Реферат на тему гелиоколлекторы

Обновлено: 02.07.2024

Выполнил: Минько Е. А.
Группа 12ТВз-4 Проверила: ДавыденкоН. В.

Новополоцк, 2017г.
ВВЕДЕНИЕ
Энергия Солнца является источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря иокеаны, развиваются растения, животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива. Солнечная энергия может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество.
Солнце излучает огромное количество энергии - приблизительно 1,1x1020 кВт·ч в секунду. Киловатт·час - это количество энергии, необходимое для работы лампочки накаливания мощностью100 ватт в течение 10 часов. Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5 x 1018) кВт·ч ежегодно. Однако изза отражения, рассеивания и поглощения ее атмосферными газами и аэрозолями только 47% всей энергии, или приблизительно 700 квадрильонов (7 x 1017) кВт·ч, достигает поверхности Земли.СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ
С древнейших времен человек использует энергию Солнца для нагрева воды. В основе многих солнечных энергетических систем лежит применение солнечных коллекторов. Коллектор поглощает световую энергию Солнца и преобразует ее в тепло, которое передается теплоносителю (жидкости или воздуху) и затем используется для обогрева зданий, нагрева воды, производства электричества, сушкисельскохозяйственной продукции или приготовления пищи. Солнечные коллекторы могут применяться практически во всех процессах, использующих тепло.
Для типичного жилого дома или квартиры в Европе и Северной Америке нагрев воды - это второй по энергоемкости домашний процесс. Для ряда домов он даже является самым энергоемким. Использование энергии Солнца способно снизить стоимость бытового нагрева воды на 70%. Коллекторпредварительно подогревает воду, которая затем подается на традиционную колонку или бойлер, где вода нагревается до нужной температуры. Это приводит к значительной экономии средств. Такую систему легко установить, она почти не требует ухода.
В наши дни солнечные водонагревательные системы используются в частных домах, многоквартирных зданиях, школах, автомойках, больницах, ресторанах, в сельскомхозяйстве и промышленности. У всех перечисленных заведений есть нечто общее: в них используется горячая вода. Владельцы домов и руководители предприятий уже смогли убедиться в том, что солнечные системы для нагрева воды являются экономически выгодными и способны удовлетворить потребность в горячей воде в любом регионе мира.
ИСТОРИЯ
Люди нагревали воду при помощи Солнца с давних времен, до того,как ископаемое топливо заняло лидирующее место в мировой энергетике. Принципы солнечного отопления известны на протяжении тысячелетий. Покрашенная в черный цвет поверхность сильно нагревается на солнце, тогда как светлые поверхности нагреваются меньше, белые же меньше всех остальных. Это свойство используется в солнечных коллекторах - наиболее известных приспособлениях, непосредственноиспользующих энергию Солнца. Коллекторы были разработаны около двухсот лет назад. Самый известный из них - плоский коллектор - был изготовлен в 1767 году швейцарским ученым по имени Гораций де Соссюр. Позднее им воспользовался для приготовления пищи сэр Джон Гершель во время своей экспедиции в Южную Африку в 30-х годах ХIX века.
Технология изготовления солнечных коллекторов достигла.

Содержание

Солнечный коллектор
Недостатки солнечного коллектора
Типы солнечных коллекторов
а) Температурные коллекторы
б) Интегрированный коллектор
в) Плоские коллекторы
г) жидкостные коллекторы
д) воздушные коллекторы
е) вакуумированные коллекторы
4) Концентраторы
5) Принцип работы

