач). Ово је предуслов за одржавање подешене температуре.

Соларни панели у уређењу приватних кућа најчешће се користе као резервни извор електричне енергије:

Сорте соларних колектора

Без обзира на сврху, соларни систем је опремљен равним или сферним цевастим соларним колектором. Свака од опција има низ карактеристичних карактеристика у погледу техничких карактеристика и оперативне ефикасности.

Вакум - за хладну и умјерену климу

Конструкцијски, вакуумски соларни колектор личи на термос - уске цеви са расхладном течношћу су смештене у боце већег пречника. Између посуда се формира вакуумски слој који је одговоран за топлотну изолацију (очување топлоте - до 95%). Цевасти облик је најоптималнији за задржавање вакуума и "окупацију" сунчевих зрака.

Основни елементи цевасте соларне топлотне инсталације: потпорни оквир, тело измењивача топлоте, вакуумске стаклене цеви третиране високо селективним премазом за интензивно „апсорпцију“ сунчеве енергије

Унутрашња (топлотна) цев је напуњена физиолошком отопином са ниском тачком кључања (24-25 ° Ц). Када се загрева, течност испарава - пара се подиже у посуду и загрева расхладна течност која циркулише у тијелу колектора.

У процесу кондензације капљице воде улазе у врх цеви и процес се понавља.

Због присуства вакуумског слоја, течност унутар сијалице може да кључа и испари на минус уличне температуре (до -35 ° Ц).

Карактеристике соларних модула зависе од следећих критеријума:

• дизајн цијеви - перје, коаксијално;
• уређај за топлотни канал - „Топлотна цев“циркулација са директним током.

Феатхер булб - стаклена цев у коју се налази апсорбер плоче и топлотни канал. Вакуум слој пролази читавом дужином топлотног канала.

Коаксијална цев - двострука посуда са вакуумским уметком између зидова два резервоара. Топлота се преноси са унутрашњости цеви. Врх термо-цеви је опремљен индикатором вакуума.

Учинковитост оловке (1) је већа у поређењу с коаксијалним моделима (2). Међутим, прве су скупље и теже их је инсталирати. Поред тога, у случају квара, тиквицу за оловку ће морати да се потпуно замени

Канал топлотне цеви је најчешћа варијанта преноса топлоте у соларним колекторима.

Механизам деловања заснован је на стављању испарљиве течности у заптивене металне цеви.

Популарност „Топлотне цеви“ је због приступачних трошкова, непретенциозности сервиса и одржавања. Због сложености процеса размене топлоте, максимални ниво ефикасности је 65%

Канал са директним током - паралелне металне цеви повезане у лук у облику слова У пролазе кроз стаклену тиквицу

Расхладна течност која тече кроз канал греје се и доводи у тело колектора.

Опције дизајна вакуумског соларног колектора: 1 - модификација са централном цевном грејном цевоводом, 2 - соларна инсталација са директним протоком расхладне течности

Коаксијалне и пернате цеви могу се комбиновати са топлотним каналима на различите начине.

Опција 1 Коаксијална тиквица са „Топлотном цеви“ је најпопуларније решење. У колектору се топлота више пута преноси са зидова стаклене цеви у унутрашњу тиквицу, а потом на расхладну течност. Степен оптичке ефикасности достиже 65%.

Шема коаксијалне цеви „Топлотна цев“: 1 - чаша од стакла, 2 - селективни премаз, 3 - метална пераја, 4 - вакуум, 5 - сијалица са светлом кључајућом супстанцом, 6 - унутрашња стаклена цев

Опција 2 Коаксијална тиквица са директним протоком позната је као сакупљач у облику слова У. Захваљујући дизајну смањују се губици топлоте - топлотна енергија из алуминијума се преноси у цеви са циркулишућим расхладним средством.

Поред високе ефикасности (до 75%), модел има и недостатке:

• сложеност уградње - боце су једна целина са двоцевним телом разводника (главни део) и уграђују се у целину;
• замјена једне цијеви је искључена.

Поред тога, јединица у облику слова У захтевна је за расхладно средство и скупља је од модела „топлотне цеви“.

Уређај соларног колектора у облику слова У: 1 - стаклени "цилиндар", 2 - упијајући премаз, 3 - алуминијумски "поклопац", 4 - флаша са расхладном течношћу, 5 - вакуум, 6 - унутрашња стаклена цев

Опција 3 Пераста цев са принципом деловања „Топлотна цев“. Особине колектора:

• високе оптичке карактеристике - ефикасност од око 77%;
• равни апсорбер директно преноси топлотну енергију у цев за пренос топлоте;
• употребом једног слоја стакла смањује се рефлексија сунчевог зрачења;

Оштећен елемент је могуће заменити без испуштања расхладне течности из соларног система.

Опција 4 Фонтана са директним протоком је најефикасније средство за коришћење соларне енергије као алтернативног извора енергије за грејање воде или грејање домова. Колектор високих перформанси ради са ефикасношћу од 80%. Недостатак система је потешкоћа у поправци.

Шеме уређаја перо соларних колектора: 1 - соларни систем са каналом „топловодне цеви“, 2 - кућиште двоцевне соларног колектора са директним кретањем расхладне течности

Без обзира на дизајн, цевасти разводници имају следеће предности:

• перформансе ниске температуре;
• мали губитак топлоте;
• трајање функционисања током дана;
• способност загревања расхладне течности на високе температуре;
• ниска виндаге;
• једноставност инсталације.

Главни недостатак вакуумских модела је немогућност самочишћења од снежног покривача. Вакуум слој не дозвољава топлоту, па се снежни слој не топи и блокира приступ сунца пољу колектора. Додатни недостаци: висока цена и потреба да се придржава радног угла посуде од најмање 20 °.

Соларни колектори који греју расхладну течност за ваздух могу се користити за припрему топле воде, ако су опремљени резервоаром за складиштење:

Прочитајте више о принципу рада вакуумског соларног колектора са цевима. даље.

Вода - најбоља опција за јужне географске ширине

Равни (панел) соларни колектор - правоугаона алуминијумска плоча, на врху затворена пластичним или стакленим поклопцем. Унутар кутије је апсорпционо поље, метална завојница и слој топлотне изолације. Подручје сакупљача напуњено је проточном линијом кроз коју се креће расхладна течност.

Основне компоненте равног соларног колектора: кућиште, апсорбер, заштитни премаз, топлотни изолациони слој и учвршћивачи. Приликом састављања користи се матирано стакло са пропусношћу спектралног опсега од 0,4-1,8 микрона.

Апсорпција топлоте високо селективног упијајућег премаза достиже 90%. Течна метална цев поставља се између „апсорбера“ и топлотне изолације. Користе се две шеме постављања цеви: „харфа“ и „меандер“.

Поступак склапања соларних колектора који загревају течну расхладну течност укључује неколико традиционалних корака:

Ако се круг грејања допуњује водом која снабдева санитарном водом довод топле воде, има смисла прикључити акумулатор топлоте на соларни колектор. Најједноставнија опција биће резервоар одговарајућег капацитета са топлотном изолацијом, који може да одржава температуру загрејане воде. Мора бити инсталиран на прелазу:

Цевасти колектор са течним расхладним средством делује као ефекат „стаклене баште“ - сунчеве зраке продиру кроз стакло и загревају цевовод. Захваљујући непропусности и топлотној изолацији, задржава се топлота унутар панела.

Јачина соларног модула у великој мери одређује материјал заштитног покрова:

• обично стакло - најјефтинији и ломљиви премаз;
• каљено стакло - висок степен распршивања светлости и повећана чврстоћа;
• антирефлексно стакло - разликује се у максималној способности упијања (95%) због присуства слоја који елиминише рефлексију сунчевих зрака;
• самочишћујуће (поларно) стакло са титан-диоксидом - органско загађење изгара на сунцу, а остатке смећа киша испире.

Поликарбонатно стакло је најотпорније на удар. Материјал се уграђује у скупе моделе.

Одбојност сунчеве светлости и апсорпција: 1 - антирефлексни премаз, 2 - каљено стакло отпорно на ударце. Оптимална дебљина заштитне спољне љуске је 4 мм

Оперативне и функционалне карактеристике соларних панела:

• у системима са присилном циркулацијом обезбеђена је функција одмрзавања која вам омогућава да се брзо ослободите снежног покривача на хелиополу;
• призматично стакло прихвата широк спектар зрака под различитим угловима - љети ефикасност инсталације достиже 78-80%;
• колектор се не боји прегревања - с вишком топлотне енергије могуће је принудно хлађење расхладне течности;
• повећана отпорност на ударце у поређењу са цевастим колегама;
• способност монтирања под било којим углом;
• приступачне цене.

Системи нису без недостатака. Током периода недостатка сунчевог зрачења, како се температурна разлика повећава, ефикасност равног соларног колектора значајно се смањује због недовољне топлотне изолације. Стога се панел модул исплаћује љети или у регијама са топлом климом.

Хелиосистемс: карактеристике дизајна и рада

Разноликост соларних система може се класификовати по следећим параметрима: методу коришћења соларног зрачења, методу циркулације расхладне течности, броју кругова и сезоналности рада.

Активни и пасивни комплекс

У било којем систему за претварање соларне енергије обезбеђен је соларни колектор. На основу методе коришћења добијене топлоте разликују се две врсте хелиокомплекса: пасивни и активни.

Прва сорта је соларни систем грејања, где структурни елементи зграде делују као елемент који апсорбује топлоту сунчевог зрачења. Кров, зид колектора или прозори дјелују као површина која прима хелијум.

Шема пасивног соларног система ниске температуре са зидом колектора: 1 - сунчеве зраке, 2 - прозрачни екран, 3 - ваздушна баријера, 4 - загрејани ваздух, 5 - проток испушног ваздуха, 6 - топлотно зрачење са зида, 7 - површина топлотне апсорпције зида колектора, 8 - украсне жалузине

У европским се земљама пасивне технологије користе у изградњи енергетски ефикасних зграда. Површине које примају Хелио украшавају се под лажним прозорима. Иза стакленог премаза налази се поцрњени зид од опеке са лаганим отворима.

Акумулатори топлоте су структурни елементи - зидови и подови, споља изоловани полистиреном.

Активни системи укључују употребу независних уређаја који нису повезани са конструкцијом.

Горе наведени разматрани комплекси са цевастим, равним колекторима спадају у ову категорију - соларне термалне инсталације се по правилу постављају на кров зграде

Термосифонски и циркулациони системи

Соларна термална опрема са природним кретањем расхладне течности дуж круга колектор-акумулатор-колектор врши се конвекцијом - топла течност са малом густином се подиже, а охлађена течност тече доле.

У термосифонским системима, резервоар се налази изнад колектора, омогућавајући спонтану циркулацију расхладне течности.

Шема рада је карактеристична за једноколске сезонске системе. Термосифонски комплекс се не препоручује сакупљачима са површином већом од 12 м 2

Соларни систем без притиска има широк списак недостатака:

• у облачним данима перформансе комплекса опадају - потребна је велика температурна разлика за кретање расхладне течности;
• губитак топлоте услед спорог кретања течности;
• ризик од прегревања резервоара због неконтролираности процеса грејања;
• нестабилност колектора;
• потешкоће са постављањем резервоара за батерије - када се монтирају на кров, повећавају се губици топлоте, убрзавају се корозијски процеси, постоји опасност од смрзавања цеви.

Предности „гравитационог“ система: једноставност дизајна и повољна цена.

Капитални издаци за уређење циркулацијског (присилног) соларног система значајно су већи него уградња комплекса без притиска. Пумпа се уруши у круг, обезбеђујући кретање расхладне течности. Рад пумпне станице контролише контролер.

Додатна топлотна снага која се генерише у присилном комплексу надмашује потрошену снагу црпне опреме. Ефикасност система ће се повећати за трећину

Ова метода циркулације користи се у цјелогодишњим соларним термалним инсталацијама са двоструким кругом.

Предности потпуно функционалног комплекса:

• неограничен избор локације резервоара за складиштење;
• перформансе ван сезоне;
• избор оптималног начина грејања;
• операција блокирања сигурности током прегријавања.

Недостатак система је његова зависност од електричне енергије.

Схеме техничког решења: једно - и двокружно

У једнокружним инсталацијама, течност циркулише, која се након тога доводи до тачака довода воде. Зими се вода из система мора исушити да се спречи смрзавање и пуцање цеви.

Карактеристике једнокружних соларних термалних комплекса:

• Препоручује се „допуњавање“ система пречишћеном, нечврстом водом - таложење соли на зидовима цеви доводи до зачепљења канала и лома колектора;
• корозија због вишка ваздуха у води;
• ограничен радни век - у року од четири до пет година;
• висока ефикасност током лета.

У соларним комплексима са два круга циркулише посебна расхладна течност (не смрзавајућа течност са додацима за пењење и корозију), која топлоту води преноси преко измењивача топлоте.

Једнокружни (1) и двокружни (2) хелиосистемски склоп. Другу могућност карактерише повећана поузданост, способност рада зими и трајање рада (20-50 година)

Нијансе управљања модулом са два круга: незнатно смањење ефикасности (3-5% мање него код једнокружног система), потреба за потпуном заменом расхладне течности сваких 7 година.

Услови за рад и повећање ефикасности

Прорачун и уградња соларног система најбоље је повјерити професионалцима. Усклађеност са техником уградње осигураће операбилност и добијање декларисаних перформанси. Да би се побољшала ефикасност и радни век, морају се узети у обзир неке нијансе.

Термостатски вентил. У традиционалним системима грејања термостатски елемент ретко се инсталира, јер је за подешавање температуре одговоран генератор топлоте. Међутим, приликом опремања соларног система не сме се заборавити сигурносни вентил.

Загревање резервоара на максимално дозвољену температуру повећава продуктивност колектора и омогућава употребу соларне топлоте чак и по облачном времену.

Оптимални положај вентила - 60 цм од грејача. У непосредној близини, „термостат“ се загрева и блокира проток топле воде.

Постављање резервоара за складиштење. Капацитет спремника топле воде треба да буде инсталиран на приступачном месту. Када се смешта у компактну собу, посебна пажња се посвећује висини плафона.

Минимални слободни простор изнад резервоара је 60 цм. Тај размак је неопходан за одржавање батерије и замену магнезијумске аноде.

Инсталација експанзијски резервоар. Елемент компензира топлотну експанзију током стагнације. Постављање резервоара изнад пумпне опреме изазват ће прегријавање мембране и њено прерано трошење.

Најбоље место за експанзијски резервоар је под групом пумпи. Температурни ефекат током ове инсталације значајно се смањује, а мембрана дуже задржава еластичност

Соларна веза. При повезивању цеви препоручује се организовање петље. „Термо петља“ смањује губитак топлоте, спречавајући ослобађање загрејане течности.

Технички исправна верзија имплементације „петље“ хелиоконтура. Занемаривање захтева узрокује смањење температуре у резервоару за 1-2 ° Ц по ноћи

Неповратни вентил. Спрјечава „превртање“ циркулације расхладне течности. Уз недостатак соларне активности повратни вентил спречава топлоту нагомилану током дана.

Популарни модели „соларних“ модула

Хелиосистемс домаћих и страних компанија је у потражњи.Производи произвођача стекли су добру репутацију: НПО Масхиностроенииа (Русија), Хелион (Русија), Аристон (Италија), Алтен (Украјина), Виессман (Немачка), Амцор (Израел), итд.

Соларни систем "Фалцон". Равни соларни колектор опремљен вишеслојним оптичким премазом са магнетрон прскањем. Минимална способност зрачења и висок ниво апсорпције дају ефикасност и до 80%.

Карактеристике перформанси:

• радна температура - до -21 ° С;
• обрнуто топлотно зрачење - 3-5%;
• горњи слој - каљено стакло (4 мм).

Колекционар СВК-А (Алтен). Вакуум соларна инсталација са апсорпционом површином од 0,8-2,41 квадратних метара (зависно од модела). Носач топлоте је пропилен гликол; топлотна изолација бакарног измењивача топлоте од 75 мм смањује губитак топлоте.

Додатне опције:

• футрола - елоксирани алуминијум;
• пречник измењивача топлоте - 38 мм;
• изолација - минерална вуна са антихигроскопским третманом;
• премаз - боросиликатно стакло 3,3 мм;
• Ефикасност - 98%.

Витосол 100-Ф - равни соларни колектор за хоризонталну или вертикалну монтажу. Бакар апсорбер са цевастим намотајем у облику харфе и хелиотитанским премазом. Пренос светлости - 81%.

Приближни редослед цена за соларне системе: равни соларни колектори - од 400 цу / м2, цевасти соларни колектори - 350 цу / 10 вакуум боци. Комплетан сет система за циркулацију - од 2500 цу

Закључци и корисни видео о овој теми

Принцип рада соларних колектора и њихове врсте:

Процена перформанси равног колектора на нижим температурама:

Технологија монтирања соларног колектора на моделу помоћу модела Будерус:

Соларна енергија је обновљиви извор топлоте. С обзиром на пораст цена традиционалних енергетских ресурса, увођење соларних система оправдава капитална улагања и исплаћује се у наредних пет година, подложно техникама уградње.

Ако имате драгоцене информације које желите да поделите са посетиоцима наше веб странице, оставите своје коментаре у блоку испод чланка. Тамо можете поставити занимљива питања о теми чланка или поделити искуство коришћења соларних колектора.