gototop

В основе многих солнечных энергетических систем лежит применение солнечных коллекторов. Коллектор поглощает световую энергию Солнца и преобразует ее в тепло, которое передается теплоносителю (жидкости или воздуху) и затем используется для:

  • дома;
  • дачи;
  • кафе;
  • бассейна;
  • ресторана;
  • туристической базы;
  • теплицы;
  • автомойки, автозаправочной станции;
  • гостинично-туристических комплексов;
  • производственных комплексов;
  • учреждений здравоохранения: больницы, поликлиники, санатории, профилактории, центры здоровья и др.;
  • детских учреждений: детские сады, школы, летние лагеря и др.;
  • торгово-развлекательных комплексов,  автономных магазинов;
  • объектов железнодорожного транспорта, портов, МЧС и пр.

Солнечные коллекторы могут применяться практически во всех процессах, использующих тепло.

 Так суммарный объем продаж солнечных водонагревательных установок (СВНУ) в Европейском сообществе, в 2006 г., показал существенный рост (+47 %) и составил, в пересчете на площадь солнечных коллекторов, 3 млн. м2. Суммарная установленная площадь солнечных коллекторов в ЕС достигла 19,2 млн. м2. В США в 2006 г. установленная площадь солнечных коллекторов увеличилась на 29 % (более 1,8 млн. м2), а общая установленная площадь составила более 10 млн. м2. Но, несомненным лидером по количеству производимых коллекторов и СВНУ является Китай с суммарной установленной площадью солнечных коллекторов более 100 млн. м2, и, где только в 2006 г., было изготовлено около 20 млн. м2. С ежегодным ростом цен на энергоносители в последнее время появился резкий рост спроса на солнечные водонагреватели и в России.

Мы предлагаем рассмотреть следующие варианты солнечных водонагревателей:

  •  Пассивные водонагреватели с системой накачивания воды, в котором совмещены аккумулирующий и коллекторные элементы системы (дачный вариант)
  • Активные водонагреватели с разделенной аккумулирующей и коллекторной частью

 Основа всех водонагревателей — это запатентованный элемент «вакуумная трубка»

.

Конструкция стеклянных вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Потери на излучение, особенно ощутимые зимой и при более высоких температурах нагреваемой воды, очень низкие. Благодаря цилиндрической форме трубок солнечные лучи падают на постоянно одинаковую поверхность (в плоскости перпендикулярно к оси трубки). Это проявляется и в получении большей энергии, хоть солнце и светит под «неудобным» углом, во время захода и восхода солнца, например, и при разных поворотах коллектора. Вакуумными трубками используется и так называемый диффузионный свет, когда солнце закрыто облаками. Эти коллекторы с цилиндрической абсорбционной поверхностью имеют ряд неоспоримых преимуществ перед плоскими солнечными коллекторами.

 В любое время дня под прямым солнечным излучением постоянно находится часть абсорбирующего вещества вакуумной трубки; это как бы плоский коллектор, поворачивающийся на одной оси за солнцем. При этом эффективная воспринимающая площадь коллектора в разы больше аналогичной площади плоского солнечного коллектора.

 Был достигнут результат, к которому стремились все разработчики солнечных батарей — собрать с помощью батареи как можно больше энергии и сделать так, чтобы она не могла быть потеряна.

 Кроме того, вакуум обеспечивает защиту от дыма и загрязнения. Системы на основе вакуумных трубок отличаются высокой поглощательной способностью до 98 % падающего излучения, обеспечивая нагрев в ясный день всего объема воды до 100 градусов (в туманные дни обеспечивая нагрев на 40-60 град).

Принцип работы

В основу функционирования стеклянных вакуумных трубок положено четыре базовых процесса:

— улавливание солнечного излучения

— теплообмен

— консервация полученного тепла

— автоматизированный контроль системы

При этом инженерное решение по реализации этих процессов чётко распределяется в соответствии с элементами трубок. Так, солнечное излучение, попадая на коллектор, проходит через его вакуумную зону и достигает специального покрытия, которое улавливает те волны солнечного излучения, которые несут наибольшую энергию — в первую очередь инфракрасный спектр. В результате чего происходит интенсивный разогрев вакуумного коллектора. В зависимости от типа вакуумных трубок коллектора, полученная энергия передаётся: воде (непосредственно используемой), теплоносителю (вода или антифриз). В первом случае полученное тепло непосредственно передаётся воде для её нагрева. Во втором и третьем — используется теплоноситель. В качестве теплоносителя может использоваться обычная вода или антифриз (как правило, водный раствор гликоля), а в качестве теплопередатчика медная трубка.

Далее теплоноситель или теплопередатчик отдаёт полученное тепло воде, используемой для бытовых нужд (горячая вода и/или отопление). Обычно, теплоноситель или теплопередатчик пространственно соприкасаются с медной трубкой, которая характеризуется повышенным коэффициентом теплообмена. Именно через медную трубку и осуществляется процесс теплообмена между теплоносителем (теплопередатчиком) и нагреваемой водой.

Пассивные солнечные водонагреватели

Пассивные водонагреватели имеют совмещенный аккумулирующий накопительный бак и коллекторные элементы. Накопительные баки утеплены для исключения потери тепла. Объем накопительного бака берется из расчета двух дневного потребления горячей воды. Самый малый объем бака 130 литров.

Пассивные системы перемещают готовую воду или теплоноситель через систему без насосов. Пассивные системы имеют преимущество, в том, что отключение электричества или поломка циркуляционного насоса не будет проблемой. Это делает пассивные системы вообще более надежными, более легкими в обслуживании, и возможно более долговечными, чем активные системы.

Главными преимуществами данной системы являются низкая цена, простота установки и обслуживания. Для ее работы достаточно только, чтобы в баке была вода. Подача воды может поступать самотеком из открытого бака, находящегося выше самого водонагревателя.

Эти нагревательные системы исключительно подходят в средней зоне для дачного использования в период с марта по октябрь.

Технические особенности

 

 Для получения максимальной получаемой энергии от солнца, коллекторы направляют «лицом» на юг или с отклонением до 30 °С от южного направления и наклоном между горизонтом и коллектором 30-55 ° в зависимости от широты.

 Устанавливать солнечные водонагреватели можно на крыше, используя уже ее наклон, на балконе и на земле. В комплекте с солнечным водонагревателем входит стойка для установки на горизонтальную поверхность.

 Пассивные солнечные водонагреватели в основном используются для:

— принятия душа

— бытовые расходы воды (мытье посуды)

— обогрев парников

— подогрев воды в бассейнах и т. д.

 Схема подключения воды может быть производиться из общей водяной системы с использованием водяного клапана понижающего давление практически до «0» или с подачей воды из дополнительного резервуара. (см. схему), находящегося выше не менее 30 см. от входа в бак накопитель.

 Выбор модели солнечного водонагревателя напрямую связан от ежедневного расхода горячей воды. Модели пассивного солнечного нагревателя отличаются объемом накопительного бака от 130 до 300 л и площадью коллектора (количество вакуумных трубок). Для желания использовать вариант более 300 литров, можно соединить солнечные нагреватели последовательно для набора нужного объема запаса горячей воды.

Расчет экономии

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

Активные солнечные водонагреватели

Основное отличие активных СВ от пассивных СВ — это применение всей системы при магистральном давлении воды до 1 МПа. (10 атм.). Это преимущество активных СВ перед пассивными СВ дает возможность применение их во всех областях, где необходима горячая вода.

 Активная солнечная система как правило включает в себя коллектор, насос, систему контроля, жидкий теплоноситель (антифриз) и расширительный бак. Активные СВ как правило используются в разделенном виде, т. е. коллектор находиться на крыше дома, а накопительная емкость и система управления внутри помещения. Элемент, преобразующий энергию Солнца, представляет собой стеклянную, вакуумную колбу, которая имеет высокую степень противоградовой прочности (примерно как лобовое стекло автомобиля), за счет специальной закалки боросиликатного стекла при температуре 460 градусов. Внутрь каждой стеклянной колбы, в вакуум, помещена двойная (трубка в трубке) медная тепловая трубка с боковыми радиаторами.