Работа состоит из 1 файл

СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР (Реферат).docx

Солнечный коллектор
Недостатки солнечного коллектора
Типы солнечных коллекторов

а) Температурные коллекторы

б) Интегрированный коллектор

в) Плоские коллекторы

г) жидкостные коллекторы

д) воздушные коллекторы

е) вакуумированные коллекторы

5) Принцип работы

Изобретение относится к области создания высокотемпературных солнечных энергетических установок с концентраторами солнечного излучения и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где требуется тепловая энергия. Сущность изобретения заключается в том, что в солнечном коллекторе, содержащем теплоизолированный корпус, в верхней части которого размещена пластина из набора линзовых концентраторов, под которыми в фокальной плоскости расположен теплоприемник, состоящий из тепловоспринимающей поверхности, согласно изобретению тепловоспринимающая поверхность выполнена выпукло-вогнутой, состоящей из вогнутых ячеек и повторяющей пространственную кривую, описываемую фокальной точкой. Корпус снабжен установленным над линзами сферическим светопрозрачным ограждением и вакуумирован или заполнен газом, у которого длина свободного пробега молекул минимальна. В коллекторе под тепловоспринимающей поверхностью теплоприемника может быть расположена полость для подачи и отвода высокотемпературного теплоносителя, забирающего энергию солнечного коллектора, а также возможно выполнение функции теплопроводника тепловоспринимающей поверхностью. Изобретение позволит обеспечить получение высоких температур теплоносителя без использования систем слежения за Солнцем.

Изобретение относится к области создания высокотемпературных солнечных энергетических установок с концентраторами солнечного излучения и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где требуется тепловая энергия, например, для получения электрической энергии и холода с высоким КПД, а также в бытовых установках.

Известен солнечный коллектор, содержащий теплоизолированный корпус, концентратор которого выполнен в виде крышки, образованной расположенными в одной плоскости линзами, установленными над плоским теплоприемником энергии. А энергоподвод выполнен в виде теплопроводящих металлических стержней по числу линз с выступающими над теплоприемником торцами, закрытыми оптически прозрачными колпачками с внутренним селективным покрытием для снижения потерь тепла излучением.

Известен высокотемпературный солнечный коллектор, содержащий систему линз в верхней части теплоизолированного корпуса, расположенных двумя рядами друг над другом, нижний ряд которых имеет на верхней наружной поверхности селективный слой, и расположенный под ними теплоприемник с поглощающей лицевой стенкой в виде чередующихся воспринимающих излучение линейных полостных элементов с входными отверстиями и соединительными участками между ними, а фокальные линии линз расположены в зоне входных отверстий элементов.

Наиболее близким к предложенному является солнечный коллектор, содержащий теплоизолированный корпус, в верхней части которого расположена пластина из набора трубчатых линз, под которыми в фокальной плоскости расположен теплоприемник, состоящий из тепловоспринимающей поверхности и трубчатого нагревателя.

Недостатком известного коллектора является невозможность максимального улавливания солнечной энергии в течение светового дня при перемещении Солнца по небесному небосводу и, как следствие этого, невозможность получить высокие температуры, сложность конструкции.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение высоких температур солнечным коллектором без использования следящих за Солнцем устройств.

ТИПЫ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Типичный солнечный коллектор накапливает солнечную энергию в установленных на крыше здания модулях трубок и металлических пластин, окрашенных в черный цвет для максимального поглощения радиации. Они заключены в стеклянный или пластмассовый корпус и наклонены к югу, чтобы улавливать максимум солнечного света. Таким образом, коллектор представляет собой миниатюрную теплицу, накапливающую тепло под стеклянной панелью. Поскольку солнечная радиация распределена по поверхности, коллектор должен иметь большую площадь.

Существуют солнечные коллекторы различных размеров и конструкций в зависимости от их применения. Они могут обеспечивать хозяйство горячей водой для стирки, мытья и приготовления пищи, либо использоваться для предварительного нагрева воды для существующих водонагревателей. В настоящее время рынок предлагает множество различных моделей коллекторов. Их можно разделить на несколько категорий. К примеру, различают несколько видов коллекторов в соответствии с температурой, которую они дают:

Низкотемпературные коллекторы производят низкопотенциальное тепло, ниже 50 градусов Цельсия. Используются они для подогрева воды в бассейнах и в других случаях, когда требуется не слишком горячая вода.
Среднетемпературные коллекторы производят высоко- и средне потенциальное тепло (выше 50 С, обычно 60-80 С). Обычно это остекленные плоские коллекторы, в которых теплопередача совершается посредством жидкости, либо коллекторы-концентраторы, в которых тепло концентрируется. Представителем последних является коллектор вакуумированный трубчатый, который часто используется для нагрева воды в жилом секторе.
Высокотемпературные коллекторы представляют собой параболические тарелки и используются в основном электрогенерирующими предприятиями для производства электричества для электросетей.

Простейший вид солнечного коллектора - это "емкостной" или "термосифонный коллектор", получивший это название потому, что коллектор одновременно является и теплоаккумулирующим баком, в котором нагревается и хранится "одноразовая" порция воды. Такие коллекторы используются для предварительного нагрева воды, которая затем нагревается до нужной температуры в традиционных установках, например, в газовых колонках. В условиях домашнего хозяйства предварительно подогретая вода поступает в бак-накопитель. Благодаря этому снижается потребление энергии на последующий ее нагрев. Такой коллектор - недорогая альтернатива активной солнечной водонагревательной системе, не использующая движущихся частей (насосов), требующая минимального техобслуживания, с нулевыми эксплуатационными расходами. К этому виду коллекторов принадлежат также "Integrated Collector and Storage" - интегрированные коллекторы-накопители. Они состоят из одного или нескольких черных баков, наполненных водой и помещенных в теплоизолированный ящик, накрытый стеклянной крышкой. Иногда в ящик помещают также рефлектор, усиливающий солнечное излучение. Свет проходит сквозь стекло и нагревает воду. Эти устройства совсем недороги, однако перед наступлением холодов воду из них необходимо слить либо защитить от замерзания.

Плоские коллекторы - самый распространенный вид солнечных коллекторов, используемых в бытовых водонагревательных и отопительных системах. Обычно этот коллектор представляет собой теплоизолированный металлический ящик со стеклянной либо пластмассовой крышкой, в который помещена окрашенная в черный цвет пластина абсорбера (поглотителя). Остекление может быть прозрачным либо матовым. В плоских коллекторах обычно используется матовое, пропускающее только свет, стекло с низким содержанием железа (оно пропускает значительную часть поступающего на коллектор солнечного света). Солнечный свет попадает на тепловоспринимающую пластину, а благодаря остеклению снижаются потери тепла. Дно и боковые стенки коллектора покрывают теплоизолирующим материалом, что еще больше сокращает тепловые потери.

Пластину абсорбера обычно окрашивают в черный цвет, так как темные поверхности поглощают больше солнечной энергии, чем светлые. Солнечный свет проходит через остекление и попадает на поглощающую пластину, которая нагревается, превращая солнечную радиацию в тепловую энергию. Это тепло передается теплоносителю - воздуху или жидкости, циркулирующей по трубкам. Поскольку большинство черных поверхностей все же отражает порядка 10% падающей радиации, некоторые пластины-поглотители обрабатываются специальным селективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет и служит дольше, чем обычная черная краска. Селективное покрытие, используемое в коллекторах, состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическое основание. Селективные покрытия отличаются высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области.

Поглощающие пластины обычно изготовлены из металла, хорошо проводящего тепло (чаще всего меди или алюминия). Медь дороже, но лучше проводит тепло и меньше подвержена коррозии, чем алюминий. Пластина-поглотитель должна иметь высокую теплопроводность, чтобы с минимальными теплопотерями передавать воде накопленную энергию. Плоские коллекторы делятся на жидкостные и воздушные. Оба вида коллекторов бывают остекленными или неостекленными.

В жидкостных коллекторах солнечная энергия нагревает жидкость, текущую по трубкам, прикрепленным к поглощающей пластине. Тепло, поглощенное пластиной, немедленно передается жидкости.

Трубки могут располагаться параллельно друг другу, причем на каждой имеются входное и выпускное отверстия, либо в виде змеевика. Змеевидное расположение трубок устраняет возможность протекания через соединительные отверстия и обеспечивает равномерный поток жидкости. С другой стороны, при спуске жидкости во избежание замерзания могут возникнуть трудности, так как в изогнутых трубках может местами оставаться вода.

В самых простых жидкостных системах используется обычная вода, которая нагревается прямо в коллекторе и поступает в ванную, кухню и т.п. Эта модель известна как "разомкнутая" (либо "прямая") система. В регионах с холодным климатом жидкостные коллекторы нуждаются в спуске воды в холодное время года, когда температура опускается до точки замерзания; либо в качестве теплоносителя используется незамерзающая жидкость. В таких системах жидкий теплоноситель поглощает тепло, накопленное коллектором, и проходит через теплообменник. Теплообменником обычно служит установленный в доме водяной бак, в котором тепло передается воде. Эта модель называется "замкнутой системой" ("непрямой").

