Устройство солнечного коллектора: Устройство и принцип работы солнечного коллектора

Устройство и принцип работы солнечного коллектора

Солнечный вакуумный водонагреватель обеспечивает сбор и преобразование солнечной энергии в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии у подобных устройств составляет 97%.

 

Энергию Солнца в дело

Вакуумные водонагреватели прямого нагрева

В таких системах стеклянные вакуумные трубки и бак-накопитель составляют единое целое и монтируются на одну раму. Трубки входят непосредственно в накопительный бак через уплотнительное кольцо. Вода, нагреваясь в вакуумных трубках, поднимается в бак за счёт естественной циркуляции. После чего она может быть использована для бытовых нужд.

Такие системы работают без давления. Подключение к водопроводу производится через запорный клапан, который поддерживает постоянный уровень воды в баке. Так как в качестве теплоносителя используется вода, такие водонагреватели можно использовать в период с мая по сентябрь, то есть до поры наступления ночных заморозков.

Преимуществами водонагревателей такого типа являются простота конструкции, определяющая высокую надёжность и низкую стоимость, а также полная энергонезависимость.

Вакуумные водонагреватели косвенного нагрева

Принцип действия таких водонагревателей напоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, которая работает под давлением. Ещё такие системы называют всесезонными или раздельными. За счёт использования тепловых трубок в конструкции вакуумных коллекторов достигается большая эффективность при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Применяются вакуумные тепловые трубки HP (Heate Pipe). Это более продвинутый тип трубки, который может работать при низких, до -50°С температурах. Коллектор и бак-накопитель расположены раздельно и соединены трубопроводом. Для соединения используют медную или удобную в монтаже гофрированную трубу из нержавеющей стали, которая не боится разморозки.

Водонагреватель обычно монтируется на крыше, а бак-накопитель внутри здания. Теплоноситель циркулирует принудительно, для этого система использует электрические насосы, клапаны и контроллеры. И хотя подобная установка является энергозависимой, многолетний опыт эксплуатации показывает, что при использовании её в комплексе с солнечными электрическими панелями, обеспечивающими питание циркуляционного насоса, такая система может длительное время работать и при отключении электричества.

Системы с открытым контуром

Если через коллектор, в котором происходит передача тепла от вакуумных трубок, используется вода, которая циркулирует между ним и баком-накопителем, она называется системой с открытым контуром.

Такая схема наиболее проста и эффективна и снижает эксплуатационные расходы, однако солевые отложения и коррозия со временем могут вывести её из строя. Коллекторы с открытым контуром популярны в регионах с круглогодичными положительными температурами или при сезонном использовании. Хотя они и способны противостоять умеренно отрицательным (до -20°С) температурам без повреждения.

Системы с закрытым контуром

В этих системах косвенного нагрева теплоносителем первого контура является антифриз, который и передаёт энергию бытовой воде через теплообменник внутри бака-теплоаккумулятора. Они дороже, но при этом и более эффективны. Системы с закрытым контуром имеют хорошую защиту от замораживания, поэтому они безальтернативны для тех районов, где влияние отрицательных внешних температур носит продолжительный характер.

Солнечный коллектор

Через верхнюю часть коллектора протекает незамерзающая жидкость, которая отбирает тепло от медных наконечников вакуумных трубок и циркулируя через теплообменник бака-аккумулятора (бойлера), таким образом нагревает в нём воду.

Циркуляция антифриза в системе осуществляется посредством циркуляционного насоса. Его включением и выключением на основании показаний датчиков температуры, которые расположены на выходе коллектора, в бойлере и обратке системы отопления, управляет контроллер.

Цикл передачи тепла от коллектора к баку длится весь световой день, пока температура на выходе из коллектора выше температуры воды в баке. Тепловой контур отделен от трубок, поэтому при повреждении одной или нескольких из них коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, ведь сливать антифриз из контура теплообменника нет необходимости. Расширительный бак предохраняет систему от избыточного давления, возникающего при сильном нагреве теплоносителя.

Бак-аккумулятор тепла

Резервуар накопитель по своему устройству напоминает обычный бойлер. Он предназначен для накопления и сохранения тепла и обычно включает в себя одну или две внутренние спирали теплообменников. Сам бак выполнен из нержавеющей стали в пенополиуретановой изоляции в стальном корпусе. Если нагретая вода не расходуется, бак выполняет функцию теплоаккумулятора и хранит её нагретой, позволяя пользоваться горячей водой даже в тёмное время суток, когда солнечный коллектор не работает.

Получаемая в некоторые дни вода может иметь недостаточную из-за продолжительной пасмурной погоды или малого в зимнее время количества солнечных часов температуру. Поэтому в бак-теплоаккумулятор может устанавливаться дублирующий электрический автоматический водонагреватель мощностью 1-2,5 кВт. В случае снижения температуры в баке ниже установленной он автоматически включается и догревает воду до заданной температуры.

При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом помещения и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур. Такая последовательность работы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что с ней легко сочетаются другие нагревательные системы, например, контур ГВС отопительного котла.

Таким образом, активная система с закрытым контуром представляет собой комплексную автоматизированную систему преобразования и сохранения тепла, полученного как путём преобразования энергии солнца, так и других источников тепла.

Например, к ней легко можно подключить традиционный электрический или газовый водонагреватель, который страхует систему при неблагоприятных погодных условиях. Система обладает малой инерционностью и достаточно быстро выходит на рабочий режим, позволяя обеспечить горячее водоснабжение круглогодично, а сезонное отопление с экономией до 40% традиционного топлива в зависимости от географической широты местности и климатических условий.

Начало: Солнечный водонагреватель. Бесплатный источник тепла

 

Принцип работы вакуумного солнечного коллектора

Вакуумный солнечный коллектор служит для переработки энергии прямых солнечных лучей в тепловые ресурсы. Данное устройство при любой температуре природных воздушных потоков, независимо от погодных условий работает на накопление энергетических солнечных ресурсов. Чаще всего такое оборудование устанавливают на кровельных покрытиях жилых и производственных конструкций и ориентируют на южное направление.

 

Стоит отметить что существует несколько типов коллекторов работающих от солнечного света. Основными типами являются плоский тип устройства и вакуумная модификация. В плоском устройстве вода нагревается за счет падающих солнечных лучей проодящих через специальное стекло, с нанесенным на него спецраствором черного цвета для сохранения тепла. Такая плоская панель делается воздухонепроницаемой, и имеет способность нагревать воду до температуры 200 градусов по Цельсию.

 

Вакуумный тип коллекторов имеет важное конструктивное отличие от плоских моделей устройства. Он имеет вид нескольких стеклянных трубок закрепленных на базовой панели. Эти стеклянные трубки имееют на внутренней поверхности стекла специальное покрытие собирающее солнечное тепло. Кроме того внутри такой трубки располагается еще одна трубка меньшего сечения, причем между внешней и внутренней трубками имеется полость из которой откачан воздух. Эта вакуумная прослойка нужна для большей сохранности тепла, и способна повысить эффективность коллектора на 30 процентов, по сравнению с плоскими модификациями.

С помощью такого коллектора вода способна нагреться до 300 градусов по Цельсию.

 

Еще одним технологическим отличием вакуумного типа солнечного коллектора является наличие специальной жидкости внизу трубки, которая вледствие нагрева превращается в пар, и, поднимаясь вверх, равномерно нагревает воду. В регионах с малой продолжительностью светового дня и в условиях минусовой температуры такая схема работы дает значительный выигрыш в количестве тепловой энергии. Что касается цены, то, конечно, более конструктивно сложный вакуумный коллектор имеет более высокую цену, но при этом его характеристики имеют преимущества.

 

Вакуумные накопители энергетических ресурсов с прямой тепловой подачей

 

В устройствах с непосредственной подачей тепла вакуумные приспособления из стекла и накопительный бак, прикреплены на одном рамовом каркасе, с наклоном от сорока до шестидесяти градусов. Вакуумные механизмы соединены с баком накопителем, при помощи уплотнительного соединительного кольца из резины.

 

 

Когда нагревается жидкость, помещенная в стеклянные емкости с вакуумом, то водные слои, с более высокой температурой, посредством циркуляции поднимаются в накопительный отсек, далее нагретые водные массы из накопителя, используются для удовлетворения производственных и бытовых нужд. Вакуумный коллектор, для получения солнечной энергии, данного типа действует без дополнительной подачи давления.

Посредством запорного клапана устройство подключается к водопроводным линиям. Специальный фиксирующий клапан контролирует состояние уровней водной массы в накопительной емкости. Так, как в роли носителя тепловой энергии в вакуумном коллекторе, для получения солнечной энергии, выступает вода, то и данные устройства, получили название — сезонных обменников тепловой энергии.

 

Вакуумный коллектор, для получения солнечной энергии, с косвенной тепловой подачей

 

Принцип функционирования оборудования, имеющего свойства косвенной передачи тепловых ресурсов, похож на рабочий процесс системных линий централизованного отопления. Данные соединения работают благодаря давлению от водопроводных путей.

 

Функционал и основные преимущества системы вакуумного коллектора

 

Для работы системы используют вакуумные изолированные приспособления. Данный вид тепловых соединений не прекращает функционировать даже при пониженной температуре (- 40 градусов) и выдерживает усиленное давление водопроводных каналов. Само оборудование с накопительным баком монтируется по отдельности, соединяясь посредством специальных изделий металлопроката.

 

 

 

Стандартный вакуумный коллектор, для получения солнечной энергии, располагают на домовой крыше, а накопительную емкость во внутренней части помещения. Данные установки получили название — сплит-системами. Так же они получили название всесезонные (раздельные). Функционирование косвенных устройств автоматизировано при помощи контроллера. Бесперебойную циркуляцию носителя тепловой энергии в системах выполняет насос.

Основные положительные стороны использования коллекторов солнечного тепла вакуумного типа это:

• Высокая эффективность даже при минусовой температуре
• Легкость монтажа конструкции
• Устойчивость коллектора при ветровых нагрузках
• Продолжительное время работы

Из отрицательных моментов использования можно отметить только завышенную стоимость оборудования, которая в долгосрочном периоде в процессе использования окупается.

Принцип работы вакуумного солнечного коллектора

 

Теплоносителем в вакуумном солнечном коллекторе выступает незамерзающая жидкость, которая, протекая через верхнюю зону устройства, поглощает тепловую энергию со специальных наконечников из медных сплавов. При перекачке осуществляет нагревание водной масс в накопителе, с помощью змеевого механизма. Цикл передачи тепла зависит от продолжительности дня и происходит до того момента, пока температура жидкости на выходе из устройства превышает температурные показатели водных потоков в накопительной емкости.

 

 

Приёмник – медный с изоляцией полиуретанового типа, защищён анодированным алюминиевым покрытием. Подача тепловой энергии осуществляется сквозь гильзу приёмника. Процесс смены комплектующих деталей не сложный. Он не требует сливания незамерзающей жидкой массы из теплообменника.

На выходе из вакуумного коллектора, для получения солнечной энергии, в накопительной емкости, а также на обратной стороне контуре устройства отопления расположены температурные датчики. Основываясь на показания температурных приборов, солнечный контроллер включает, либо выключает циркуляционный насос. При перегреве теплоносителя в системе может возникнуть избыточное давление, для этого предусмотрен расширительный бак.

Такой коллектор служит прекрасной альтернативой электричеству и газовому отоплению, так как является экологичным устройством, благодаря использованию солнечной энергии. Кроме того, такие устройства очень выгодны с экономической точки зрения.

 

 

Применение солнечных коллекторов

 

В настоящее время солнечные коллекторы, как вакуумного, так и плоского типа, широко распространены в странах с высокой солнечной активностью. Их с успехом применяют как для бытовых нужд и обогрева жилых домов, так и на производственных предприятиях, и на фермерских плантациях для выращивания овощей. Такой вид получения энергии довольно популярен в европейских государствах, где экономия всегда стоит во главе угла, особенно в таких странах как Испания, Кипр, Австрия и Германия. В остальном мире солнечные коллекторы распространены также в США, Китае, Монголии. Во всем мире переход на солнечную энергию означает существенный прорыв современных технологий, которые дают большие возможности для обеспечения населения планеты неисчерпаемым источником энергии.

 

В России солнечные коллекторы пока не получили должной популярности, хотя во многих регионах страны достаточное наличие солнечного света могло бы существенно снизить затраты на обогрев помещений. Такие регионы как Забайкалье, южная часть Сибири, а также южная часть европейской части страны имеют необходимое количество солнечной радиации для выработки более дешевого тепла, чем дают традиционные источники.

 

Такой способ получения энергии в долгосрочной перспективе дает большую экономии природных ресурсов, и благотворно влияет на экологическую обстановку на нашей планете.

 

виды, принцип работы системы, правила установки солнечных коллекторов, сфера и специфика применения устройств

Солнечными коллекторами называют установки, предназначенные для сбора тепловой энергии солнца, используемой для нагрева теплоносителя. Как правило, их используют для отопления и горячего водоснабжения помещений. Основные объекты использования гелиоколлекторов – здания коммерческого назначения и частные дома.

Солнечный коллектор – своего рода уникальное устройство. Его покупка в будущем позволит избавиться от ежемесячных расходов на горячую воду и отопление. Однако в связи с его немалой стоимостью главное – не допустить ошибок при выборе соответствующего оборудования.

Следовательно, перед тем, как приобрести гелиоколлектор, необходимо располагать общей информацией о его видах, особенностях и принципах работы.

Преимущества солнечных коллекторов и гелиосистем Oventrop

Экономичность. Солнечные коллекторы существенно снижают расходы на горячее водоснабжение и обогрев коттеджа в холодное время года. Использование гелиоустановок сокращает годовые затраты на нагрев воды до 60%, а на отопление здания – до 30%;

Экологическая чистота. Гелиоколлектор абсолютно безопасен, т.к. не допускает загрязнения окружающей среды и не оказывает негативного влияния на здоровье человека. Кроме того, в воде, находящейся под действием высоких температур и вакуума, появление и распространение бактерий становится невозможным;

Длительный срок эксплуатации. Надежность и долговечность солнечных коллекторов Oventrop обусловлена применением современных высококачественных материалов. Стеклянные и металлические элементы гелиоустановки отличаются ударопрочностью и устойчивостью к резкой смене погоды, в частности порывам ветра;

Автономность. Гелиоустановка может отапливать здания даже в случае длительных перебоев в работе системы теплоснабжения. Аналогичная ситуация и при отключении горячей воды.

Специфика применения

В отличие от теплогенераторов и тепловых насосов, преобразующих энергию из согретых солнцем грунтовых вод и воздушных масс, солнечные коллекторы работают от прямых солнечных лучей, воздействующих на их поверхность. Единственный нюанс гелиоколлекторов заключается лишь в том, что ночью они находятся в пассивном режиме.

На суточную производительность гелиоустановки влияют такие факторы, как:

• Продолжительность светового дня, которая в свою очередь зависит от географической широты региона и времени года. Так, например, в Центральной части России летом солнечный коллектор будет функционировать по максимуму, а зимой – по минимуму. Это связано не только с длительностью дня, но и изменением угла падения солнечных лучей на гелиопанели;
• Климатические особенности региона. Как правило, на территории нашей страны имеется множество участков, над которыми больше 200 дней в году солнце скрывается за слоями туч или за пеленой тумана. Несмотря на то, что гелиоколлектор может улавливать даже рассеянные солнечные лучи, в пасмурную погоду его продуктивность значительно уменьшается.

Принцип работы и особенности устройства

Главным элементом гелиоколлектора является адсорбер. Он представляет собой медную пластину с присоединенной к ней трубой. При поглощении энергии воздействующих на гелиосистему прямых солнечных лучей, адсорбирующий элемент моментально нагревается, передавая тепло циркулирующему по трубопроводу теплоносителю.

От типа поверхности коллектора зависит его способность отражать или поглощать солнечные лучи. Так, например, устройство с зеркальной поверхностью превосходно отражает свет и тепло, в то время как черная пластина полностью поглощает их. Следовательно, для наибольшей эффективности медную пластину адсорбера чаще всего покрывают черной краской.

Чтобы также повысить количество излучаемой от солнца тепловой энергии, необходимо грамотно выбрать прикрывающее адсорбер стекло. Для солнечных коллекторов применяют специальное стекло с антибликовым покрытием и минимальным процентом содержащегося в нем железа. Такое стекло отличается от обыкновенного не только сниженной долей отражаемого света, но и увеличивает прозрачность.

Кроме того, для предотвращения загрязнения стекла, что тоже снижает эффективность работы гелиоустановки, корпус коллектора полностью герметизируют, либо наполняют инертным газом.

При всем этом часть получаемой тепловой энергии пластина адсорбера отдает в окружающую среду, нагревая взаимодействующий с гелиосистемой воздух. Для снижения теплопотерь адсорбирующий элемент следует изолировать. Поиски максимально эффективных способов теплоизоляции и привели к появлению множества разновидностей солнечных коллекторов. Одними из распространенных видов являются плоские и трубчатые, или вакуумные.

Плоские солнечные коллекторы: устройство

Гелиоколлектор плоского типа состоит из алюминиевого короба, сверху которого установлено защитное стекло с абсорбционным слоем. Внутри корпуса расположены медные трубки, впускной и выпускной патрубки. Дно и стенки короба защищены самым надежным теплоизолирующим элементом – минеральной ватой.

Некоторые модели плоских коллекторов могут также иметь под стеклом слой пропиленгликоля, который выполняет функцию поглотителя солнечных лучей. Это увеличивает его КПД, обеспечивая оборудованию максимальную производительность вне зависимости от сезона.

Достоинства и недостатки плоских гелиоколлекторов

К главным преимуществам плоских солнечных коллекторов относят:

• Способность к самоочищению в случае выпадения осадков в виде снега или инея;
• Высокие показатели в соотношении «цена/качество», что характерно для южных регионов с теплым климатом;
• Высокий КПД при эксплуатации в летний сезон;
• Сравнительно невысокая стоимость в отличие от других гелиоконструкций.

Основными недостатками таких систем являются:

• Высокие теплопотери, обусловленные конструктивными признаками установок;
• Небольшой КПД при функционировании осенью и зимой;
• Сложности в ходе перевозки и монтажа гелиосистем;
• Максимальные затраты в случае выполнения ремонтных работ;
• Повышенная парусность гелиоустановки.

Сфера применения плоских солнечных коллекторов

Несмотря на недостатки, данный тип гелиосистем используется для сезонного нагрева горячей воды. Плоские гелиоколлекторы используются:

• Для горячего водоснабжения летнего душа;
• Для подогрева воды в бассейне до нужной температуры;
• Для обогрева теплиц.

Вакуумные гелиоколлекторы

Вакуумный солнечный коллектор – это высокотехнологичное комплексное устройство, предназначенное для сбора тепловой солнечной энергии и последующей ее переработки в тепловую энергию, которая используется в быту и промышленных сферах для обеспечения отопления, подогрева воды в системах водоснабжения. Солнечный вакуумный коллектор высокоэффективен и эргономичен, обладает высоким КПД даже в условиях слабой освещенности и низких температур, что дает возможность использовать систему в любое время года. Устройство позволяет перерабатывать в тепло инфракрасное излучение, проникающее сквозь облака и рассеянные лучи. Солнечные коллекторы Oventrop способны даже при отрицательных температурах окружающей среды нагреть воду до ста градусов Цельсия.

Сфера применения вакуумных  солнечных коллекторов

Использование конструкции значительно снижает затраты на отопление в зимний период года и гарантирует бесплатный подогрев воды в летний период года. Солнечный коллектор активно поглощает солнечную энергию и улавливает 98% энергии, когда степень вакуума — 10^—. Системы устанавливают на фасадах, плоских или скатных крышах. При расположении в произвольных местах угол наклона должен находиться в пределах 15-75⁰. Срок эксплуатации – не менее двадцати лет.

Системы широко используются для:

• подогрева воды в бытовых и производственных водопроводах, бассейнах;
• работы отопительных индивидуальных систем;
• обогрев теплиц.

Коллекторы легко включаются в сети водо- и теплоснабжения. Для подключения системы используется станция Regusol X Duo с вмонтированным теплообменником и контроллером, которая благодаря послойному накоплению теплоносителя повышает эффективность всей энергосистемы.

Установка солнечного коллектора

От правильности установки коллектора напрямую зависит эффективность конструкции. Для избегания риска поднятия давления вследствие перегрева воды расчет солнечного коллектора выполняются исключительно в специальных программах. Расчеты производятся с учетом погодных условий в точке размещения коллектора и среднегодового расхода тепла. Мощность солнечного корректора вычисляется исходя из данных о площади, значения инсоляции системы и КПД коллектора.

Перед началом расчетов определяется, будет система круглогодичной или сезонной.

1.  Солнечные корректоры сезонного типа предполагают использование в теплый период года (середина апреля – середина октября). Данная конструкция состоит из бака накопителя и коллектора. Теплоносителем служит вода, которая замерзает при отрицательных температурах, поэтому использование ее в холодную часть года невозможно.
2. Круглогодичные системы могут эффективно использоваться вне зависимости от температурного режима окружающей среды. В конструкции используется незамерзающая эфирная жидкость, которая обеспечивает высокий КПД солнечного коллектора даже в самые холодные дни года.

Вакуумные солнечные коллекторы при грамотной установке и монтаже покрывают до 60% среднестатистической семьи в горячей воде и обеспечивают отопление в период от второй половины весны до середины осени. Например, при установке системы в средних широтах России коллектор площадью в два квадратных метра обеспечивает ежедневный нагрев ста литров воды до 40-60⁰.

Эффективность установки в летний период года значительно выше. За один ясный световой день 1 м² коллектора будет прогревать около восьмидесяти литров воды до температуры + 65⁰. Среднегодовая производительность солнечного коллектора с поглощающей площадью в 3м² будет состоять в диапазоне 500-700 кВт/ч на 1м².

Устройство вакуумного солнечного коллектора

Компания Oventrop предлагает вакуумные солнечные коллекторы с тепловой трубкой. Системы с тепловой трубкой конструктивно напоминают термос: в стеклянную/металлическую трубку большего диаметра вставлена другая, меньшего диаметра. Пространство между ними вакуумированно, что обеспечивает максимально эффективную теплоизоляцию от воздействия внешних температур и минимальные потери на излучение. Вакуумная прослойка позволяет сохранить до 95% поглощенной тепловой энергии.

Все вакуумированные трубки оборудованы внутри медными пластинами поглотителя с эффективно собирающим солнечную энергию гелиотитановым покрытием. Заполненная специальной эфирной жидкостью тепловая труба установлена под поглотителем и присоединена к расположенному в теплообменнике конденсатору. Полученная поглотителем солнечная энергия превращает жидкость в пары, которые поднимаются в конденсатор и отдают тепло коллектору, конденсируется и возвращается в нижнюю часть колбы. Благодаря цикличности создается непрерывный процесс теплообмена.

Система способна вырабатывать значительные температуры и обеспечивает высокий КПД даже при слабой освещенности и t -30 — -45⁰С (в зависимости от вида коллектора с трубками из стекла или металла). Вакуумные солнечные коллекторы просты и недороги в эксплуатации. Специальные соединения конструкции позволяют заменять либо поворачивать трубки в заполненной находящейся под давлением установке.

Солнечные коллекторы. Какие они бывают?

Классический солнечный коллектор представляет собой металлические пластины черного цвета, установленные на крыше дома. Цвет и положение коллектора предполагает максимальное поглощение и накапливание солнечной энергии. Эти металлические пластины помещаются в корпус, изготовленный из стекла или пластмассы. Наклон к южной стороне, при установке позволит увеличить количество поглощаемой радиации. Проще говоря, солнечный коллектор – это миниатюрная теплица, которая накапливает солнечную энергию под стеклянной панелью. Солнечная радиация распределяется по поверхности равномерно, по этому, чем больше площадь коллектора, тем больше энергии будет поглощено.

На сегодняшний день солнечная энергетика развита достаточно обширно, это дает возможность устанавливать солнечные панели различных комплектаций и размеров. Этот аспект позволяет солнечным коллекторам обеспечивать хозяйственные нужды человека, такие как отопление и снабжение горячей водой.

К примеру, существует несколько отдельных видов солнечных коллекторов, которые различаются, в зависимости от температуры, до которой они способны достигать:

• Коллекторы низких температур. Такие коллекторы дают достаточно низкие температуры – не выше 50 С. Такие коллекторы, широко применяются для подогрева воды в бассейнах, и в других случаях, когда не требуется слишком высокая температура воды.
• Коллекторы средних температур. Такой тип коллекторов способен нагревать воду от 50 до 80 С. Зачастую, такой коллектор представляет собой плоскую остекленную пластину, в которой с помощью жидкости происходит теплопередача или же это коллекторы-концентраторы. В последних тепло концентрируется и может использоваться для нагрева воды в жилых секторах.Представлен коллектор-концентратор, в большинстве случаев, вакуумированным трубчатым коллектором
• Коллектор высоких температур. Зачастую имеют форму параболических тарелок. Такое устройство, в большинстве случаев используется большими предприятиями, которые генерируют электричество и распределяют его для городских электросетей

Интегрированный коллектор

Накопительный интегрированный коллектор

На данный момент одним из самых простых видов солнечных коллектором является емкостной коллектор, который еще называются термосифонным коллектором. Такое название, данный генератор получил за счет того, что он одновременно может и аккумулировать тепло и хранить определенное, уже нагретое, количество воды. Такие коллекторы, зачастую используются для начального нагрева воды, которая впоследствии нагревается до необходимой температуры стандартными установками (газовыми, электрическими колонками и т. д.). Такой метод позволяет экономить на потреблении электричества, за счет того, что в бак котла поступает уже подогретая вода.

Рассмотрим основные плюсы такого вида коллекторов. Первое – это, конечно же, экономия на электричестве. Второе – это возможность использовать достаточно дешевую альтернативу солнечной водонагревательной системе. Третьим плюсом стоит отметить простоту использования коллектора – минимум технического обслуживания, за счет отсутствия в нем движущихся частей (насосов и прочего).

Такие коллекторы бывают также «Integrated Collector and Storage», или, проще говоря, интегрированными коллекторами-накопителями. Такой вид коллектора, зачастую представлен одним или несколькими баками, которые заполнены водой. Эти баки помещаются в теплоизоляционный ящик и накрываются стеклянной крышкой. Порою, в этот же ящик помещаются прибор-рефлектор, который позволяет увеличивать солнечное излучение. Принцип действия данного устройства достаточно прост – солнечный свет, проходя через стекло, нагревает воду. Такая простота функционирования обуславливает достаточно не большую цену самого устройства. Однако стоит помнить, что в холодное время года, воду стоит защищать от замерзания, или же сливать.

Плоские коллекторы

Такие коллекторы, пожалуй, самые популярные для использования в бытовых условиях, для нагрева воды и в отопительных системах. Внешне, такое устройство выглядит как обычный металлический ящик. Однако внутри него находиться черная платина, которая поглощает солнечный свет. Крышка у этого ящика должна быть в обязательном порядке, стеклянной или пластмассовой, дабы лучше пропускать солнечную энергию.

Остекление плоского солнечного коллектора может быть прозрачным или матовым. Зачастую, все же, отдается предпочтение матовому остеклению, поскольку такое стекло позволяет пропускать только свет. А также, содержание железа в стекле должно быть очень низким, что бы позволить пропускать большую часть поступающего света, в коллектор. Принцип действия заключается в том, что солнечный свет, попадая на пластину, тепловоспринимающую пластину, которая и вырабатывает тепло. Стекло служит теплоизоляцией, а для повышения КПД коллектора, его стенки прокладывают теплоизолятором. Такая конструкция, позволяет снизить тепловые потери до минимума.

Пластина абсорбента, или же пластина, поглощающая солнечный свет, зачастую окрашена в черный цвет, дабы увеличить количество поглощаемой солнечной энергии, ведь тот факт, то темные тела притягивают ее больше – ни для кого не секрет. Проходя через стекло, и попадая на поглощающую пластину, солнечная радиация превращается в тепловую энергию. Далее, чтобы продолжить процесс, полученное тепло передается тепловому носителю. Тепловым носителем может выступать воздух или жидкость, которые циркулируют в трубах. К сожалению, даже полностью черные поверхности, способны отражать около 10% солнечной радиации, падающей на нее. Дабы избежать этого, абсорбирующие пластины покрываются дополнительно специальным покрытием, которое призвано удерживать солнечный свет попадающие на пластину. Такое покрытие служит дольше обычной краски и позволяет повысить КПД коллектора. В состав такого селективного покрытия входит слой аморфного полупроводника, который наноситься на металлическое основание пластины.

Абсорбирующие пластины изготавливаются из металла, который наилучшим образом проводит тепло. Высокий уровень теплопроводности металла позволит уменьшить теплопотери при передаче переработанной энергии теплоносителю. К списку таких металлов можно причислить медь и алюминий. Разница между ними заключается в том, что медная пластина способна лучше проводить тепло, и более устойчива к коррозиям, в отличии от алюминиевой пластины.

Плоские солнечные коллекторы бывают жидкостными или воздушными. А в зависимости от наличия остекления, и тот и другой вид бывает как остекленным, так и не остекленным.

Жидкостные коллекторы

В солнечных коллекторах этого типа, теплоносителем выступает жидкость. Солнечная энергия, перерабатывается в поглощающей пластине в тепло, и передается жидкости, которая течет по трубам, прикрепленным к пластине. Эти трубы могут идти параллельно друг другу, но на каждой, в обязательном порядке должно быть входное и выходное отверстие. Существует возможность расположение труб в виде змеевика. Такое положение уменьшает количество соединительных отверстий, что, в свою очередь, снижает вероятность протекания. Таким образом, змеевидное расположение обеспечивает более равномерный поток жидкости-теплоносителя. Однако, могут возникать сложности при спуске жидкости перед похолоданием, поскольку в изгибах трубы может остаться жидкость.

Простые системы жидкостных солнечных коллекторов предполагают использование обычной воды, которая сразу же, нагреваясь в коллекторе, поступает пользователю. Такие модели называют «разомкнутыми» или «прямыми» системами. Однако применение таких коллекторов неудобно в регионах с низким температурным режимом. Поскольку, при снижении температуры ниже точки замерзания – необходимо сливать воду. В этот период систему использовать невозможно. Альтернативой является использование незамерзающих жидкостей вместо воды. Этот вид системы жидкостных солнечных коллекторов использует жидкие теплоноситель, который, поглощая тепло, направляется в теплообменник. Зачастую теплообменником является водяной бак, конструкция которого предполагает передачу тепла воде. Такую систему называют «замкнутой» или «непрямой».

Остекление жидкостных коллекторов позволяет нагревать воду для бытовых нужд, и для отопления дома, поскольку их КПД выше, чем у неостекленных аналогов. Неостекленные коллекторы, зачастую используют для нагрева воды в бассейнах. В последних приборах не требуется нагревать температуру до высоких температур. Это позволяет использовать менее дорогие материалы, такие как пластмасса и резина.

Воздушные коллекторы

Теплоносителем в воздушных коллекторах выступает воздух, а он не замерзает и не кипит, в отличие от воды. Этот факт позволяет избежать проблем, которым подвержены жидкостные коллекторы. К тому же, утечка в системе воздушных коллекторов приносит намного меньше трудностей, хотя, конечно же, обнаружить ее достаточно сложно. Стоит помнить, что перед материалами, используемыми в воздушных солнечных коллекторах, не стоят особо сложные эксплуатационные задачи. По этому, в воздушных системах возможно использование более дешевых материалов.

Конструкция воздушных коллекторов, представляет собой сочетание плоских коллекторов. Такой прибор используется в основном для просушки сельскохозяйственной продукции, или же для отопления помещений. Металлические панели и многослойные неметаллические экраны могут послужить поглощающими пластинами в конструкции воздушных коллекторов. Теплоноситель проходит через стенки поглотителя с помощью естественной конвекции, или с помощью специального вентилятора.

Теплопроводимость воздуха, на порядок хуже, чем проводимость тепла, жидкостью. По этому, поглотитель получает значительно меньше тепла от воздуха, чем от жидкости. Вентилятор, присоединенный к поглощающей пластине, позволяет увеличить поток воздуха, таким образом, улучшая теплоотдачу. Однако и в этой конструкции есть свои недостатки. Для работы вентиляторов, необходимо дополнительно использовать электроэнергию, а это, в свою очередь увеличивает затраты на работу системы. В условиях холодного климата, необходимо направлять воздух между поглощающей пластиной и утепленной стенкой коллектора, это позволяет избежать потерь тепла. Но не стоит применять такою циркуляцию, если, все же, воздух в помещении, нагревается на 17 С больше, чем воздух на улице. В этом случае, воздух может спокойно циркулировать без потерь эффективности.

Поговорим о достоинствах воздушных коллекторов. В первую очередь – это простота и надежность. Воздушные коллекторы имеют достаточно простое устройство, благодаря этому снижается уровень необходимости технического обслуживания, при этом увеличивая их безусловную надежность. При достойных условиях эксплуатации, срок службы качественного воздушного коллектора колеблется от 10 до 20 лет. За счет того, что теплоносителем выступает воздух, исключается необходимость использования теплообменника и термоизоляции в холодное время года.

Однако не все так красочно, в сфере солнечных воздухонагревателей. Все дело в том, что применение таких установок распространено исключительно для отопления помещений и просушки сельскохозяйственной продукции, причем, в основном, в развивающих странах. Причиной этому стало то, что существуют некоторые ограничения, для использования в промышленных условиях. Начнем с того, что по сравнению с жидкостными, воздушные коллекторы занимают достаточно большую площадь, за счет низкого уровня удельной теплоемкости. К тому же, требуется оборудовать длинный воздуховод для эффективной работы коллектора. И самая главная трудность – это необходимость использования электроэнергии для прогонки воздуха через функциональные части коллектора. Еще иногда встречаются сложности с аккумулированием самой теплоты. Все эти проблемы, даже в регионах с достаточным количеством солнечных дней, приводит к значительному увеличению стоимости на эксплуатацию и установку воздушных коллекторов.

Принцип действия солнечных коллекторов

Элементарный воздушный коллектор

Воздушные солнечные коллекторы делятся на две группы, в зависимости от способа циркуляции воздуха. В самом простейшем случае, поток теплоносителя (воздуха) в коллекторе проходит как раз под поглотителем. Таким образом, данный коллектор позволяет повысить температуру воздуха, не больше чем на 3-5 С. Причиной такого низкого КПД является потери тепла на конвекцию и излучение.

Любой прозрачный материал, с низкой проводимостью инфракрасного излучения, позволяет снижать уровень теплопотерь, при накрывании им поглотителя. Все дело в том, что поток воздуха, образовывается или под поглотителем, или между поглотителем и данным прозрачным покрытием. Прозрачная крышка (из особого стекла или пластмассы) позволяет не на много снижать уровень излучения тепла с поглотителя. Однако, это снижение конвективных тепловых потерь, может позволить увеличить температуру до 20-50 С. Но и этот параметр будет зависеть от интенсивности солнечной энергии попадающей в коллектор и качества воздушного потока. Как плюс к этому всему, наблюдается, также снижение тепловых потерь на излучение, за счет снижения температуры поглотителя. Но стоит помнит, что при этом происходит еще и снижение возможности абсорбента поглощать энергию, за счет его запыления, в том случае, если поток воздуха проходит с обеих сторон.

Накрытый поглотитель в воздушном коллекторе

Отказ от остекления металлического ящика и теплоизоляции, в некоторых случаях, позволяет существенно снижать затраты. Дело в том, что изготовляется такой коллектор из перфорированного металла черно цвета. Такой материал позволяет улучшать качество теплообмена. Принцип этого процесса заключается в том, что этот металл нагревается достаточно быстро, а вмонтированный вентилятор втягивает теплый воздух, через отверстия в металлических листах. Коллекторы такого типа, достаточно часто используются в жилых домах. Зачастую размеры такого прибора составляют 2,4 м?0,8 м, при этом скорость нагрева воздуха составляет 0,002 м3/с. Даже в солнечный зимний день, температура воздуха, который нагревается в коллекторе, может достигать разницы в 28 ?С по сравнению с наружным. К тому же, стоит учесть, что в значительной мере улучшается качество воздуха, поскольку нагревается непосредственно воздух, поступающий снаружи.

Одним из главных плюсов подобных коллекторов, является тот факт, что они достаточно эффективны. КПД некоторых промышленных моделей может достигать 70%. А их стоимость снижается, за счет уменьшается количество используемых материалов.

Вакуумированный солнечный коллектор

Плоские солнечные коллекторы, изначально создавались для использования в местах с большим количеством солнечной энергии. При плохой погоде, их эффективность достаточно не значительна. Холодная, ветреная, пасмурная погода – не позволяют работать таким коллекторам в полную мощь. Но и это не все – повышенная влажность в значительной мере неблагоприятно сказывается на состоянии внутренних деталей такого коллектора. А это влечет за собой уменьшение срока службы коллектора, а также ухудшение эффективности его работы. Дабы устранить такие недостатки были созданы вакуумированные солнечные коллекторы.

Современные вакуумированные солнечные коллекторы способны нагревать воду, для обеспечения хозяйственных нужд. Принцип действия такого прибора заключается в следующем: солнечная энергия, проходя через наружную трубку, попадает в поглощающую трубку, где и происходит превращение солнечной энергии в тепло. А далее, переработанное тепло передается теплоносителю (жидкости). Сам коллектор представляет собой сочетание определенного количества параллельных рядов стеклянных трубок. К каждой из этих трубок прикрепляется трубчатый поглотитель с селективным покрытием (аналог пластины-поглатителя в вышеописанных плоских коллекторах). Нагретая в коллекторе жидкость поступает в бак накопитель, и уже там отдает все полученное тепло воде.

Трубки в вакуумированном коллекторе можно менять. Добавлять или даже убирать, в зависимости от необходимости. Это позволяет называть такие коллекторы модульными. Но стоит помнить, что между трубками коллектора должен быть вакуум, что бы уменьшить потери тепла в процессе конвекции. Однако, радиационная потеря тепла остается. Уточним, что радиационная потеря тепла – это то тепло, которое идет на нагревание поверхностей рабочих частей коллектора. Но не стоит думать, что эти потери существенно повлияют на эффективность работы коллектора. Радиационная потеря достаточно мала, по этому можно уверенно считать, что рабочие характеристики вакуумированного коллектора достаточно велики.

На данный момент, создано большое количество вакуумированных коллекторов, которые имеют различные комплектации, а, следовательно, и разные эксплуатационные характеристики и особенности.

Создание вакуумированного коллектора – это достаточно сложный и трудоемкий процесс. Особенные трудности вызывает запайка оболочки коллектора. Проблема заключается в том, что по сей день не найдено достаточно эффективного метода создания эффективной высоковакуумной системы, при не больших затратах.

Стоит помнить, что такие вакуумированные коллекторы достаточно эффективны, по сравнению с обычными плоскими коллекторами. Все дело в том, что эффективность работы вакуумированного коллектора не зависит от качества радиации, т.е. как в условиях прямой, так и рассеянной радиации, данный коллектор работает одинаково эффективно. К тому же, вакуумное строение коллектора позволяет свести к минимуму потери тепла. Помимо всего вышесказанного, такие приборы достаточно долго и качественно служат, полностью обеспечивая все хозяйственные нужды человека.

Концентраторы

Фокусирующий солнечный коллектор

Концентраторы или же коллекторы отличаются от предыдущих описанных коллекторов тем, что их принцип действия заключается в концентрации солнечных лучей. Делается это за счет зеркальных поверхностей, которые направляют солнечную энергию конкретно на поглотители. Температура, которая обеспечивается концентраторами значительно выше, чем максимальная температура плоских коллекторов. Но стоит помнить, что концентраторы могут воспринимать исключительно прямую солнечную радиацию, по этому. В пасмурную погоду их использование не возможно. Такой тип коллекторов-концентраторов, особенно эффективен в регионах близких к экватору и в пустынных районах с большим количеством солнечных дней.

Для более эффективной работы концентратора, используется специальный прибор, который отслеживает направление солнечных лучей и поворачивает прибор к солнцу. В зависимости от оси, по которой может вращаться, такой коллектор различают одноосные и двуосные следящие устройства. Первые предполагают вращение устройства с востока на запад, а вторые, предполагают поворот устройства во все четыре стороны света, для того что бы точно отслеживать направление солнца в течение всего года. Данные коллекторы-концентраторы, в основном используются в промышленных условиях. Причиной этому стала достаточно большая стоимость этого устройства, а также необходимость постоянного технического обслуживания. Для бытового применения, они просто не приемлемы.

Солнечные печи и дистилляторы.

Солнечная печь

Помимо всех вышеописанных приборов, существуют также приборы, которые имеют достаточно простую структуру, и узкую сферу применения. К примеру, такие приборы могут выступать в роли солнечной печи, для приготовления пищи, или солнечного дистиллятора – прибора достаточно дешево очищающего воду любого состояния.

Поговорим про солнечные печи. Они достаточно просты, как при эксплуатации, таки при изготовлении. Солнечные печи представляют собой достаточно хорошо теплоизолированную коробку, которая покрыта материалом, отражающим свет (фольгой, например). Эта коробка накрывается стеклом и оборудована внешним отражателем. Кастрюля черного цвета послужит поглотителем, поскольку может намного быстрее нагреваться. Такие печи, можно использовать для стерилизации воды, при кипении.

Что касается солнечных дистилляторов, то они могут в результате своей работы предоставлять дистиллированную воду достаточно дешево, притом, что брать воду, можно практически из любого источника. Принцип работы солнечного дистиллятора лежит в основе процесса испарения, а сам прибор использует солнечную энергию, с целью ускорить этот процесс. За день работы, небольшой солнечный дистиллятор может произвести около 10 литров идеально чистой воды.

На данный момент солнечная энергия используется достаточно обширно. Одним из самых эффективных примеров его использования является метод нагрева воды солнечной энергией. Несколько миллионов жителей нашей планеты, уже достаточно долго и давно используют солнечные коллекторы для обеспечения своих нужд. Такие приборы достаточно эффективны, не требуют особых затрат на эксплуатацию, к тому же не приносят вреда окружающей среде.

Устройство и установка солнечного вакуумного коллектора

Энергия солнца является экологически чистым, универсальным и дешевым источником энергии, по сравнению с традиционными источниками. Рост интереса к этому виду энергии обусловлен, с одной стороны, постоянным ростом цен на топливо ( природный газ и нефть), с другой стороны -ужесточением контроля и норм по выбросу вредных веществ в окружающую среду.

Солнечные коллекторы, это, безусловно, самый зеленый способ производства горячей воды. Солнечные водонагреватели, как правило, используется в сочетании с традиционными нагревателями, так как погода влияет на эффективность нагрева воды. Традиционные нагреватели лишь подстраховывают солнечные водонагреватели, в зимние и пасмурные дни.

