Solenergi som en alternativ energikälla: solsystemens egenskaper och egenskaper

Under det senaste decenniet har solenergi som en alternativ energikälla allt mer använts för att värma och förse byggnader med varmt vatten. Den främsta orsaken är önskan att ersätta traditionella bränslen med överkomliga, miljövänliga och förnybara energikällor.

Omvandlingen av solenergi till värme sker i solsystem - konstruktionen och principen för drift av modulen bestämmer specifikationerna för dess tillämpning. I det här materialet kommer vi att ta hänsyn till typer av solfångare och principerna för deras funktion, samt prata om de populära modellerna av solmoduler.

Möjligheten att använda ett solsystem

Heliosystem - ett komplex för att omvandla solstrålningsenergi till värme, som sedan överförs till en värmeväxlare för att värma upp värmningsmediet i ett värmesystem eller vattentillförsel.

Solenergiinstallationens effektivitet beror på solisolering - mängden energi som levereras under ett dagsljus per 1 kvadratmeter yta belägen i en vinkel på 90 ° relativt solens strålar. Det uppmätta värdet på indikatorn är kW * h / kvm, värdet på parametern varierar beroende på säsong.

Den genomsnittliga solisoleringsnivån för regionen med tempererat kontinental klimat är 1000-1200 kWh / kvm (per år). Solmängden är en avgörande parameter för beräkning av solsystemets prestanda.

Med hjälp av en alternativ energikälla kan du värma huset, få varmt vatten utan traditionella energikostnader - uteslutande genom solstrålning

Installation av ett solvärmesystem är ett dyrt företag. För att investeringarna ska kunna betala sig krävs en noggrann beräkning av systemet och anslutning till installationstekniken.

Ett exempel. Det genomsnittliga värdet på solisolering för Tula på mitten av sommaren är 4,67 kV / kvm * ​​dag, förutsatt att systempanelen är installerad i en vinkel på 50 °. Solenergikapaciteten på 5 kvadratmeter beräknas enligt följande: 4,67 * 4 = 18,68 kW värme per dag. Denna volym räcker för att värma 500 liter vatten från en temperatur från 17 ° C till 45 ° C.

Som praxis visar, när man använder en solinstallation, kan ägarna till stugan på sommaren helt växla från el- eller gasvärme till solmetoden

På tal om genomförbarheten av att införa ny teknik är det viktigt att ta hänsyn till de tekniska egenskaperna hos en viss solfångare. Vissa börjar arbeta med 80 W / kvm solenergi, medan andra bara behöver 20 W / kvm.

Även i ett sydligt klimat kommer användningen av ett kollektorsystem uteslutande för uppvärmning inte att lönas. Om installationen enbart kommer att användas på vintern med solbrist, täcks inte kostnaderna för utrustning på 15-20 år.

För att använda heliocomplex så effektivt som möjligt måste det ingå i varmvattenförsörjningssystemet. Även på vintern låter en solfångare "skära" energiräkningar för att värma vatten till 40-50%.

Enligt experter betalar solsystemet för sig själv inom ungefär 5 år. Med stigande priser för el och gas kommer komplexets återbetalningsperiod att reduceras

Förutom ekonomiska fördelar har "solvärme" ytterligare fördelar:

1. Miljövänlighet. Koldioxidutsläppen minskas. Under ett år förhindrar 1 kvadratmeter solfångare 350-730 kg gruvdrift från atmosfären.
2. Estetik. Utrymmet för ett kompakt badkar eller kök kan elimineras från skrymmande pannor eller gejsrar.
3. Hållbarhet. Tillverkarna hävdar att komplexet kommer att pågå under 25-30 år med förbehåll för installationsteknologi. Många företag har en garanti på upp till 3 år.

Argument mot användning av solenergi: uttalad säsongsbetoning, väderberoende och hög initial investering.

Allmän ordning och princip för verksamheten

Betrakta ett solsystem med en uppsamlare som det viktigaste arbetselementet i systemet. Enhetens utseende liknar en metalllåda vars framsida är gjord av härdat glas. Inuti lådan finns en fungerande kropp - en spole med en absorber.

Det värmeabsorberande blocket ger uppvärmning av värmebäraren - cirkulationsvätskan, överför den genererade värmen till vattentillförselkretsen.

Heliosystemets huvudkomponenter: 1 - uppsamlingsfält, 2 - luftventilation, 3 - distributionsstation, 4 - tryckavlastningstank, 5 - regulator, 6 - vattenvärmare, 7.8 - värmeelement och värmeväxlare, 9 - värmeblandningsventil, 10 - varmvattenförbrukning, 11 - kallt vattenintag, 12 - urladdning, T1 / T2 - temperatursensorer

Soluppsamlaren måste arbeta i tandem med en lagringstank. Eftersom kylvätskan värms upp till en temperatur av 90-130 ° C, kan den inte matas direkt till kranar med varmvatten eller värmeelement. Kylvätskan kommer in i pannans värmeväxlare. Lagringstanken kompletteras ofta med en elektrisk värmare.

Arbetsschema:

1. Solen värmer ytan kollektor.
2. Termisk strålning överförs till det absorberande elementet (absorberaren), som innehåller arbetsfluiden.
3. Kylvätskan som cirkulerar genom slangarna i spolen upphettas.
4. Pumputrustning, en kontroll- och övervakningsenhet säkerställer att kylvätskan avlägsnas genom rörledningen till lagringstankens spole.
5. Värmen överförs till vattnet i pannan.
6. Det kylda kylvätskan flyter tillbaka till kollektorn och cykeln upprepas.

Uppvärmt vatten från varmvattenberedaren tillförs värmekretsen eller till vattenintagspunkterna.

När du ordnar ett värmesystem eller varmvattenförsörjning året runt, är systemet utrustat med en extra värmekälla (panna, elektrisk värmare). Detta är en förutsättning för att bibehålla den inställda temperaturen.

Solpaneler i arrangemang av privata hus används oftast som reservkälla för el:

Variationer av solfångare

Oavsett syfte är solsystemet utrustat med en platt eller sfärisk rörformig solfångare. Var och en av alternativen har ett antal särdrag i form av tekniska egenskaper och driftseffektivitet.

Vakuum - för kallt och tempererat klimat

Strukturellt sett liknar en vakuumsolekollektor en termos - smala rör med kylvätska placeras i kolvar med större diameter. Ett vakuumlager bildas mellan kärlen, som ansvarar för värmeisolering (värmeskydd - upp till 95%). Den rörformade formen är mest optimal för att hålla vakuumet och "ockupationen" av solens strålar.

Grundelement i en rörformad solenergiinstallation: stödram, värmeväxlarhus, vakuumglasrör behandlade med en mycket selektiv beläggning för intensiv "absorption" av solenergi

Det inre röret (värme) fylls med saltlösning med en låg kokpunkt (24-25 ° C). Vid upphettning avdunstar vätskan - ångan stiger upp kolven och värmer upp kylvätskan som cirkulerar i kollektorkroppen.

Vid kondensprocessen strömmar vattendroppar in i rörets spets och processen upprepas.

På grund av närvaron av ett vakuumlager kan vätskan inuti värmelampan koka och avdunsta vid minus gatttemperatur (upp till -35 ° С).

Egenskaperna för solmoduler beror på sådana kriterier:

• rördesign - fjäder, koaxial;
• värmekanalanordning - "Värmeledning"direktflödescirkulation.

Fjäderlampa - ett glasrör där en plattabsorbent och en värmekanal är inneslutna. Vakuumskiktet passerar genom hela värmekanalens längd.

Koaxiellt rör - dubbel kolv med vakuuminsats mellan väggarna i två tankar. Värme överförs från rörets insida. Termorörspetsen är utrustad med en vakuumindikator.

Effektiviteten hos pennrör (1) är högre jämfört med koaxiella modeller (2). De förstnämnda är dock dyrare och svårare att installera. Dessutom, i händelse av en nedbrytning, måste penningkolven helt bytas ut.

Värmepipkanalen är den vanligaste varianten av värmeöverföring i solfångare.