 Система замкнута в объеме стеклянной колбы, длиной до 2 метров и шириной 10 см. По внутренней медной трубке, охлажденный в конденсаторе теплоноситель (антифриз) поступает вниз и, возвращаясь наверх по внешней трубке, нагревается от боковых радиаторов.

 Нагрев воды в летний период доходит до 110 °С. Нагревательная труба действует как тепловой проводник высокой проводимости. Благодаря своим теплофизическим свойствам коэффициент трансформации тепла в тысячи раз выше лучших твердых проводников тепла таких же размеров. Всё это обеспечивает коллектору работу в течение более короткого периода солнечного освещения и небольшого объема излучения. Для увеличения теплоотдачи, особенно в холодное время года, применяется постоянная принудительная циркуляция теплоносителя (антифриз) с помощью насоса.

 По сравнению с другими технологиями такая труба может обеспечить достижение желаемой температуры в более ранний период суток, при нормальных условиях горячая вода может быть обеспечена два раза в день. По внутренней трубке охлажденный теплоноситель поступает вниз и, возвращаясь наверх по внешней трубке, нагревается от боковых радиаторов. При этом присутствует эффект «запирания» трубы, исключающий теплопотери в ночное время.

 Термоизолированный бак — имеет различную емкость в зависимости от модели, максимальный объем 500 литров. Модели наиболее пользующиеся спросом — это с объемом 240 и 360 литров. Бак способен удерживать температуру до 4 суток, с потерей примерно 2-3 градуса в сутки, в случае, если нет солнца. В качестве резервного источника тепла, он оснащается электрическим ТЭНом мощностью до 2 кВт или газовым котлом, для автоматического подогрева воды до заданной температуры.

 Данная установка может функционировать как по отдельности (от энергии солнца или от эл. энергии), так и одновременно по формуле солнце + эл. энергия и способна безотказно работать при температурном режиме до минус 60 °С.

Проектирование автономного отопления и горячего водоснабжения

 Почти половина всей производимой энергии используется для обогрева воздуха. Солнце светит и зимой, но его излучение обычно недооценивается.

 Солнечная энергия зимой может легко использоваться для отопления помещений. Весной и осенью, когда часто бывает солнечно, но холодно, солнечное отопление помещений позволит не включать основное отопление. Это дает возможность сэкономить большую часть энергии, а соответственно и деньги. Для домов, которыми редко пользуются, или для сезонного жилья (дачи, бунгало), солнечное отопление особенно полезно зимой, так как исключает чрезмерное охлаждение стен, предотвращая разрушение от конденсации влаги и плесени. Таким образом, ежегодные эксплуатационные расходы сильно снижаются.

 При солнечном отоплении домов необходимо решать проблему теплоизоляции помещений на основе архитектурно-конструктивных элементов, т.е. при создании эффективной системы солнечного отопления следует возводить дома, имеющие хорошие теплоизоляционные свойства. К сожалению, период поступления тепла от Солнца далеко не всегда совпадает по фазе с периодом появления тепловых нагрузок. Большая часть энергии, которая имеется в нашем распоряжении в течение летнего периода, теряется из-за отсутствия постоянного спроса на нее. Поэтому при проектировании отопления и обеспечения горячей водой помещения с использовании солнечной энергии всегда берется расчет на вспомогательное отопительное оборудование для самых холодных или неблагоприятных условии.

 Применение солнечной системы отопления и снабжение горячей водой особенно актуально для:

  • Коттеджей
  • Школ и детских садов
  • Небольших гостиниц и государственных учреждений и т. д

 

icon Цены на солнечные водонагреватели

zakaz


Поделиться ссылкой на страницу: