Solenergi som en alternativ kilde til energi: typer og egenskaper til solsystemer

I løpet av det siste tiåret har solenergi som en alternativ energikilde i økende grad blitt brukt til oppvarming og forsyning av bygninger med varmt vann. Hovedårsaken er ønsket om å erstatte tradisjonelle drivstoff med rimelige, miljøvennlige og fornybare energikilder.

Konvertering av solenergi til varme skjer i solsystemer - utformingen og prinsippet for driften av modulen bestemmer detaljene for dens anvendelse. I dette materialet vil vi vurdere hvilke typer solfangere og prinsippene for deres funksjon, samt snakke om de populære modellene for solcellemoduler.

Muligheten for å bruke et solsystem

Heliosystem - et kompleks for å konvertere solstrålingsenergi til varme, som deretter overføres til en varmeveksler for å varme opp varmemediet til et varmesystem eller vannforsyning.

Effektiviteten til solenergiinstallasjonen avhenger av solisolering - mengden energi som tilføres i løpet av et dagslys per 1 kvadratmeter overflate plassert i en vinkel på 90 ° i forhold til sollysets retning. Den målte verdien på indikatoren er kW * t / kvm, verdien av parameteren varierer avhengig av årstid.

Det gjennomsnittlige solisolasjonsnivået for det tempererte kontinentale klimaet er 1000-1200 kWh / kvm (per år). Solmengden er en avgjørende parameter for beregning av solsystemets ytelse.

Ved å bruke en alternativ energikilde kan du varme huset, få varmt vann uten tradisjonelle energikostnader - utelukkende gjennom solstråling

Installasjon av et solvarmeanlegg er et kostbart selskap. For at kapitalutgiftene skal lønne seg, er det nødvendig med en nøyaktig beregning av systemet og overholdelse av installasjonsteknologi.

Et eksempel. Gjennomsnittsverdien for solisolering for Tula midt på sommeren er 4,67 kV / kvm * ​​dag, forutsatt at systempanelet er installert i en vinkel på 50 °. Solfangerens kapasitet på 5 kvadratmeter beregnes som følger: 4,67 * 4 = 18,68 kW varme per dag. Dette volumet er nok til å varme opp 500 liter vann fra en temperatur fra 17 ° C til 45 ° C.

Som praksis viser, når du bruker en solenergiinstallasjon, kan eierne av hytta om sommeren fullstendig bytte fra elektrisk eller gassoppvarming til solmetoden

Når vi snakker om muligheten for å introdusere nye teknologier, er det viktig å ta hensyn til de tekniske funksjonene til en bestemt solfanger. Noen begynner å jobbe med 80 W / kvm solenergi, mens andre trenger bare 20 W / kvm.

Selv i et sørlig klima vil ikke bruken av et kollektorsystem utelukkende for oppvarming lønne seg. Hvis installasjonen vil bli brukt utelukkende om vinteren med mangel på sol, vil kostnadene for utstyr ikke dekkes på 15-20 år.

For å bruke solcellekomplekset så effektivt som mulig, må det inkluderes i varmtvannsforsyningssystemet. Selv om vinteren vil en solfanger tillate deg å "kutte" energiregninger for oppvarming av vann til 40-50%.

Ifølge eksperter, med innenlandsk bruk, betaler solsystemet for seg selv om omtrent 5 år. Med stigende priser på strøm og gass vil tilbakebetalingsperioden for komplekset reduseres

I tillegg til økonomiske fordeler, har "solvarme" ytterligere fordeler:

1. Miljøvennlighet. Utslipp av karbondioksid reduseres. I et år forhindrer 1 kvadratmeter solfanger 350-730 kg gruvedrift å komme inn i atmosfæren.
2. Estetikk. Plassen til et kompakt badekar eller kjøkken kan elimineres fra store kjeler eller geysirer.
3. Holdbarhet. Produsenter hevder at komplekset, i henhold til installasjonsteknologi, vil vare i omtrent 25-30 år. Mange selskaper gir en garanti på opptil 3 år.

Argumenter mot bruk av solenergi: uttalt årstid, væravhengighet og høy initial investering.

Generell ordning og driftsprinsipp

Betrakt et solsystem med en samler som det viktigste arbeidselementet i systemet. Enhetens utseende ligner en metallboks, der forsiden er laget av herdet glass. Inne i boksen er det en arbeidsdel - en spole med en absorbent.

Den varmeabsorberende blokken gir oppvarming av varmebæreren - sirkulasjonsvæsken, overfører den genererte varmen til vannforsyningskretsen.

Hovedkomponentene i heliosystemet: 1 - samlerfelt, 2 - luftventil, 3 - distribusjonsstasjon, 4 - trykkavlastningstank, 5 - kontroller, 6 - varmtvannsbereder, 7,8 - varmeelement og varmeveksler, 9 - varmeblandingsventil, 10 - varmt vannforbruk, 11 - kaldt vanninntak, 12 - utslipp, T1 / T2 - temperatursensorer

Solfangeren må jobbe i tandem med en lagringstank. Siden kjølevæsken blir oppvarmet til en temperatur på 90-130 ° C, kan den ikke tilføres direkte til varmtvannskraner eller varmeapparat. Kjølevæsken kommer inn i varmeveksleren til kjelen. Lagringstanken er ofte supplert med en elektrisk varmeovn.

Arbeidsplan:

1. Solen varmer overflaten kollektor.
2. Termisk stråling overføres til det absorberende elementet (absorber), som inneholder arbeidsvæsken.
3. Kjølevæsken som sirkulerer gjennom rørene i spolen blir oppvarmet.
4. Pumpeutstyr, en kontroll- og overvåkningsenhet sikrer fjerning av kjølevæske gjennom rørledningen til spolen på lagringstanken.
5. Varmen overføres til vannet i kjelen.
6. Det avkjølte kjølevæsken strømmer tilbake til oppsamleren og syklusen gjentas.

Varmt vann fra varmtvannsberederen tilføres varmekretsen eller til vanninntakspunktene.

Når du ordner oppvarmingssystem eller varmtvannforsyning året rundt, er systemet utstyrt med en ekstra kilde til oppvarming (kjele, elektrisk varmeovn). Dette er en forutsetning for å opprettholde den innstilte temperaturen.

Solcellepaneler i arrangementet av private hus blir ofte brukt som sikkerhetskopieringskilde:

Variasjoner av solfangere

Uansett formål er solsystemet utstyrt med en flat eller sfærisk rørformet solfanger. Hvert av alternativene har en rekke særtrekk når det gjelder tekniske egenskaper og driftseffektivitet.

Vakuum - for kaldt og temperert klima

Strukturelt ligner en vakuum solfanger en termos - smale rør med kjølevæske plasseres i kolber med større diameter. Et vakuumlag dannes mellom karene, som er ansvarlig for termisk isolasjon (varmekonservering - opptil 95%). Rørformen er mest optimal for å holde vakuumet og "okkupasjonen" av solstrålene.

Grunnleggende elementer i en rørformet solenergiinstallasjon: støtteramme, varmevekslerhus, vakuumglassrør behandlet med et meget selektivt belegg for intens "absorpsjon" av solenergi

Det indre (varme) røret er fylt med saltoppløsning med et lavt kokepunkt (24-25 ° C). Ved oppvarming fordamper væsken - dampen stiger opp kolben og varmer opp kjølevæsken som sirkulerer i kollektorlegemet.

I prosessen med kondensering strømmer vanndråper inn i tuppen av røret og prosessen gjentas.

På grunn av tilstedeværelsen av et vakuumlag, er væsken i varmepæren i stand til å koke og fordampe ved minusgatetemperatur (opp til -35 ° С).

Egenskapene til solcellemoduler avhenger av slike kriterier:

• rørdesign - fjær, koaksial;
• varmekanal enhet - "Varmerør"direktesirkulasjon.

Fjærpære - et glassrør der en plateabsorber og en varmekanal er lukket. Vakuumlaget går gjennom hele lengden på varmekanalen.

Koaksialt rør - dobbeltkolbe med vakuuminnsats mellom veggene i to tanker. Varme overføres fra innsiden av røret. Spissen av termorøret er utstyrt med en vakuumindikator.

Effektiviteten til pennrør (1) er høyere sammenlignet med koaksiale modeller (2). De førstnevnte er imidlertid dyrere og vanskeligere å installere. I tillegg, i tilfelle et sammenbrudd, må pennekolben helt skiftes ut.

Heat pipe channel er den vanligste varianten av varmeoverføring i solfangere.

Handlingsmekanismen er basert på plassering av en flyktig væske i forseglede metallrør.

Populariteten til "Heat pipe" skyldes rimelige kostnader, upretensiøsitet av service og vedlikeholdbarhet. På grunn av kompleksiteten i varmevekslingsprosessen er maksimal effektivitetsnivå 65%

Direktstrømskanal - parallelle metallrør koblet til en U-formet bue passerer gjennom en glassflaske

Kjølevæsken som strømmer gjennom kanalen blir oppvarmet og matet til samlerlegemet.

Designalternativer for en vakuum-solfanger: 1 - modifisering med et sentralvarmerør “Heat pipe”, 2 - solenergiinstallasjon med direkte strømning av kjølevæsken

Koaksiale og fjærrør kan kombineres med varmekanaler på forskjellige måter.

Alternativ 1 Koaksialkolbe med "Heat pipe" er den mest populære løsningen. I samleren overføres varme gjentatte ganger fra veggene i glassrøret til den indre kolben, og deretter til kjølevæsken. Graden av optisk effektivitet når 65%.

Opplegget med koaksialrøret “Heat pipe”: 1 - et skall av glass, 2 - selektivt belegg, 3 - metall finner, 4 - vakuum, 5 - varmepære med et lettkokende stoff, 6 - indre glassrør

Alternativ 2 Direktstrømende koaksialkolbe er kjent som en U-formet oppsamler. Takket være designet reduseres varmetapet - termisk energi fra aluminium overføres til rørene med et sirkulerende kjølevæske.

Sammen med høy effektivitet (opptil 75%) har modellen ulemper:

• kompleksiteten i installasjonen - kolbene er en enkelt enhet med et to-rørs manifoldlegeme (hovedfold) og er installert som en helhet;
• utskifting av enkelt rør er utelukket.

I tillegg er den U-formede enheten krevende på kjølevæsken og dyrere enn “Heat pipe” -modellene.

Enheten til den U-formede solfangeren: 1 - glass "sylinder", 2 - absorberende belegg, 3 - aluminium "deksel", 4 - kolbe med kjølevæske, 5 - vakuum, 6 - indre glassrør

Alternativ 3 Fjærrør med handlingsprinsippet "Varmerør". Karakteristiske trekk ved samleren:

• høye optiske egenskaper - effektivitet på omtrent 77%;
• flat absorbent overfører direkte varmeenergi til varmeoverføringsrøret;
• gjennom bruk av et enkelt lag glass reduseres refleksjonen av solstråling;

Det er mulig å skifte ut et skadet element uten å tømme kjølevæsken fra solsystemet.

Alternativ 4 Direkte strømning fontene kolbe er det mest effektive verktøyet for å bruke solenergi som en alternativ energikilde for oppvarming av vann eller oppvarming av hjem. Den høye ytelsen samleren arbeider med en effektivitet på 80%. Ulempen med systemet er vanskeligheten med å reparere.

Oppsett for enheten til fjærsolekollektorer: 1 - et solsystem med en "Heat pipe" -kanal, 2 - et to-rørs hus til en solfanger med direkte strømning av kjølevæsken

Uansett design, har rørformede manifolder følgende fordeler:

• ytelse med lav temperatur;
• lavt varmetap;
• varighet av funksjon i løpet av dagen;
• muligheten til å varme opp kjølevæsken til høye temperaturer;
• lav vindstyrke;
• enkel installasjon.

Den største ulempen med vakuummodeller er umuligheten av selvrensende fra snødekket. Vakuumlaget slipper ikke varmen ut, derfor smelter ikke snølaget og hindrer solens tilgang til samlerfeltet. Ytterligere ulemper: høy pris og behovet for å overholde arbeidsvinkelen til kolben minst 20 °.

Solfangere som varmer luftkjølevæsken kan brukes til fremstilling av varmt vann, hvis de er utstyrt med en lagringstank:

Les mer om prinsippet om drift av en vakuum solfanger med rør. videre.

Vann - det beste alternativet for de sørlige breddegradene

Flat (panel) solfanger - en rektangulær aluminiumsplate, lukket på toppen med et plast- eller glassdeksel. Inne i boksen er et absorpsjonsfelt, en metallspole og et lag med varmeisolasjon. Samlerområdet er fylt med en strømningslinje som kjølevæsken beveger seg gjennom.

De grunnleggende komponentene i en flat solfanger: hus, absorber, beskyttende belegg, varmeisolasjonslag og festemidler. Ved montering brukes frostet glass med overføring i spektralområdet 0,4-1,8 mikron.

Varmeabsorpsjonen til et meget selektivt absorberende belegg når 90%. Et flytende metallrør plasseres mellom "absorberen" og den varmeisolasjonen. To rørleggingsordninger brukes: “harpe” og “slingring”.

Prosessen med å montere solfangere som varmer opp det flytende kjølevæsken inkluderer en rekke tradisjonelle trinn:

Hvis varmekretsen suppleres med en ledning som leverer sanitærvann til varmtvannsforsyningen, er det fornuftig å koble en varmeakkumulator til solfangeren. Det enkleste alternativet vil være en tank med passende kapasitet med varmeisolering som kan opprettholde temperaturen på oppvarmet vann. Det må installeres på flyover:

En rørformet oppsamler med flytende kjølevæske fungerer som en "drivhuseffekt" - solstrålene trenger gjennom glasset og varme opp rørledningen. Takket være tetthet og termisk isolasjon, holdes varmen inne i panelet.

Styrken til solmodulen bestemmes i stor grad av beskyttelsesdekselets materiale:

• vanlig glass - det billigste og sprø belegget;
• herdet glass - høy grad av lysspredning og økt styrke;
• antirefleksglass - avviker i maksimal absorbsjonsevne (95%) på grunn av tilstedeværelsen av et lag som eliminerer refleksjonen av solstrålene;
• selvrensende (polart) glass med titandioksid - organisk forurensning brenner ut i solen, og restene av søppel vaskes av regn.

Polykarbonatglass er det mest motstandsdyktige mot sjokk. Materialet er installert i dyre modeller.

Refleksjon av sollys og absorpsjon: 1 - antirefleksbelegg, 2 - herdet slagfast glass. Den optimale tykkelsen på det beskyttende ytre skallet er 4 mm

Driftsmessige og funksjonelle trekk ved solcellepaneler:

• i tvangssirkulasjonssystemer er det gitt en tinefunksjon som lar deg raskt kvitte deg med snødekket på heliopolen;
• prismatisk glass henter et bredt spekter av stråler i forskjellige vinkler - om sommeren når effektiviteten til installasjonen 78-80%;
• samleren er ikke redd for overoppheting - med et overskudd av termisk energi er tvungen kjøling av kjølevæsken mulig;
• økt slagfasthet sammenlignet med rørformede kolleger;
• muligheten til å montere i alle vinkler;
• rimelig pris.

Systemer er ikke uten feil. I løpet av en periode med mangel på solstråling, når temperaturdifferansen øker, reduseres effektiviteten til en flat solfanger betydelig på grunn av utilstrekkelig termisk isolasjon. Derfor lønner panelmodulen seg om sommeren eller i regioner med varmt klima.

Heliosystems: design og driftsfunksjoner

Mangfoldet av solsystemer kan klassifiseres etter følgende parametere: metoden for bruk av solstråling, sirkulasjonsmetoden for kjølevæsken, antall kretsløp og sesongens bruk.

Aktivt og passivt kompleks

En solfanger er tilgjengelig i ethvert solenergikonverteringssystem. Basert på metoden for å bruke den oppnådde varmen, skilles to typer heliokomplekser: passiv og aktiv.

Den første sorten er solvarmeanlegget, der bygningens strukturelle elementer fungerer som det varmeabsorberende elementet i solstråling. Taket, samleveggen eller vinduene fungerer som en helium-mottakende overflate.

Oppsett av et passivt solsystem med lav temperatur med en samlervegg: 1 - solstråler, 2 - en gjennomskinnelig skjerm, 3 - en luftbarriere, 4 - oppvarmet luft, 5 - avtrekksstrømmer, 6 - varmestråling fra veggen, 7 - varmeabsorberende overflate på samlerveggen, 8 - dekorative persienner

I europeiske land brukes passive teknologier i bygging av energieffektive bygninger. Helio-mottakende flater dekorerer under falske vinduer. Bak glassbelegget er en svertet murvegg med lysåpninger.

Varmeakkumulatorene er strukturelle elementer - vegger og gulv, isolert med isopor fra utsiden.

Aktive systemer innebærer bruk av uavhengige enheter som ikke er relatert til konstruksjonen.

Ovennevnte betraktede komplekser med rørformede, flate samlere faller i denne kategorien - solenergiinstallasjoner er som regel plassert på taket av en bygning

Termosifon og sirkulasjonssystemer

Solenergiutstyr med den naturlige bevegelsen av kjølevæsken langs kollektor-akkumulator-kollektorkretsen utføres ved konveksjon - varm væske med lav tetthet stiger opp, avkjølt væske strømmer ned.

I termosifonsystemer er lagringstanken plassert over samleren, og gir spontan sirkulasjon av kjølevæsken.

Arbeidsplanen er karakteristisk for sesongsystemer med en krets. Termosifonkompleks anbefales ikke for samlere med et areal på mer enn 12 kvm

Ikke-trykk solsystem har en lang liste over ulemper:

• på overskyede dager, reduseres ytelsen til komplekset - en stor temperaturforskjell er nødvendig for bevegelse av kjølevæsken;
• varmetap på grunn av langsom væskebevegelse;
• risikoen for overoppheting av tanken på grunn av ukontrollerbarheten i oppvarmingsprosessen;
• samlerinstabilitet;
• vanskeligheten med å plassere batteritanken - når den er montert på taket, øker varmetapet, korrosjonsprosessene blir akselerert, det er fare for frysing av rørene.

Fordeler med "gravitasjonssystemet": enkel design og prisgunstighet.

Kapitalkostnader for å arrangere et sirkulasjons (tvungen) solsystem er betydelig høyere enn å installere et trykkfritt kompleks. En pumpe krasjer i kretsløpet, og gir kjølevæskebevegelse. Driften av pumpestasjonen styres av kontrolleren.

Ekstra termisk kraft generert i tvangskomplekset overstiger kraften som forbrukes av pumpeutstyr. Systemeffektivitet vil øke med en tredjedel

Denne sirkulasjonsmetoden brukes i året rundt termiske solcellevarmeanlegg.

Fordeler med et fullt funksjonelt kompleks:

• ubegrenset valg av plasseringen av lagringstanken;
• ytelse utenfor sesongen;
• valg av optimal oppvarmingsmodus;
• sikkerhet - blokkerer drift under overoppheting.

Ulempen med systemet er avhengigheten av strøm.

Tekniske løsningsordninger: en - og dobbelkrets

I enkretsinstallasjoner sirkulerer væske, som deretter mates til vanninntakspunktene. Om vinteren må vannet fra systemet tappes for å forhindre frysing og sprekker i rørene.

Funksjoner ved solkretsenheter med en krets:

• "Tanking" av systemet med renset, ikke-stivt vann anbefales - salt som legger seg på rørveggene fører til tilstopping av kanaler og brudd på oppsamleren;
• korrosjon på grunn av overflødig luft i vannet;
• begrenset levetid - innen fire til fem år;
• høy effektivitet om sommeren.

I solcellekompleksene med to kretser sirkulerer et spesielt kjølevæske (ikke-frysevæske med antiskummende og korrosjonshindrende tilsetningsstoffer), som overfører varme til vannet gjennom varmeveksleren.

Enkeltkrets (1) og dobbeltkrets (2) heliosystemkrets. Det andre alternativet er preget av økt pålitelighet, evnen til å jobbe om vinteren og varigheten av driften (20-50 år)

Nyansene ved å betjene en dobbeltkretsmodul: en liten reduksjon i effektivitet (3-5% mindre enn i et enkeltkretssystem), behovet for en fullstendig utskifting av kjølevæsken hvert 7. år.

Betingelser for å jobbe og øke effektiviteten

Beregning og installasjon av solsystemet er best betrodd fagfolk. Overholdelse av installasjonsteknikken vil sikre driftssikkerhet og oppnå erklært ytelse. For å forbedre effektiviteten og levetiden må det tas noen nyanser i betraktning.

Termostatventil. I tradisjonelle varmesystemer termostatisk element sjelden installert, siden varmegeneratoren er ansvarlig for å justere temperaturen. Når du utstyrer solsystemet, må imidlertid ikke sikkerhetsventilen glemmes.

Oppvarming av tanken til den maksimalt tillatte temperaturen øker kollektorproduktiviteten og tillater bruk av solvarme selv i overskyet vær.

Optimal ventilplassering - 60 cm fra varmeren. I umiddelbar nærhet varmer termostaten opp og blokkerer strømmen av varmt vann.

Plassering av lagringstanken. DHW-bufferkapasiteten skal installeres på et tilgjengelig sted. Når du plasseres i et kompakt rom, blir du spesielt oppmerksom på takhøyden.

Minste ledig plass over tanken er 60 cm. Dette gapet er nødvendig for å vedlikeholde batteriet og skifte ut magnesiumanoden.

installasjon ekspansjonstank. Elementet kompenserer for termisk ekspansjon under stagnasjon. Å installere tanken over pumpeutstyret vil provosere overoppheting av membranen og dens for tidlige slitasje.

Det beste stedet for ekspansjonstanken er under pumpegruppen. Temperatureffekten under denne installasjonen er betydelig redusert, og membranen beholder elastisiteten lenger

Solar-tilkobling. Når du kobler til rør, anbefales det å organisere en sløyfe. "Thermo Loop" reduserer varmetapet og forhindrer frigjøring av oppvarmet væske.

Teknisk korrekt versjon av implementeringen av "loop" heliocontour. Forsømmelse av kravet medfører en nedgang i temperaturen i lagringstanken med 1-2 ° C per natt

Tilbakeslagsventil. Forhindrer "velte" av kjølevæskesirkulasjonen. Med mangel på solaktivitet tilbakeslagsventil forhindrer akkumulert varme om dagen.

Populære modeller av "solenergi" moduler

Heliosystems av innenlandske og utenlandske selskaper er etterspurt.Produkter fra produsenter har vunnet et godt rykte: NPO Mashinostroeniya (Russland), Helion (Russland), Ariston (Italia), Alten (Ukraina), Viessman (Tyskland), Amcor (Israel), etc.

Solsystem "Falcon". Flat solfanger utstyrt med et flerlags optisk belegg med magnetron sputtering. Minste strålingsevne og høyt absorpsjonsnivå gir en virkningsgrad på opptil 80%.

Ytelsesegenskaper:

• driftstemperatur - opp til -21 ° С;
• omvendt varmestråling - 3-5%;
• toppsjikt - herdet glass (4 mm).

Samler SVK-A (Alten). Vakuum solenergiinstallasjon med et absorpsjonsareal på 0,8-2,41 kvadratmeter (avhengig av modell). Varmebæreren er propylenglykol; varmeisolasjonen til en 75 mm kobbervarmeveksler minimerer varmetapet.

Flere alternativer:

• etui - anodisert aluminium;
• varmevekslerens diameter - 38 mm;
• isolasjon - mineralull med anti-hygroskopisk behandling;
• belegg - borosilikatglass 3,3 mm;
• Effektivitet - 98%.

Vitosol 100-F - flat solfanger for horisontal eller vertikal montering. Kobberabsorbent med harpeformet rørformet spole og heliotitanbelegg. Lysoverføring - 81%.

Den omtrentlige prisrekkefølgen for solsystemer: flate solfangere - fra 400 cu / kvm, rørformede solfangere - 350 cu / 10 vakuumkolber. Et komplett sett med sirkulasjonssystem - fra 2500 cu

Konklusjoner og nyttig video om emnet

Prinsippet for drift av solfangere og deres typer:

Ytelsesvurdering av en flat samler ved temperaturer under null:

Monteringsteknologi for en solcellepanel som bruker Buderus-modellen som eksempel:

Solenergi er en fornybar varmekilde. Gitt prisøkningen på tradisjonelle energiressurser, rettferdiggjør introduksjon av solsystemer kapitalinvesteringer og lønner seg i løpet av de neste fem årene, med forbehold om installasjonsteknikker.

Hvis du har verdifull informasjon som du vil dele med besøkende på nettstedet vårt, kan du legge igjen kommentarene i blokken under artikkelen. Der kan du stille interessante spørsmål om artikkeltema eller dele opplevelsen av å bruke solfangere.