Солнечный коллектор

نوشته شده در 3 بهمن 1399 / توسط اینماد

Солнечный коллектор – это устройство для сбора тепловой энергии от солнечного света (солнечная установка), переносимого видимым светом, а также ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных панелей, которые вырабатывают электрическую энергию, солнечный коллектор нагревает продукт теплопередачи.
В основном используется для нужд горячего водоснабжения и отопления помещений.

Виды солнечных коллекторов

Плоские

Коллектор уровня состоит из солнечного поглотителя (поглотителя), прозрачного слоя, а также теплозащитного слоя. Поглотитель присоединен к системе теплопередачи. Он покрыт черной краской или уникальным аккуратным покрытием (обычно распыление черного никеля или оксида титана) для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно изготавливается из затвердевшего стекла с пониженным содержанием стали или уникального гофрированного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта защитным материалом (например, полиизоциануратом). Трубы, по которым распространяется теплоноситель, изготовлены из сшитого полиэтилена или меди. Сама панель закрыта, для чего отверстия в ней собраны силиконовым герметиком.
При отсутствии потребления тепла (торпидности) коллекторы уровня способны нагреть воду до 190-210 ° C. Чем больше падающая мощность передается теплоносителю, протекающему в коллекторном агентстве, тем выше его эффективность. Его можно увеличить, используя специальные оптические покрытия, которые не выделяют тепло в инфракрасном спектре.

Вакуумные

Возможно повышение температуры теплогенератора примерно на 250-300 ° C в условиях ограничения отвода тепла. Этого можно добиться за счет снижения тепловых потерь в результате использования многослойной отделки стекла, обеспечения безопасности или создания вакуума в коллекторских агентствах.
Собственно в солнечном теплотрассе есть устройство, похожее на домашние термосы. Прозрачна только внешняя часть телевизора, а внутренняя трубка имеет очень избирательную отделку, которая улавливает солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой существует вакуум. Именно вакуумная прослойка позволяет сэкономить до 95% уловленной тепловой энергии.
Кроме того, теплопроводы используются в вакуумных солнечных коллекторах в качестве проводников тепла. При облучении установки солнечным светом жидкость в нижней части трубки при нагревании превращается в пар. Пары поднимаются на верхнюю часть телевизора (конденсатор), где они конденсируются и передают тепло в коллекторское агентство. Использование этой схемы позволяет достичь более высоких характеристик (по сравнению с коллекторами уровня) при работе при низких температурах, а также при слабом освещении.
Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду до температуры кипения даже при неблагоприятных температурах окружающей среды.

Устройство бытового коллектора

Теплообменник (вода, воздух, масло или антифриз) нагревается, протекая через коллектор, а затем передает тепловую энергию в резервуар, в котором хранится теплая вода для потребителя.
В простом варианте циркуляция воды происходит нормально из-за разницы температур в коллекторском агентстве. Это средство улучшает производительность солнечной установки, так как эффективность солнечного коллектора снижается с повышением уровня температуры теплоносителя.
Дополнительно существуют солнечные водонагревательные установки накопительного типа, в которых отсутствует отдельный накопительный бак, а также нагретая вода хранится прямо в солнечном коллекторе. В данном случае установка представляет собой накопительный бак, близкий к прямоугольной форме.

Солнечные коллекторы-концентраторы

Повышение уровня рабочих температур до 120-250 ° C возможно за счет введения концентраторов прямо в солнечные батареи с использованием параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких рабочих температур необходимы устройства слежения за солнцем.

Солнечные коллекторы воздуха

Солнечные агентства по сбору воздуха – это устройства, которые работают от солнечной энергии, а также нагревают воздух. Энтузиасты солнечного воздуха часто используются для обогрева помещений, сушки сельскохозяйственных продуктов. Воздух проходит через абсорбер в результате естественной конвекции или работы вентилятора.
В некоторых системах солнечного нагрева воздуха к абсорбирующей пластине прикреплены последователи для улучшения теплопередачи. Недостатком такой схемы является то, что для работы вентиляторов требуется энергия, что увеличивает стоимость эксплуатации системы. В холодных условиях воздух направляется прямо в зазор между пластиной абсорбера, а также изолирующей поверхностью задней стенки коллектора: таким образом, предотвращается потеря тепла через остекление. Тем не менее, если воздух нагревается не более чем на 17 ° C выше внешней температуры, теплоноситель может циркулировать по обеим сторонам пластины абсорбера без значительного снижения производительности.
Основные преимущества любителей воздуха – их простота и целостность. При правильном обращении высококачественный коллектор прослужит 10-30 лет, и с ним очень легко обращаться. Теплообменник не требуется, так как воздух не замерзает.

Применение

солнечный бойлер используются для отопления жилых и коммерческих помещений, а также для горячего водоснабжения промышленных и бытовых нужд. Наибольшее разнообразие производственных процессов с использованием теплой и горячей воды (30-90 ° C) встречается на рынках пищевых продуктов и текстиля, которые, таким образом, имеют наибольшую емкость для использования солнечных коллекторов.
В Европе в 2000 г. общее расположение солнечных коллекторов составляло 14,89 млн м2, а в мире – 71,341 млн м2.
Солнечные коллекторы – концентраторы могут вырабатывать электроэнергию с помощью солнечных батарей или двигателя Стирлинга.
Солнечная батарея может использоваться в установках по опреснению соленой воды. По данным Немецкого аэрокосмического центра (DLR), к 2030 году расходы на опресненную воду снизятся до 40 евроцентов за кубометр воды.

Солнечные башни

Впервые идея создания солнечной электростанции промышленного типа была выдвинута советским инженером Н. В. Линицким в 30-е годы прошлого века. При этом использовалась схема солнечного терминала с основным приемником на вышке. В нем система регистрации солнечных лучей содержала зону гелиостатов – плоских отражателей, управляемых по 2-м координатам. Каждый гелиостат отражает солнечные лучи на поверхность центрального приемника, который возвышается над полем гелиостата, чтобы исключить влияние общего затемнения. По своим размерам и характеристикам ресивер напоминает традиционный тяжелый паровой котел.
Экономический анализ выявил возможность использования на таких станциях больших генераторов-генераторов мощностью 100 МВт. Общими параметрами для них являются уровень температуры 500 ° C и давление 15 МПа. Принимая во внимание потери, необходимо было сосредоточить внимание около 1000, чтобы обеспечить такие характеристики. Такая фокусировка была достигнута регулировкой гелиостатов по двум координатам. Терминалы должны были иметь аккумуляторы тепла, чтобы гарантировать работу прогретого двигателя в отсутствие солнечного излучения.
В США с 1982 года фактически построено несколько башенных станций мощностью от 10 до 100 МВт. Тщательный экономический анализ систем такого типа показал, что с учетом всех цен на строительство 1 кВт установленной мощности стоит около 1150 долларов США. На один кВтч электроэнергии расходуется около 0,15 доллара США.

Параболоцилиндрические концентраторы

Аллегорические круглые концентраторы имеют форму параболы, вытянутой по прямой. В 1913 году Франк Шуман построил в Египте водонасосную станцию ​​из круглых параболических концентраторов. Терминал состоял из 5 центров, каждый длиной 62 метра. Отражающие поверхности изготовлены из традиционных зеркал. Терминал производил пар, с помощью которого он перекачивал около 22 500 литров воды в минуту. Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в линию, а также может обеспечивать его стократную концентрацию. В фокусе параболы находится трубка с теплоносителем (маслом) или солнечная батарея. Масло нагревается в трубке до температуры 300-390 ° C. В августе 2010 года специалисты NREL исследовали установку SkyFuel. В ходе испытаний были продемонстрированы 73% -ные тепловые характеристики аллегорических цилиндрических концентраторов при температуре нагревательного инструмента 350 ° C.
Параболические круглые зеркала изготавливаются длиной до 50 метров. Зеркала ориентированы по оси север-юг и расположены рядами через каждые несколько метров. Теплообменник поступает в тепловой аккумулятор для дополнительной выработки электроэнергии тяжелым паротурбинным генератором. С 1984 по 1991 год девять электростанций из аллегорических цилиндрических концентраторов общей мощностью 354 МВт были интегрированы в Золотое государство. Стоимость электроэнергии составляла около 0,12 доллара за киловатт-час. Немецкая компания Solar Centuries AG разрабатывает солнечную электростанцию ​​во Внутренней Монголии (Китай). Полная мощность АЭС вырастет до 1000 МВт к 2020 году. Мощность первой очереди составит 50 МВт. В июне 2006 года в Испании была построена первая тепловая солнечная электростанция мощностью 50 МВт. В Испании к 2010 году могут быть построены электростанции мощностью 500 МВт с параболоцилиндрическими концентраторами. Всемирный финансовый институт финансирует строительство и строительство сопоставимых атомных электростанций в Мексике, Марокко, Алжире, Египте, а также в Иране. Фокус солнечного излучения может уменьшить размер солнечной батареи. Но при этом снижается его производительность, а также требуется особая система охлаждения.

Параболические концентраторы

Параболические концентраторы имеют форму параболоида вращения. Параболический рефлектор регулируется в две работы при слежении за солнцем. Энергия солнца сосредоточена на небольшом месте. Зеркала отражают около 92% солнечной радиации. В упоре рефлектора на распорку устанавливается двигатель Стирлинга или фотоэлементы. Двигатель Стирлинга расположен так, чтобы место нагрева оставалось в упоре отражателя. В качестве рабочего тела двигателя Стирлинга обычно используют водород или гелий.
В феврале 2008 года Сандийская национальная лаборатория достигла эффективности 31,25% в устройстве, содержащем аллегорический концентратор, а также электродвигатель Стирлинга. В настоящее время не завершены установки с аллегорическими концентраторами мощностью 9-25 кВт. Разрабатываются бытовые установки мощностью 3 кВт. Эффективность таких систем составляет порядка 22-24%, что больше, чем у солнечных батарей. Энтузиасты изготавливаются из обычных материалов: стали, меди, алюминия и т.д. без использования кремния «солнечного качества». В металлургии используется так называемый «металлургический кремний» чистотой 98%. Для производства фотоэлементов используется кремний «солнечной чистоты» или «солнечного качества» с чистотой 99,9999%.
В 2001 году стоимость электроэнергии, вырабатываемой солнечными коллекторами, составляла 0,09-0,12 доллара за кВтч. Министерство энергетики США прогнозирует, что расходы на электроэнергию, производимую солнечными концентраторами, обязательно снизятся до 0,04-0,05 доллара к 2015-2020 гг.
Компания Stirling Solar устанавливает массивные солнечные батареи мощностью до 150 кВт с электродвигателями Стирлинга. Компания строит крупнейшую в мире солнечную электростанцию ​​в южной Калифорнии. До 2010 года обязательно будет 20 тысяч энтузиастов параболики диаметром 11 метров. Суммарная мощность АЭС может быть увеличена до 850 МВт.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *