Главная Обратная связь

Дисциплины:






Перетворення і використання сонячної енергії для теплопостачання



 

Сонячна енергія нерівномірно розподіляється по поверхні Землі. Значний вплив роблять мікрокліматичні погодні умови (тумани, сніг і т.і.). Тому системи, що використовують сонячну енергію, не мають постійну потужність ні протягом світлового дня ні протягом року, усі розрахунки виробляються по усередненим даним за визначений проміжок часу.

Основним елементом геліосистем є сонячний колектор (геліоколектор). Саме в поглинаючій панелі геліоколектора під впливом сонячного випромінювання (інфрачервоної складової) відбувається перетворення сонячної енергії в теплову, у результаті, панель розігрівається, а церкулюючий по каналах рідкий теплоносій - відбирає отримане тепло. Прозора ізоляція (скло) і теплоізоляційний шар зменшують втрати теплової енергії. У двоконтурних системах нагрітий у колекторі теплоносій надходить у внутрішній (чи зовнішній) теплообмінник бака-акумулятора, де передає отриману теплову енергію воді. Потім охлоджений теплоносій повертається в колектор і знову нагрівається - цикл замикається. Теплоносій безупинно циркулює між колекторами та баком до тих пір, доки не буде отримано досить сонячної енергії, щоб нагрівати воду.

Від ефективності сонячного колектора в значній мірі залежить ефективність роботи всієї системи. Чим більше сонячної енергії поглине геліоколектор, і чим менше він її втратить, тим ефективніше буде працювати система.

Усі принципи конструювання сонячних колекторів зводяться до забезпечення максимального поглинання сонячної енергії і максимальному зниженню теплових втрат. Максимальне поглинання сонячної енергії здійснюється у відкритих колекторах (без скла), які використовуються тільки для нагрівання води у відкритих басейнах у теплий і сонячний період року, а наймінімальніші теплові втрати у вакуумних колекторах. Але згадані колектори мають ряд суттєвих недоліків, що обмежують повсюдне їх використання.

Незважаючи на розмаїття сонячних колекторів (у виді бака, відкриті, вакуумні та ін.), найбільше поширення одержали плоскі колектори через свою універсальність, надійність і невибагливість. Також дані геліоколектори мають досить високу ефективність.

На практиці, сучасний ефективний плоский геліоколектор працює із середнім ККД у 50%, більш застарілі моделі працюють із ККД – 20-40%. ККД сонячного колектора нестабільний і може визначатися тільки для конкретних умов експлуатації в окремий момент часу (рис. 7.3). Чим нижче температура, до якої потрібно нагріти, тим вище ККД геліоколектора. Наприклад, тільки через застосування більш ефективного поглинаючого покриття (високоселективного), у хмарну погоду, різниця в ефективності сонячних колекторів може досягати 45%. Так як на території України, в значній мірі, сонячне випромінювання складається з розсіяного (на 40-60% в середньому за рік), необхідно використовувати сонячні колектори з високоселективним покриттям поглинаючої панелі.
Геліоколектор практично ніколи не працює з максимальним ККД, тому що в цьому випадку температура, до якої потрібно нагріти, повинна бути не вище температури навколишнього повітря.



 

Рисунок 7.3 - Втрати теплової енергії у плоскому сонячному колекторі

Існує досить проста формула ККД сонячного колектора (без урахування нелінійностей), по якій можна визначити різницю в ефективності будь-яких колекторів у кожен конкретний момент.

n0 – добуток оптичного ККД (a t) і коефіцієнта ефективності поглинаючої панелі;

a - коефіцієнт поглинання поглинаючого покриття;

t – коефіцієнт транспорентності (прозорості прозорої ізоляції, наприклад, скла);

Fr – коефіцієнт ефективності поглинаючої панелі ;

К – добуток загального коефіцієнта теплових втрат колектора і коефіцієнта ефективності поглинаючої панелі при нульовій швидкості вітру, Вт/(м2*оС);
T – різниця між середньою температурою теплоносія в колекторі та температурою навколишнього повітря, oC;

E – потужність сонячного випромінювання, Вт/м2.

Сонячний колектор – це не вся гелісистема, і він не може виробляти корисну теплову енергію самостійно, якщо вся система працює не правильно.

Існує безліч варіантів геліосистем, і теплова енергія, що вони можуть виробити у визначений день - обмежена, і залежить від багатьох факторів: конфігурації системи та її конструктивних особливостей, ступеня ясності дня, температури холодної води, об'єму бака, температури навколишнього повітря і т.і., тому для коректного розрахунку геліосистем необхідно використовувати складні програмні продукти.

Через те, що сонячна енергія, яка надходить на земну поверхню нестабільна в часі, колектори, майже завжди, підключаються до акумулятора теплової енергії (бак з водою чи спеціальною рідиною, басейн, ґрунт), що накопичує корисну енергію (системи без акумулювання тепла значно менш ефективні).

Умовне вироблення теплової енергії для нагрівання води в сонячний день, геліосистемою, що складається з 1 м2 ефективного геліоколектора і бака з гарячою водою на 80-100 л представлено на рис. 7.4

 

Рисунок 7.4 - Умовне вироблення теплової енергії для нагрівання води в сонячний день, геліосистемою, що складається з 1 м2 ефективного геліоколектора і бака з гарячою водою на 80-100 л

 

Використовуючи енергію сонця, геліосистеми дозволяють заощаджувати до 75% традиційного палива, яке необхідно для нагрівання гарячої води, і до 50% необхідного для цілей опалення.

Системи сонячного теплопостачання вважаються одними із самих надійних і довговічних, за умови, якщо вони були правильно розраховані, використовувалося ефективне і якісне устаткування, а також були якісно змонтовані. Будь-яка помилка може призвести до того, що система не буде виробляти бажану кількість теплової енергії чи узагалі швидко вийде з ладу.

 


 

РОЗДІЛ 8





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...