Вакуумный солнечный коллектор (солнечный водонагреватель) используется с целью сбора солнечной энергии и преобразованием её в тепловую энергию. Солнечный коллектор состоит из отдельных вакуумных трубок, которые располагаются параллельно друг другу. Вместе с теплосборником, креплением и рамой они формируют солнечный вакуумный коллектор.

Конструкция вакуумных трубок похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Внутренняя трубка покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует (поглощает) солнечную энергию а вакуум препятствует потерям тепла. Медная трубка запаяна и содержит небольшой объем легкокипящей жидкости.

Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура (незамерзающей жидкости). Конденсат стекает вниз, и процесс «испарения–конденсации» повторяется.

Вакуумные трубки сделаны из высококачественного, сверхпрочного боросиликатного стекла, что обеспечивает защиту их от града и механических повреждений. Данная трубка устойчива к замораживанию и работоспособна без повреждений до -50°С. Испарение жидкости начинается при достижении температуры внутри трубки +30°С.

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками в зависимости от давления и использования делятся на :

— Солнечный коллектор система без давления;

— Солнечный коллектор система под давлением;

— Солнечный коллектор одноконтурный;

— Солнечный коллектор двухконтурный;

— Солнечный водонагреватель, сплит-система;

— Солнечный коллектор всесезонный.

За счёт солнечной энергии такая система способна обеспечивать до 100 % ежедневной потребности в ГВС в летний период. За счёт вакуума потери тепла в атмосферу минимальные.

Солнечный коллектор системы без давления является самой простой системой ГСВ , не нуждается в постоянной подкачке воды (заправляется периодически), так как расположен выше точки разбора воды.

Внимание: солнечный коллектор с вакуумными трубками системы без давления эксплуатируется только в теплое время года (при положительной температуре окружающей среды), на зимний период воду из системы необходимо сливать.

Такие коллекторы используются для обеспечения горячего водоснабжения в загородных домах и дачах и пансионатах при условии потребления воды только при положительных температурах наружного воздуха.

Место установки солнечного коллектора -крыша дома и других строений (плоская / скатная)

Емкостной бак для воды двухслойный. Внешний слой сделан из нержавеющей или окрашенной стали, диаметр 460 мм. Внутренний слой — из нержавеющей стали 0,41 мм толщиной, диаметром 360 мм. Между стенками бака в качестве утеплителя используется полиуретан 50 мм толщиной. Подпорная рама металлическая с гальваническим покрытием. Электронагреватель установлен в баке для воды и включается, когда для подогрева воды недостаточно солнечной энергии. Контроллер осуществляет интеллектуальный контроль и автоматическую работу системы: регулирует уровень воды в баке (открывает клапан подачи воды из водопровода), обеспечивает поддержание заданных параметров температуры нагрева жидкости в баке (включает электронагреватель при недостаточности нагрева воды).

Данная система отличается от рассмотренной выше конструкцией бака солнечного проточного водонагревателя.

Бак проточного водонагревателя на солнечном коллекторе двухконтурный, и является конструкцией бак в баке. Между стенками внутреннего и внешнего баков находиться теплоизолятор. В середине внутреннего бака находится медный змеевик, через который проходит подогреваемая вода из водопроводной сети. Концы этого змеевика выведены наружу с разных сторон бака. Внутренний бак заполняется водой или антифризом, который подогревается всё теми же вакуумными трубками с тепловыми стержнями. Уровень воды или теплоносителя в баке поддерживается автоматически контроллером.

Принцип работы проточного водонагревателя:

Вакуумные трубки с тепловыми стержнями нагревают теплоноситель внутри бака, вокруг змеевика. Эта вода используется только, как внешний теплоноситель для змеевика. Когда потребитель открывает кран горячей воды, то она, под давлением водопроводной сети, проходит через множество витков змеевика и разогревается.

Преимущества водонагревателя:

1) При нагреве воды внутри бака — система готова к работе

2) Горячая вода из бака не расходуется и постоянно подогревается трубками коллектора (расходуется вода внутри змеевика), нет перерывов в работе нагревателя

3) Не требуется располагать водонагреватель выше точек потребления горячей воды

4) При использовании антифризов для заполнения внутреннего бака, водонагреватель становится все сезонным.

Сплит-система состоит из:

-солнечного коллектора с вакуумными трубками, внутри которых находится медный нагревательный элемент,

-насосной станции,

-контроллера,

-расширительного бачка,

-датчиков,

-бака для воды с двумя теплообменниками, ТЭНом.

Характеристика Солнечной водонагревательной Сплит- системы :

1. Солнечный коллектор отделен от водяного бака, бак может быть установлен в любом месте;

2. Солнечный коллектор может быть установлен на зданиях различными способами и стилями;

3. Применяет U-образные вакуумные трубы солнечного коллектора, использует антифриз для преобразования тепла с высоким антифризным эффектом;

4. Интеллектуальная система контроля, надежная и удобная;

5. Хранение большого объема воды, достаточный поток воды;

6. Многофункциональный интерфейс отопительной системы может быть соединен с дополнительным ресурсом отопления, работающий не на солнечной энергии.

7. Возможность эксплуатации в любое время года;

8. Возможность работы в регионах с умеренным климатом, в том числе в зимний период, при низких температурах;

Внимание: сплит-система не является полной заменой традиционно применяемым системам отопления, а используется для предварительного нагрева теплоносителя в системе отопления.

Количество вырабатываемой солнечным коллектором тепловой энергии зависит в основном от угла наклона и ориентации установки. Критерием ориентации является азимут.

Угол наклона – это угол между горизонталью и батареей. При установке на скатной крыше угол наклона задается скатом кровли. Наибольшее количество энергии воспринимается панелью коллектора при расположении его плоскости под прямым углом к направлению инсоляции. Поскольку угол инсоляции зависит от времени суток и года, ориентацию плоскости коллектора следует выполнять в соответствии с высотой Солнца в период поступления наибольшего количества солнечной энергии.

На практике углы наклона принимаются между 30 и 45º.

Азимут описывает отклонение плоскости коллектора от направления на юг; если плоскость коллектора ориентирована на юг, то азимут = 0º.

Самого высокого коэффициента энергоотдачи (КПД) солнечной установки в Санкт-Петербурге и Ленинградской области можно добиться при ее расположении в южном направлении с наклоном 30-35º к горизонтали.

Важной частью гелиоустановки является поддерживающая конструкция для солнечных коллекторов. Она обеспечивает правильный угол наклона, а также необходимую жесткость конструкции. Поддерживающие конструкции с солнечными модулями должны выдерживать порывы ветра и другие неблагоприятные воздействия окружающей среды.

Принцип работы воздушного солнечного коллектора

Воздушный солнечный коллектор – оборудование для вентиляции и отопления строений различного назначения, работающее исключительно на солнечной энергии. Воздушные солнечные коллекторы Solar Fox делятся на два типа по своему назначению: для отопления и вентиляции (комплектующие для обоих типов входят в набор каждого коллектора). Но при этом устройства солнечной вентиляции и солнечного отопления незначительно отличаются принципом работы и спецификой монтажа.

Оглавление

1. Как работают приборы Solar Fox для отопления
2. Как работают солнечные устройства для вентиляции
3. Задачи, которые решают воздушные солнечные коллекторы

Как работает солнечный коллектор Solar Fox при отоплении

Как работают приборы солнечного отопления?

1. При попадании солнечных лучей на лицевую сторону коллектора, гелиоколлектор нагревается.
2. Солнечная панель вырабатывает ток и запускает вентилятор.
3. Через входные отверстия в коллектор из помещения втягивается воздух.
4. Воздух прогревается в гелиоколлекторе, его температура при этом поднимается на 10-40ºС.
5. Вентилятор нагнетает прогретый воздух в комнаты.
6. Разогретые воздушные массы вытесняют холодный воздух, который отводится через естественные зазоры или вытяжное отверстие.

Механический выключатель дает возможность отключать устройство, если отопление помещений не требуется. Обратный клапан, входящий в комплектацию коллектора, не позволяет теплым воздушным массам покидать помещение.
Как работают приборы солнечного отопления, зависит от соблюдения рекомендаций по расположению устройств.
При выборе места расположения учитывается количество падающей тени. Оптимальное положение для крепления коллектора – южная стена. Допустим монтаж на юго-восточной или юго-западной стороне. Рекомендуется горизонтальное расположение коллектора, но возможно и вертикальное размещение устройства.

Как работает вентиляция солнечными коллекторами Solar Fox

Как работают устройства солнечной вентиляции?

1. Солнечные лучи попадают на лицевую сторону коллектора, гелиоприемник нагревается.
2. Солнечная панель вырабатывает ток, включается вентилятор, который забирает воздух с улицы, через специальное отверстие. Внутри коллектора установлен фильтр, который дополнительно очищает воздух.
3. Воздух прогревается в гелиоприемнике и нагнетается внутрь помещения.
4. Возникает принудительная циркуляция воздушных масс в комнатах, за счет чего углекислый газ удаляется через естественные щели или специально предусмотренное выходное отверстие.

Существует несколько схем крепления воздушных солнечных коллекторов. Устройство можно разместить на стене или крыше. Схема крепления выбирается, исходя из характеристик объекта и пожеланий клиента. В любом случае обеспечивается качественное вентилирование и дополнительный прогрев помещений.

Задачи, которые решает солнечный коллектор

Воздушный солнечный коллектор подбирается исходя из целей клиента и площади дома. Многообразие отопительных и вентиляционных моделей позволяет найти эффективное решение для:

1. Жилых построек: домов, дач, загородных коттеджей сезонного или постоянного проживания, времянок.
2. Хозяйственных помещений: гаражей, бань, подвалов, чердаков, погребов, складов, ангаров, овощехранилищ.
3. Объектов специального назначения: оранжерей, питомников, теплиц.

Принцип действия воздушных солнечных коллекторов прост и понятен, при этом устройства способны заменить традиционное электрическое оборудование: кондиционеры, конвекторы, осушители воздуха (зависит от типа помещения). С помощью коллекторов с успехом решаются следующие задачи:

Установление в помещении здорового микроклимата: поддержание оптимального температурно-влажностного режима, комфортного для человека, животных, растений.
Создание дополнительного отопления, в том числе в домах временного проживания, на сезонных объектах, не электрифицированных зданиях.
Полноценный воздухообмен и вентилирование: постоянный приток свежего, чистого и теплого воздуха и удаление углекислого газа, неприятных запахов, застоявшихся воздушных масс.

Полезная информация о вентиляции и отоплении

Варианты применения солнечных устройств обогрева и вентиляции

Дилеры компании Solar Fox

Если вы хотите сотрудничать с производителем

Устройство и принцип работы солнечного коллектора вакуумного типа

Солнечный коллектор с вакуумными трубами используют для отопления жилых домов и общественных зданий, а также для обустройства в них горячего водоснабжения. Принцип его работы основан на преобразования энергии теплового излучения солнца, этот процесс происходит независимо от погоды и температуры окружающего воздуха. Наиболее рациональное расположение солнечного коллектора на крыше дома, причём угол наклона панелей выбирают расчётным путём, для обеспечения максимальной эффективности. Строго горизонтальное расположение коллектора не применяется, так как затрудняется циркуляция теплоносителя. При правильном использовании солнечный коллектор способен проработать до 20 лет.

Назначение устройства

Солнечный коллектор имеет три основные части:

• коллектор;
• резервуар-теплообменник;
• блок управления (контроллер).

Солнечная энергия, попадая на коллекторные трубки, нагревает теплоноситель, который по системе труб поступает в бак теплообменника. Резервуар теплообменника предназначен для передачи тепла от теплоносителя воде, для её нагрева и поддержания установленной температуры, дефицит которой поддерживают с помощью дополнительного водонагревателя (электрического, газового или любого другого). Нагретая вода поступает из резервуара-теплообменника в отопительные радиаторы и систему подачи горячей воды. Для контроля и управления температурой, выбора экономичного режима работы гелиосистемы, используется контроллер (блок управления). С его помощью включается дополнительный водонагреватель в ночное время или при недостаточной температуре теплоносителя, который поступает с коллектора.

Особенности конструкции

Коллектор представляет собой систему трубок, расположенных параллельными рядами. Конструктивно трубки напоминают термос: две ёмкости, изготовленные из термоустойчивого стекла, расположены одна внутри другой, они изолированы друг от друга вакуумом. Центральная трубка покрыта абсорбирующей смесью, поглощающей солнечную энергию и препятствующей потере тепла. Коллектор, выполненный по данной технологии способен даже в облачную погоду поглощать инфракрасное излучение и преобразовывать его в тепло. Приёмник тепла выполняют из меди, он отделен от вакуумных трубок нержавеющей сталью. Выход из строя одной из трубок не влияет на нормальную работу гелиоколлектора, её заменяют, не сливая при этом незамерзающую жидкость из контура приёмника тепла.

Резервуар-теплообменник представляет собой емкость, в которой расположены:

• теплообменные спирали;
• насос;
• манометр, для контроля давления;
• вентили, для регулировки поступления воды;
• сбросовый клапан давления;
• выходные вентили для подключения систем отопления и горячего водоснабжения;
• дополнительный электронагреватель.

Блок управления выполняет функцию контроля температуры теплоносителя в теплообменнике и солнечном коллекторе, а также поддержки заданного режима в определённый период. Максимальная температура горячей воды, отопления, последовательность нагрева воды для разных систем выполняется автоматикой блока управления, в соответствии с заданной программой.

Два типа солнечных коллекторов

Гелиосистемы делятся на два типа, по признаку периодичности использования:

• сезонные;
• внесезонные.

В сезонных системах реализована непосредственная теплопередача от солнечного излучения воде, вакуумные трубки напрямую соединены с баком теплообменника. Вода из бака подаётся непосредственно в трубки, где она нагревается, после чего поступает обратно. В связи с тем, что тепло передаётся непосредственно воде, отпадает необходимость в дополнительных устройствах – это удешевляет конструкцию. Недостатком данного типа коллекторов является необходимость использования большого объёма воды в контуре теплообменника, до 200л.

Внесезонные системы являются замкнутыми, в вакуумном коллекторе используются термотрубки. Незамерзающий теплоноситель протекает по коллектору и собирает накопленное тепло, после чего она проходит через бак теплообменника, нагревая в нём воду. Блок управления контролирует температуру в коллекторе и в случае её понижения, относительно температуры в баке, прекращает движение теплоносителя.

Солнечные тепловые коллекторы — Управление энергетической информации США (EIA)

Отопление солнечной энергией

Люди используют солнечную тепловую энергию для многих целей, включая нагрев воды, воздуха, внутренних помещений зданий и производство электроэнергии. Существует два основных типа солнечных систем отопления: пассивных систем и активных систем .

Пассивное солнечное отопление помещения происходит, когда солнце светит через окна здания и согревает интерьер.Конструкции зданий, оптимизирующие пассивное солнечное отопление (в северном полушарии), обычно имеют окна, выходящие на юг, которые позволяют солнцу светить на поглощающие солнечное тепло стены или полы в здании зимой. Солнечная энергия поглощается строительными материалами и нагревает внутреннее пространство зданий за счет естественного излучения и конвекции. Оконные выступы или шторы блокируют попадание солнца в окна летом, чтобы сохранить прохладу в здании.

Активные солнечные системы отопления имеют коллекторы для нагрева текучей среды (воздуха или жидкости) и вентиляторы или насосы для перемещения текучей среды через коллекторы, где она нагревается, внутрь здания или в систему аккумулирования тепла, где тепло выпускается и возвращается в коллектор для повторного нагрева. В активных системах солнечного нагрева воды обычно есть резервуар для хранения воды, нагретой солнечными батареями.

Солнечные коллекторы либо неконцентрирующие, либо концентрирующие

Неконцентрирующие коллекторы — Площадь коллектора (область, которая задерживает солнечное излучение) совпадает с площадью поглотителя (площадью, поглощающей солнечную энергию / излучение). Системы солнечной энергии для нагрева воды или воздуха обычно имеют неконцентрирующие коллекторы. Плоские коллекторы являются наиболее распространенным типом неконцентрирующих коллекторов для воды и отопления помещений в зданиях и используются, когда достаточно температуры ниже 200 ° F.

• Плоская металлическая пластина, улавливающая и поглощающая солнечную энергию
• Прозрачная крышка, которая позволяет солнечной энергии проходить через крышку и снижает потери тепла от поглотителя
• Слой изоляции на задней части абсорбера для уменьшения потерь тепла

Солнечные водонагревательные коллекторы имеют металлические трубки, прикрепленные к поглотителю. Жидкий теплоноситель прокачивается через трубы абсорбера для отвода тепла от абсорбера и передачи тепла воде в резервуаре для хранения. Солнечные системы для нагрева воды в бассейне в теплом климате обычно не имеют крышек или изоляции для абсорбера, и вода из бассейна циркулирует через коллекторы и обратно в бассейн.

Солнечные системы воздушного отопления используют вентиляторы для перемещения воздуха через плоские коллекторы внутрь зданий.

Концентрирующие коллекторы — Площадь улавливания солнечного излучения больше, иногда в сотни раз больше, чем площадь поглотителя.Коллектор фокусирует или концентрирует солнечную энергию на поглотителе. Коллектор обычно перемещается в течение дня, чтобы поддерживать высокую степень концентрации на поглотителе. Солнечные тепловые электростанции используют концентрирующие системы солнечных коллекторов, поскольку они могут производить высокотемпературное тепло, необходимое для выработки электроэнергии.

Последнее обновление: 9 декабря 2020 г.

3 Примеры солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы — это устройства, улавливающие солнечное тепло для выполнения определенных задач, в отличие от фотоэлектрических панелей, которые используют солнечный свет.Одним из распространенных способов использования солнечных коллекторов является обеспечение горячей водой жилых домов, но они также могут обеспечивать теплый воздух для отопления дома или даже перегревать материалы для производства электроэнергии. Хотя существует множество различных конструкций солнечных коллекторов, они делятся на три большие категории.

Плоские коллекторы

Плоские солнечные коллекторы представляют собой самый простой тип, состоящий из прямоугольной коробки со стеклянной крышкой и теплопоглощающего нижнего слоя. Солнечный свет проходит через стекло, нагревая интерьер, а ряд труб или каналов позволяет воде или воздуху проходить через устройство и поглощать окружающее тепло. Плоские неглазурованные коллекторы не учитывают стекло и герметичную коробку и просто полагаются на солнечное тепло, нагревая сами трубы. Другой вариант включает в себя установленный на крыше резервуар для воды, окрашенный для поглощения солнечного тепла. Эти типы коллекторов лучше всего подходят для теплого климата, поскольку даже версия с герметичной коробкой позволяет накопленному теплу легко уходить в холодный воздух.

Вакуумные трубчатые коллекторы

Для более холодного климата или приложений, требующих более высоких температур воды, вакуумная трубная система обеспечивает лучшую изоляцию.В этих коллекторах каждая труба проходит через герметичную стеклянную трубку без воздуха внутри. Это позволяет трубе функционировать как термос, сводя к минимуму передачу тепла от внутренней нагретой трубы к внешней среде. Вакуумные трубчатые коллекторы могут поддерживать температуру воды более чем на 50 градусов по Цельсию (122 градуса по Фаренгейту) выше температуры окружающей среды.

Солнечные концентраторы

Если вам нужна система, которая может постоянно обеспечивать очень горячую воду, лучше всего подойдет солнечный концентратор.В концентраторах используются зеркала, чтобы отражать и концентрировать солнечную энергию на водопроводных трубах, что значительно увеличивает температуру воды внутри. Поскольку зеркала в солнечных концентраторах изгибаются, чтобы фокусировать солнечные лучи, они лучше всего работают, когда они направлены прямо на солнце, и часто включают системы слежения, чтобы следовать за солнцем по небу для максимальной экспозиции. Солнечные концентраторы распространены на крупных солнечных электростанциях, которые содержат большие поля зеркал в форме желобов, нагревающих сеть водопроводных труб для создания пара.Этот пар приводит в движение турбину, вырабатывая электричество.

Solar Towers

Одним из вариантов конструкции солнечного концентратора является солнечная башня. Вместо поля концентраторов, каждый из которых нагревает участок сети водопроводных труб, система солнечной башни использует поле зеркал, все фокусирующие свою энергию на одной центральной башне. Это повышает температуру в точке фокусировки настолько высоко, что вместо воды в башне может содержаться твердое вещество, такое как соль, которая расплавляется под действием сильного тепла.Водяные трубы проходят через конструкцию, поглощая тепло от расплавленного вещества, а подаваемый пар приводит в действие турбину для выработки электроэнергии. Системы с расплавленной солью имеют значительное преимущество перед традиционными солнечными концентраторами, поскольку соль остается достаточно горячей для образования пара еще долгое время после захода солнца. Это может позволить солнечной электростанции вырабатывать электричество 24 часа в сутки, а не бездействовать ночью.

Солнечные коллекторы | GreenMatch

Что такое солнечные коллекторы?

Хотя солнечные панели являются наиболее известным устройством, когда дело касается солнечной энергии, солнечные тепловые коллекторы также очень эффективны и используются для сбора тепла путем поглощения солнечного света. Солнечная тепловая энергия также используется для улавливания солнечного излучения, которое представляет собой энергию в форме электромагнитного излучения, состоящего из инфракрасных и ультрафиолетовых волн. Это может происходить из-за огромного количества солнечного света, который ежедневно попадает на поверхность Земли.

Солнечные коллекторы могут быть неконцентрирующими или концентрирующими . Разница между ними состоит в том, что собирающие коллекторы имеют больший перехватчик, чем поглотитель, тогда как неконцентрирующие коллекторы имеют оба одинаковых размера.Плоские и вакуумные солнечные коллекторы используются в бытовых целях, например, для обогрева помещений, горячего водоснабжения или охлаждения.

Плоские коллекторы

Плоские солнечные коллекторы являются наиболее распространенными. Они состоят из абсорбера, прозрачной крышки и изоляции. В основном эта технология используется в жилых домах, где потребность в горячей воде велика и влияет на счета. Коммерческое применение плоских коллекторов обычно наблюдается в автомойках, прачечных, военных прачечных или ресторанах.

Ожидается, что солнечные водонагревательные системы будут намного более экономичными. , особенно для объектов с большим спросом на горячую воду (кухни, прачечные и т. Д.). Плоские солнечные коллекторы демонстрируют хорошее соотношение цены и качества, а также дают много варианты монтажа (на крышу, внутри самой крыши или отдельно).

Коллектор вакуумный

Это разновидность вакуумного коллектора, абсорбирующая полоса которого помещена в вакуумированную и прочную стеклянную трубку.Жидкий теплоноситель протекает непосредственно через абсорбер в U-образную трубу или в систему труба в трубе. Коллектор с тепловой трубкой содержит специальную жидкость, которая испаряется даже при низких температурах, таким образом, пар поднимается в отдельных тепловых трубках и нагревает жидкость в основной трубе, выделяя тепло. Термодинамические панели также основаны на таком хладагенте, но используют тепло окружающего воздуха и поэтому подходят только для горячей воды.

Технология очень надежная , так как ее расчетный срок службы составляет 25 лет.Вакуум, окружающий трубы снаружи, значительно снижает риск потери тепла, поэтому эффективность выше, чем у плоских коллекторов.

Есть также солнечные коллекторы, которые можно использовать для выработки электроэнергии. Параболические желоба, солнечные параболические тарелки и силовые башни используются на солнечных электростанциях или в исследовательских целях.

Параболический желоб

Этот особый тип солнечных коллекторов в основном используется на солнечных электростанциях. В технологии используется параболический отражатель в форме желоба для концентрации солнечного света на изолированной трубке или тепловой трубе, помещенной в фокус.Таким образом, произведенное тепло передается котлам электростанции.

Параболическая тарелка

Эта технология отличает то, что с этим солнечным коллектором можно использовать несколько тарелок, и они могут концентрировать солнечную энергию в одной и той же точке фокусировки. Как и другие коллекторы, он в основном используется на солнечных электростанциях, а также для исследователей. Блюдо выровнено таким образом, что позволяет собирать почти всю солнечную радиацию, попадающую на поверхность Земли. Большинство потерь эффективности происходит из-за небольших дефектов формы тарелки.Потери из-за погодных условий обычно минимальны, однако в дождливый туманный день солнечные лучи обычно распространяются во все стороны.

Power Tower

Башня питания — это большая башня, огражденная зеркалами слежения, называемыми гелиостатами. Они выравниваются, чтобы отслеживать солнечный свет, собирать его и передавать его на вершину башни, где находится приемник, полученное тепло передается на электростанцию ​​внизу. Башня питания позволяет удешевить покрытие гораздо большей площади относительно недорогими зеркалами, в отличие от традиционных солнечных батарей.

Однако эффективность может быть проблемой, поскольку силовой вышке почти всегда требуются идеальные погодные условия, в то время как солнечные элементы по-прежнему производят очень хорошее количество энергии, даже когда небо полностью облачно.

Солнечные коллекторы или солнечные элементы

Солнечные коллекторы — отличное изобретение, однако они не совсем идеальны для постоянного клиента, который просто хочет вырабатывать собственное электричество. Коллекционерам нужны идеальные погодные условия, которые трудно получить во многих частях света.С другой стороны, солнечные элементы и панели — идеальное решение для людей, которые хотят производить собственную экологически чистую энергию. Хотя с точки зрения цены они могут в конечном итоге обойтись вам дороже, правительство запустило схемы, которые приносят пользу людям, которые хотят использовать солнечную энергию.

Итак, если вы планируете самостоятельно заняться солнечной энергетикой, вы можете получить расценки, набрав , заполнив форму справа. Вы получите лучшие предложения от ближайших к вам поставщиков и сможете свободно выбирать! Этот serive бесплатный и необязательный .

Плоские пластинчатые или вакуумные коллекторы

?

В нашем руководстве по выбору солнечного водонагревателя мы говорили о различных типах солнечных водонагревателей, таких как активные, пассивные, термосифонные и дренажные системы. В этой статье мы обсудим еще один ключевой компонент любой солнечной системы нагрева воды: солнечные тепловые коллекторы. Эти продукты для солнечной энергии важны, поскольку торговые посредники часто классифицируют солнечные водонагреватели по коллекторам. В этой обучающей статье мы сравниваем и сопоставляем два основных типа солнечных тепловых коллекторов: плоские пластинчатые нагреватели и вакуумные трубчатые нагреватели.

Статьи по теме:

Руководство по выбору солнечного водонагревателя

Солнечные водонагреватели: высокоэффективные возобновляемые источники энергии

Что такое солнечный коллектор?

Энергия солнца приходит на Землю в виде электромагнитного излучения в виде инфракрасного, видимого и ультрафиолетового света. Солнечный тепловой коллектор , также называемый солнечным коллектором , представляет собой устройство, которое собирает тепло, поглощая солнечный свет. Это одно из ключевых устройств в системе солнечного нагрева воды. Существует два основных типа коллекторов: плоские солнечные коллекторы и солнечные вакуумные трубчатые коллекторы .

Чаще используются плоские солнечные коллекторы. В этих устройствах застекленный коллектор с плоской пластиной устанавливается на изолированные, защищенные от атмосферных воздействий ящики, снабженные темной пластиной-поглотителем под одной или несколькими пластиковыми или стеклянными крышками (известными как остекление). Солнечные вакуумные коллекторы, с другой стороны, содержат ряды трубок, которые построены путем заключения металлических абсорбирующих трубок внутри прозрачных стеклянных трубок.Воздух в пространстве между двумя трубками удаляется для создания вакуума, который предотвращает конвективные или кондуктивные потери тепла. В оставшейся части этой обучающей статьи мы сравниваем на основе различных критериев эти два основных солнечных тепловых коллектора для солнечного нагрева воды.

Стоимость

Стоимость, очевидно, является одним из наиболее важных факторов при выборе солнечного водонагревателя. Преимущество явно проявляется в коллекторах с плоскими пластинами. Вакуумные трубчатые коллекторы обычно стоят на 20-40% дороже плоских пластинчатых коллекторов.

КПД

Поскольку в вакуумных трубчатых коллекторах отсутствуют потери тепла за счет конвекции и теплопроводности, эти системы нагревают воду более эффективно, чем плоские пластинчатые поглотители. Обратите особое внимание на термин «эффективность», который означает эффективность нагрева на единицу активного поглотителя, а не общую эффективность или мощность устройства. Отношение площади поглотителя и общий размер коллектора вместе определяют активную площадь. Хотя вакуумные трубчатые коллекторы имеют более высокий КПД, особенно зимой, плоские пластинчатые коллекторы могут соответствовать своей эффективности летом, когда существует небольшая разница между температурой нагретой воды и температурой окружающей среды.

