Главная Обратная связь

Дисциплины:






Солнечные концентраторы



Такие электростанции концентрируют солнечную энергию при помощи линз и рефлекторов. Так как это тепло можно хранить, такие станции могут вырабатывать электричество по мере надобности, днем и ночью, в любую погоду. Большие зеркала - с точечным либо линейным фокусом - концентрируют солнечные лучи до такой степени, что вода превращается в пар, выделяя при этом достаточно энергии для того, чтобы вращать турбину. Фирма "LuzCorp." установила огромные поля таких зеркал в калифорнийской пустыне. Они производят 354 МВт электроэнергии. Эти системы могут превращать солнечную энергию в электричество с КПД около 15%.

Существуют следующие виды солнечных концентраторов:

· Солнечные параболические концентраторы

· Солнечная установка тарельчатого типа

· Солнечные электростанции башенного типа с центральным приемником.

И т.д. .

 

9. Виды солнечных коллекторов и варианты их использования

Солнечные коллекторы и их виды

В основе многих солнечных энергетических систем лежит применение солнечных коллекторов. Коллектор поглощает световую энергию Солнца и преобразует ее в тепло, которое передается теплоносителю (жидкости или воздуху) и затем используется для обогрева зданий, нагрева воды, производства электричества, сушки сельскохозяйственной продукции или приготовления пищи. Солнечные коллекторы могут применяться практически во всех процессах, использующих тепло. Технология изготовления солнечных коллекторов достигла практически современного уровня в 1908 году, когда Вильям Бейли из американской "CarnegieSteelCompany" изобрел коллектор с теплоизолированным корпусом и медными трубками. Этот коллектор весьма походил на современную термосифонную систему. К концу первой мировой войны Бейли продал 4 000 таких коллекторов, а бизнесмен из Флориды, купивший у него патент, к 1941 году продал почти 60 000 коллекторов.

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

Существуют солнечные коллекторы различных размеров и конструкций в зависимости от их применения. Они могут обеспечивать хозяйство горячей водой для стирки, мытья и приготовления пищи, либо использоваться для предварительного нагрева воды для существующих водонагревателей. В настоящее время рынок предлагает множество различных моделей коллекторов.



 

Интегрированный коллектор

Простейший вид солнечного коллектора - это "емкостной" или "термосифонный коллектор", получивший это название потому, что коллектор одновременно является и теплоаккумулирующим баком, в котором нагревается и хранится "одноразовая" порция воды. Такие коллекторы используются для предварительного нагрева воды, которая затем нагревается до нужной температуры в традиционных установках, например, в газовых колонках. В условиях домашнего хозяйства предварительно подогретая вода поступает в бак-накопитель. Благодаря этому снижается потребление энергии на последующий ее нагрев. Такой коллектор - недорогая альтернатива активной солнечной водонагревательной системе, не использующая движущихся частей (насосов), требующая минимального техобслуживания, с нулевыми эксплуатационными расходами.

 

Плоские коллекторы

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

Плоские коллекторы делятся на жидкостные и воздушные. Оба вида коллекторов бывают остекленными или неостекленными.

 

Солнечные трубчатые вакуумированные коллекторы

Традиционные простые плоские солнечные коллекторы были спроектированы для применения в регионах с теплым солнечным климатом. Они резко теряют в эффективности в неблагоприятные дни - в холодную, облачную и ветреную погоду. Более того, вызванные погодными условиями конденсация и влажность приводят к преждевременному износу внутренних материалов, а это, в свою очередь, - к ухудшению эксплуатационных качеств системы и ее поломкам. Эти недостатки устраняются путем использования вакуумированных коллекторов.

Вакуумированные коллекторы нагревают воду для бытового применения там, где нужна вода более высокой температуры. Солнечная радиация проходит сквозь наружную стеклянную трубку, попадает на трубку-поглотитель и превращается в тепло. Оно передается жидкости, протекающей по трубке. Коллектор состоит из нескольких рядов параллельных стеклянных трубок, к каждой из которых прикреплен трубчатый поглотитель (вместо пластины-поглотителя в плоских коллекторах) с селективным покрытием. Нагретая жидкость циркулирует через теплообменник и отдает тепло воде, содержащейся в баке-накопителе.

Вакуум в стеклянной трубке - лучшая из возможных теплоизоляций для коллектора - снижает потери тепла и защищает поглотитель и теплоотводящую трубку от неблагоприятных внешних воздействий. Результат - отличные рабочие характеристики, превосходящие любой другой вид солнечного коллектора.