Verkningsmekanismen är baserad på placeringen av en flyktig vätska i förseglade metallrör.

Populariteten för "Heat pipe" beror på överkomliga kostnader, opretentiös service och underhåll. På grund av komplexiteten i värmeväxlingsprocessen är maximal effektivitetsnivå 65%

Direktflödeskanal - parallella metallrör anslutna till en U-formad båge passerar genom en glaskolv

Kylvätskan som strömmar genom kanalen värms upp och matas till kollektorkroppen.

Designalternativ för en vakuum-solfångare: 1 - modifiering med ett centralvärmningsrör “Värmepip”, 2 - solinstallation med direktflödescirkulation av kylvätskan

Koaxial- och fjäderrör kan kombineras med värmekanaler på olika sätt.

Alternativ 1 Koaxial kolv med "Värmeledning" är den mest populära lösningen. I samlaren överförs värme upprepade gånger från glasrörets väggar till den inre kolven och sedan till kylvätskan. Graden av optisk effektivitet når 65%.

Systemet för koaxialröret "Värmepipa": 1 - ett skal av glas, 2 - selektiv beläggning, 3 - metallfenor, 4 - vakuum, 5 - värmepärla med en lättkokande substans, 6 - innerglasrör

Alternativ 2 Direktflödes koaxial kolv är känd som en U-formad kollektor. Tack vare konstruktionen minskas värmeförlusterna - termisk energi från aluminium överförs till rören med cirkulerande kylvätska.

Tillsammans med hög effektivitet (upp till 75%) har modellen nackdelar:

• installationens komplexitet - kolvarna är en enda enhet med en två-rörs grenrörskropp (huvuddel) och installeras som en helhet;
• utbyte av enda rör är uteslutet.

Dessutom kräver den U-formade enheten kylvätskan och är dyrare än modellerna “Heat pipe”.

Enheten för den U-formade solfångaren: 1 - "cylinder" i glas, 2 - absorberande beläggning, 3 - aluminium "skydd", 4 - kolv med kylvätska, 5 - vakuum, 6 - inre glasrör

Alternativ 3 Fjäderrör med handlingsprincipen "Värmeledning". Utmärkande egenskaper hos samlaren:

• höga optiska egenskaper - effektivitet på cirka 77%;
• platt absorbator överför direkt värmeenergi till värmeöverföringsröret;
• genom användning av ett enda glasskikt reduceras reflektionen av solstrålning;

Det är möjligt att byta ut ett skadat element utan att tappa kylvätskan från solsystemet.

Alternativ 4 Direktflödesbrunnkolven är det mest effektiva verktyget för att använda solenergi som en alternativ energikälla för att värma vatten eller värma hem. Den högpresterande samlaren arbetar med en effektivitet på 80%. Nackdelen med systemet är svårigheten att reparera.

Planer för anordningen av fjäder-solfångare: 1 - ett solsystem med en "Heat pipe" -kanal, 2 - ett två-rörs hus i en solfångare med direktflödesrörelse av kylvätskan

Oavsett design har rörformade grenrörsdelar följande fördelar:

• prestanda med låg temperatur;
• låg värmeförlust;
• funktionens varaktighet under dagen;
• förmågan att värma kylvätskan till höga temperaturer;
• låg vindkraft;
• enkel installation.

Den största nackdelen med vakuummodeller är omöjligt att självrensa från snöskyddet. Vakuumskiktet släpper inte ut värmen, därför smälter snöskiktet inte och blockerar solens tillgång till kollektorfältet. Ytterligare nackdelar: högt pris och behovet av att följa kolvens arbetsvinkel minst 20 °.

Solfångare som värmer luftkylvätskan kan användas vid beredning av varmt vatten om de är utrustade med en lagringstank:

Läs mer om funktionsprincipen för en vakuum-solfångare med rör. ytterligare.

Vatten - det bästa alternativet för de södra breddegraderna

Platta solpaneler (panel) - en rektangulär aluminiumplatta, stängd ovanpå med ett plast- eller glasskydd. Inuti lådan finns ett absorptionsfält, en metallspole och ett lager termisk isolering. Samlarområdet fylls med en flödeslinje genom vilken kylvätskan rör sig.

