Солнечный коллектор мощность: Мощность солнечного коллектора

Расчет плоского солнечного коллектора — Статьи об энергетике

---

---

---

---

Солнечные коллекторы позволят использовать энергию Солнца для подогрева воды лишь при правильном расчете требуемой мощности всей системы и выборе соответствующих компонентов. Производительность солнечного коллектора, как устройства для преобразования солнечного света, определяется площадью и количеством элементов, которые непосредственно участвуют в нагреве воды.

Основные типы солнечных коллекторов
Солнечный коллектор: устройство, конструкция, монтаж
 

Расчет мощности плоского солнечного коллектора

Современные плоские солнечные коллекторы с одного квадратного метра площади установки позволяют получать около 900 Вт полезной мощности, которая расходуется на нагрев воды. Данное допущение можно применять лишь при благоприятных погодных условиях, которые изменяются в зависимости от времени суток и наличия облачности. Пример расчета мощности солнечного коллектора плоского типа будет проводиться для модели площадью 1 кв.

м. (коллектор утеплен 10 см пенополистирола и имеет близким к 100% показателем по поглощению тепловой энергии).

Для начала определим тепловые потери, которые зависят от типа и толщины утеплителя на обратной (теневой) стороне солнечного коллектора. Предположим, что разница температур на противоположных сторонах пенополистирола составляет 50 градусов. Тогда, зная его коэффициент теплоизоляции (0,05 Вт/м*град.) определяем потери:

 

0,05/0,1 × 50 = 25 Вт

Данное значение можно умножить вдвое с учетом потерь в торцах солнечного коллектора и трубах.

Солнечный коллектор своими руками
Солнечные батареи и коллекторы для бытового назначения

Для повышения температуры воды, которая используется в плоских солнечных коллекторах в качестве теплоносителя, на один градус необходимо затратить 1,16 Вт энергии. Используя солнечный коллектор с показателем производства в 800 Вт (с учетом изменения интенсивности солнечного света) получаем, что с нашей модели солнечного коллектора за один час можно нагреть на один градус около 700 кг воды (при температурах теплоносителя до 60 градусов).

В нашем случае, модель плоского солнечного коллектора теоретически способна будет нагреть 10 л воды на 70 градусов всего за один час. Для получения максимальной эффективности от солнечного коллектора необходимо, чтобы панели коллектора были расположены под углом, соответствующем широте местности.

Исходя из полученных данных, для подогрева 50 л воды до температуры в 70 градусов мощность солнечного коллектора должна составлять:

W=Q × V × Tp = 1,16 × 50× (70-10) = 3,48 кВт

Зная номинальную мощность 1 кв. м. солнечного коллектора, можно определить площадь радиаторов, которые необходимы для подогрева заданного объема воды до необходимой температуры.

 

 

---

Всего комментариев: 0

---

Сравнение конструкций различных солнечных коллекторов

 Площадь солнечного коллектора.
     Солнечный коллектор ЯSolar имеет площадь в 2 м². Сторона, обращенная к солнцу, покрыта специальным светопоглощающим слоем и имеет практически 95%-е поглощение тепла. Обратная (теневая сторона) имеет специальное двухслойное утепление 70мм. Подсчитаем потери тепла, происходящие на теневой стороне. Коэффициент теплопередачи утеплителя равен 0,03 Вт/м*°С. С учетом толщины и перепада температуры например в 45°C, получим потери равные 50 Вт. Торцы солнечного коллектора, трубы и пр. будут излучать меньше тепла. Из-за специального селективного покрытия и правильно подобранного расстояния между стеклом и абсорбером излучение тепла и конвекция воздуха будут минимальны. В итоге получаем теплопотери двухметрового плоского солнечного коллектора 250-450 Вт. Данные потери подтверждаются испытаниями и сертификатами солнечного коллектора.

     Для расчета будет брать поток солнечной энергии равный 1000 Вт/м², вычитаем теплопотери и получаем величину 700 Вт/м². Для плоского коллектора площадью 2м² реальная тепловая мощность при разнице температуры 45°C составляет 1300-1400Вт.
     При наличии автоматики, плоские солнечные коллекторы начинают работать при температурах, превышающих всего на несколько градусов температуру нагреваемой жидкости. Это особо актуально для нагрева бассейнов и холодных теплоносителей (например, для тепловых насосов), благодаря этому уменьшаются теплопотери и увеличивается эффективность.

     Следует иметь ввиду, что площадь абсорбера типового китайского вакуумного коллектора с 18 трубками диаметром 47 мм и длинной 1,8м составляет всего 0,047м*1,8м*18= 1,522 м²

. При лучшем их КПД 75%, основанном на реальных данных центров сертификации, при идеальных погодных условиях 1000 Вт/м² один солнечный коллектор с вакуумными трубками вырабатывает только 1100 Вт. Значений выше этих получить физически не возможно, энергия не берется из ни от куда.

Рабочая площадь плоского и вакуумного солнечного водонагревателя

    Отношение апертуры (рабочей поверхности) к общей площади солнечного коллектора у вакуумного водонагревателя в два раза меньше, чем у плоского солнечного коллектора.

Следует иметь ввиду, что площадь абсорбера типового китайского вакуумного коллектора с 18 трубками диаметром 47 мм и длинной 1,8м составляет всего 0,047м*1,8м*18= 1,522 м².

Конструкция качественного плоского солнечного коллектора.
    Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбером; он связан с теплопроводящей системой. Прозрачный элемент (стекло) обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов. Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Для её повышения применяется специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре. Стандартным решением повышения эффективности коллектора также стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности.

Конструкция солнечного коллектора с вакуумной трубкой
    Стеклянные вакуумные трубки по конструкции являются термосами – одна трубка расположена в другой, между ними технический вакуум. В стеклянную трубку, вставляются медные термотрубки, соединенные со стеклянные трубками тонкими листами алюминия.

   Термотрубка — это закрытая медная труба с небольшим содержанием «легкокипящей жидкости». В качестве «легкокипящей жидкости» используется обычная вода под низким давлением. Под воздействием тепла жидкость испаряется при температуре около 30°С и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть головки, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура с незамерзающей жидкостью. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова. Но дальнейшем повышении температуры плотность пара будет расти, а плотность воды будет падать. В критической точке плотность станет одинаковой, и процесс конденсации и испарения прекратится, поступающая энергия передается

только за счет стенки латунного стержня, при её небольшой толщине (0,5 мм), эффективность передачи будет мала.
    Приемник солнечного коллектора латунный с изоляцией, в лучшем случае, из минеральной ваты толщиной обычно всего 4 см, закрыт листом жести.

 
Реальный КПД вакуумного солнечного коллектора 70%.

    Эффективность вакуумного солнечного коллектора складывается из потерь на отражение и поглощение двойного стекла и теплопотерь, связанных с излучением тепла поглощающим слоем. Также неэффективность получается из-за того, что солнцем нагревается поверхность внутренней стеклянной колбы, от которой тепло передается через стекло (плохой теплопроводник) тонким алюминиевым пластинам на медную трубку.

    Значительны теплопотери возникают через изоляцию приемника коллектора, выполненную из минеральной ваты.

Работа зимой вакуумного и плоского солнечного коллектора

    Начальный КПД (оптический) вакуумных коллекторов ниже чем у плоских на 10-15%. Это подтверждается всеми исследованиями и сертификатами, да и продавцы вакуумных коллекторов не скрывают это. Поэтому при разнице нагреваемого теплоносителя и окружающего воздуха до 50°C эффективнее качественные плоские солнечные коллекторы. При большей разнице эффективность вакуумных по отношение к плоскими является незначительной, при этом световой день в зимний период уменьшается в разы. Поэтому общая годовая производительность тепловой энергии качественных плоских солнечных коллекторов будет выше.

  Любые солнечные коллекторы установленные под углом до 50-70° часто засыпаются снегом, после чего они не работают. Только у плоских солнечных коллекторов возможно реализовать режим принудительной оттайки, путем пропускания горячего теплоносителя несколько минут через солнечный коллектор. Выпавший снег растапливается из-за минимальных теплопотерь через стекло и соскальзывает.

  Также только плоские солнечные коллекторы могут монтироваться вертикально для получения максимум тепловой энергии в зимний период. Термосифонные системы (без электричества) с естественной циркуляцией антифриза круглогодичного использования возможны только с плоскими солнечными коллекторами.

  В зимний период вакуумные трубчатые коллекторы могут покрываться инеем на достаточно продолжительный период. Особенно это актуально для регионов с резким перепадом температур и высокой влажностью.

Улавливание и отражение солнечного света

 
Падение и отражение света от вакуумных трубок

    Благодаря цилиндрической форме трубок солнечные лучи падают на постоянную поверхность перпендикулярно к оси трубки, но при этом все остальные лучи, не перпендикулярные оси трубки, будут отражаться. Это означает что в течении дня получение энергии будет усредненное, в том числе во время прихода максимальной солнечной энергии. Плоские же солнечных коллекторы в период максимальной солнечной интенсивности 11.00-16.00 улавливают максимально возможное количество тепловой энергии. Отражение по вертикале (вдоль трубок) будет такое же как и у плоских солнечных коллекторов.

 
Реальный КПД солнечных коллекторов различных конструкций
в зависимости от разницы температуры коллектора и окружающей среды.

    При выборе солнечного коллектора любой конструкции необходимо учитывать их отличия, стоимость, реальный КПД, цели и климат использования. Идеальных конструкций нет! Доверять проектирование следует профессионалам, имеющим большой опыт монтажа и эксплуатации систем с надёжными солнечными коллекторами. Наши специалисты будут рады оказать Вам качественную помощь в решении задач солнечной энергетики и предоставить объективную консультацию.

Плоский солнечного коллектора ЯSolar

1. Главная страница
2. Солнечный коллектор Яsolar
3. Плоский солнечный коллектор ЯSolar

  Солнечные коллекторы ЯSolar разработаны по европейским стандартам EN 12975-1 и -2 и производятся компанией ООО »НОВЫЙ ПОЛЮС» в России по полному циклу (включая изготовление абсорбера) на уникальном оборудовании.

В конструкции солнечного коллектора ЯSolar используются:
  — самое современное поглощающее энергию покрытие TiNOX,
  — полностью медный абсорбер,
  — сверхпрозрачное антибликовое стекло,
  — максимально эффективные утеплитель (60мм) и средства герметизации.

  Специально для коллектора ЯSolar был разработаны и запатентованы технология пайки медных абсорберов с профилированным листом TiNOX для улучшенной теплопередачи, специальный корпус и прижим стекла. После улучшений оптический КПД ЯSolar составил 83%, что значительно больше всех российских и многих импортных аналогов (включая вакуумные). При низких температурах теплопотери предлагаемого солнечного коллектора почти такие же как у трубчатых солнечных коллекторов, при этом при положительных температурах КПД солнечного коллектора ЯSolar выше. Отношение эффективной поглощающей поверхности (абсорбера) к габаритам у него больше, а снег не мешает нормальной работе. Также нет проблемы заиневания как у трубчатых солнечных коллекторов и отсутствует увеличение теплопотерь со временем. Солнечные коллекторы ЯSolar имеют удобное подключение с низким гидравлическим сопротивлением и гибкие точки крепления.

КУПИТЬ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР ЯSOLAR

  Гарантия качества. Все элементы коллектора ЯSolar изготовлены из надежных материалов (медь и алюминий) в соответствии с наивысшими нормативами качества, благодаря чему на солнечные коллекторы ЯSolar распространяется 5-ти летняя гарантия, срок службы составляет более 25 лет.

  Высокая эффективность. Солнечный коллектор ЯSolar, имеющий высокоселективное покрытие TiNOX, обеспечивает превосходную производительность. Специальное оптическое стекло и инновационное паяное соединение формованного абсорбера и медных трубок по половине их поверхности (включая коллекторные трубы Ø22мм) позволяют использовать солнечную энергию даже в пасмурную погоду. В отличие от ультразвуковой сварки покрытие не повреждается.

  Минимальные потери тепла. Целостная герметичная жесткая конструкция солнечного коллектора ЯSolar и новейшая термическая двойная теплоизоляция с низким влагопоглощением толщиной 60 мм уменьшают коэффициент теплопотерь до минимума и позволяют более эффективно использовать солнечную энергию в суровом климате при отрицательных температурах.

  Область применения и назначение солнечного водонагревателя ЯSolar

  Плоский солнечный коллектор ЯSolar представляет собой специальный теплообменник, преобразующий энергию солнечного излучения в тепловую энергию и передающий её теплоносителю — жидкости, движущейся внутри каналов поглощающей панели (абсорбера) коллектора.

  Солнечный коллектор ЯSolar можно использовать для нагрева не только воды, но и других жидких теплоносителей, совместимых с материалом его поглощающей панели и применяемых в системах отопления, кондиционирования, хладоснабжения и промышленных технологических процессах.

  Солнечный коллектор ЯSolar соответствует требованиям ГОСТ Р51595-2000 «Коллекторы солнечные. Общие технические условия» и требованиям стандартов большинства зарубежных стран.

  Солнечный коллектор ЯSolar разработан с применением современных материалов и технологий по европейским стандартам EN 12975-1 и -2. По своим характеристикам он соответствует уровню лучших зарубежных аналогов.

  Главной особенностью солнечного коллектора ЯSolar является оптическое селективное покрытие, эффективная конструкция паяного медного абсорбера с покрытием TiNOX и уникальная теплоизоляция. В отличие от «псевдо селективных» покрытий других производителей, обладает высокой степенью улавливания как видимых солнечных лучей, так и рассеянной солнечной радиации в облачную погоду. Из-за низкого коэффициента черноты обратное излучение тепла в инфракрасном спектре минимально (3-5%). Получается «солнечная ловушка» с высокими показателями эффективности в условиях низких температур и малой солнечной инсоляции. Площадь контакта медного листа с трубкой коллектора в десятки раз больше чем у лазерной сварки. Это позволяет эффективно использовать солнечную энергию в системах нагрева воды и отопления, снижает тепловые потери коллектора и увеличивает его теплопроизводительность на 25-30%.

  Мощность солнечного коллектора ЯSolar 1,5кВт при температуре 20°С и интенсивности излучения 900 Вт/м².

  При работе в составе систем солнечного теплоснабжения коллекторы ЯSolar не требуют постоянного наблюдения и регулярного обслуживания за исключением периодических внешних осмотров для контроля герметичности соединений один раз в год и периодической промывки остекления по мере его загрязнения для сохранения его светопропускания.

  Солнечные коллекторы ЯSolar размещаются на кровле зданий, располагаются на специальных опорах и площадках.

Наша продукция позволит Вам реализовать проекты по получению солнечной энергии любой сложности. Мы проектируем, комплектуем и монтируем системы для частных дом, нагрева бассейнов, гостиниц, фермерских хозяйств и промышленных объектов.

Частных домов

Нагрева бассейна

Гостиниц

Фермерских хозяйств

Промышленных объектов

Также существуют решения и проекты по получению холода и электроэнергии от тепловой солнечной энергии.

Приобретая солнечные коллекторы ЯSolar , Вы получаете:
  
— Бесплатную горячую воду и помощь системе отопления
— Надежное оборудование от российского производителя
— Заводскую гарантию 5 лет
— Расширенную клиентскую поддержка 
— Уменьшение первоначальные затраты
— Экономию на коммунальных расходах

Солнечные водонагревательные системы в зависимости от региона использования могут обеспечить до 90% Ваших потребностей в горячей воде и до 70% — в системе отопления. Благодаря экологически чистому источнику энергии Ваши расходы существенно уменьшаться, а жизнь станет более комфортной.

 

Почему выбирают нашу компанию:

Более 10 лет работы

Более 5000 изготовленных солнечных коллекторов

Более 1000  спроектированных и отправленных систем

Более 150 смонтированных установок

95% клиентов обращаются повторно при необходимости

Профессиональные инженеры и проектировщики

     

Для Вас наш инженеры разработали и просчитали надежные комплекты гелиосистем на базе плоских солнечных коллекторов ЯSolar.

С комплектацией готовых комплектов солнечных энергоустановок Вы можете ознакомиться в разделе нашего сайта «Готовые комплекты»

 

Солнечный коллектор зимой. Эффективность использования плоского и вакуумного коллектора зимой.

В этой статье: Работает ли зимой солнечный коллектор? Сравнение эффективности работы зимой вакуумного и плоского солнечного коллектора. Плюсы и минусы гелиосистемы. Отзыв владельца. Видео по теме.

Солнечный коллектор зимой.

Эффективность использования плоского и вакуумного коллектора зимой.

В последнее время альтернативные источники энергии вызывают все более живой интерес со стороны наших соотечественников. Наиболее простыми из них в устройстве являются солнечные коллекторы, благодаря чему их доля в нетрадиционной энергетике, особенно бытовой, чрезвычайно велика. Данная статья поможет найти ответ на вопрос: насколько эффективным является солнечный коллектор зимой?

Работает ли зимой солнечный коллектор?

Как свидетельствует статистика (данные приведены в Википедии), на 1 тыс. россиян приходится примерно 0,2 кв. м применяемых у нас солнечных коллекторов, тогда как в Германии этот показатель составляет 140 кв. м, а в Австрии – целых 450 кв. м. на 1 тыс. жителей.

Столь значительную разницу нельзя объяснить одними только климатическими условиями. Ведь на большей части России за день поверхности земли достигает такое же количество солнечной энергии, как и на юге Германии – в теплое время эта величина составляет от 4 до 5 кВт*ч/кв. м.

Чем же вызвано наше отставание? Отчасти оно обусловлено сравнительно низкими доходами россиян (гелиоустановки являются пока довольно дорогим удовольствием), отчасти – наличием собственных крупных газовых месторождений и, как следствие, доступностью голубого топлива.

Но немалую роль сыграло и предвзятое отношение со стороны многих потенциальных пользователей, считающих установку солнечного коллектора нецелесообразной. Дескать, летом и так тепло, а зимой от подобной системы мало проку.

Вот какие аргументы выдвигают скептики касательно эксплуатации гелиоустановок зимой:

1. Установку постоянно засыпает снегом, так что солнечное излучение достигает её не так уж часто. Если, конечно, владелец не дежурит постоянно на крыше с веником или щеткой.

2. Холодный морозный воздух отбирает почти все тепло, накапливаемое коллектором.

3. Часто упоминают и всесезонный поражающий фактор – град, который может разнести гелиоустановку вдребезги.

Чтобы понять, насколько справедливы эти доводы, рассмотрим устройство различных видов солнечных коллекторов.

Устройство и область применения в быту.

На сегодняшний день наибольшее распространение нашли плоские и вакуумные солнечные коллекторы.

Плоские солнечные коллекторы

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя.

Абсорбер связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель или напыление оксида титана) для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурат). Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметикой.

При отсутствии забора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть теплоноситель до 190—210°C. Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре, эффективность которого может составлять около 95%. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности, поскольку применение меди против алюминия даёт выигрыш 4 % (хотя теплопроводность алюминия вдвое меньше, что означает значительное превышение «запаса мощности» по теплопередаче), что незначительно в сравнении с ценой). Также высокая эффективность достигается увеличением площади контакта трубки и медного листа: у формованного листа и паянного соединение она максимальна, у соединения ультразвуковой сваркой — меньше. Используется также алюминиевый экран.

Вакуумные солнечные коллекторы.

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная вакуумная труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение медные тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При воздействии на коллектор солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору.

Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Видео сравнение работы плоского и вакуумного коллектора зимой

В быту гелиоустановки применяются для приготовления горячей воды, в том числе для бань, подогрева бассейна либо в качестве дополнительного источника тепла для системы отопления.

В промышленности сфера применения таких систем является более широкой: на их основе сооружают опреснители воды, парогенераторы (пар приводит в движение различные машины) и даже электростанции.

Эффективность зимой

Эффективно ли отопление дома солнечными коллекторами зимой? Ну что же, теперь посмотрим, как различные виды солнечных коллекторов работают в условиях зимы. Напомним, что противники внедрения таких установок выдвигают следующие аргументы:

Засыпание панели снегом: данная проблема актуальна только для плоско-пластинчатых коллекторов. На трубках вакуумных установок, как показала практика, снег задерживается только в тех редких случаях, когда в силу особых погодных условий на их поверхности образуется изморозь. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер (от 3 м/с), панель точно останется чистой.

Из-за того, что коллектор окружен холодным воздухом, все тепло с коллектора улетучивается: этот аргумент опять же справедлив только в отношении плоско-пластинчатых коллекторов. Действительно, зимой производительность такой установки в сравнении с летней уменьшается пятикратно. В более совершенных вакуумных моделях прослойка вакуума позволяет сберечь до 95% усвоенного тепла. Самые современные модели даже в сильный мороз способны довести воду до кипения.

Коллектор легко может быть поврежден градом: в заводских условиях коллекторы изготавливаются из высокопрочных материалов. Посмотрите видеоролик, снятый во время испытаний вакуумной трубки на ударную прочность.

Видео. Испытание солнечного коллектора на прочность.

Трубка выполнена из чрезвычайно крепкого боросиликатного стекла которое выдерживает удары града который падает со скоростью 18 м/с и имеет 35 мм диаметре.

  Как видно, солнечные коллекторы зимой вполне работоспособны. Хотя, конечно, производительность их в сравнении с летним периодом ощутимо снижается.  

Плюсы и минусы гелиосистемы

 Им присущ более высокий КПД по сравнению с фотоэлектрическими элементами и ветрогенераторами.

 Усваиваемая с их помощью энергия является абсолютно бесплатной.

 Работа солнечного коллектора полностью безвредна для экологии: используемый ресурс – солнечное тепло — является неисчерпаемым и усваивается напрямую, без сжигания чего-либо и загрязнения окружающей среды.

 Теперь укажем слабые места гелиоустановок:

• Коллекторы стоят пока сравнительно дорого

• Из-за переменчивости погодных условий производительность коллектора не стабильна.

• Систему приходится оснащать довольно вместительным баком-накопителем с хорошей теплоизоляцией.

Отзыв владельца о работе солнечного коллектора зимой.

Видео о работе солнечной сплит-системы SH-200-24 торговой марки «АНДИ Групп»

Предлагаем Вашему вниманию всесезонные солнечные коллекторы торговой марки АНДИ Групп

Солнечная сплит-система ЭЛИТ

Система на основе вакумного солнечного коллектора: (объём бака от 200 до 1000л)

 

Солнечная сплит-система СТАНДАРТ

Система на основе вакумного солнечного коллектора: (объём бака от 100 до 500л)

 

Солнечный вакуумный коллектор ПАНЕЛЬ

Количество трубок в коллекторе: 12,15,18,20,24,30 (в зависимости о модели)

 

Солнечный коллектор УНИВЕРСАЛ

Количество трубок в коллекторе: 15,20,24,30 (в зависимости о модели)

   Остались вопросы? Напишите нам!

Солнечные коллекторы — Расчёт мощности

Вакуумный солнечный коллектор, как определить тепловую мощность?

        Как подобрать солнечный коллектор? Как определить, сколько тепловой энергии можно получить от одной трубки солнечного коллектора? От одного квадратного метра солнечного коллектора? Какова эффективность солнечного коллектора в конкретном регионе? 

Метод расчета тепловой мощности солнечного коллектора для определенного региона.

        Мы предлагаем простой способ, позволяющий на основе данных о солнечной активности в заданном регионе и площади поглощения солнечного коллектора, произвести ориентировочный расчет количества тепловой энергии, которое можно получить в конкретном регионе: от одной трубки солнечного коллектора, одного квадратного метра солнечного коллектора, за день, дачный сезон, за год. Чтобы оценить, насколько полно солнечный коллектор может обеспечить нас тепловой энергией используем следующие статистические данные. По статистике, «обычное» домохозяйство использует 2- 4 кВт тепловой энергии для потребления горячей воды, на человека в день.  

Исходные данные для расчета тепловой мощности солнечного коллектора.

        Количество тепловой энергии, которое вырабатывает солнечный коллектор, зависит от:

1) Региона эксплуатации солнечного коллектора

2) Площади поглощения солнечного коллектора

3) КПД

4) Угла наклона солнечного коллектора по отношению к солнечному излучению

Принимаем: 

1) Нам известно количество солнечной энергии на поверхности земли — инсоляция квадратного метра за год, для определенного региона России.

Напомним, что инсоляция одного квадратного метра, в разрезе регионов России, указана в таблицах, которые приведены в нижней части страницы «Количество солнечной энергии в регионах России». 

«Показательные» расчеты будем проводить для Москвы и Московской области, а потом потренируемся на расчетах для Краснодара.

2) Площадь поглощения известна из документации.

3) КПД вакуумного солнечного коллектора принимаем ~ 67% — 80%*.

4) Принимаем угол наклона «плоскости» солнечного коллектора к солнцу — оптимальный для данного региона.

* КПД = 67% — это значение для «среднестатистического» коллектора, которое приводят в технической литературе для «старых» моделей. КПД современных коллекторов достигает 98%. Мы применили в расчетах среднестатистический КПД = 67% для получения более «честных» значений. В результате все показатели получились немного заниженными, по сравнению со значениями, полученными нами при испытаниях реальной вакуумной трубки солнечного коллектора — одной из тех, что мы предлагаем в магазине.  

        При упоминании вакуумных трубок, имеем в виду «стандартные» вакуумные трубки, которые используют большинство производителей, с характеристиками:

 

• Длина — 1800±5мм
• Внешний диаметр трубки — 58±0.7мм
• Толщина внешней стеклянной трубки — 1.8±0.15мм
• Внутренний диаметр трубки — 47±0.7мм
• Толщина внутренней стеклянной трубки — 1.6±0.15мм
• Материал стекла — боросиликатное стекло 3.3мм
• Уровень вакуума -между стенками трубки P ≤ 5 х 10-3Па
• Степень поглощения > 91%
• Потери солнечного излучения < 8% (80С±1,5С)
• Макс. температура  270С  —  300С℃
• Номинальное давление — 0.6МПа
• Средний коэффициент тепловых потерь — ≤0.6W/(m2)

Трехслойное покрытие вакуумной трубки —  улучшенное селективное поглощающее покрытие:

• Композит — медь, нержавеющая сталь, алюминий (CU/SS-ALN(H)SS/ALN(L)/ALN)

• Метод нанесения  — DS реактивное напыление.  

На заметку.

        Если для Вашего региона нет точных данных в таблицах, то можно использовать информацию, указанную на карте инсоляции регионов России  , на которой цветом указано ориентировочное значение доступной энергии на одном квадратном метре горизонтальной площадки.

        Для определения инсоляции для оптимального угла наклона «плоскости» вакуумного коллектора, эмпирическим путем мы установили, для того чтобы перевести количество энергии указанное для горизонтальной площадки, в энергию, получаемую с площадки с оптимальным углом наклона, необходимо значение, указанное для горизонтальной площадки умножить на 1,2. 

        Например, для Москвы в таблице  — из таблицы «Месячные и годовые суммы солнечной радиации, кВт*ч/м2. Оптимальный наклон площадки» видим, что в год для Москвы, в случае оптимального угла наклона,  доступно 1173,7кВт*ч/м2. Вычисляем коэффициент для оптимальной площадки 1173,3 /  959,9 = 1,22.

        Метод не претендует на высоконаучный, но, как говориться, лучше иметь не очень точный инструмент, чем не иметь никакого.  

---

Расчеты.

        Для начала проверим, насколько соответствует действительности значение площади поглощения трубчатого вакуумного солнечного коллектора, указываемое производителями и поставщиками.

        В документации на «Водонагреватель, на солнечном коллекторе без давления из 15-ти вакуумных трубок», то есть на модель «Дача-1»,  указана площадь поглощения 2,35м2.

Известно, что длина вакуумной трубки 1800мм, то есть 1,8м.

Диаметр трубки 58мм. то есть 0,058м. 

Трубка вакуумного коллектора — это цилиндр, площадь боковой поверхности цилиндра вычисляется по формуле:

 S = 2*3,14*H*R   или через диаметр  S = 3,14*H*D

 где 3,14 — число Пи, R — радиус цилиндра, H — высота цилиндра(длина стороны), D — диаметр цилиндра. Диаметр трубки нам известен, поэтому воспользуемся формулой, в которой участвует диаметр.

Площадь трубки = 3,14 * 1,8 * 0,058 = 0,3278м2

Принимаем с округлением, что площадь одной трубки вакуумного солнечного коллектора равна 0,33м2. Тогда, площадь всех трубок солнечного коллектора  =  0,33*15 = 4,95м2.

        Трубки солнечного коллектора преобразуют излучение в тепло всей площадью, однако наиболее эффективно преобразование на освещенной стороне трубок, то есть, чтобы определить площадь поглощения, надо разделить общую площадь трубок коллектора на 2. Получаем  площадь поглощения всех трубок солнечного коллектора  из 15-ти трубок 4,95м2 / 2 = 2,47м2. В документации на солнечный коллектор указана площадь поглощения  2,35м2.

        То есть, в документации на солнечный коллектор указана информация о площади поглощения с учетом того, что часть каждой трубки вставлена в бак коллектора, а часть закрыта фиксатором — креплением на раму.

Практические выводы.

        1. В документации на солнечные коллекторы действительно указана именно поглощающая площадь солнечного коллектора.

        2. Если брать за основу технические данные из документации реального коллектора, то площадь поглощения одной трубки можно определить, используя эти данные. Тогда, если 15-ть трубок составляют2,35м2 поглощающей площади, то одна трубка 2,35м2  / 15 = 0,156(6)м2 или округленно 0,15м2.  

I. Площадь поглощения одной трубки = 0,15 м2

        3. Зная площадь поглощения одной трубки, можно определить, сколько трубок составляют один квадратный метр поглощающей поверхности солнечного коллектора. Это интересно, так как во всех таблицах солнечной энергетики приводятся данные в расчете на 1м2. Итак, 1м2 / 0,15м2 = 6,66(6), то есть округленно — один квадратный метр поглощающей поверхности коллектора — это семь вакуумных трубок солнечного коллектора.

II. 1м2 поглощающей поверхности солнечного коллектора = 7 вакуумных трубок

       4. Тепловая мощность одной вакуумной трубки. Эта информация позволит рассчитывать, какое количество трубок должно быть в солнечном коллекторе для получения необходимой тепловой мощности:

4.1. Дневная мощность = 0,15 х Величину дневной инсоляции 1м2 для рассчитываемого региона х КПД

4.2. Годовая мощность =  0,15 х Величину годовой инсоляции 1м2 для рассчитываемого региона х КПД

         Для Москвы годовая мощность — энергия, получаемая за счет каждой вакуумной трубки, составляет:

Площадь поглощения одной трубки х Годовую инсоляцию в Москве х КПД коллектора

0,15м2 х 1173,7кВт*час/м2 х 0,67 = 117,95 кВт*час/м2

Для примера, пересчитаем по этой формуле мощность трубок, предлагаемых в нашем каталоге солнечных коллекторов, КПД которых ~ 80%.

0,15м2 х 1173,7кВт*час/м2 х 0,8 = 140,8 кВт*час/м2

        Для того чтобы рассчитать годовую эффективность одной трубки в любом регионе, необходимо в формулу выше, подставить значение годовой инсоляции — солнечную энергию доступную в интересующем Вас регионе. То есть, вместо 1173,7 подставить значение для региона. Также можно рассчитать и дневную мощность в конкретном регионе. 

III. Годовая мощность, вырабатываемая одной трубкой коллектора в Москве =  от 117,95 до 140кВт*час/м2

IV. Средняя по году суточная производительность тепловой энергии, одной вакуумной трубки в Москве = 0,323кВт*час,

V. В июле суточная мощность одной трубки составит 0,543кВт*час  

 солнечный коллектор работает только при свете и указанную мощность мы «выберем» за световой день!    

        5. Доступная годовая экономия энергии за счет эксплуатации одного квадратного метра солнечного коллектора ( 7 — мь трубок) для Москвы и Московской области составляет:

117,95 кВт*час/м2 * 7 = 825,6 кВт*час/м2

    VI. Энергия вырабатываемая за год одним квадратным метром солнечного коллектора в Москве =  825,6 кВт*час/м2,

при этом, например летом, в июле мощность солнечного коллектора площадью 1м2составит 117,9кВт*час/м2

        То есть, для Москвы и Подмосковья получаем, что используя солнечный коллектор из 15-ти вакуумных трубок, с площадью поглощения 2,35м2, за дачный сезон — с Апреля по Сентябрь (включительно), когда суммарное значение инсоляции за все месяцы сезона составляет 874,2 кВт*час/м2, мы получим 874,2 * 2,35* 0,67(КПД) = 1376,427кВт — почти 1,4 МегаВатта бесплатной тепловой энергии, то есть, около 8кВт в день.

        Обратимся к статистическим данным, приведенным в начале статьи — домохозяйство использует 2- 4кВт тепловой энергии для потребления горячей воды, на человека в день. Это данные по общему расходу энергии для приготовления горячей воды, которая была израсходована на все нужды, то есть на душ, мытье посуды и прочие цели. Из расчетов для 15-ти трубочного солнечного коллектора, эксплуатируемого в Москве, видно, что в дачный сезон, его производительности хватит для обеспечения горячей водой семьи из двух, трех человек. Получается, что если максимально учесть неблагоприятные обстоятельства, как то — пасмурное лето, дожди, то все равно за электроэнергию для подогрева воды придется платить минимум, а в солнечное лето — не придется платить вовсе!

 Попробуем рассчитывать мощность солнечного коллектора из 18-ти трубок для Краснодара.

        Для тренировки рассчитаем, сколько энергии для дома мы получим за год, от солнечного коллектора из 18 -ти вакуумных трубок, в Краснодаре.

Из таблицы в статье «Количество солнечной энергии в регионах России», видно, что годовая солнечная энергия доступная для преобразования в тепло, для Краснодара составляет  1433 кВт*ч/м2. Площадь поглощения солнечного коллектора из 18 -ти трубок составляет 2,8м2. КПД вакуумных солнечных коллекторов 67%.

        Рассчитываем количество тепловой энергии от солнечного коллектора в Краснодаре = 1433 * 2,8 * 0,67 = 2688,3 кВт.

ИТОГО:

За год эксплуатации в Краснодаре, солнечного коллектора из 18-ти  вакуумных трубок, мы получим 2688,3кВт тепловой энергии, то есть почти 3 Мега Ватта бесплатной тепловой энергии! 

        Таким образом, зная расходы энергии на отопление и гвс, объемы потребности в горячей воде, можно рассчитать, какая конфигурация солнечного оборудования — какой солнечный коллектор из скольких вакуумных трубок с каким гидро аккумулятором — бойлерным баком (какого объема) даст наилучший эффект для экономии расхода традиционных энергоносителей на горячее водоснабжение и отопление.

        Еще раз хотим обратить Ваше внимание на тот факт, что все справочные данные для расчета мощности солнечного коллектора, мы взяли из справочников предоставляющих обобщенные и усредненные данные. В результате, например, в расчетах мы получили суточную мощность одной трубки коллектора, в июле для Москвы, равную  0,543 кВт*час.

На практике в майский день с переменной облачностью мы получили мощность одной реальной вакуумной трубки около 1кВт*час!

 

СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР JMC24-30 HIGH POWER

Солнечный коллектор повышеной мощности серии JMC HIGH POWER отлично подходит для нагрева ГВС, помощи отоплению, а так же для подогрева бассейна.

Цельный алюминиевый рефлектор находящийся внутри вакуумуной трубки, хорошо прилегает к тепловой трубке HP и осуществляет теплопередачу от стенок вакуумной трубки с высокоселективным покрытием. В результате нагрева конденсатор 24мм. тепловой трубки достигает температуры свыше 200oC.

Увеличеная площадь теплообмена конденсатора (24 мм) способствует быстрой передаче тепла теплоносителю.

ТОЛЬКО У НАС ВЫ СМОЖЕТЕ ПРИОБРЕСТИ СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ С НИКЕЛЕРОВАННЫМИ медными стержнями с повышенной теплоотдачей 24мм. вместо 14мм., что делает наши Солнечные коллекторы вне конкурентными по генерации тепла!

Медные стержни покрыты слоем никеля, что препятствует выкипанию через микропоры легкокипящей жидкости, в последствии вакуумные тубки теряют свои свойства нагрева полностью! 

Вакуумный солнечный коллектор — КЛЮЧЕВОЕ ЗВЕНО в системе закрытого типа под давлением, в которой теплоноситель, циркулируя через верхнюю часть тела коллектора с установлеными сухими вакуумными трубками Heat Pipe нагревается до 300 градусов, собирает тепло и проходя через змеевик нагревает бак!

На этом цикл заканчивается и остывший теплоноситель вновь под управлением контроллера, при помощи циркуляционного насоса поступает наверх, к горячим стержням трубок солнечного коллектора.

Таким образом происходит преобразование солнечной радиации в тепловую энергию!

 Вопреки всем плюсам данной системы необходимо тщательно расчитывать мощность всех элементов системы, объем бака теплонакопителя, необходимо подстраховываться другими источниками тепла, желательно ТЕПЛОВЫМ НАСОСОМ, так как нужно понимать, что коллектор солнечный, и будет генерировать тепло только в солнечную погоду, несколько хуже в пасмурную.

 

Характеристика:	Показатель:
Площадь абсорбции активная, м. кв.	2,81
Материал коллектора	медь
Рабочее давление, bar	2-6
Максимальное рабочее давление, bar	8
Номинальная температура, град С	50-100
Максимальная температура, град С	250
Оптимальный расход теплоносителя, л/мин	3
Объем теплоносителя, л	2,3
Сухой вес, кг	106
Материал корпуса	алюминий
Теплоизоляция	минеральная вата
Толщина медной трубки Heat Pipe, мм	1
Диаметр конденсатора Heat Pipe, мм	24
Диаметр подключения трубопровода, мм	22, под резьбу
Погружная гильза для термодатчика	есть
Материал рамы	сталь, порошковая окраска, цвет серый
Угол наклона рамы, град.	45o
Габаритные размеры (Д/Ш/В) , мм	1960x2390x1400
Количество вакуумных трубок	30 HP 24
Длина вакуумной трубки, мм	1800
Тип покрытия вакуумной трубки	многослойное абсорбирующее покрытие
Удельное поглощение	более 95%
Устойчивость к граду	до 35 мм

57 000 р.

Солнечные коллекторы. Часто задаваемые вопросы.

 

1. Могут ли солнечные водонагреватели являться конкурентоспособной альтернативой газа или электричества?

Солнечная энергия не должна рассматриваться в качестве альтернативы газа или электричества, скорее в качестве дополнения к ним. Она не может полностью заменить потребность в газе или электрическом отоплении, поскольку есть дни с недостаточным уровнем солнечного освещения. Правильный расчёт системы, солнечного нагрева воды, может обеспечить 60% -70% от потребности горячей воды.

Можно точно утверждать что, гелиосистема будет выгодна в том случае, если на объекте отсутствует газ или нагрев воды происходит за счет электричества.

 

2. В течение какого срока солнечный коллектор сможет окупить мои инвестиции?

Для семи из 3-5 человек, стоимость гелиосистемы будет схожа со стоимостью газовой или электрической системой нагрева воды. Сроки окупаемости напрямую зависят от того, в каком колличестве будет потребляться вода, нагретая солнечным коллектором и размера системы.

Эсли на объекте нагрев воды осуществляется за счет электричества, то срок окупаемости будет от 1 года до 2 лет, причем необходимо учитывать, что и работоспособность электрокотлов, электробойлеров и другого отопительного оборудование имеет не такой уж большой срок службы, в отличие от гелиосистемы, которая может проработать не менее 20-25 лет без замены главных и дорогостоящих частей системы. Работая совместно с действующей системой нагрева воды, солнечные коллектора могут экономить до 75% топлива или электроэнергии в осенне-весенний период.

 

3. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы в холодных условиях?

Да. Наши вакуумные трубчатые коллекторы могут использоваться при очень низких температурах, в солнечных системах водонагрева, установленных в регионах России, температура в которых достигает -45°C. Удивительно, но даже при этих температурах система может производить горячую воду с хорошей эффективностью за счет вакуума в трубках коллекторов, который является идеальным теплоизолятором. В яркий солнечный день, эффективность коллектора будет примерно одинаковой как в зимний период времени, так и в летний.

 

 

4. Что произойдет, если целостность одной из вакуумных трубок нарушится?

Вакуумные трубки достаточно прочные, и их нелегко разбить, но если это всё-таки произошло, это с лёгкостью решается заменой вакуумной трубки на новую. Хотя наши солнечные коллекторы обладают способностью работать с некоторым количеством повреждённых трубок, рекомендуется повреждённые трубки немедленно заменить, чтобы удерживать эффективность солнечного коллектора на должном уровне. Запасные трубки Вы всегда можете приобрести в нашем магазине.

 

5. Будет ли вода нагреваться в пасмурный день?

Да. Несмотря на то, что тепловая мощность солнечного коллектора снижается в пасмурные дни, поглощаемой энергии хватает для нагрева воды. Если это, по большей степени, туманный день или дождь, то может потребоваться больше ресурсов газового или электрического нагрева, чтобы сохранить температуру воды оптимальной для использования. Солнечная система нагрева воды является автоматизированной, так что вам не придется беспокоиться о нехватке горячей воды в дождливый день.

За своевременным включением котлов, ТЭНов и др нагревательных приборов следит контроллер гелиосистемы.

 

6. Могу ли я использовать солнечный коллектор с системой горячего водоснабжения, которая у меня уже есть?

ДА. Клапаны попросту модернизированы, и они зачастую могут быть использованы, чтобы позволить солнечной энергии подключаться к существующей подаче холодной воды. Если ваш бак не может принять солнечную энергию напрямую, вы можете установить дополнительный накопительный бак для предварительного нагрева холодной воды перед входом в уже существующий. Любая действующая система отопления и водоснабжения может быть доработана гелиосистемой без глобальной реконструкции котельной. Действующая котельная прекрасно будет работать совместно с гелиосистемой, причем экономия топлива и электроэнергии традиционной котельной будет значительной.

 

 

7. Могут ли солнечные коллекторы быть установлены на плоской поверхности?

Да. Они могут быть установлены на плоской крыше или на земле с помощью алюминиевых опорных подставок. Для оптимальной работы солнечного коллектора, его следует установить под углом 45 градусов, чтобы гарантировать оптимальную работу тепловых трубок.

 

8. Как я могу защитить свою солнечную систему при минусовых температурах?

Если ваша солнечная система нагрева воды работает в регионах с минусовыми температурами, то Вам следует принять меры по защите от замерзания. Самым простым способом предотвращения замерзания является использование солнечного контроллера с настройками низких температур. Таким образом, когда температура падает ниже определенной заранее установленной температуры (5°C), насос будет циркулировать и нагревать коллектор водой снизу из резервуара. Насос будет работать сессионно, частота сессий которого зависит от температуры наружного воздуха. В особо холодных регионах целесообразно использовать замкнутый контур с помощью пропиленгликоля, температура замерзания которого ниже 30 градусов.

 

9. Может ли солнечный коллектор стать причиной возникновения пожара во время жаркой и засушливой погоды?

Нет. Все компоненты наших тепловых солнечных коллекторов рассчитаны на воздействие высоких температур и не воспламеняются, так что даже при сильном солнечном свете система нагрева воды не загорится и не подожжёт сухой материал. Даже самым жарким летом к вакуумным трубкам можно прикоснуться и не обжечься, т. к. вся температура находится в самой трубке, за вакуумом.

 

 

10. Может ли солнечный коллектор нагревать воду до достаточно высокой температуры?

Да, в хорошую погоду коллектор может довести воду до кипения. Как правило, это не является необходимым, поэтому система должна быть разработана грамотно. Нелогично доводить воду до кипения в домашних условиях солнечным коллектором, т. к. из за температуры близкой к кипению может произойти деформация пластиковых и резиновых уплотнителей в системе, тем самым увеличивается риск протечек. Если горячая вода не используется в течение одного дня, то на следующий день система будет сбрасывать воду через предохранительный клапан. Это пустая трата энергии и воды! Пожалуйста, используйте разумно энергию, получаемую солнечным водонагревателем, для обеспечения оптимальной производительности и минимального расхода воды.

 

11. Что требуется для обслуживания солнечного коллектора?

При нормальных обстоятельствах обслуживание не требуется. Хотя солнечные коллекторы могут работать с несколькими сломанными трубами, тепловая эффективность будет снижена незначительно. Но разбитые трубки всё же следует заменить как можно скорее.

 

12. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы для крупномасштабного производства горячей воды?

Да. Наши солнечные тепловые коллекторы могут быть соединены последовательно или параллельно, чтобы обеспечить крупномасштабное производство горячей воды для нужд коммерческих и муниципальных организаций, таких как школы, гостиницы или офисные здания.

 

 

13. Могу ли я нагреть воду в своём бассейне или спа, используя солнечный коллектор?

Да. Вакуумные трубчатые коллекторы могут быть использованы для нагрева спа или жилого плавательного бассейна. Для любого бассейна, который необходимо нагреть, должен быть использован изолирующий защитный слой, чтобы свести к минимуму потери тепла и испарение.

 

 

14. Вакуумные трубчатые коллекторы более эффективные, чем плоские?

 

Существует небольшая разница между вакуумным трубчатым коллектором и плоским коллектором при сравнении максимальной эффективности. На самом деле, эффективность плоской пластины коллектора может быть выше трубки вакуумного коллектора, но при условиях с минимальными потерями тепла. При средних же показателях за год, вакуумный трубчатый коллектор имеет явные преимущества. Ключевыми являются следующие моменты:

 

1) Солнечные вакуумные трубки могут пассивно отслеживать положение солнца в течение дня из-за цилиндрической формы трубок. Пластина плоского солнечного коллектора обеспечивает выходной импульсной энергии в полдень, когда солнце находится в зените

2) Вакуум в трубках значительно снижает потери конвективного тепла из внутренней части трубки. Таким образом, ветра и низкие температуры оказывают намного меньшее влияние на эффективность вакуумного коллектора.

3) Вакуумные трубки прочны и долговечны, так как сделаны из сверхпрочного боросиликатного стекла. По отдельности трубки стоят недорого и сломанную легко заменить.

4) Из-за различных преимуществ вакуумной трубки коллектора над плоской пластиной коллектора, понадобится меньшее количество коллекторов, чтобы обеспечить такую же производительность нагрева. Например, в семье из 4-5 человек, как правило, потребуется резервуар с 250-300 литров воды. В зависимости от вашего местоположения, летом все 30 вакуумных трубок коллектора будут обязаны предоставлять все потребности в горячей воде и большой процент в другие сезоны.

5) Плоские солнечные коллекторы могут производить подобный выход тепла в вакуумных трубчатых коллекторах, но, как правило, исключительно в солнечных условиях. При среднем в течение всего года, тепловая мощность вакуумной трубки коллектора на квадратный метр на 25%-40% больше, чем плоской пластины коллектора.

 

Линейный концентратор, концентрирующий солнечно-тепловую энергию, основы

Вы здесь

Коллекторы с линейной концентрацией солнечной энергии (CSP) улавливают солнечную энергию с помощью больших зеркал, которые отражают и фокусируют солнечный свет на линейную приемную трубку. Приемник содержит жидкость, которая нагревается солнечным светом, а затем используется для нагрева традиционного цикла мощности, который вращает турбину, которая приводит в действие генератор для производства электроэнергии. В качестве альтернативы пар может генерироваться непосредственно в солнечном поле, что устраняет необходимость в дорогостоящих теплообменниках.

Линейные концентрирующие коллекторные поля состоят из большого количества коллекторов, расположенных параллельными рядами, которые обычно выровнены в направлении север-юг для максимального накопления годовой и летней энергии.Благодаря одноосной системе слежения за солнцем эта конфигурация позволяет зеркалам отслеживать солнце с востока на запад в течение дня, что гарантирует, что солнце непрерывно отражается на приемные трубки.

Линейные системы могут включать в себя аккумуляторы тепла. В этих системах коллекторное поле имеет слишком большие размеры для обогрева системы хранения в течение дня, поэтому дополнительный пар, который он генерирует, можно использовать для производства электроэнергии вечером или в пасмурную погоду. Эти растения также могут быть спроектированы как гибриды, что означает, что они используют ископаемое топливо для дополнения солнечной энергии в периоды низкой солнечной радиации.В такой конструкции используется обогреватель, работающий на природном газе, или парогазовый котел / подогреватель. В будущем линейные системы могут быть интегрированы с существующими или новыми установками комбинированного цикла, работающими на природном газе и угле.

Параболические лотковые системы

Самая распространенная система CSP в США — это линейный концентратор, в котором используются параболические лотковые коллекторы. В такой системе приемная труба расположена вдоль фокальной линии каждого параболического отражателя. Трубка прикреплена к конструкции зеркала, и теплоноситель течет через поле солнечных зеркал и выходит из них туда, где он используется для создания пара (или, в случае водо / пароприемника, он направляется непосредственно в турбина).

Линейные отражатели Френеля

Второй технологией линейных концентраторов является система линейных отражателей Френеля. Плоские или слегка изогнутые зеркала, установленные на трекерах на земле, сконфигурированы так, чтобы отражать солнечный свет на приемную трубку, закрепленную в пространстве над зеркалами.Иногда на приемник добавляют небольшое параболическое зеркало, чтобы дополнительно фокусировать солнечный свет.

Подпишитесь на информационный бюллетень отдела технологий солнечной энергии

10.1. Обзор солнечных тепловых энергетических систем

Пар веками использовался для выполнения механических работ. Паровозы, вероятно, являются одними из самых популярных машин, известных тем, что преобразовывают пар в механическую работу. Любая современная паровая турбина производит подобное преобразование с более высокой эффективностью преобразования энергии. Многие паровые турбины используются из-за их высокой эффективности при преобразовании энергии пара в кинетическую энергию вращения. Эта энергия вращения может быть далее использована для приведения в действие генератора электричества или любого другого процесса, для работы которого требуется механическая энергия.Исторически пар, необходимый для таких процессов, получали при сжигании ископаемых видов топлива, таких как уголь или природный газ, в то время как солнечная тепловая энергия использовалась экспериментально более века. Пар, который генерируется возобновляемыми методами (такими как солнечное излучение), идентичен пару, генерируемому при сжигании топлива для нагрева воды, а принципы преобразования солнечного тепла в механическую и электрическую энергию в основном аналогичны тем, которые используются в системах сжигания. Концентрирующие солнечные тепловые технологии лучше всего подходят для достижения высоких температур при более высоких давлениях, одновременно удовлетворяя потребности крупномасштабных турбин, требующих значительного количества высококачественного пара. Общая стратегия преобразования энергии с использованием солнечной тепловой энергии представлена ​​на диаграмме ниже.

Рисунок 10.1: Схема типовой солнечной тепловой энергосистемы

Кредит: Марк Федькин

Солнечная энергия, полученная и преобразованная в тепло системой коллектора, передается теплоносителем в хранилище и далее в котел, где вырабатывается пар. Далее пар подается в турбину теплового двигателя, где он преобразуется в механическую энергию, а некоторое количество тепла отводится.Если электрическая мощность желательна, механическая энергия подается в генератор, где она преобразуется в электричество. На каждом этапе преобразования мы можем ожидать некоторых потерь из-за не 100% эффективности. Одна из проблем заключается в том, что эффективность солнечных коллекторов снижается с увеличением рабочей температуры, в то время как эффективность теплового двигателя увеличивается при более высокой температуре (Duffie and Beckman, 2013). Поэтому необходима оптимизация для выбора условий работы системы. Обычно температуры, создаваемые плоскими коллекторами, слишком низки для того, чтобы тепловые двигатели были эффективными; таким образом, концентрирующие коллекторы (например, параболические системы) или откачанные трубчатые коллекторы являются более предпочтительным выбором.

В основные конфигурации солнечных тепловых энергетических систем входят:

• Параболические желоба
• Блюдо параболическое
• Центральный ресивер (силовая башня)
• Солнечная восходящая башня

Вы можете повторно посетить эти технологии на веб-сайте Energy Information Association

Общий КПД системы преобразования энергии складывается из КПД солнечных коллекторов (с параболическими желобами, макс ~ 75%), КПД тепловой машины (~ 35%).За вычетом потерь на поле типичный средний общий КПД солнечных тепловых электростанций составляет около 15-20%.

На следующих страницах этого урока представлены различные типы и конструкции систем.

24-часовая солнечная энергия: расплавленная соль делает это возможным, и цены быстро падают

Подпишитесь, чтобы получать наши последние отчеты об изменении климата, энергии и экологической справедливости, которые будут отправляться прямо на ваш почтовый ящик. Подпишитесь здесь .

Первое, что вы видите в установке солнечной энергии Crescent Dunes, и находитесь в нескольких милях от нее, — это свет настолько яркий, что вы не можете смотреть прямо на него.Он расположен на вершине 640-футовой цементной башни, возвышающейся над плоской пустой пустыней Невада на полпути на шоссе из Рино в Лас-Вегас. Башня окружена зеркалами шириной почти в две мили, которые посылают в небо мерцающие лучи света.

Путешественники иногда спрашивают, проезжали ли они что-то инопланетное, сказала Дарби, бармен столетнего отеля Mizpah в Тонопе, пыльном городке, где раньше добывали серебро, в 15 милях от завода. Такие вопросы здесь принимаются за чистую монету.Зона 51, засекреченный объект, где, по мнению сторонников заговора, ВВС США скрывают свидетельства космических пришельцев, всего через час или около того.

То, что люди на самом деле видят, — это электростанция концентрированной солнечной энергии (CSP) мощностью 110 мегаватт, построенная и управляемая SolarReserve в Санта-Монике, Калифорния. Он не из космоса, но ничего подобного ему такого размера больше нигде на планете пока нет.

SolarReserve пытается доказать, что технология, лежащая в основе Crescent Dunes, может сделать солнечную энергию доступным, безуглеродным, круглосуточным источником энергии, передаваемым по электросети, как любой другой завод, работающий на ископаемом топливе.Здесь концентрированный солнечный свет нагревает расплавленную соль до 1050 градусов по Фаренгейту в этой мерцающей башне; затем соль хранится в гигантском изолированном резервуаре, из которого можно производить пар для работы турбины.

Гелиостаты, гигантские зеркала, фокусирующие солнечные лучи, управляются программным обеспечением, которое позволяет им следить за солнцем в течение дня. Кредит: SolarReserve

Если этот завод и несколько аналогичных объектов, которые строятся или вскоре будут построены, окажутся надежными, технология готова к взлету.Солнечные фотоэлектрические (PV) панели могут вытеснять ископаемое топливо в течение дня, а ветряные турбины могут делать то же самое, пока дует ветер. Но башни из расплавленной соли могут справиться с проблемой подачи электроэнергии по запросу и вывести на пенсию более старые, более грязные предприятия, работающие на ископаемом топливе.

«Мы собираемся увидеть намного больше башен расплавленной соли CSP», — сказал Марк Мехос, руководитель программы исследований CSP в Национальной лаборатории возобновляемой энергии в Колорадо. Мехос основывает свое мнение на ценах, которые SolarReserve и другие разработчики проектов назначают на электроэнергию с новых станций, а также на знании того, что башня CSP с восьми или 10 часами хранения расплавленной соли в настоящее время намного дешевле, чем солнечная фотоэлектрическая ферма с эквивалентным количеством литий-ионные аккумуляторы.

Цена на электроэнергию, вырабатываемую на второй электростанции SolarReserve, которая будет построена недалеко от Порт-Огаста, Австралия, будет меньше половины от стоимости электроэнергии, производимой Crescent Dunes — около 7,8 австралийских центов за киловатт-час, или чуть более 6 Центов США. Когда правительство Южной Австралии подписало контракт на закупку продукции завода в августе, казначей штата Том Кутсантонис написал в Твиттере, что «угольная промышленность только что подняла дрожь», потому что новая угольная электростанция не может соответствовать этой цене. .

Кевин Смит, генеральный директор SolarReserve, считает, что Crescent Dunes показывает, что технология работает, и следующие проекты, о которых идет речь, докажут экономическую эффективность. Компания владеет третьим заводом в Южной Африке и планирует построить еще 10 башен CSP в Неваде, чтобы удовлетворить потребности Калифорнии.

«Мы собираемся довести дело до конца», — сказал Смит о попытках добиться признания этого типа поколения. Он помог превратить компанию Invenergy в одного из крупнейших владельцев U.S. до того, как присоединиться к SolarReserve при его основании в 2008 году. «Потребовалось время, чтобы добраться туда, где мы находимся. Рынок сейчас реагирует. Мы снизили наши расходы. Мы выигрываем ставки «.

Следующая большая вещь? Это Storage

Производство электроэнергии в Crescent Dunes начинается с 10 347 зеркал, общей площадью 13 миллионов квадратных футов стекла — этого достаточно, чтобы полностью покрыть Национальную аллею в Вашингтоне от ступенек Капитолия до памятника Вашингтону. Зеркала называются гелиостатами, потому что каждое из них может наклоняться и поворачиваться, чтобы точно направить луч света.Расположенные концентрическими кругами, они направляют солнечный свет на «приемник» на вершине центральной башни. Если отбросить предположения туристов, на самом деле это не свет. Ресивер, матовый черный, когда на него нет солнечного света, поглощает энергию для нагрева расплавленной соли, протекающей по ряду труб. Затем горячая соль стекает в резервуар для хранения из нержавеющей стали на 3,6 миллиона галлонов.

Соль, которая при таких температурах выглядит и течет почти как вода, проходит через теплообменник, чтобы произвести пар для работы стандартного турбогенератора. В баке содержится достаточно расплавленной соли для работы генератора в течение 10 часов; Это составляет 1100 мегаватт-часов хранения, что почти в 10 раз больше, чем у крупнейших литий-ионных аккумуляторных систем, которые были установлены для хранения возобновляемой энергии.

Если башни расплавленной соли CSP находятся на грани широкого признания, то это в значительной степени из-за растущего осознания того, что переход на возобновляемые источники энергии требует хранения в таких масштабах. «Хранение — это действительно ценное предложение для CSP», — сказал Клиффорд Хо, возглавляющий исследования тепловой солнечной энергии в Sandia National Laboratories в Альбукерке, Нью-Мексико.

Да, это ракетостроение

Несмотря на обещания, прогресс SolarReserve не был быстрым и легким. Компания все еще уклоняется от цели коммерческого признания своей технологии электростанций. Спустя десятилетие Crescent Dunes остается единственным примером системы расплавленных солей CSP от SolarReserve. Во многом компания остается стартапом.

Keep Environmental Journalism Alive

ICN бесплатно предоставляет отмеченные наградами локализованные климатические материалы и рекламу.Мы рассчитываем на пожертвования таких читателей, как вы, чтобы продолжать работу.

Пожертвовать сейчас

https://checkout.fundjournalism.org/memberform?org_id=insideclimate&amount=50&campaign=7013a000002DbIPAA0

Технический директор

SolarReserve, Уильям Гулд, более двух десятилетий занимался разработкой производства электроэнергии из расплавленной соли CSP. Еще в 1990-х годах он был руководителем проекта демонстрационной установки Solar Two, построенной при поддержке Министерства энергетики США в пустыне Мохаве недалеко от Барстоу, Калифорния.В 1980-х годах в том же месте находился Solar One, который успешно показал, что поле гелиостатов, сияющих на центральной башне, может производить пар для работы турбины. Задача Гулда заключалась в том, чтобы продолжить проект, в котором вместо пара нагревалась соль, и доказать, что энергия может храниться.

Solar Two был небольшим пилотным проектом недалеко от Барстоу, Калифорния, где в 1990-х годах была протестирована технология хранения соли, которая сейчас используется в Crescent Dunes. Предоставлено: KJKolb / CC-BY-SA-2.0.

Чтобы построить приемник расплавленной соли, Гулду пришлось выбирать между двумя претендентами: производитель котлов с опытом работы с традиционными электростанциями, работающими на ископаемом топливе; и Rocketdyne, компания, которая производила ракетные двигатели для НАСА.Он пошел с учеными-ракетчиками. Конус или колпак в нижней части ракеты, где выходит пламя, на самом деле состоит из сети небольших трубок, по которым циркулирует жидкое топливо, охлаждающее металл и не позволяющее конусу плавиться. Опыт Rocketdyne в разработке этого трюка и знания в области высокотемпературной металлургии побудили компанию разработать технологию использования расплавленной соли на установке CSP.

Проект Solar Two мощностью 10 МВт успешно реализовывался в течение нескольких лет, подтверждая концепцию, и был списан в 1999 году. «У нас были прорезывания зубов. У нас были некоторые проблемы, которые нам нужно было исправить », — сказал Гулд. «Но в конце концов он работал так, как задумано». Действительно, основная технология, используемая сегодня в Crescent Dunes, практически ничем не отличается от Solar Two, кроме масштаба: смесь нитратных солей и рабочие температуры идентичны.

В начале своей карьеры Гулд работал инженером-ядерщиком в Bechtel, гигантской строительной компании, работая на реакторах Сан-Онофре в Калифорнии и на заводе в Пало-Верде в Аризоне. Он сказал, что в конце концов решил, что ничто не может быть полностью защищено от дурака.«Я больше не сторонник ядерной энергетики», — сказал он.

Однако он отказался от работы над Solar Two, как большой сторонник расплавленной соли. «Мы возлагали большие надежды на быструю коммерциализацию», — сказал он. Расширение до коммерчески жизнеспособных 100 МВт или более оказалось слишком новым для привлечения финансирования из банков или других традиционных источников. Ему действительно требовалась государственная гарантия по кредиту или другая поддержка, которой в те годы не было.

Ставка на миллиард долларов

Когда была основана компания SolarReserve, казалось, что завод по производству расплавленной соли с полем гелиостатов и центральной башней может производить электроэнергию по цене, конкурентоспособной, если не дешевле, чем у большой солнечной фотоэлектрической станции.Но сразу цена на фотоэлектрические панели стала падать. По данным Министерства энергетики США, стоимость киловатт-часа электроэнергии от солнечной фермы в масштабе коммунального предприятия, усредненная за весь срок службы объекта, упала с 28 центов в 2010 году до менее 6 центов. Сегодня это обычное дело, когда солнечная ферма предлагает продавать электроэнергию примерно по 2 цента за киловатт-час.

Кевин Смит, генеральный директор SolarReserve, считает, что Crescent Dunes показывает, что технология работает, и что следующие проекты докажут экономичность. Компания планирует построить еще 10 башен CSP в Неваде. Предоставлено: Роберт Дитрайх.

Компания построила несколько солнечных фотоэлектрических станций, поскольку цены упали. По словам Смита, это помогло заработать немного денег. Но в центре внимания остались башни из расплавленной соли. Благодаря соглашению о закупке электроэнергии от NV Energy, основной коммунальной компании Невады, и крупной гарантии по кредиту от Министерства энергетики, строительство Crescent Dunes началось в 2011 году. Оно было завершено в 2015 году, примерно на два года позже запланированного срока.

Строительство стоило около 750 миллионов долларов, а с учетом так называемых «мягких» затрат, таких как проценты во время строительства и подключения к линии электропередач, общая стоимость была близка к 1 миллиарду долларов.По словам Смита, затраты на строительство для проектов, находящихся в стадии разработки, сократились почти вдвое. Тем не менее, новая солнечная фотоэлектрическая установка для коммунальных предприятий размером с Crescent Dunes, но без каких-либо хранилищ, может быть построена сегодня примерно за 110 миллионов долларов.

Смит и Гулд — и другие наблюдатели — скажут вам, что Crescent Dunes в первые два года существования страдала от проблем. Но проблема не в конструкции системы расплавленной соли, гелиостатов или башни, сказал Смит.Он ссылается на проблемы «баланса предприятия», такие как насосы, которые не работают должным образом, и трансформаторы для оборудования в области гелиостата, которые были малоразмерными.

На сегодняшний день самой большой проблемой в Crescent Dunes была утечка в резервуаре для хранения горячей соли, обнаруженная в конце 2016 года. Смит объясняет, что гигантское кольцо, опирающееся на пилоны на дне резервуара, распределяет расплавленную соль, когда она спускается из приемник. В то время как пилоны должны были быть приварены к полу, само кольцо было спроектировано так, чтобы двигаться, поскольку изменения температуры вызывают расширение или сжатие.Вместо этого из-за ошибки конструкции все это было сварено вместе, и изменения температуры привели к изгибу дна резервуара и утечке.

Расплавленная соль, нагретая солнечными батареями, хранится в гигантских резервуарах возле башни Crescent Dunes. Предоставлено: Роберт Дитрих.

Утечка солевого расплава не представляет особой опасности. Когда он упал на гравийный слой под резервуаром и сразу же остыл, он превратился в соль. Тем не менее, остановка длилась несколько месяцев, и завод вернулся в сеть только в июле.

Предполагается, что

Crescent Dunes сможет вырабатывать около 500 000 МВт электроэнергии в год, что эквивалентно работе около 12 часов в день.Но этого еще не произошло. Смит утверждает, что сейчас предприятие работает нормально и выполнит поставленную задачу. «Основная технология работает как чемпион», — сказал он.

Все еще крошечный кусочек солнечного пирога

На протяжении многих лет применялось несколько различных подходов к CSP. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии, во всем мире было построено около 5000 МВт генераторов CSP. Это немного — на конец 2016 года количество солнечных панелей составляло 291 000 МВт, но это еще не все.

Большинство проектов CSP осуществляется в США и Испании, где правительство предлагало щедрые субсидии в течение нескольких лет до финансового кризиса 2008 года. Наиболее распространенной технологией является параболический желоб, система, в которой используются изогнутые зеркала, которые перемещаются по одной оси для отслеживания солнца. Солнечный свет концентрируется на трубе, заполненной маслом, в фокусе параболического зеркала. Масло, температура которого может достигать 700 градусов по Фаренгейту, используется для производства пара для работы турбины. Здесь нет прямого накопления тепла, хотя некоторые предприятия добавляют ступень, используя масло для нагрева расплавленной соли, чтобы ее можно было хранить.Однако этот процесс менее эффективен, чем хранение с использованием башни CSP, из-за более низких температур.

Первый завод CSP в Марокко, Noor I, имеет полмиллиона изогнутых зеркал, которые медленно следуют за солнцем. Солнечный свет концентрируется на трубе, заполненной маслом, которое используется для создания пара для работы турбин. Предоставлено: Фадель Сенна / AFP / Getty Images. По словам Серджио Реллозо из подразделения солнечной энергетики испанской инженерной компании Sener, проекты с параболическим желобом

могут быть уместны в некоторых местах.Компания Sener построила более двух десятков проектов лотков CSP. В данный момент компания строит два завода в Уарзазате, Марокко. Один использует технологию параболического желоба Sener и систему хранения расплавленной соли; другой — конструкция башни из расплавленной соли, что делает его вторым испытанием технологии в масштабах полезного использования после Crescent Dunes.

Цена на мощность двух марокканских станций очень близка, сказал Реллозо. Поскольку многие установки с желобами уже построены, он делает ставку на то, что лучшая возможность для снижения затрат в будущих проектах связана с технологией башни расплавленной соли.«Конструкция башни дает гораздо больше возможностей для снижения затрат».

Другой важный тип установок CSP использует центральную башню и гелиостаты для нагрева пара вместо соли. Эти растения похожи на Crescent Dunes, но здесь нет хранилища; пар должен быть немедленно использован в турбине. Эта технология используется на проекте Иванпа мощностью 377 мегаватт, расположенном в пустыне Мохаве недалеко от границы Невады и Калифорнии, на крупнейшем в мире заводе CSP. Ivanpah был построен с гарантией федерального займа в 1,6 миллиарда долларов.

Иванпа, расположенный в пустыне Мохаве в Калифорнии, был введен в эксплуатацию в 2013 году как крупнейшая в мире солнечная тепловая электростанция. Его ресиверы вырабатывают пар для работы турбин. Кредит: Предоставлено Bechtel

Смит, Мехос и другие заявили, что использование только пара в Иванпе кажется тупиковым, потому что он остается намного дороже, чем солнечные фотоэлектрические панели, и не имеет возможностей хранения, которые могут сделать продукцию завода более ценной для общества. сетка.

Разработчик проекта Ivanpah, компания BrightSource Energy, сообщила в электронном письме, что ее технология, основанная на проектировании солнечных полей и оптимизации гелиостата, также может быть применена к установкам с расплавом соли. Компания разрабатывает проекты по хранению расплавленной соли в Китае.

Это то, что нужно сети?

SolarReserve всегда считал хранилище своим преимуществом. Смит сказал, что официальные лица коммунальных предприятий и политики ответят, что хранилище важно, что они хотят большего. «Но они хотели бесплатное хранилище», — сказал он. «И, к сожалению, мы не могли дать им это бесплатно».

Стандарты портфеля возобновляемых источников энергии и другие законодательные и нормативные требования подтолкнули коммунальные предприятия к добавлению ветровой и солнечной энергии, но не дали большого стимула отдавать предпочтение производству, которое будет работать тогда, когда сеть больше всего нуждается в электроэнергии.«На рынке коммунальных услуг США им просто нужны киловатт-часы, — сказал Смит. «Им было все равно, когда они их получили».

Теперь, по словам Смита, разговор о том, что действительно нужно сети, начался всерьез. В таких местах, как Калифорния, где около трети электроэнергии в настоящее время вырабатывается из возобновляемых источников, в определенные часы дня наблюдается избыточное производство из возобновляемых источников. Если переход к более чистым, безуглеродным источникам энергии будет продолжаться, Калифорнии и другим системам потребуются чистые ресурсы, которые можно направить для удовлетворения пикового спроса и поддержания стабильности энергосистемы.«Мы считаем, что сейчас происходит возрождение рынка CSP. И все дело в хранении «.

Концентрированные солнечные электростанции, использующие хранилища расплавленной соли, вызывают интерес во всем мире, при этом несколько заводов планируется в Китае. Кредит: SolarReserve

Мехос сказал, что такие разработчики, как SolarReserve, все еще должны продемонстрировать, что башни расплавленной соли CSP могут быть надежными и обеспечивать электроэнергию по обещанным ценам. В дополнение к австралийскому проекту по цене около 6 центов, SolarReserve предложила продавать электроэнергию из проекта в пустыне Атакама в Чили по цене около 5 центов за киловатт-час.

«Нам действительно нужно увидеть установки на местах, которые соответствуют этим заявкам и работают надежно», — сказал Мехос. Чилийский проект представляет собой самую низкую цену на продукцию CSP, отчасти потому, что там солнечный свет даже сильнее, чем в Неваде или Южной Австралии.

Тем временем в Китае правительство объявило о программе строительства CSP мощностью 6000 МВт с хранилищем. SolarReserve вступила в партнерские отношения с государственной компанией Shenhua Group, занимающейся строительством угольных электростанций, с целью развития производства расплавленных солей CSP мощностью 1000 МВт.

10 дополнительных станций, которые SolarReserve надеется когда-нибудь построить в пустыне Невада, будут похожи на Crescent Dunes, но больше — каждая с 10 часами хранения, общей мощностью 2000 МВт и выработкой 7 миллионов МВтч в год. Проект будет простираться к северу от участка Crescent Dunes, и компания подала заявку на разрешение на землю в Федеральное бюро землепользования.

Гулд наблюдает, когда Калифорния поймет, что это то, что им нужно. «Это кажется неизбежным, не так ли?» он сказал. Если это так, то башни CSP, которые сегодня выглядят чуждыми путешественникам, проезжающим по пустыне, могут в ближайшие несколько лет стать привычным зрелищем.

Проект солнечной энергии Crescent Dunes — неожиданный объект посреди безлюдной пустыни Невады. Кредит: SolarReserve

.

Роберт Дитрих

Роб Дитрих пишет еженедельный бюллетень чистой экономики для InsideClimate News.Его опыт работы в области экономики, финансов и энергетики: восемь лет он проработал старшим редактором журнала Bloomberg Markets и пять лет руководителем группы по энергетическим компаниям и рынкам в Bloomberg News. В качестве внештатного репортера и редактора Роб работал в The Economist Intelligence Unit и Bloomberg Businessweek, а также в других изданиях. Он имеет степень магистра в Высшей школе журналистики Колумбийского университета и степень бакалавра государственного колледжа Эвергрин.
Роб можно найти по адресу [email protected].

История CSP

Несмотря на то, что технология CSP является революционной в области возобновляемых источников энергии, в идее концентрации солнечной энергии нет ничего нового. Первое упоминание об использовании концентрированной солнечной энергии происходит из Древней Греции, где Архимед в 214-212 гг. До н.э. в качестве оборонительной тактики использовал бронзовые щиты, чтобы сосредоточить солнечные лучи на вторгающихся римских кораблях, которые, согласно мифу, загорелись. .Было широко обсуждено, рассказывает ли миф правдивую историю или нет. Однако в 1973 году греческий ученый доктор Лоаннис Саккас доказал, выстроив в ряд 60 греческих моряков, держа в руках продолговатые зеркала с бронзовым покрытием, наклоненными для отражения солнечных лучей, и направил их на корабль, находящийся примерно в 200 футах, который в считанные минуты загорелся, что миф содержит научно устойчивые элементы.

Первое задокументированное использование технологии концентрированной солнечной энергии было в 1866 году, когда Огюст Мушу использовал параболические желоба для нагрева воды и производства пара для запуска первого солнечного парового двигателя.Ряд изобретателей применили эту технологию в последующие годы. В 1912 году в Миди, Египет, параболические солнечные коллекторы были установлены в небольшом фермерском сообществе Фрэнком Шуманом, изобретателем из Филадельфии, солнечным провидцем и предпринимателем. Параболические желоба использовались для производства пара, который приводил в действие большие водяные насосы, перекачивая 6000 галлонов воды в минуту на обширные территории засушливой пустыни.

Первая действующая концентрированная солнечная электростанция была построена в Сантлларио, Италия, в 1968 году профессором Джованни Франсиа.Эта установка имеет архитектурное сходство с современными установками с ее центральным ресивером, окруженным полем солнечных коллекторов. В 1982 году Министерство энергетики США вместе с промышленным консорциумом приступило к эксплуатации Solar One, демонстрационного проекта центрального приемника мощностью 10 МВт. Проект установил технико-экономическое обоснование систем силовых опор. Четыре года спустя, в 1986 году, была введена в эксплуатацию крупнейшая в мире солнечная тепловая установка, расположенная в Крамер Джанкшен, Калифорния. Солнечное поле состояло из рядов зеркал, которые концентрировали солнечную энергию в системе труб, по которым циркулирует жидкий теплоноситель.Жидкий теплоноситель использовался для производства пара, который приводил в действие обычную турбину для производства электроэнергии. В 1996 году Министерство энергетики США вместе с промышленным консорциумом начало эксплуатацию Solar Two — модернизацию своего проекта концентрирующей солнечной электростанции Solar One. Работавший до 1999 года, Solar Two продемонстрировал, как солнечная энергия может храниться эффективно и экономично, чтобы энергия могла производиться даже тогда, когда солнце не светит. Это также способствовало коммерческому интересу к силовым башням.

По состоянию на июнь 2010 года по всему миру было установлено 34 электростанции CSP общей мощностью 880,45 МВт. Страна с наибольшим количеством заводов — США, где установлено 16 заводов. Более того, в США сейчас планируется 36 новых проектов. Испания — самая активная страна: с 2007 года было установлено 12 новых заводов. Кроме того, в Испании строятся 33 завода CSP и еще 17 запланированных проектов. Такие страны, как Алжир, Австралия, Египет, Франция, Индия, Италия, Мексика и Марокко, также строят концентрированные солнечные электростанции и присоединяются к будущему возобновляемой энергии.

3 Примеры солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы — это устройства, улавливающие солнечное тепло для выполнения определенных задач, в отличие от фотоэлектрических панелей, которые используют солнечный свет. Одним из распространенных способов использования солнечных коллекторов является обеспечение горячей водой жилых домов, но они также могут обеспечивать теплый воздух для отопления дома или даже перегревать материалы для производства электроэнергии. Хотя существует множество различных конструкций солнечных коллекторов, они делятся на три большие категории.

Плоские коллекторы

Плоские солнечные коллекторы представляют собой самый простой тип, состоящий из прямоугольной коробки со стеклянной крышкой и теплопоглощающего нижнего слоя. Солнечный свет проходит через стекло, нагревая внутреннее пространство, а серия труб или каналов позволяет воде или воздуху проходить через устройство и поглощать окружающее тепло. Неглазурованные плоские коллекторы не учитывают стекло и герметичную коробку и просто полагаются на солнечное тепло, нагревая сами трубы. Другой вариант включает в себя установленный на крыше резервуар для воды, окрашенный для поглощения солнечного тепла. Эти типы коллекторов лучше всего подходят для теплого климата, поскольку даже версия с герметичной коробкой позволяет накопленному теплу легко уходить в холодный воздух.

Вакуумные трубчатые коллекторы

Для более холодного климата или приложений, требующих более высоких температур воды, вакуумная трубная система обеспечивает лучшую изоляцию. В этих коллекторах каждая труба проходит через герметичную стеклянную трубку без воздуха внутри. Это позволяет трубе работать как термос, сводя к минимуму передачу тепла от внутренней обогреваемой трубы к внешней среде. Вакуумные трубчатые коллекторы могут поддерживать температуру воды более чем на 50 градусов по Цельсию (122 градуса по Фаренгейту) выше температуры окружающей среды.

Солнечные концентраторы

Если вам нужна система, которая может постоянно обеспечивать очень горячую воду, лучше всего подойдет солнечный концентратор. В концентраторах используются зеркала, чтобы отражать и концентрировать солнечную энергию на водопроводных трубах, что значительно увеличивает температуру воды внутри. Поскольку зеркала в солнечных концентраторах изгибаются для фокусировки солнечных лучей, они лучше всего работают, когда они направлены прямо на солнце, и часто включают системы слежения, чтобы следовать за солнцем по небу для максимальной экспозиции.Солнечные концентраторы распространены на крупных солнечных электростанциях, которые содержат большие поля зеркал в форме желобов, нагревающих сеть водопроводных труб для создания пара. Этот пар приводит в движение турбину, вырабатывая электричество.

Solar Towers

Одним из вариантов конструкции солнечного концентратора является солнечная башня. Вместо поля концентраторов, каждый из которых нагревает участок сети водопроводных труб, система солнечной башни использует поле зеркал, все фокусирующие свою энергию на одной центральной башне.Это повышает температуру в точке фокусировки до такой степени, что вместо воды в башне может содержаться твердое вещество, например соль, которая расплавляется под действием сильного тепла. Водяные трубы проходят через конструкцию, поглощая тепло от расплавленного вещества, а подаваемый пар приводит в действие турбину для выработки электроэнергии. Системы с расплавленной солью имеют значительное преимущество перед традиционными солнечными концентраторами, поскольку соль остается достаточно горячей для образования пара еще долгое время после захода солнца. Это может позволить солнечной электростанции вырабатывать электричество 24 часа в сутки, а не бездействовать ночью.

Солнечная коллекция — Тип солнечных коллекторов, фотоэлектрические и солнечные тепловые

Можно использовать энергию солнца и преобразовать ее в электричество или тепло с помощью фотоэлектрических (фотоэлектрических) или ST (солнечных тепловых) технологий соответственно.

PV (фотоэлектрический)

Фотоэлектрические преобразователи преобразуют солнечный свет в электричество с помощью полупроводникового материала (обычно кремния).Когда свет падает на ячейку, часть его поглощается полупроводниковым материалом, выбивая электроны и позволяя им течь. Это приводит к возникновению электрического тока и, следовательно, к производству электроэнергии. Фотоэлектрические панели в основном поглощают видимую часть светового спектра.

Фотоэлектрические панели обычно подключаются к инвертору для преобразования из постоянного (постоянного тока) в переменный (переменный ток), а затем электричество подается в электросеть.

Фотоэлектрические панели могут также напрямую управлять устройствами с питанием постоянного тока, такими как солнечные калькуляторы или фонари.Электроэнергия постоянного тока также может храниться в батареях.

Стандартные фотоэлектрические панели способны преобразовывать доступный солнечный свет в электричество с оптимальной эффективностью преобразования около 15%, а некоторые панели могут достигать 20%.

Важно отметить, что панель с номинальной мощностью 200 Вт не будет постоянно обеспечивать 200 Вт электроэнергии в течение дня. Номинальная мощность 200 Вт основана на максимальном уровне солнечной радиации летом 1000 Вт / м ² (317,1 БТЕ / фут ² ) при температуре окружающей среды 25 ^o C / 77 ^o F.Таким образом, в ясный летний день можно ожидать, что панель на 200 Вт будет обеспечивать около 0,7 — 0,8 кВт · ч электроэнергии.

ST (гелиотермический)

Солнечные тепловые панели имеют ряд различных названий, таких как солнечный водонагреватель, солнечная панель для горячей воды, солнечный коллектор горячей воды, солнечная тепловая панель или солнечный тепловой коллектор. Все эти термины описывают одно и то же универсальное устройство.

Солнечные водонагреватели работают за счет поглощения солнечного света и преобразования его в полезное тепло.Простая аналогия — подумать о предмете темного цвета, сидящем на летнем солнце. Со временем он может сильно нагреться из-за поглощения солнечного света. Солнечные водонагреватели работают таким же образом, используя материалы, специально разработанные для максимального повышения эффективности этого поглощения. Высококачественные абсорбирующие покрытия, используемые в продуктах Apricus, способны поглощать до 95% энергии солнечного света во всем спектральном диапазоне (PV поглощает только часть спектра). Ниже приведен пример качественного поглотителя от производителя покрытий Tinox, который поглощает 95% доступного солнечного света и излучает (излучает) только около 4% поглощенной энергии в виде тепла.Ключевыми областями, на которые следует обратить внимание, являются желтый цвет, который представляет солнечное излучение, и голубой, который показывает, сколько солнечного света поглощается покрытием.

Солнечные водонагреватели, такие как солнечные коллекторы с эвакуационными трубками AP от Apricus, в которых используется технология с откачанными трубками, могут достигать полной эффективности солнечного коллектора (а не только поглотителя) почти 70% в зависимости от размеров апертуры и более 80%, если вы просто рассмотрите площадь поверхности черного поглотителя.

Таким образом, солнечные водонагреватели могут достигать эффективности, которая более чем в 4 раза выше, чем у фотоэлектрических панелей для данной площади апертуры.

Совместная работа солнечной и фотоэлектрической энергии

Solar Thermal и PV не должны рассматриваться как конкурирующие технологии или продукты, поскольку они выполняют разные функции и, как показано ниже, могут быть установлены вместе, чтобы обеспечить хорошо сбалансированную систему использования солнечной энергии.Электричество можно использовать практически для любых целей, и это универсальный источник энергии. Тепло требуется для горячего водоснабжения и отопления помещений, которые составляют значительную часть общих потребностей домохозяйства в энергии.

Система, которая включает солнечную тепловую систему с фотоэлектрической системой скромного размера, является отличным вариантом.

Основы солнечной энергии | Понимание солнечной энергии

Доступны два типа технологий солнечных коллекторов:

1. Солнечная тепловая энергия (STE) видов использования включает солнечное нагревание бассейнов и солнечное нагревание горячей воды .Системы солнечной тепловой энергии обычно имеют одно применение (например, обогрев бассейна),
2. Photovoltaic Solar (PV) преобразует солнечный свет в электричество для любого дома или коммерческого здания .

Солнечная тепловая энергия (STE)

Солнечная тепловая энергия — наиболее широко используемый и самый старый тип солнечной системы. Его типичное применение — солнечное отопление бассейнов и системы водяного отопления.

Как работает солнечная тепловая энергия?

Солнечные системы тепловой энергии преобразуют солнце в тепло (тепловое). Он делает это, позволяя солнцу нагревать солнечный коллектор или панель, которая, в свою очередь, нагревает воду или жидкость и либо перекачивается, либо перемещается за счет конвекции, как в случае некоторых солнечных нагревателей для бассейнов, а затем циркулирует вода или жидкость через систему.

Каковы виды использования солнечной тепловой энергии? Обычно STE используется для:

• Обогрев коммерческих и жилых бассейнов
• Отопление горячей водой
• Крупномасштабное производство электроэнергии.Новое солнечное поле, устанавливаемое OUC, является примером солнечной тепловой энергии.

Низкотемпературные, среднетемпературные и высокотемпературные солнечные коллекторы

Для солнечного обогрева бассейна обычно используется так называемый низкотемпературный коллектор, а для нагрева воды от солнечной энергии обычно используется коллектор средней температуры. Высокотемпературные коллекторы чаще всего используются для производства электроэнергии в крупных масштабах, обычно в коммунальном хозяйстве. Они работают, концентрируя солнечный свет с помощью зеркал или линз, которые нагревают жидкость.Этот процесс известен как концентрированная солнечная энергия (CSP). Затем жидкость преобразуется в пар или газ, используемый для питания турбины, которая затем производит электричество.

Типы тепловых солнечных коллекторов или солнечных батарей Существует три различных типа солнечных панелей, используемых в тепловом сборнике.

1. Плоский коллектор — Также известные как солнечные панели для горячей воды. Это старейшая солнечная технология, которая до сих пор наиболее широко используется. Он используется для солнечных систем горячего водоснабжения, подогрева бассейнов и производства электроэнергии в крупных коммунальных сетях.Панели с плоскими пластинами очень хорошо подходят для климата Флориды и являются экономически выгодными. Они состоят из
   
   • Темная плоская пластина-поглотитель для сбора солнечного тепла и прозрачная крышка, которая пропускает тепло, но не позволяет энергии уходить.
   • Жидкий теплоноситель — обычно вода, антифриз или воздух
   • Панельная изоляция — Коллекторы с изоляцией известны как Плоские глазурованные коллекторы . Те, у кого нет изоляции, известны как неглазурованные солнечные коллекторы.
2. Плоский неглазурованный коллектор — Этот тип солнечных панелей используется почти исключительно для обогрева бассейнов и некоторых активных систем солнечного нагрева воды. Поскольку нет необходимости в изоляции или остеклении, нет необходимости в панельном ограждении. Как правило, это наименее дорогие панели, но они обладают некоторыми впечатляющими преимуществами, включая высокую абсорбцию поверхности и оптимальное расстояние между трубками.
3. Вакуумные трубчатые коллекторы- Обычно это вариант, более подходящий для более холодного климата, поскольку они лучше работают там, где погода более прохладная в течение продолжительных периодов времени.Хотя это более современная солнечная технология, более широко продаются плоские коллекторы. Вакуумные трубчатые коллекторы более дорогие, но являются отличным вариантом для активных солнечных систем горячего водоснабжения.
   
   • Коллекторы с вакуумными трубками состоят из нескольких пластин поглотителя, соединенных с покрытием поглотителя, и каждая пластина покрыта стеклянной трубкой (обычно сделанной из боросиликатного стекла). Вакуум, создаваемый между пластинами абсорбера и стеклянной трубкой, значительно снижает теплопотери по сравнению с плоскими пластинчатыми коллекторами и может создавать более высокие температуры жидкости.