 

Фокусирующие коллекторы

Фокусирующие коллекторы (концентраторы) используют зеркальные поверхности для концентрации солнечной энергии на поглотителе, который также называется "теплоприемник". Достигаемая ими температура значительно выше, чем на плоских коллекторах, однако они могут концентрировать только прямое солнечное излучение, что приводит к плохим показателям в туманную или облачную погоду. Зеркальная поверхность фокусирует солнечный свет, отраженный с большой поверхности, на меньшую поверхность абсорбера, благодаря чему достигается высокая температура. В некоторых моделях солнечное излучение концентрируется в фокусной точке, тогда как в других лучи солнца концентрируются вдоль тонкой фокальной линии. Приемник расположен в фокусной точке или вдоль фокальной линии.

Жидкость-теплоноситель проходит через приемник и поглощает тепло. Такие коллекторы-концентраторы наиболее пригодны для регионов с высокой инсоляцией - близко к экватору и в пустынных районах.

Существуют и другие недорогие технологически несложные солнечные коллекторы узкого назначения - солнечные печи (для приготовления еды) и солнечные дистилляторы, которые позволяют дешево получить дистиллированную воду практически из любого источника.

 

Солнечные печи

Они дешевы и просты в изготовлении. Они состоят из просторной хорошо теплоизолированной коробки, выстеленной отражающим свет материалом (например, фольгой), накрытой стеклом и оборудованной внешним отражателем. Кастрюля черного цвета служит поглотителем, нагреваясь быстрее, чем обычная посуда из алюминия или нержавеющей стали. Солнечные печи можно использовать для обеззараживания воды, если доводить ее до кипения.

Бывают ящичные и зеркальные (с отражателем) солнечные печи.

 

Солнечные дистилляторы

Солнечные дистилляторы обеспечивают дешевую дистиллированную воду, причем источником может служить даже соленая или сильно загрязненная вода. В их основе лежит принцип испарения воды из открытого контейнера. Солнечный дистиллятор использует энергию Солнца для ускорения этого процесса. Состоит он из теплоизолированного контейнера темного цвета с остеклением, которое наклонено с таким расчетом, чтобы конденсирующаяся пресная вода стекала в специальную емкость. Небольшой солнечный дистиллятор - размером с кухонную плиту - в солнечный день может вырабатывать до десяти литров дистиллированной воды.

10. Схемы солнечных водонагревательных установок

 

Принцип работы: при нагревании от солнечной энергии вода в змеевике под действием конвекции начинает подниматься вверх. При этом вода из резервуара по условию непрерывности жидкости будет увлекаться в трубу. Более горячая вода поднимается вверх по змеевику, попадает в резервуар, а из резервуара с более нижних слоев вода более холодная по трубке попадает в змеевик и нагревается солнечной энергией. Змеевик используется для увеличения площади нагрева. Резервуар для воды – это сосуд, изготовленный по принципу «термоса», окрашенный с внешней стороны светлой краской для уменьшения тепловых потерь излучением. Существенным недостатком солнечного водонагревателя такого вида является зависимость поступающей солнечной энергии от состояния атмосферы и времени суток.

11. Солнечное отопление, варианты пассивного солнечного отопления

Системы активного солнечного теплоснабжения бывают двух видов: с жидкостным и воздушным теплоносителем. Системы с жидкостным теплоносителем греют воду или антифриз в “жидкостном” коллекторе, а в системах с воздушным теплоносителем в коллекторе греется воздух.

Как первая, так и вторая система улавливают и поглощают солнечное излучение и передают солнечное тепло либо внутрь помещения, либо в накопительную систему, из которой осуществляется распределение тепла по помещению. Если система солнечного нагрева не обеспечивает помещение необходимым количеством тепла, вдобавок к ней используются дополнительные системы обогрева. Коллектор на жидком теплоносителе более предпочтителен тогда, когда тепло перед подачей какое-то время аккумулируется в накопителе. Кроме того, этот вариант солнечного отопления хорошо подходит для систем лучистого отопления, бойлеров и радиаторов водяного отопления, а также для абсорбционных тепловых насосов и охладителей. Как жидкостная, так и воздушная системы могут дополнять принудительные системы отопления и охлаждения.

 

Экономичность и другие преимущества активных солнечных систем теплоснабжения

Активные солнечные системы теплоснабжения наиболее эффективны при круглогодичном использовании, поэтому наилучшие результаты достигаются в холодном климате с хорошими солнечными ресурсами. Являясь альтернативой системам отопления, использующим электричество, пропан и др., солнечное отопление представляет собой весьма энергоэффективное решение теплоснабжения дома.

Использование солнечного коллектора может способствовать существенному снижению энергозатрат на отопление в зимнее время. Помимо этого, в отличие от нагревателей, использующих ископаемое топливо, солнечное отопление отличается экологичностью, так как не производит вредных выбросов в атмосферу.

Комнатные воздушные нагреватели
Для обеспечения теплом одной или нескольких комнат, воздушные коллекторы могут монтироваться на крыше или внешней (южной) стене. Хотя рынок сегодня предлагает довольно широкий спектр коллекторов, произведенных промышленным способом, некоторые владельцы все же предпочитают изготавливать коллекторы самостоятельно.
Коллектор состоит из герметичной, термоизолированной металлической рамы и черной металлической пластины, поглощающей тепло, с остекленным покрытием. Солнечное излучение нагревает пластину, которая в свою очередь нагревает воздух в коллекторе. Вентилятор, работающий на электричестве, забирает воздух из комнаты и прогоняет его через коллектор, после чего нагретый воздух возвращается обратно в комнату. Коллектору, установленному на крыше, необходимы специальные каналы, через которые воздух из комнаты достигал бы коллектор и наоборот. Между тем, коллекторы, устанавливаемые на стенах, в воздушных каналах не нуждаются - отверстия для входа и выхода воздуха проделываются непосредственно в стене.
Простые оконные коллекторы вставляются в существующий оконный проем. Они могут быть как активными (работающими при использовании вентилятора), так и пассивными. В пассивном коллекторе воздух поступает в нижнюю часть коллектора и по мере нагревания поднимается в его верхнюю часть, из которой поступает прямо в комнату. Чтобы в пасмурную погоду воздух из помещения не попадал обратно на панель коллектора, у коллектора имеется специальный воздушный клапан. Следует иметь в виду, что оконные системы, как правило, не обладающие достаточной площадью поверхности, большой теплопроизводительностью не отличаются.

Жидкостные солнечные коллекторы
Жидкостный солнечные коллекторы больше всего подходят для центрального отопления. Для отопления используются аналогичные коллекторы, как и в домашних системах солнечного водоснабжения. Самыми распространенными являются плоские, однако доступны также и вакуумные, а также концентрирующие коллекторы. Для поглощения тепла в жидкостных коллекторах используется жидкий теплоноситель: вода, антифриз (как правило, низкотоксичный пропилен гликоль) или другая жидкость. Передвижение жидкости в коллекторе осуществляется с помощью циркуляционного насоса, который в определенное время включает регулятор.
Так как по коллектору жидкость движется довольно быстро, ее температура увеличивается всего на 5.6°–11°C. При нагревании меньших объемах жидкости на большую температуру, происходит переохлаждение коллектора, что уменьшает энергопроизводительность системы. Жидкость поступает либо в бак-аккумулятор, либо в теплообменник, после чего сразу же используется. Остальные компоненты системы включают трубопровод, теплообменник, бак-аккумулятор и регуляторы.
Скорость потока жидкости в коллекторе должна составлять от 0.82 до 1.22 литра в минуту на квадратный метр коллектора. Общая скорость потока (которую необходимо знать для выбора насоса нужного размера) вычисляется умножением вышеизложенной скорости на общую площадь коллектора.

Аккумулирования тепла в жидкостных системах: баки-аккумуляторы
В жидкостных системах солнечного нагрева тепло чаще всего накапливается в баках-аккумуляторах с водой. В среднем, на 0,093 кв.метра площади бака-аккумуляторы требуется 3.8–7.6 л воды. Баки могут быть как герметизированными, так и негерметизированными – выбор того или иного вида зависит от общего дизайна системы. Перед тем как выбрать бак, вам необходимо взвесить все факторы, включая цену, размер, прочность, срок службы, а также место (в подвале или снаружи) и метод установки. Может быть, бак нужных вам размеров не пройдет через дверной проем – тогда вам придется собирать его непосредственно на месте монтажа. У баков также есть ограничения относительно температуры и давления, кроме того они должны соответствовать местным строительным, сантехническим и механическим нормам. Также стоит продумать вид теплоизоляции, предотвращающей теплопотери, а также защитное покрытие, защищающее бак от коррозии и протечек.
Для систем, нуждающихся в особо больших накопительных емкостях, специальные баки, изготавливаются, как правило, на заказ. Обычно они делаются из нержавеющей стали, стекловолокна или высокотемпературного пластика. Альтернативой являются и баки, выполненные из бетона или дерева. Каждая разновидность баков имеет как преимущества, так и недостатки. Обладая разными размерами и весом, они могут быть идеальны в одном случае и абсолютно не подходить в другом. Иногда вместо одного большого бака более практично использовать несколько маленьких. В качестве аккумулятора можно использовать и домашние водонагреватели. Они изготавливаются с учетом строительных норм относительно применения сосудов высокого давления, являются стойкими к коррозии, а кроме того к ним несложно подсоединить трубы и арматуру.

12. Типы солнечных электростанций





sdamzavas.net - 2018 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...