Grundkomponenterna i en platt solfångare: hus, absorber, skyddsbeläggning, värmeisoleringslager och fästelement. Vid montering används frostat glas med en överföring av spektralområdet 0,4-1,8 mikron.

Värmeabsorptionen hos en mycket selektiv absorberande beläggning når 90%. Ett flödande metallrör placeras mellan "absorbenten" och värmeisoleringen. Två rörläggningsscheman används: “harpa” och “slingra”.

Processen att montera solfångare som värmer vätskekylvätskan innehåller ett antal traditionella steg:

Om värmekretsen kompletteras med en ledning som tillför sanitetsvatten till varmvattenförsörjningen är det vettigt att ansluta en värmeakkumulator till solfångaren. Det enklaste alternativet är en behållare med lämplig kapacitet med värmeisolering, som kan hålla temperaturen på uppvärmt vatten. Det måste installeras på flyover:

En rörformig kollektor med flytande kylvätska fungerar som en "växthus" -effekt - solens strålar tränger igenom glaset och värmer upp rörledningen. Tack vare täthet och värmeisolering hålls värme inuti panelen.

Solmodulens styrka bestäms till stor del av materialet i skyddskåpan:

• vanligt glas - den billigaste och spröda beläggningen;
• härdat glas - hög grad av ljusspridning och ökad styrka;
• anti-reflexglas - skiljer sig åt den maximala absorptionsförmågan (95%) på grund av närvaron av ett lager som eliminerar reflektionen av solens strålar;
• självrensande (polärt) glas med titandioxid - organisk förorening brinner ut i solen, och resterna av skräp tvättas av regn.

Polykarbonatglas är det mest resistenta mot stötar. Materialet installeras i dyra modeller.

Reflexion av solljus och absorption: 1 - antireflexbeläggning, 2 - härdat slagfast glas. Den optimala tjockleken på det skyddande ytterhöljet är 4 mm

Operativa och funktionella funktioner hos solpaneler:

• i tvångscirkulationssystem finns en upptiningsfunktion som gör att du snabbt kan bli av med snöskyddet på heliopolen;
• prismatiskt glas tar upp ett brett utbud av strålar i olika vinklar - på sommaren når installationens effektivitet 78-80%;
• samlaren är inte rädd för överhettning - med ett överskott av värmeenergi är tvingad kylning av kylvätskan möjlig;
• ökad slagmotstånd jämfört med rörformiga motsvarigheter;
• förmågan att monteras i valfri vinkel;
• prisvärda priser.

System är inte utan brister. Under en period med brist på solstrålning, när temperaturdifferensen ökar, minskar effektiviteten hos en platt solfångare betydligt på grund av otillräcklig värmeisolering. Därför betalar panelmodulen på sommaren eller i regioner med varmt klimat.

Heliosystems: design- och driftsfunktioner

Mångfalden i solsystem kan klassificeras enligt följande parametrar: metoden för användning av solstrålning, kylvätskans cirkulationsmetod, antalet kretsar och drifttidens säsong.

Aktivt och passivt komplex

En solfångare finns i alla solenergikonverteringssystem. Baserat på metoden att använda den erhållna värmen, skiljer man två typer av heliokomplex: passiv och aktiv.

Den första sorten är solvärmesystemet, där byggnadens konstruktionselement fungerar som det värmeabsorberande elementet i solstrålning. Taket, samlarväggen eller fönstren fungerar som en heliummottagande yta.

Schema för ett passivt solsystem med låg temperatur med en kollektorvägg: 1 - solstrålar, 2 - en genomskinlig skärm, 3 - en luftbarriär, 4 - uppvärmd luft, 5 - avluftströmmar, 6 - värmestrålning från väggen, 7 - värmeabsorberande yta på kollektorväggen, 8 - dekorativa persienner

I europeiska länder används passiv teknik för att bygga energieffektiva byggnader. Heliomottagande ytor dekorerar under falska fönster. Bakom glasbeläggningen finns en svartmuren tegelvägg med ljusöppningar.

Värmeakkumulatorerna är konstruktionselement - väggar och golv, isolerade med polystyren från utsidan.

Aktiva system involverar användning av oberoende enheter som inte är relaterade till konstruktionen.

Ovanstående betraktade komplex med rörformiga, plana samlare faller i denna kategori - solvärmeanläggningar placeras som regel på taket i en byggnad

Termosifon och cirkulationssystem

Solenergiutrustning med den naturliga rörelsen av kylmediet längs kollektor-ackumulator-kollektorkretsen utförs med konvektion - varm vätska med låg densitet stiger upp, kyld vätska flödar ner.

I termosifonsystem är lagringstanken placerad ovanför kollektorn, vilket ger en spontan cirkulation av kylvätskan.

Arbetsschemat är karakteristiskt för säsongssystem med en krets. Termosifonkomplex rekommenderas inte för samlare med en yta på mer än 12 kvm

Icke-tryck solsystem har en bred lista med nackdelar:

• på molniga dagar minskar komplexets prestanda - en stor temperaturskillnad krävs för rörelse av kylvätskan;
• värmeförlust på grund av långsam vätskerörelse;
• risken för överhettning av tanken på grund av okontrollerbarheten i uppvärmningsprocessen;
• samlarinstabilitet;
• svårigheten att placera batteritanken - vid montering på taket ökar värmeförlusterna, korrosionsprocesserna påskyndas, det finns risk för att rören fryser.

Fördelar med "gravitationssystemet": enkel design och prisvärdhet.

Investeringar för att ordna ett cirkulationssystem (tvångs) solsystem är betydligt högre än att installera ett tryckfritt komplex. En pump kraschar i kretsen, vilket ger kylvätska rörelse. Pumpstationens drift styrs av regulatorn.

Ytterligare värmeeffekt som genereras i det tvingade komplexet överskrider den effekt som förbrukas av pumputrustning. Systemeffektiviteten kommer att öka med en tredjedel

Denna cirkulationsmetod används i året runt solcellevärmeanläggningar med dubbla kretsar.

Fördelar med ett fullt funktionellt komplex:

• obegränsat val av platsen för lagringstanken;
• lågsäsong prestanda;
• val av optimal uppvärmningsläge;
• säkerhetsblockerande drift under överhettning.

Nackdelen med systemet är att det är beroende av el.

Tekniska lösningar: en - och dubbelkrets

I enkretsinstallationer cirkulerar vätska, som sedan matas till vattenintagspunkterna. På vintern måste vattnet från systemet dräneras för att förhindra frysning och sprickbildning av rör.

Funktioner i solkretskomplex med en krets:

• ”Tankning” av systemet med renat, icke styvt vatten rekommenderas - salt som sätter sig på rörväggarna leder till igensättning av kanaler och brott i uppsamlaren;
• korrosion på grund av överflödig luft i vattnet;
• begränsad livslängd - inom fyra till fem år;
• hög effektivitet på sommaren.

I solkretskomplexen med två kretsar cirkulerar ett speciellt kylvätska (frysfluid med skumdämpande och antikorrosivtillsatser), som överför värme till vattnet genom värmeväxlaren.

Enkelkrets (1) och dubbelkrets (2) heliosystemkrets. Det andra alternativet kännetecknas av ökad tillförlitlighet, förmågan att arbeta på vintern och drifttiden (20-50 år)

Nyanserna av att använda en dubbelkretsmodul: en liten minskning av effektiviteten (3-5% mindre än i ett enskretssystem), behovet av en fullständig utbyte av kylvätskan var sjätte år.

Villkor för att arbeta och öka effektiviteten

Beräkning och installation av solsystemet anförtros bäst till proffs. Överensstämmelse med installationstekniken kommer att säkerställa användbarhet och uppnå deklarerade prestanda. För att förbättra effektiviteten och livslängden måste vissa nyanser beaktas.

Termostatventil. I traditionella värmesystem termostatelement sällan installerat, eftersom värmegeneratorn är ansvarig för att justera temperaturen. Men när solsystemet är utrustat får säkerhetsventilen inte glömmas.

Uppvärmning av tanken till den maximala tillåtna temperaturen ökar kollektorproduktiviteten och tillåter användning av solvärme även i molnigt väder.

Optimal ventilplacering - 60 cm från värmaren. I närheten närmare värmer "termostaten" upp och blockerar flödet av varmt vatten.

Placering av lagringstanken. DHW-buffertkapaciteten ska installeras på en tillgänglig plats. När du placeras i ett kompakt rum ägnas särskild uppmärksamhet åt takhöjden.

Det minsta lediga utrymmet ovanför tanken är 60 cm. Detta gap är nödvändigt för att underhålla batteriet och byta ut magnesiumanoden.

installation expansionsbehållare. Elementet kompenserar för värmeutvidgning under stagnation. Att installera tanken ovanför pumputrustningen kommer att leda till överhettning av membranet och dess för tidiga slitage.

Det bästa stället för expansionsbehållaren är under pumpgruppen. Temperatureffekten under denna installation reduceras avsevärt och membranet behåller elasticiteten längre

Solanslutning. Vid anslutning av rör rekommenderas det att organisera en slinga. "Thermo Loop" minskar värmeförlusten och förhindrar utsläpp av uppvärmd vätska.

Tekniskt korrekt version av implementeringen av "loop" heliocontour. Att försumma kravet orsakar en sänkning av temperaturen i lagringstanken med 1-2 ° C per natt

Backventil. Förhindrar "vändning" av kylmedelscirkulationen. Med brist på solaktivitet backventil förhindrar att värme ackumuleras under dagen.

Populära modeller av "solmoduler"

Inhemska och utländska företags heliosystem är efterfrågade.Produkter från tillverkare har vunnit ett gott rykte: NPO Mashinostroeniya (Ryssland), Helion (Ryssland), Ariston (Italien), Alten (Ukraina), Viessman (Tyskland), Amcor (Israel), etc.

Solsystem "Falcon". Platt solfångare utrustad med en flerskikts optisk beläggning med magnetron-förstoftning. Den lägsta strålningsförmågan och den höga absorptionsnivån ger en effektivitet upp till 80%.

Prestandaegenskaper:

• driftstemperatur - upp till -21 ° С;
• omvänd värmestrålning - 3-5%;
• toppskikt - härdat glas (4 mm).

Samlare SVK-A (Alten). Vakuumsolinstallation med ett absorptionsområde på 0,8-2,41 kvadratmeter (beroende på modell). Värmebäraren är propylenglykol; värmeisoleringen i en 75 mm kopparvärmeväxlare minimerar värmeförlusten.

Ytterligare alternativ:

• fodral - anodiserad aluminium;
• värmeväxlarens diameter - 38 mm;
• isolering - mineralull med anti-hygroskopisk behandling;
• beläggning - borosilikatglas 3,3 mm;
• Effektivitet - 98%.

Vitosol 100-F - platt solfångare för horisontell eller vertikal montering. Kopparabsorbent med harpformad tubulär spole och heliotitanbeläggning. Ljusöverföring - 81%.

Den ungefärliga prisordningen för solsystem: platta solfångare - från 400 cu / kvm, rörformade solfångare - 350 cu / 10 vakuumkolvar. En komplett uppsättning cirkulationssystem - från 2500 cu

Slutsatser och användbar video om ämnet

Principen för drift av solfångare och deras typer:

Prestationsbedömning av en platt samlare vid temperaturer under noll:

Monteringsteknik för en solpanelsamlare som använder Buderus-modellen som exempel:

Solenergi är en förnybar värmekälla. Med tanke på höjningen av priserna för traditionella energiresurser motiverar införandet av solsystem systeminvesteringar och lönar sig under de kommande fem åren, med förbehåll för installationstekniker.

Om du har värdefull information som du vill dela med besökare på vår webbplats, vänligen lämna dina kommentarer i blocket under artikeln. Där kan du ställa intressanta frågor om artikelns ämne eller dela upplevelsen av att använda solfångare.