IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

In this work devices of transformation of solar energy to the thermal are considered. One of such devices – the solar collector consisting of the case which is made of good heat-insulating stuff. As the concentrator of sunlight it is used lenses, mirrors. The power drive in such collectors is executed in the form of the heat-conducting metal cores equal to number of lenses. The power drive is connected to the heat exchanger that provides giving of heat to the consumer. We carried out the analysis of various types of solar collectors.

Существуют солнечные коллекторы различных размеров и конструкций, в зависимости от их применения. Коллекторы делятся на несколько категорий. Например, различают коллекторы на несколько видов в соответствии с температурой, которую они дают.

Низкотемпературные коллекторы производят низкопотенциальное тепло ниже 50 градусов Цельсия. Такие коллекторы используются для прогрева воды в бассейнах, и в других случаях когда не требуется слишком горячая вода.

Среднетемпературные коллекторы производят высоко- и средне потенциальное тепло (выше 50 С, обычно 60-80 С). Обычно это остекленные плоские коллекторы, в которых теплопередача совершается посредством жидкости, либо коллекторы-концентраторы, в которых тепло концентрируется. Представителем последних является коллектор вакуумированный трубчатый, который часто используется для нагрева воды в жилом секторе. Высокотемпературные коллекторы представляют собой параболические тарелки и используются в основном электрогенерирующими предприятиями для производства электричества для электросетей. [1]

Интегрированный коллектор Простейший вид солнечного коллектора - это "емкостной" или "термосифонный коллектор", получивший это название потому, что коллектор одновременно является и теплоаккумулирующим баком, в котором нагревается и хранится "одноразовая" порция воды. Такие коллекторы используются для предварительного нагрева воды, которая затем нагревается до нужной температуры в традиционных установках, например, в газовых колонках. В условиях домашнего хозяйства предварительно подогретая вода поступает в бак-накопитель. Благодаря этому снижается потребление энергии на последующий ее нагрев. Такой коллектор - недорогая альтернатива активной солнечной водонагревательной системе, не использующая движущихся частей (насосов), требующая минимального техобслуживания, с нулевыми эксплуатационными расходами. К этому виду коллекторов принадлежат также "Integrated Collector and Storage" - интегрированные коллекторы-накопители. Они состоят из одного или нескольких черных баков, наполненных водой и помещенных в теплоизолированный ящик, накрытый стеклянной крышкой. Иногда в ящик помещают также рефлектор, усиливающий солнечное излучение. Свет проходит сквозь стекло и нагревает воду. Эти устройства совсем недороги, однако перед наступлением холодов воду из них необходимо слить либо защитить от замерзания. [3]Плоские коллекторы Плоские коллекторы - самый распространенный вид солнечных коллекторов, используемых в бытовых водонагревательных и отопительных системах. Обычно этот коллектор представляет собой теплоизолированный металлический ящик со стеклянной либо пластмассовой крышкой, в который помещена окрашенная в черный цвет пластина абсорбера (поглотителя). Остекление может быть прозрачным либо матовым. В плоских коллекторах обычно используется матовое, пропускающее только свет, стекло с низким содержанием железа. Благодаря остеклению снижаются потери тепла, при попадании солнечного света на тепловоспринимающую пластину.. Дно и боковые стенки коллектора покрывают теплоизолирующим материалом, что еще больше сокращает тепловые потери. Пластину абсорбера обычно окрашивают в черный цвет, так как темные поверхности поглощают больше солнечной энергии, чем светлые. Солнечный свет проходит через остекление и попадает на поглощающую пластину, которая нагревается, превращая солнечную радиацию в тепловую энергию. Это тепло передается теплоносителю - воздуху или жидкости, циркулирующей по трубкам. Поскольку большинство черных поверхностей все же отражает порядка 10% падающей радиации, некоторые пластины-поглотители обрабатываются специальным селективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет и служит дольше, чем обычная черная краска. Селективное покрытие, используемое в коллекторах, состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическое основание. Селективные покрытия отличаются высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области. [3]Поглощающие пластины обычно изготовлены из металла, хорошо проводящего тепло (чаще всего меди или алюминия). Медь дороже, но лучше проводит тепло и меньше подвержена коррозии, чем алюминий. Пластина-поглотитель должна иметь высокую теплопроводность, чтобы с минимальными теплопотерями передавать воде накопленную энергию. Плоские коллекторы делятся на жидкостные и воздушные. Оба вида коллекторов бывают остекленными или неостекленными. [2]Жидкостные коллекторы

В жидкостных коллекторах солнечная энергия нагревает жидкость, текущую по трубкам, прикрепленным к поглощающей пластине. Тепло, поглощенное пластиной, немедленно передается жидкости. Трубки могут располагаться параллельно друг другу, причем на каждой имеются входное и выпускное отверстия, либо в виде змеевика. Змеевидное расположение трубок устраняет возможность протекания через соединительные отверстия и обеспечивает равномерный поток жидкости. С другой стороны, при спуске жидкости во избежание замерзания могут возникнуть трудности, так как в изогнутых трубках может местами оставаться вода. В самых простых жидкостных системах используется обычная вода, которая нагревается прямо в коллекторе и поступает в ванную, кухню и т.п. Эта модель известна как "разомкнутая" (либо "прямая") система. В регионах с холодным климатом жидкостные коллекторы нуждаются в спуске воды в холодное время года, когда температура опускается до точки замерзания; либо в качестве теплоносителя используется незамерзающая жидкость. В таких системах жидкий теплоноситель поглощает тепло, накопленное коллектором, и проходит через теплообменник. Теплообменником обычно служит установленный в доме водяной бак, в котором тепло передается воде. Эта модель называется "замкнутой системой" ("непрямой"). Остекленные жидкостные коллекторы используются для нагрева бытовой воды, а также для отопления помещений. Неостекленные коллекторы обычно нагревают воду для бассейнов. Поскольку таким коллекторам не нужно выдерживать высокую температуру, в них применяются недорогие материалы: пластмасса, резина. Они не нуждаются в защите от замерзания, так как используются в теплое время года. [3]Изменение климата на нашей планете - повышение температуры, повышение интенсивности солнечной радиации, способствуют увеличению популярности солнечных коллекторов, широкому применению солнечных коллекторов, солнечных батарей и других устройств и технологий альтернативной энергетики - устройств использующих возобновляемые источники энергии. Использование солнечной энергии при помощи устройств гелиотехнологии, позволяет сократить затраты на энергоснабжение, теплоснабжение, за счет энергосбережения. Такое оборудование как солнечные коллекторы могут существенно уменьшить затраты на нагрев горячей воды и отопление. Солнечный коллектор является одним из самых популярных в мире и самых универсальных устройств альтернативной энергетики. Применение солнечных коллекторов позволяет уменьшить затраты на нагрев горячей воды на 60%, затраты на отопление - на 30% в год. Экономические расчеты, произведенные на основе опыта эксплуатации солнечных коллекторов, показывают, что при существующих и постоянно растущих ценах на органическое топливо, срок окупаемости солнечных коллекторов составляет от 2 до 5 лет, в то время как, срок их службы составляет 25-30 лет.

Литература.

1. Андрей Коваль - Практическое руководство по изготовлению солнечных коллекторов.

2. А. И. Капралов - Рекомендации по применению солнечных коллекторов

3.В.А. Бутузов - Солнечное теплоснабжение

Код для цитирования: Скопировать