Коэффициент площади поглотителя

При описании коллектора часто используется общий размер, например 4 x 7 квадратных футов. Это размер всего устройства. Однако более важным фактором является размер абсорбера, в котором фактически нагревается жидкость, который является активной абсорбирующей площадью.

Посмотрите на соотношение площадей поглотителя. Это определяется как размер поглотителя, деленный на размер брутто. Соотношение для плоских пластинчатых коллекторов обычно превышает 90%, в то время как соотношение для вакуумных трубчатых коллекторов обычно составляет от 60% до 80%.Следовательно, два коллектора с одинаковым размером брутто могут иметь очень разную общую эффективность в зависимости от того, являются ли они плоской пластиной или откачиваемой трубкой. Коллектор с плоской пластиной, хотя и менее эффективен в расчете на единицу поглощения, может работать так же хорошо, как и его конкурент, из-за большей площади поглотителя.

Защита от перегрева и замерзания

В вакуумированном солнечном водонагревателе риск замерзания отсутствует. Даже если в устройстве используется вода, конструкция системы делает невозможным замораживание.Однако перегрев — серьезная проблема, потому что вы не можете слить откачанные трубки так, как это делаете с плоским пластинчатым коллектором. Для предотвращения перегрева в откачиваемом солнечном водонагревателе необходимо приобрести отвал .

Чувствительность

Цилиндрические вакуумные трубки благодаря своей форме могут эффективно поглощать солнечный свет в широком диапазоне направлений. В течение дня падающий свет проходит через коллектор довольно непрерывно под разными углами.Таким образом, вакуумные коллекторы работают более эффективно в пасмурные или дождливые дни. Напротив, плоские коллекторы более чувствительны к направлению входящего излучения. Этим системам необходимы стеллажные системы для оптимизации угла наклона.

Работа на снегу

Хотя низкие потери тепла в вакуумированных трубках обычно рассматриваются как преимущество, на самом деле они могут навредить работе водонагревателя на снегу. Высокая инсоляция этих систем предотвращает избыточное тепло от таяния снега или инея на коллекторе.С другой стороны, плоские коллекторы менее эффективны и, следовательно, выделяют больше тепла, таяя снег быстрее, чем вакуумные трубные системы. Поскольку эффективность водонагревателя снижается из-за снежного покрова, препятствующего передаче солнечного света, плоские коллекторы имеют преимущество в заснеженных областях.

Установка

Установка плоских пластинчатых коллекторов затруднена. Тяжелые коллекторы, которые имеют форму панелей, необходимо поднять на крышу и смонтировать .В то же время вакуумные трубчатые коллекторы, в которых используются легкие отдельные трубки, намного проще собрать.

Прочность

Конвекция вызывает коррозию. Поскольку в вакуумированных трубчатых коллекторах нет воздуха, в этих устройствах также может отсутствовать конвекция. Это делает их более прочными, чем плоские коллекторы. В настоящее время на большинство солнечных тепловых коллекторов предоставляется 10-летняя гарантия производства и 25-летняя гарантия 80% мощности.

Техническое обслуживание

Вакуумные трубчатые коллекторы практически не требуют обслуживания.Если в трубке пропадет вакуум, можно просто заменить компонент. С другой стороны, если плоский коллектор поврежден, вся пластина должна быть заменена. Это может стоить вам значительных затрат времени и денег.

Выбор между вакуумными трубчатыми коллекторами и плоскими пластинчатыми коллекторами

У вас кружится голова после обдумывания выбора? Мы можем попытаться облегчить ваш выбор с помощью следующих двух таблиц. В первом кратко сравниваются два типа солнечных водонагревателей.

Таблица 1: Сравнение характеристик плоских и вакуумных солнечных коллекторов

Полностью планарный лазер с солнечной накачкой на основе люминесцентного солнечного коллектора

Спектр излучения лазера, показанный на рис. 3b, находится в диапазоне от 1085 до 1100 нм. Это смещение в красный цвет по сравнению с пиковым значением усиления слабого сигнала на длине волны 1064 нм (рис. 2b). Коэффициент усиления слабого сигнала, показанный на рис. 2a, b, представляет собой дифференциальное усиление, определяемое как разница между коэффициентами усиления, измеренными с солнечным освещением и без него.Спектр усиления γ ( λ ) задается следующим уравнением:

$$ \ gamma (\ lambda) = N_2 \ sigma _ {\ mathrm {e}} (\ lambda) — N_1 \ sigma _ {\ mathrm {a}} (\ lambda) — \ alpha _ {{\ mathrm {BG}}} $$

(1)

, где N ₁ и N ₂ — это популяции нижнего ( ⁴ I _11/2 ) и верхнего ( ⁴ F _3/2 ) лазерных уровней в Система Nd ³⁺ соответственно; σ _e ( λ ) и σ _a ( λ ) — эффективные сечения эмиссии и поглощения Nd ³⁺ соответственно; α _BG представляет собой фоновые потери. Поскольку насыщенные и ненасыщенные потери почти не меняются из-за солнечного освещения, сигнал, показанный на рис. 2a, b, пропорционален σ _e ( λ ). Для γ ( λ ), рассчитанного с использованием измеренных спектров σ _e ( λ ) и σ _a ( λ ), пороговое усиление достигается на ~ 1090 нм, даже если σ _e является максимальным при 1064 нм, потому что σ _a больше по направлению к более коротковолновому концу спектра ²⁸ .Расчетные кривые усиления приведены на дополнительных рисунках. 3 и 4. Ожидается, что при охлаждении среды произойдет синий сдвиг; однако мы определили, что спектр выходного излучения не зависит от температуры, как показано на дополнительном рис. 5. Это можно объяснить тем фактом, что плотность числа на верхнем лазерном уровне не была достаточно высокой, чтобы мы могли наблюдать синий цвет. -смещенная эмиссия.

Поскольку мы получили выходы лазеров на нескольких разных выходных зеркалах, мы попытались провести анализ Rigrod ³⁰ для этого набора выходов vs. зеркальное пропускание. Поскольку у нас есть все измеренные значения, необходимые для анализа, кроме интенсивности насыщения, анализ направлен на определение интенсивности насыщения, которая рисует кривую, наиболее близкую к экспериментальным данным. Однако хорошо известный метод, описанный Rigrod ³⁰ для лазеров с высоким коэффициентом усиления, верен только в том приближении, что коэффициент усиления на единицу длины достаточно велик по сравнению с распределенными потерями на единицу длины. Поскольку коэффициент усиления для слабого сигнала меньше трехкратного коэффициента потерь в лазерной системе-прототипе, это приближение неприменимо.

При рассмотрении одномерного оптического резонатора вдоль оси z с однородно расширенной лазерной средой, имеющей коэффициент усиления слабого сигнала g ₀ и коэффициент потерь α ₀ , односторонний оптическая интенсивность при любом z подчиняется следующему обыкновенному дифференциальному уравнению ³¹ :

$$ \ frac {{{\ mathrm {d}} \ beta _ +}} {{{\ mathrm {d}} z}} = \ frac {{\ beta _ + [(g_0 — \ alpha _0) \ beta _ + — \ alpha _0 (\ beta _ + ^ 2 + \ beta _0 ^ 2)]}} {{[\ beta _ + ^ 2 + \ beta _ + + \ beta _0 ^ 2]}} $$

(2)

, где β ₊ = I ₊ ( z ) / I _s и β _— = I ) / I _s — нормализованная оптическая интенсивность в направлениях + z и — z , соответственно, относительно интенсивности насыщения I _s ; и β ₀ = β ₊ β _— не зависит от z .

Хотя уравнение. (2) можно проинтегрировать аналитически, результат не помогает получить выходную мощность лазера напрямую, потому что она содержит β ₀ . Вместо этого мы использовали β ₀ = β ₁ ² / r ₁ , где β ₁ — нормализованная прямая интенсивность при z = 0 и r ₁ — коэффициент отражения зеркала резонатора, установленного на z = 0.Подставляя это в формулу. (2) его можно проинтегрировать численно, и выходная мощность получается по формуле:

$$ P _ {{\ mathrm {out}}} = I _ {\ mathrm {s}} A \ beta _2 (1 — r_2 — a ) $$

(3)

, где β ₂ — нормализованная прямая интенсивность на правом конце среды; r ₂ — коэффициент отражения правого бокового зеркала; a — потери на отражение от зеркала. Более подробная информация представлена ​​в литературе ³² .

На рисунке 4 представлено сравнение кривой Ригрода и экспериментальных результатов, когда г ₀ = 1,92 × 10 ^–3 м ^–1 (44% / проход), a = 1,5% ²⁹ , α ₀ , = 6,91 × 10 ^–4 м ⁻¹ (3 дБ км ⁻¹ ) ²⁷ , средняя длина 190 м, среднее поперечное сечение круг диаметром 16 мкм. Расчет проводился путем изменения I _s , и кривая Ригрода очень хорошо согласуется с экспериментальными результатами, когда I _s установлен на 14 кВт см ⁻² .Таким образом, было показано, что наблюдаемая зависимость мощности лазера от коэффициента связи на выходе может быть хорошо объяснена известными характеристиками лазерной среды и оптического резонатора.

Рис. 4. Результаты измерения выходной мощности лазера в зависимости от коэффициента пропускания выходных ответвителей при условии 1 солнечного света (т. е. 100 мВт / см ⁻² ) (красный кружок).

Сплошная кривая представляет собой теоретическую кривую с различными значениями интенсивности насыщения ( I _s ).Планки погрешностей на этом рисунке представляют собой статистические ошибки измерений.

Наконец, мы рассчитали физические свойства разработанного планарного устройства SPL, чтобы оценить достижимую эффективность преобразования разработанной системы с помощью разработанного кода моделирования Монте-Карло ³³ . Подробности метода моделирования представлены в дополнительных примечаниях 2 (см. Дополнительный рисунок 6). Программа имитирует структуру, в которой волокно намотано по окружности цилиндрического корпуса, верхняя поверхность представляет собой дихроичное зеркало (DM), а нижняя поверхность представляет собой стенку HR, как показано на рис.5. Поскольку отражение от боковой стенки не может быть измерено из-за ее криволинейной природы, коэффициент отражения является подгоночным параметром, который регулируется для соответствия экспериментальным результатам. Расчетные коэффициенты усиления слабого сигнала хорошо согласуются с экспериментальными результатами, когда значение отражения от боковой стенки установлено на 45%, как показано на дополнительном рис. 7.

Рис. 5: Схематическая диаграмма моделирования Монте-Карло для полностью плоского лазер с солнечной накачкой.

Форма расчетной области представляет собой плоский цилиндр, верхняя и нижняя поверхности которого представляют собой дихроичное зеркало (DM) и зеркало с высокой отражающей способностью (HR) соответственно.

Мы рассчитали значения выходной мощности лазера после внесения некоторых модификаций в разработанное устройство SPL. В текущем прототипе SPL только 0,04% падающих фотонов поглощается ионами Nd ³⁺ в жгуте оптоволокно-сердцевина. Самый большой канал потерь в текущей настройке — это потери на отражение от боковой стенки (55% на отражение). Как показано на дополнительном рисунке 8, выходная мощность лазера логарифмически увеличивается при увеличении отражательной способности боковой стенки. Небольшой объем сердцевины активного волокна в LSC (т.е.например, диаметр сердцевины составляет 16 мкм, а длина волокна — 190 м), что также способствовало неэффективной передаче энергии в активную среду. Расчеты показывают, что эффективность преобразования солнечной энергии в лазер достигнет 1,1% или 11 Вт · м ^-2 , если отражательная способность боковой стенки установлена ​​на 99%, а длина волокна увеличена до 12 км, как показано на дополнительном рисунке. 9.

Кроме того, изменение максимальной длины волны излучения сенсибилизатора с видимой области на ближнюю инфракрасную (около полосы поглощения ⁴ F _5/2 Nd ³⁺ ) и увеличение его квантового выхода около 100 % может дать дополнительное семикратное увеличение эффективности преобразования солнечной энергии в лазер, как показано на дополнительном рис.10. Такой сенсибилизатор, а именно квантовая точка (КТ) перовскита иодида свинца формамида, была недавно успешно синтезирована ³⁴ . В настоящее время мы работаем над этими материалами ^35,36,37 .

Принимая во внимание тот факт, что КПД имеющихся в продаже волоконных лазеров с лазерной диодной накачкой (ЛД) составляет ~ 30-40%, а КПД фотоэлектрических панелей составляет 20%, итоговая эффективность 6-8% сопоставима с ожидаемый КПД нашего лазера (8%) в условиях квантовых точек, но наша конструкция значительно проще, так как позволяет обойти этапы PV и LD.Таким образом, простое увеличение отражательной способности боковых стенок и длины активного волокна с помощью квантовых точек дает нам потенциал пассивного звукового давления в качестве прорывной технологии.

Таким образом, мы продемонстрировали генерацию полностью планарного SPL без необходимости использования линз или солнечного слежения за счет использования LSC в сочетании с волоконным лазером с поперечной геометрией возбуждения. Разработанная пластинчатая испытательная система SPL требовала интенсивности солнечного света 0,06 Вт / см ⁻² , освещенного на переднем окне планарной системы, что составляет 60% от стандартной AM1. Интенсивность солнечного света 5 G для достижения генерации. Максимальная выходная мощность составляла 1,3 мВт на выходном ответвителе с коэффициентом отражения 80%. Наши численные расчеты показывают, что эффективность преобразования солнечной энергии в лазер может достигать 8% на основе предложенной геометрии с простыми модификациями и использованием перовскитных квантовых точек, что сопоставимо с коммерчески доступным волоконным лазером с питанием от фотоэлектрических панелей. Кроме того, геометрия поперечной накачки дает предлагаемому SPL несравнимую масштабируемость потенциальной мощности.Как только значение усиления на единицу длины превышает потери, выходная мощность линейно масштабируется с длиной волокна с незначительным увеличением стоимости. Мы считаем, что предлагаемое устройство представляет собой значительный шаг к использованию SPL для таких приложений, как солнечное производство водорода и беспроводная подача энергии в транспортные средства.

Устройство солнечного коллектора без слежения — Kloben S.

A.S. ди Турко Аделино EC.

В данной заявке испрашиваются преимущества Международной патентной заявки РСТ №PCT / IB2009 / 006455, поданная 5 августа 2009 г., и заявка на патент Австралии № 20080, поданная 18 сентября 2008 г. в Патентное ведомство Австралии, раскрытия которых включены в настоящий документ посредством ссылки.

1. Область изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству солнечного коллектора без отслеживания.

2. Описание предшествующего уровня техники

Устройства сбора солнечного излучения, содержащие отражающие элементы для фокусировки падающего излучения на поглощающий элемент, хорошо известны.Отражательные элементы могут состоять из удлиненного параболического желоба с большой апертурой, который движется, чтобы отслеживать солнце и, таким образом, поддерживать фокусировку солнечного света на поглощающем элементе. В случае, когда используются желоба отражателя с меньшей апертурой, можно использовать неподвижный отражатель без отслеживания. Такие отражатели обычно относятся к типу параболического концентратора или составного параболического концентратора (CPC).

Известные не отслеживающие устройства солнечные коллекторы обычно содержат пару отражающих элементов, расположенных на противоположных сторонах поглощающего элемента.

Элемент абсорбера может представлять собой удлиненную трубку или металлическую пластину с прикрепленными к ней металлическими трубками, через которые перекачивается теплоноситель для отвода тепла. В качестве альтернативы для производства электроэнергии можно использовать массив солнечных фотоэлементов, расположенных на удлиненной металлической полосе. Чтобы предотвратить перегрев фотоэлектрических элементов, к металлической полосе, как правило, будет прикреплена металлическая трубка, по которой перекачивается охлаждающая жидкость.

В случае перегрева абсорбирующего элемента, например, из-за неисправности системы коллектора, приводящей к прерыванию потока теплоносителя или охлаждающей жидкости, или когда поток жидкости временно прерывается для целей обслуживания, отражатель в системе слежения может быть перемещен в положение, которое предотвращает фокусировку солнечного излучения на поглощающий элемент. В случае нетрекинговых отражателей поглотительный элемент непрерывно освещается солнечным излучением, поэтому существует потребность в простом механизме защиты поглотительного элемента от перегрева.

Коллекторы солнечного излучения, включающие в себя не отслеживающие лотки отражателя, обычно располагаются бок о бок, образуя панель коллектора.

Патент США. В US 3162189 описано устройство для сбора солнечного излучения, содержащее параболический тарельчатый отражатель с небольшим бойлером в фокусе.Небольшие лопасти, расположенные между бойлером и отражающей тарелкой, могут быть ориентированы так, чтобы иметь минимальное влияние на свет, отраженный от параболической тарелки в сторону котла, или путем поворота лопастей на 90 °, эффективно прерывать свет, отраженный от параболической тарелки. Количество энергии, поступающей на котел, определяется ориентацией лопастей, которая контролируется термометром, прикрепленным к котлу. Термометр относится к замкнутому жидкостному типу и использует расширение жидкости и пара для расширения сильфона, который приводит во вращение лопасти.

Конструкцию вращающихся лопастей трудно реализовать для параболического или составного параболического желобного отражателя из-за удлиненного отражателя и элемента поглотителя, непосредственной близости элемента поглотителя к поверхности отражателя в большинстве конструкций коллектора без трекинга и большого диапазона значений. направлений излучения, падающего на поглощающий элемент после отражения от желобчатого отражателя.

Патент США. В US 4475536 описан комбинированный солнечный коллектор — световой люк, в котором множество отражающих элементов перемещено на небольшое расстояние между положением, в котором осуществляется нагрев неподвижных поглотительных элементов, которые обязательно расположены под элементами отражателя, и положением, где отражающие элементы направлять свет внутрь здания, а также в промежуточные положения, где можно получить комбинацию нагрева поглощающих элементов и освещения интерьера здания.Средства для перемещения отражателей включают в себя электродвигатель, управляемый датчиком, измеряющим температуру поглотителя, и датчики интенсивности света внутри здания.

Этот механизм перемещения специально не предназначен для предотвращения перегрева элементов поглотителя. Действительно, этот механизм перемещения, включающий перемещение всей системы отражателя, очень сложен и в случае больших и удлиненных элементов отражателя не позволяет быстро и эффективно контролировать интенсивность солнечного света, падающего на элемент поглотителя.Кроме того, этот механизм перемещения не подходит, когда неподвижный элемент поглотителя расположен между элементами отражателя, поскольку элемент элемента поглотителя препятствует перемещению отражателя. Более того, этот механизм перемещения требует относительно большого количества приложенной силы и энергии для перемещения отражательных элементов.

В ряде патентов США описываются солнечные тепловые коллекторы, включающие отражающие элементы, расположенные на противоположных сторонах абсорбирующего элемента, и практически вся площадь отражающего элемента поворачивается для того, чтобы вручную складываться или складываться, как «раковина моллюска», чтобы заключить абсорбер. элемент.

Патент США. В US 4304218 описывается множество удлиненных солнечных коллекторов, включающих составные параболические отражатели, расположенные бок о бок внутри оконной рамы с двойным остеклением. Каждый солнечный коллектор состоит из двух отражающих элементов, которые можно вручную поворачивать из открытого положения отражателя в закрытое положение неотражателя, полностью охватывая трубчатый элемент поглотителя, расположенный между самими элементами отражателя. Вращающееся приспособление спроектировано так, чтобы образовывать структуру, напоминающую жалюзи, пропускающую солнечный свет в интерьер комнаты, когда элементы отражателя закрыты.

Патент США. Номер 6363928 описывает отслеживание корыта коллектора, в котором два отражателе элементы, после ручного удаления опорной конструкции, могут быть свернуты вручную, чтобы закрывать элемент абсорбера для защиты поглотителя и отражателя от неблагоприятных погодных условий.

Патент США. №№ 2,909,171, 2,998,002, 4,196,721, 4,281,644, 4,442,828 и 6,637,428 являются примерами небольших переносных коллекторов с возможностью ручного складывания элементов отражателя для облегчения транспортировки или защиты отражателя и элемента поглотителя от повреждений, когда они не используются.

Ни один из коллекторов с вращающимися отражательными элементами не разработан специально для предотвращения перегрева абсорбирующего элемента и требует ручного вмешательства для закрытия абсорбирующего элемента. Более того, известные коллекторные устройства используют вращение по существу всей площади отражающих элементов, что приводит к сложному приводному механизму и неэффективно для предотвращения перегрева поглотительного элемента.

В частности, в случае непереносных коллекторов невозможно эффективно включить приводной механизм для отражающих элементов, имеющих большую и удлиненную форму из-за относительно большой силы и энергии, необходимых для быстрого перемещения всей площади. рефлекторных элементов, имеющих значительную длину и вес.

В документе WO 2008/000282 раскрыто защитное устройство для соединителя солнечной панели, содержащее по меньшей мере одну прозрачную стенку, по меньшей мере один защитный элемент для покрытия и защиты прозрачной стенки и средство для автоматического перемещения защитного элемента между первыми действующими лицами. положение, в котором защитный элемент не мешает прозрачной стенке, и второе рабочее положение, в котором защитный элемент расположен поверх прозрачной стенки, защищая ее от неблагоприятных метеорологических условий и повреждений.

Однако это устройство также требует улучшений.

Итак, уже известная конструкция не отслеживающих устройств солнечных коллекторов и форма их отражающих элементов не позволяют эффективно предотвратить перегрев поглотительного элемента, расположенного между самими отражающими элементами.

Целью настоящего изобретения является создание не отслеживающего устройства солнечного коллектора, которое предотвращает перегрев абсорбирующего элемента более эффективно по сравнению с известными устройствами, особенно в случае отражающих элементов, имеющих значительную длину и вес.

В рамках этой цели другой целью настоящего изобретения является создание устройства солнечного коллектора без отслеживания, которое требует относительно небольшой приложенной силы и энергии для быстрого затенения поглощающего элемента и предотвращения его перегрева.

Другой целью настоящего изобретения является эффективная передача солнечного света на абсорбирующий элемент во время различных этапов дня, чтобы максимизировать количество захваченной энергии.

В рамках такой технической цели другой задачей настоящего изобретения является решение вышеуказанных задач с помощью простой конструкции, относительно практичной реализации, безопасной в использовании и эффективной работы, а также при относительно низкой стоимости.

Эта цель, а также эти и другие задачи достигаются с помощью настоящего не отслеживающего устройства солнечного коллектора, содержащего:

• • , по меньшей мере, абсорбирующий элемент;
  • : по меньшей мере, пару отражающих элементов, расположенных на противоположных сторонах указанного поглотительного элемента, для передачи солнечного излучения на сам поглотительный элемент;
  • , отличающийся тем, что каждый из упомянутых отражательных элементов содержит по меньшей мере одну фиксированную часть и по меньшей мере одну вращающуюся часть, причем вращающиеся части могут перемещаться по меньшей мере между первым крайним положением, в котором вращающиеся части отодвинуты друг от друга и все поверхности упомянутых отражающих элементов являются по существу непрерывными, и второе крайнее положение, в котором вращающиеся части расположены близко друг к другу, чтобы по существу закрывать упомянутый поглотительный элемент от падающего солнечного света.

Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения станут еще более очевидными из подробного описания предпочтительного, но неисключительного варианта осуществления устройства солнечного коллектора без слежения, показанного в качестве неограничивающего примера. , на прилагаемых чертежах:

фиг. 1 — вид в разрезе симметричного неконтролирующего устройства солнечного коллектора согласно изобретению;

РИС. 2 — вид в разрезе асимметричного неконтролирующего устройства солнечного коллектора в соответствии с изобретением; и

фиг.3 представляет собой вид в поперечном разрезе множества симметричных устройств солнечного коллектора, расположенных бок о бок, чтобы формировать панель солнечного коллектора согласно настоящему изобретению.

С конкретной ссылкой на такие фигуры, глобально обозначенный номером 1 является устройством солнечного коллектора без слежения.

Устройство 1 содержит, по меньшей мере, поглощающий элемент 2 и, по меньшей мере, пару отражающих элементов 3 , расположенных на противоположных сторонах поглощающего элемента 2 , для передачи солнечного излучения на сам поглощающий элемент.

В примере, представленном на фиг. 1, абсорбирующий элемент 2 представляет собой пример трубчатого абсорбера типа вакуумного стеклянного трубчатого коллектора для производства тепла и содержит удлиненную абсорбирующую трубку 4 со стеклянной оболочкой 5 , которая проходит продольно по всей длине устройства. 1 .

В примере на фиг. 2, абсорбирующий элемент 2 образован металлической пластиной 6 с прикрепленными к ней металлическими трубками 7 для производства тепла.

В других вариантах осуществления (не показаны) абсорбирующий элемент 2 может состоять из массива солнечных фотоэлектрических элементов, расположенных на удлиненной металлической полосе для производства электроэнергии, или из металлической пластины с прикрепленными металлическими трубками, заключенными в вакуумированную стеклянную трубку. конверт для производства тепла.

Отражающие элементы 3 могут быть расположены симметрично относительно поглощающего элемента 2 , как показано в варианте осуществления на фиг. 1, или может располагаться асимметрично относительно абсорбирующего элемента 2 , как представлено в варианте осуществления на фиг. 2.

В настоящем раскрытии одинаковые части, описанные в каждом варианте осуществления, имеют одинаковые ссылочные позиции.

Отражательные элементы 3 имеют форму профиля составного параболического отражателя или другие формы профиля, например, включая линейные участки или комбинацию параболических и линейных участков.

Положение поглощающего элемента 2 и форма профиля отражающих элементов 3 предназначены для максимального улавливания солнечного света в самом широком диапазоне углов падения солнечного света, однако конструкция отражающего элемента также может быть сконфигурирована так, чтобы улучшить равномерность распределения солнечного света по абсорбирующему элементу 2 .

Согласно настоящему изобретению каждый из отражательных элементов 3 содержит по меньшей мере одну фиксированную часть 8 a , 8 b и по меньшей мере одну вращающуюся часть 9 .

Вращающиеся части , 9, могут перемещаться, по меньшей мере, между первым крайним положением, в котором они отодвинуты друг от друга, и все поверхности (внутренние поверхности) отражательных элементов 3 являются практически непрерывными, а вторая крайнее положение, в котором они сдвинуты близко друг к другу, чтобы существенно закрывать абсорбирующий элемент 2 .

На прилагаемых фигурах первое и второе крайнее положение изображены соответственно непрерывными линиями 10 и пунктирной линией 11 .

Длина вращающихся частей 9 сама по себе полностью закрывает абсорбирующий элемент 2 во втором крайнем положении.

Предпочтительно поверхности отражающих элементов 3 могут поддерживаться, например, на жестком металлическом, полимерном или стекловолоконном листе подходящей формы (не показаны).

Выгодно, чтобы задняя поверхность каждой вращающейся части 9 была покрыта элементом, отражающим солнечное излучение, например белой краской, чтобы минимизировать поглощение солнечного излучения самими вращающимися частями, когда они поворачиваются в различные положения и на них падает некоторое солнечное излучение. их задние поверхности. Минимальное поглощение снизит вероятность перегрева и деформации вращающихся частей 9 .

Кроме того, за каждой вращающейся частью 9 к соответствующей неподвижной части 8 a и 8 b прикреплен покровный лист 12 , чтобы предотвратить попадание пыли или мусора внутрь устройства. устройство , 1, , когда вращающиеся части , 9, находятся в повернутых положениях.

Предпочтительно покрывающие листы 12 изготовлены из тонкого металла, полимера или листа стекловолокна.

Преимущественно вращающиеся части 9 могут вращаться вокруг относительно неподвижного шарнира 13 .

Кроме того, вращающиеся части , 9, прикреплены к удлиненным валам, не показанным на предполагаемых фигурах, поддерживаемым в каждом положении поворота подшипниками в каркасе коллектора (не показаны). Удлиненные валы в каждом поворотном положении расположены под соответствующей поверхностью отражающего элемента, чтобы не мешать отражению солнечного излучения.

В частности, неподвижные оси 13 расположены на концах вращающихся частей 9 или близко к ним, ближайшим к абсорбирующему элементу 2 .

Предпочтительно, каждый из отражательных элементов 3 содержит по меньшей мере первую и вторую неподвижные части, соответственно 8 a и 8 b , расположенные на противоположных концах соответствующей вращающейся части 9 .

Верхняя часть первых неподвижных участков 8 a и нижняя часть вторых неподвижных участков 8 b закреплены относительно абсорбирующего элемента 2 посредством жесткого каркаса (не показан ).

Вторые фиксированные части 8 b расположены в соответствии с абсорбирующим элементом 2 , и каждый фиксированный шарнир 13 расположен рядом с соответствующей второй фиксированной частью 8 b . Более конкретно, вторые неподвижные части , 8, , b, расположены, по меньшей мере, частично под абсорбирующим элементом 2 .

Вторые фиксированные части 8 b устройства 1 могут быть жестко соединены друг с другом, как показано на фиг.1 и 2, образуя единую непрерывную вторую неподвижную часть.

Преимущественно вращающиеся части , 9, также могут перемещаться, по меньшей мере, в первое промежуточное положение, где эффективность сбора солнечного света повышается для падения света под большими углами падения. Первое промежуточное положение обозначено на прилагаемых рисунках пунктирной линией 14 . Преимущественно в течение дня в течение некоторых сезонов года можно использовать две или даже три слегка различных промежуточных позиции 14 для повышения эффективности сбора солнечного света.

Кроме того, вращающиеся части , 9, также могут перемещаться, по меньшей мере, во второе промежуточное положение, где поглощающий элемент 2 частично закрыт от солнечного излучения. Второе промежуточное положение обозначено на прилагаемых рисунках пунктирной линией 15 . Преимущественно может использоваться диапазон положений , 15, в зависимости от требуемой степени затемнения.

Устройство 1 содержит приводные средства 16 для управления вращением вращающихся частей 9 .

В предпочтительном, но не исключительном варианте воплощения приводные средства 16 содержат трос шкива 18 , который проходит вокруг колеса шкива 19 , таким образом образуя первый и второй трос соответственно 18 a и 18 b , линейно перемещаемые в противоположных направлениях. Первый кабель 18, , , соединен с одной из вращающихся частей 9, , а второй кабель 18, b, соединен с другой из вращающихся частей 9, .

Кроме того, устройство 1 содержит соединительный рычаг 17 , жестко связанный с каждой из вращающихся частей 9 и связанный с соответствующим кабелем 18 a , 18 b . В частности, устройство 1 содержит соединительный рычаг 17 , жестко связанный с одной из вращающихся частей 9 и соединенный с первым кабелем 18 a и дополнительный соединительный рычаг 17 , жестко связанный с другая из вращающихся частей 9 и соединенная со вторым кабелем 18 b.

Соединительные рычаги , 17, используются для уравновешивания вращающихся частей 9 и, таким образом, уменьшения крутящего момента и энергии, необходимых для вращения, и облегчения вращения самих вращающихся частей.

Первый кабель 18 a соединен с одним из соединительных рычагов 17 , а второй кабель 18 b соединен с другим одним из соединительных рычагов 17 для одновременного вращения вращающиеся части 9 в противоположных направлениях.

Соединение между кабелями 18 a и 18 b и соединительными рычагами 17 может быть достигнуто с помощью малых соединительных колец 20 в тросе шкива 18 , через которые соединительные рычаги 17 , в виде стержней, пасс. Когда трос шкива 18 перемещается, соединительные рычаги 17 свободно скользят через кольца 20 , поскольку сами соединительные рычаги вращаются вокруг шарниров 13 . Хотя на фиг. 1 соединительные рычаги 17 показаны, для ясности, имеют немного разную длину, длины двух соединительных рычагов 17 в идеале должны быть одинаковыми для обеспечения одинаковой величины вращения для каждой вращающейся части 9 .

В случае асимметричного устройства, как показано на фиг. 2, разная величина углового поворота для каждой из вращающихся частей , 9, может быть получена за счет использования соединительных рычагов , 17, разной длины.

Легко заметить, что меньшая длина соединительного рычага 17 , измеренная между шарниром 13 и соединительным кольцом 20 , приведет к большему углу поворота при смещении троса шкива.

В альтернативном решении, не представленном на прилагаемых чертежах, вышеупомянутые удлиненные валы, соединенные с вращающимися частями 9 , соединены с соответствующей звездочкой, приводимой в движение цепью, прикрепленной к соответствующему кабелю 18 a , 18 б . В частности, устройство 1, содержит первую звездочку, непосредственно соединенную с одним из удлиненных валов и приводимую в движение первыми короткими отрезками цепи, прикрепленными к первому тросу 18 a , и содержит вторую звездочку, напрямую соединенную с другим одним из удлиненных валов и приводится в движение вторыми короткими отрезками цепи, прикрепленными ко второму тросу 18 b . Использование звездочек разного диаметра позволяет выполнять разные угловые повороты в случае асимметричного устройства 1 .В этом альтернативном решении соединительные рычаги , 17, отсутствуют, потому что вращающиеся части , 9, непосредственно перемещаются удлиненными валами, которые приводятся в движение звездочками.

Предпочтительно, приводное средство 16 и, в частности, трос шкива 18 , соединены с моторизованным средством 21 .

Более конкретно, как представлено в предпочтительной, но не исключительной форме варианта осуществления, представленном на фигурах, трос шкива 18 может быть перемещен в любом направлении, например, с помощью электродвигателя 22 с прикрепленной звездочкой 23 , приводящий в движение короткий отрезок цепи 24 , прикрепленный к тросу шкива 18 для образования непрерывной петли.Цепь 24 и трос шкива 18 могут быть соединены пружиной 25 для поддержания натяжения троса 18 .

В качестве альтернативы трос шкива 18 может быть перемещен с помощью рейки, прикрепленной к самому тросу шкива, и шестерни, прикрепленной к электродвигателю, или с помощью линейного привода с приводом от электродвигателя.

В случае, когда промежуточные положения поворотных секций отражателя не используются, трос шкива 18 может перемещаться между двумя крайними положениями с помощью линейного привода с электромагнитным приводом или механического устройства с тепловым приводом, включающего расширяющийся сильфон. .

Преимущественно средства привода 16 управляются схемой управления.

Более конкретно, схема управления соединена, по меньшей мере, с датчиком температуры, связанным с абсорбирующим элементом 2 , для подачи питания на моторизованные средства 21 для определения линейного перемещения первого и второго кабеля 18 a и 18 b в зависимости от температуры абсорбирующего элемента 2 .

В качестве альтернативы или в дополнение к описанному выше датчику температуры, в случае, когда элемент абсорбера 2 содержит средства для циркуляции жидкости, контур управления может быть соединен, по крайней мере, с датчиком расхода для расхода жидкости через абсорбирующий элемент 2 , чтобы активировать моторизованное средство 21 для определения линейного перемещения первого и второго кабеля 18 a и 18 b в зависимости от скорости потока жидкости внутри самого элемента поглотителя.

В другом варианте осуществления схема управления управляется вручную для включения моторизованных средств.

Преимущественно, схема управления предназначена для поворота вращающихся частей 9 в заданные положения в определенные моменты времени, чтобы повысить эффективность сбора солнечного излучения, когда солнечное излучение падает под большими углами падения.

Схема управления также может использоваться для одновременной активации аварийной сигнализации, чтобы предупредить обслуживающий персонал о возможной неисправности в системе коллектора, такой как перегрев элемента абсорбера или прекращение потока теплоносителя.Схема управления также должна позволять вращение вращающихся частей 9 быть активировано ручным вмешательством.

Предпочтительно, устройство 1 содержит элемент крышки 26 , такой как стекло с низким содержанием железа, соединенный с первыми фиксированными частями 8 a отражающих элементов 3 в соответствии с их верхними концами, для защиты поглощающего элемента 2 и поверхности отражателя 3 от дождя, пыли и мусора.

Преимущественно поверхности элемента крышки , 26, являются противоотражающими, чтобы максимизировать передачу солнечного излучения к поглощающему элементу 2 . Кроме того, нижняя поверхность элемента крышки может быть снабжена присоединенными электронагревательными элементами, не показанными на фигурах, в виде тонких проводов для облегчения удаления льда или снега, которые скапливаются на элементе крышки.

В случае использования покровного стекла размер или протяженность вращающихся частей 9 и положение шарниров 13 должны быть такими, чтобы вращающиеся части 9 при вращении не контактировали с нижняя сторона элемента крышки 26 .

Настоящее изобретение также относится к не отслеживающей панели коллектора , 27, , содержащей множество не отслеживающих устройств солнечного коллектора 1 , расположенных бок о бок в непосредственной близости друг от друга.

РИС. 3 иллюстрирует пример панели , 27, , состоящей из множества симметричных коллекторных устройств 1 , расположенных бок о бок.

Используя простое удлинение приводного средства 16 , описанного выше, вращающиеся части 9 в каждом устройстве 1 одновременно поворачиваются посредством соединения с тросом шкива 18 , который простирается на всю ширину коллектора. панель 27 и которая проходит вокруг колеса шкива 19 на одном конце панели коллектора 27 .Отдельные элементы крышки , 26, могут использоваться на каждом устройстве солнечного коллектора, или, предпочтительно, один элемент крышки может использоваться для покрытия всех устройств солнечного коллектора, расположенных бок о бок в панели коллектора.

Аналогичным образом множество асимметричных коллекторных устройств 1 , как показано на фиг. 2, может быть расположена так, чтобы образовывать коллекторную панель 1 , но может быть выгодно разместить отдельные коллекторные устройства 1 на небольшом расстоянии друг от друга.

Настоящее изобретение допускает многочисленные модификации и изменения, все из которых находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения. Следовательно, формула изобретения должна толковаться в широком смысле в соответствии с объемом изобретения и не должна ограничиваться их буквальными терминами.

2.2 Типы и элементы концентрирующих коллекторов

2.2 Типы и элементы концентрирующих коллекторов

Любая общая установка для преобразования солнечной энергии включает в себя приемник — устройство, способное преобразовывать солнечное излучение в другой вид энергии.Это может быть либо поглотитель тепла (для сбора тепловой энергии), либо фотоэлектрический элемент (для преобразования света в электрическую энергию). В первом случае тепловое излучение поглощается для нагрева среды (жидкости), которая передает эту поглощенную энергию генератору. Во втором случае свет вызывает фотоэлектрический эффект в материале солнечного элемента, который генерирует электрический ток. В обеих этих ситуациях количество энергии, доступной для преобразования, ровно столько, сколько солнечный источник обеспечивает на единицу площади преобразователя.

Если нам нужно больше энергии для использования, у нас есть два варианта. Первый вариант — увеличить масштаб системы (например, увеличив количество приемников). Другими словами, мы должны расширить территорию завода, что потребует дополнительных затрат на строительство, обслуживание, техническое обслуживание и может потребовать дополнительной земли, дополнительных материалов и т. Д. В определенной степени это было сделано, но иногда этого недостаточно. меры для удовлетворения потребностей в энергии, особенно если площадь земли является ограничением. Второй вариант — сконцентрировать поток излучения.Это может быть достигнуто путем размещения концентратора (обычно какого-либо оптического устройства) между источником света (солнцем) и приемником. По общей терминологии, солнечный коллектор представляет собой систему обработки солнечного света, которая включает в себя концентратор и приемник в своей установке; он также характеризуется апертурой — площадью поперечного сечения, через которую солнечный свет попадает в систему.

Наиболее распространенными концентраторами являются рефлекторы , (зеркала) и рефракторы , (линзы), которые изменяют и перенаправляют падающий луч солнечного света.Конструкция концентрирующей оптики варьируется. Некоторые примеры концентрирующих коллекторов, в которых используются зеркала различной формы, показаны на рис. 2.3 применительно к преобразованию солнечной энергии в тепловую.

Рисунок 2.3. Типы концентрирующих коллекторов солнечного света: (а) трубчатые поглотители с диффузным обратным отражателем, (б) трубчатые поглотители с зеркальными выступающими отражателями, (в) плоский приемник с плоскими отражателями (V-образный желоб), (г) многосекционный планарный концентратор, (д) составной параболический концентратор (е) параболический желоб, (ж) концентратор Френеля, (з) решетчатые отражатели (гелиостаты) с центральным приемником.Концентрация света на приемнике достигается за счет формирования отражателей (зеркал) вокруг приемника (обозначенных синими кружками).

Кредит: Марк Федкин — модифицированный по Даффи и Бекман, 2013 г.

Процесс концентрации света подразумевает, прежде всего, что поток энергии увеличивается за счет ограничения его на меньшей площади. Это дает несколько важных преимуществ:

• достижения более высоких температур для коллекторов тепла;
• уменьшены потери тепла с поверхности приемника за счет уменьшения площади приема;
• более высокая степень преобразования энергии может быть достигнута на меньшей площади.

Концентрация подразумевает ограничение потока солнечного излучения на меньшей площади по сравнению с исходной апертурой.

Существует два основных класса концентраторов солнечной энергии: с изображением и без изображения . Концентраторы изображения называются отображающими, потому что они создают оптическое изображение солнца на приемнике. Концентраторы, не создающие изображения, не создают такого изображения, а скорее рассеивают солнечный свет по всей площади приемника.Концентраторы без визуализации имеют относительно низкий коэффициент концентрации (<10) по сравнению с концентраторами для визуализации.

Все оптические инструменты, предназначенные для управления солнечным светом с целью его концентрации и эффективного использования, основаны на фундаментальных принципах оптики, которые вы, возможно, помните из курсов физики. Если вам нужно освежить свои знания об этих основах, прежде чем мы изучим принципы концентрации света, обратитесь к следующей документации и видео:

Чтение и видео-задание

Интернет-статья: «Отражение и преломление света», Science Primer 2011-2013.

На этой веб-странице есть хорошее пояснительное видео, которое я предлагаю вам посмотреть.

Из различных типов концентраторов, перечисленных выше, в основном следующие четыре были приняты для использования на объектах CSP коммунального масштаба [Mendelsohn et al., 2012]:

1. Параболический желоб
2. Солнечная башня
3. Параболическая тарелка
4. Линейный отражатель Френеля

Все это концентраторы изображений, которые допускают относительно высокие температуры концентрации: около 400 ^o C для параболических желобов, до 650 ^o C для тарелок Стирлинга и выше 1000 ^o C для солнечных электростанций.Для сравнения: концентраторы без визуализации будут работать максимум до 200 ^o C. Эти технологии будут представлены более подробно в Уроках 7 и 8 этого курса.

Существуют также разработки для составных параболических коллекторов (CPC), не создающих изображения, которые будут использоваться в промышленных масштабах для низкотемпературных приложений [Baig et al., 2009], но эта технология не так широко распространена из-за ее умеренных концентрационных возможностей. Его гибкость в отношении использования непучкового излучения и более мягкие технические требования к размещению концентраторов по-прежнему привлекательны, поэтому эта технология также будет включена в наше рассмотрение.