Остекленные жидкостные коллекторы используются для нагрева бытовой воды, а также для отопления помещений. Неостекленные коллекторы обычно нагревают воду для бассейнов. Поскольку таким коллекторам не нужно выдерживать высокую температуру, в них применяются недорогие материалы: пластмасса, резина. Они не нуждаются в защите от замерзания, так как используются в теплое время года.

Воздушные коллекторы имеют то преимущество, что им не свойственны проблемы замерзания и кипения теплоносителя, от которых порой страдают жидкостные системы. И хотя утечку теплоносителя в воздушном коллекторе труднее заметить и устранить, она приносит меньше неприятностей, чем утечка жидкости. В воздушных системах часто используются более дешевые материалы, чем в жидкостных, например, пластмассовое остекление, потому, что рабочая температура в них ниже.

Воздушные коллекторы представляют собой простые плоские коллекторы и используются в основном для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. Поглощающими пластинами в воздушных коллекторах служат металлические панели, многослойные экраны, в том числе и из неметаллических материалов. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Поскольку воздух хуже проводит тепло, чем жидкость, он передает поглотителю меньше тепла, чем жидкий теплоноситель. В некоторых солнечных воздухонагревателях к поглощающей пластине присоединены вентиляторы, которые увеличивают турбулентность воздуха и улучшают теплопередачу. Недостаток этой конструкции в том, что она расходует энергию на работу вентиляторов, таким образом увеличивая затраты на эксплуатацию системы. В холодном климате воздух направляется в промежуток между пластиной-поглотителем и утепленной задней стенкой коллектора: таким образом избегают потерь тепла сквозь остекление. Однако, если воздух нагревается не более, чем на 17 оС выше температуры наружного воздуха, теплоноситель может циркулировать по обе стороны от пластины-поглотителя без больших потерь эффективности.

Основными достоинствами воздушных коллекторов являются их простота и надежность. Такие коллекторы имеют простое устройство. При надлежащем уходе качественный коллектор может прослужить 10-20 лет, а управление им весьма несложно. Теплообменник не требуется, так как воздух не замерзает.

Однако применение солнечных воздухонагревателей по-прежнему ограничивается отоплением помещений и сушкой сельскохозяйственной продукции, в основном в развивающихся странах. Есть несколько факторов, ограничивающих более широкое применение воздушных коллекторов в промышленном масштабе. Среди них большая площадь коллекторов из-за малой плотности и низкой удельной теплоемкости воздушного теплоносителя по сравнению с жидкостным; необходимость длинного воздуховода; высокая потребность в электроэнергии для прогонки воздуха через коллектор, а также трудности аккумулирования теплоты. В регионах с относительно низким поступлением солнечной радиации и долгими периодами неблагоприятной погоды требуется дополнительное тепло; в результате стоимость капиталовложений настолько возрастает, что это ограничивает конкурентоспособность солнечных коллекторов по сравнению с традиционными отопительными системами. Потенциальным способом снижения стоимости коллекторов является их интеграция в стены или крыши зданий, а также создание коллекторов, которые можно будет собирать из готовых сборных компонентов.

Работа содержит 1 файл

гелиоколлекторы.docx

Горячее водоснабжение и отопление вашего дома , бассейна от солнца.

Схема продолжительности солнечного сияния в России

В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в любом (независимо от широты) месте, около 1 000 Вт/м2. В условиях средней полосы России солнечное излучение "приносит" на поверхность земли энергию, эквивалентную примерно 100-150 кг у.т./м2 в год. Практическая задача, стоящая перед разработчиками и создателями различного вида солнечных установок, состоит в том, чтобы наиболее эффективно "собрать" этот поток энергии и преобразовать его в нужный вид энергии (теплоту, электроэнергию) при наименьших затратах на установку. Простейшим и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев бытовой воды в так называемых плоских солнечных коллекторах. Более сложными являются устройства с вакуумными солнечными коллекторами. В солнечные летние дни разницы в работе хороших плоских и вакуумных солнечных коллекторов практически незаметна. Однако при низкой температуре окружающей среды преимущества вакуумных коллекторов становятся очевидны. Также, даже в летнее время есть разница в между максимальными температурами нагрева воды в коллекторах. Если для плоских коллекторов максимальная температура не превышает 80-90 градусов, то в вакуумных коллекторах температура теплоносителя может превышать 100 °С. С одной стороны, это требует постоянного отвода тепла от вакуумного коллектора, чтобы он не закипел. Однако с другой стороны, в системах с плоскими коллекторами существует проблема размножения бактерий и других микроорганизмов (там тепло и влажно), которой нет в системах с вакуумными коллекторами.

Прямоточный вакуумированный трубчатый коллектор

В каждую вакуумированную трубку встроен медный поглотитель с гелио титановым покрытием, гарантирующим высокий уровень поглощения солнечной энергии и малую эмиссию теплового излучения. Вакуумированное пространство позволяет практически полностью устранить тепло потери. На поглотителе установлен коаксиальный трубчатый прямоточный теплообменник, выходящий в коллектор. Протекающий через него теплоноситель забирает тепло от поглотителя. К преимуществам этой системы можно отнести непосредственную передачу тепла воде, что позволяет сократить тепло потери. Так как полный коэффициент потерь в вакуумном коллекторе мал, теплоноситель в нем можно нагреть до температур 120-160°С.

Вакуумированный трубчатый коллектор с тепловой трубкой

Конструкция вакуумированного трубчатого коллектора с тепловой трубкой похожа на конструкцию термоса: одна стеклянная/металлическая трубка вставлена в другую большего диаметра. Между ними - вакуум, который представляет собой отличную теплоизоляцию. Благодаря ему потери на излучение, особенно заметные при повышенных температурах нагреваемой воды, очень низкие. В каждую вакуумированную трубку встроена медная пластина поглотителя с гелио титановым покрытием, гарантирующим высокий уровень поглощения солнечной энергии и малую эмиссию теплового излучения. Под поглотителем установлена тепловая труба, заполненная испаряющейся жидкостью. С помощью гибкого соединительного элемента тепловая труба подсоединена к конденсатору, находящемуся в теплообменнике типа "труба в трубе". Соединение относится к так называемому "сухому" типу, что позволяет поворачивать или заменять трубки и при заполненной установке, находящейся под давлением. Наиболее важное преимущество вакуумированного коллектора с тепловой трубкой заключается в том, что он способен работать при температурах до -30°С (коллекторы со стеклянными тепловыми трубками) или даже до -45°С (коллекторы с металлическими тепловыми трубками).

Принцип действия вакуумированного коллектора с тепловой трубкой.

Это более сложный и более дорогой тип коллектора. Тепловая трубка - это закрытая медная/стеклянная трубка с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова. Приемник солнечного коллектора медный с теплоизоляцией. Передача тепла происходит через медную "гильзу" приемника, благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, и при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Отдельную трубку можно заменить в случае необходимости, коллектор при этом продолжает функционировать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую жидкость из контура теплообменника.

—Для примера возьмем солнечный нагреватель на 130 л, площадь приема солнечной энергии 1,7 м2
—Известно, что в солнечный день на каждый квадратный метр поверхности в районе Ростова на дону, установленный перпендикулярно солнечным лучам, падает от 800 до 1000 Ватт солнечной тепловой энергии (в зависимости от состояния атмосферы).
—Возьмем среднюю цифру в 900 Вт/м2
—Теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг×град., 1 Ватт = 3600 Дж., т. е. для нагрева 1 литра воды на 1 °С нужно 1,16 Вт.
—Коллектор, площадью 1,7 м2 за 1 час может нагреть: 1,7 х 900 /1,16 = 1320 л на 1 °С
—Или 1320÷50 = 26,4 литра за 1 час на 50 °С (нагрев до 65 °С с начальной температуры воды 15 °С)
—Бак 130 литров нагреется за 5 часов.
—В течении светового времени бак в 130 литров нагревается в средней полосе 2 раза или 260 литров.
—Электричества для нагрева 260 литров на 50 °С нужно 15 кВт или почти 35 руб. (1 кВт = 2,3 руб)
—Стоимость модели СВН-130 = 400$ или 13 200 руб.
—Окупаемость модели при 100 % использовании 12 месяцев.

Преимущества использования вакуумных солнечных коллекторов.

Благодаря высокой теплоизоляции вакуумные солнечные коллекторы эффективно работают при низких температурах окружающей среды. Преимущество вакуумных коллекторов перед плоскими начинает проявляться при температуре воздуха ниже 5 o С. При отрицательных температурах воздуха вакуумным коллекторам альтернативы нет.

Солнечные тепловые установки на основе вакуумных коллекторов могут применяться как для целей горячего водоснабжения, так и для отопления дома. При этом в летнее время можно полностью получать горячую воду от солнечного нагревателя. В остальное время года за счет энергии солнца можно получать до 60% горячей воды. Солнечная отопительная установка на основе вакуумных солнечных коллекторов может с успехом справляться с задачей поддержания минимальной заданной температуры дома весной и осенью. В зимнее время также можно рассчитывать на некоторую добавку тепловой энергии для отопления. Но она будет незначительна в декабре и январе. Поэтому обычно солнечную отопительную систему рассчитывают на работу в весенне-осенний период, а зимой она будет помогать основной системе теплового насоса

Устройство вакуумного коллектора.

Главным элементом вакуумного коллектора являются вакуумные трубки. Внешний слой трубки изготовлен из высокопрочного боросиликатного стекла, устойчивого к атмосферным воздействиям и увеличенной способности пропускать солнечное излучение. Внутренняя же стенка стеклянной трубки имеет абсорбирующее покрытие, где и образуется тепло. Изоляция в виде вакуума позволяет избежать потерь тепла. Во внутренней вакуумной трубке находится медная трубка, заполненная реагентом. Полученное там тепло передается в заборный коллектор. Отбор тепла с наконечника приводит к тому, что реагент сжижается и перемещается обратно по трубке, где процесс снова повторяется. Температура на медном наконечнике может достигать 300°С.

Использование солнечных коллекторов позволит:

существенно снизить стоимость получения теплой воды для потребительских нужд (50-60% в течение года в сравнении с традиционными источниками энергии);
снизить потребление энергоносителей, применяемых для нужд центрального отопления в сезон до 50%;
эффективно застраховаться от последствий возрастающих в цене носителей энергии, а также от незапланированного перерыва в их поставке;
принять участие в улучшении экологического состояния окружающей среды, ограничивая выброс в атмосферу углекислого газа и серы;
получать теплую воду в пасмурные дни, так как вакуумные трубки используют диффузионный свет;
обеспечить возможность взаимодействия солярной установки с существующей системой центрального отопления.

Система солнечного отопления дома

Солнечная водонагревательная установка СВУ (рис.1) состоит из солнечного коллектора и теплообменника-аккумулятора. Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель (антифриз). Теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдает затем тепловую энергию воде через теплообменник, вмонтированный в бак-аккумулятор. В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до момента ее использования, поэтому он должен иметь хорошую теплоизоляцию. В первом контуре, где расположен солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя. В бак-аккумулятор может устанавливаться электрический или какой-либо другой автоматический нагреватель-дублер. В случае понижения температуры в баке-аккумуляторе ниже установленной (продолжительная пасмурная погода или малое количество часов солнечного сияния зимой) нагреватель-дублер автоматически включается и догревает воду до заданной температуры.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Солнце является огромным источником энергии для нашей планеты. Мы используем энергию для повседневных нужд. Она необходиа для передвижения транспорта, приготовления пищи, охлаждения и обогрева помещений и т.д.

Солнечная энергия может использоваться для множества задач. Мы в этой работе расмотрим случай преобразования энергии солнца в тепловую. Преобразование энергии в тепловую находит применение в обеспечении необходимых параметров микроклимата зданий, сооружений, а также индивидуальных жилых домов.

Устройствами с помощью которых присходит преобразование солнечной энергии в тепловую являются коллекторы.Различают два вида солнечных коллекторов, и от устройства конструкции зависит принцип его работы.

Наиболее распространенными на сегодняшний день являются плоские коллекторы, сделанные в форме панели. Обычно они представляют собой теплоизолированные металлические ящики со стеклянной или пластмассовой крышкой.

Рис.1. Плоский солнечный коллектор

В них же помещена пластина абсорбера. Абсорбер является ключевой частью солнечного коллектора, где происходит преобразование солнечной энерги в тепловую Черезе абсорбер передается тепловая энергия теплоносителю. Пластина абсорбера окрашивается в черный, так как темные поверхности способны поглощать больше солнечной энергии, нежели светлые.

Остекление коллекторов бывает двух видов: стеклянным или матовым. Но в большинстве используют матовое стекло из-за ее способности значительного светопропускания. Обычно дно и стенки коллектора покрывают теплоизолирующим материалом для снижения потерь тепла.

Солнечный свет попадая на поверхность, проходит через остекление, и попадает на пластину, которая в свою очередь нагревает и способствует формированию тепловой энергии из солнечной радиации. Тепло передается теплоносителю (вода или воздух), который циркулирует по трубкам установки. С связи с тем, что большинство темных покрытий отражают около 10% радиации, пластины покрывают селективнм порытием, способным удерживать солнечный свет и служить намного дольше чем обычная черная краска (мы упомянули об этом выше).

Селективное покрытие представляет собой очень тонкий прочный слой из аморфного полупроводника, который наносится на металличесую основу. Селективные покрытия обладают отличной поглощающей способностью, и имеют низкий коэффициент излучения. И соответственно, применяемая пластина должна обладать высокой теплопроводностью, и с минимальными теплопотерями передавать выработанное тепло теплносителю. Одним из основных элементов коллектора также является теплоизоляционный слой, необходимый для снижения теплопотерь.

Система солнечного коллектора для отопления

Солнечные коллекторы можно устанавливать на крышу, образуя единую конструкцию с кровлей.Эффективным является установка коллекторов на крыше (Сравнивая с установкой конструкции на земле), а бак с водой (аккумулирующий) устанавливают в помещении, где производят наиболее выгодную установку сети горячей воды. Трубами соединяются бак и коллектор. Циркуляция в системе обеспечивается гелиостанцией.

В бак можно установить нагревательный контур для обеспечения необходимой температуры воды (теплоносителя). Коллектором накапливается солнечное излучение вне зависимости от погодных условий, и коэффициент поглощения составляет 96%. Для эффективного использования кровли при накоплении энергии коллектор устанавливают под углом 30-40°. Чтобы поддерживать отопление в системе применяют так называемый буферный бак - автоматизированная система, применяемая для поддержания и сохранения тепла, полученного от альтернативного источника и других видов источников, например котел, работающий на электричестве и же на другом виде топлива. Нагретая от второстепенных источников вода используется как теплоноситель для системы отопления. Касательно контроллера, он обеспечивает оптимальные параметры циркуляции в системе и способствует обеспечению необходимой заданной температуры.

Такая система эффективна тем, что обеспечивает в в ночное время привлечение минимально необходимой энергии для поддержания оптимальных параметров в помещении.

Основные достоинства плоских солнечных коллекторов:

Высокая производительность (во время пиковой инсоляции);

Возможность сэкономить на подогреве воды;

Длительный эксплуатационный период;

Возможность самостоятельного изготовления колллектора из-за отсутствия сложностей в конструкции;

Возможность использования как основного и допольнительного источника энергии;

Эффективность системы в поясах с умеренным и холодным климатом при низкой интенсивности потока солнечной радиации.

Вакуумные солнечные коллекторы

Вакуумные солнечные коллекторы способны нагревать воду до 300°С. Главным конструктинвным отличием такого коллектора является наличие стеклянных трубок, внутри которых размещены другие трубки, по которым движется теплоноситель. А между внешней и внетренней трубками находится вакуум, благодаря чему сохраняется тепло и эффективность увеличивается на 30% по сравнению с плоскими коллекторами.

Рис.2. Вакуумный солнечный коллектор

Обычно внешнее стекло трубки является прозрачным, а на поверхность внутренней наносят высокоселективное покрытие для улавливания солнечной энергии. Тепловые трубки, которые применяются в таких коллекторах, выполняют роль проводника тепла. При попадании солнечных лучей на установку, жидкость, находящаяся в нижней части трубки, превращаясь в пар, поднимается наверх, после чего пар, конденсируясь,

передает тепло коллектору.

Рис.3. Процесс работы вакуумных трубок

Такая схема работы установки помогает увелечить КПД в условиях низких температур и недостаточной освещенности.

Благодаря новым технологиям, современные солнечные коллекторы способны нагреть воду до температуры кипения даже при низких(минусовых) температурах.

Принцип работы

Солнечная энергия абсорбируется и превращается в тепло с помощью покрытия вакуумных трубок. Теплопередача осуществляется от теплообменного стержня через гильзу к воде резервуара. Комплект системы включает в себя трубки, внешний бойлер, контроллер, и соответственно при этом должен быть обеспечен устойчивый монтаж.

Вакуумные трубки способны поглощать инфракрасные лучи, поэтому коллектор может работать и в пасмурные дни. Количество солнечного излучения поступающего на вакуумный коллектор не подвержено изменению в связи с формй трубок, и поэтому по сравнению с плоским коллектором вакуумный поглощает больше излучения. Солнечные лучи падают на поверхность под прямым углом, тем самым сводят отражение к минимуму.

Трубки коллектора располагаются параллельно, а угол наклона трубок зависит от широты местарасположения установливаемой системы отоплени. Черный свет трубок коллектора отлично сочетается к кровлей. Данная конструкция может иметь соединительные выходы сбоку и сзади, чтобы позволяет устанавливать несколько коллекторов вплотную, и образовывать единую конструктивную систему значительной площади.

Боковое соединение используется в случае необходимости установки конструкций в ряд, а также для снижения перепада давления. В чем преимущество установки такого вида коллектора? В том, что трубки следуют движениею солнца в течении дня, и при необходимости можно уменьшать площадь, снимая или добавляя трубки, также замена трубок не требует приостановки работы системы. Вакуумные солнечные коллекторы хорошо обслуживают дом горячей водой, эффективны для использования в обеспечении отопления, и возможно применение в системах вентиляции зданий и соооружений различного назначения.

Высокая стоимость солнечных коллекторов была едиственным препятствием на пути применения их в широком спектре. Однако, продажа набирает обороты. По сравнению с солнечными плоскими коллекторами вакуумные дороже в цене, и не находят масштабного применения. Приемлемая цена и эффективность систем делают их рациональными для использования и срок окупаемости соответственно не большой.

Гелиосистемы различают: с замкнутым и незамкнутым контуром.

В геолисистемах с замкнутым контуром теплообменник размещают как внутри бака-аккумулятора, так и снаружи. А коллекторы с незамкнутым контуром используют в теплых климатических широтах, где нет опасности замерзания. Вакуумные коллекторы применимы как закрытых, так и в открытых системах, так как выполняют роль конроллера давления, температуры и оказывают защитное воздействие для предотвращения замерзания.

Солнечный коллектор не имеет встроенного бака-аккумулятора и в теплопроводе вмещается малое количество воды. Циркулиция теплоносителя обеспечивается циркулиционным насосом. Скорость потока, необходимая для работы системы, обычно не превышает 2м/с. Поэтому достаточно установить циркулиционный насос малой мощности. Насосы большой мощности необходимы в случае установки большого контура из солнечных установок, и для компенсации потерь напора теплоносителя в системе. Эффективность солнечных коллектор заключается в том, что внутренняя трубка защищена теплоизоляционным слоем, в результате чего теплопотери в системе сводятся к абсолютному минимуму, и соответственно производительность систем очень высокая в течение целого года.

Как и любие другие конструкции и системы, вакуумные коллекторы имеют свои достоинства и недостатки:

-Вакуумные коллекторы хороши тем, что ими можно достичь высоких температур;

-Эффективны для использования в холодный период года;

-При неполадках можно заменить поврежденные трубки, но система будет продолжать работать;

-Отличается хрупкостью в сравнениии с плоским коллектором.

Преимущества солнечных водонагревателей перед электрическими:

-Расходы на обслуживание низкие

-Возможность нагревать большой объем воды (до 300л)

-Срок службы сравнительно большой (15-30лет)

-Отсутствие пагубного воздействия на окружающую среду

-Цена на содержание и обслуживание не зависит от повышения тарифов на электроэнергию

Выполнил: Минько Е. А.
Группа 12ТВз-4 Проверила: ДавыденкоН. В.

Читайте также: