En la última década, la energía solar como fuente alternativa de energía se utiliza cada vez más para la calefacción de edificios y proporcionar agua caliente. La razón principal - el deseo de reemplazar el combustible tradicional accesible, limpio el medio ambiente y los recursos energéticos renovables.
Convertir la energía solar en calor se lleva a cabo en el solar - diseño del módulo y el principio de funcionamiento determina la especificidad de su aplicación.
En este artículo nos fijamos en la variedad de los colectores y los principios de su funcionamiento con energía solar, así como le informamos sobre modelos más populares de módulos solares.
En este artículo:
- La viabilidad de la utilización solar
- El diseño general y la función
-
Variedad de colectores solares
- De vacío - para el clima frío y templado
- Agua - la mejor opción para las latitudes del sur
-
Solares: características del diseño y operación
- gama activa y pasiva
- Termosifón y sistemas de circulación
- solución esquemas técnicos, uno - y dos circuitos
- Las condiciones de trabajo y la eficiencia
- módulos populares modelo "solares"
- Conclusiones y vídeos útiles sobre el tema
La viabilidad de la utilización solar
Geliosistema - sistema para convertir la radiación solar en energía térmica, que se pasa entonces a un intercambiador de calor para calentar el sistema de agua de refrigeración o de calefacción.
Eficiencia instalación solar térmica depende de la insolación - la cantidad de energía suministrada por un día luz sobre la superficie de 1 metro cuadrado a un ángulo de 90 ° respecto a la dirección de la luz solar. La medición del valor del índice - kWh / m², el valor varía dependiendo de la temporada.
El nivel promedio de insolación solar para el clima continental templado de la región - 1000-1200 kWh / metro cuadrado (por año). La cantidad de sol - definir el parámetro para calcular el rendimiento solar.
El uso de una fuente de energía alternativa para calentar la casa permite obtener agua caliente sin energía tradicional - exclusivamente por la radiación solar
gelioteplosnabzheniya sistema de instalación - un evento caro. A gastos de capital se justificaban, un cálculo preciso del sistema y el cumplimiento de la tecnología de instalación.
Ejemplo. El valor medio de la insolación para Tula en pleno verano - / m * día proporcionado panel de instalación de 4,67 kW con un ángulo de 50 °. Rendimiento del colector solar de 5 metros cuadrados se calcula de la siguiente manera: 4,67 * 4 = 18,68 kW de energía térmica por día. Este volumen es suficiente para 500 litros de agua calentada a una temperatura de 17 ° C a 45 ° C.
Como muestra la práctica, el uso de energía solar, los propietarios de la casa de campo en el verano pueden ir totalmente con el calentador de agua eléctrico o de gas en un método soleado
Hablando sobre la viabilidad de la introducción de las nuevas tecnologías, es importante tener en cuenta las características técnicas específicas del colector solar. Algunos comienzan a trabajar a 80 W / m de la energía solar y la otra lo suficiente - 20 W / m²
Incluso en el clima del sur, el uso del sistema colector solamente no paga por la calefacción. Si va a utilizar la instalación exclusivamente en el sol de invierno con un déficit, el costo del equipo está cubierto y durante 15-20 años.
Para maximizar geliokompleks, debe ser incluido en el sistema de agua caliente. Incluso en invierno geliolektor sería "cortar" la cuenta de energía para calentar el agua hasta el 40-50%.
Según los expertos, con el uso doméstico del sistema solar se amortiza en unos 5 años. Con el crecimiento de los precios de la electricidad y el gas, se reducirá el periodo de recuperación del complejo
Además de los beneficios económicos de "calentamiento solar" tiene ventajas adicionales:
- Ambientalmente amigable. Reducción de emisiones de dióxido de carbono. colector solar cuadrados más de 1 año a la atmósfera impide la minería 350-730 kg.
- Estética. Espacio de un baño o una cocina compacta logra deshacerse de las calderas voluminosos o géiseres.
- Durabilidad. Los fabricantes afirman que, con sujeción a la tecnología de la instalación, el complejo tendrá una duración de unos 25-30 años. Muchas compañías ofrecen una garantía de hasta 3 años.
Los argumentos en contra del uso de la energía solar: una estacionalidad marcada, dependiendo del clima y la alta inversión inicial.
El diseño general y la función
Considere la forma de realización con el colector solar como un elemento de operación del sistema primario. unidad exterior se asemeja a una caja de metal, la parte frontal del que está hecho de vidrio templado. Dentro de la caja se encuentra un cuerpo de trabajo - la bobina a la lata.
Un bloque de absorción de calor proporciona un calentamiento de refrigerante - circulante transferencias de fluido calor generado en el circuito de agua.
Componentes principales solar 1 - campo de colectores, 2 - la salida de aire, 3 - estación de distribución 4 - de alivio de la presión del tanque, 5 - Controller, 6 - calentador de tanque, 7,8 - elemento de calentamiento y un intercambiador de calor 9 - Válvula de termosmesitelny, 10 - velocidad de flujo de agua caliente, 11 - la entrega de agua fría, 12 - drenaje, T1 / T2 - Temperatura sensores
Colector solar necesariamente funciona en tándem con el tanque de almacenamiento. Puesto que el refrigerante se calienta a una temperatura de 90-130 ° C, no puede ser alimentado directamente en los grifos de agua caliente o radiadores. fluido de transferencia de calor entra en el intercambiador de calor de la caldera. Tanque de almacenamiento se complementa a menudo por un calentador eléctrico.
El esquema de trabajo:
- El sol calienta la superficie coleccionista.
- La radiación térmica se transmite miembro absorbente (absorbente), que contiene un fluido de trabajo.
- Que circula en los tubos de bobina es refrigerante calentado.
- Bombas, unidad de control y proporcionan el control de retracción del conducto de refrigerante a la bobina del depósito de almacenamiento.
- Implementado agua de transferencia de calor en la caldera.
- El refrigerante enfriado fluye de nuevo en el depósito y el ciclo se repite.
El agua calentada procedente del calentador se alimenta en el circuito de calefacción o a los puntos de toma de agua.
Cuando se construye un sistema de calefacción o todo el año de agua caliente, el sistema está equipado con una fuente de calentamiento adicional (caldera, calentador eléctrico). Este es un requisito previo para el mantenimiento de una temperatura predeterminada
Variedad de colectores solares
Independientemente del destino, el sistema solar viene con un geliokollektorom tubo plano o esférico. Cada opción tiene una serie de características distintivas en términos de rendimiento y funcionamiento eficiencia.
De vacío - para el clima frío y templado
vacío colector solar se asemeja estructuralmente un termo - tubos estrechos con refrigerante colocadas en matraces de mayor diámetro. Formado entre la capa de recipientes isotérmicos responsable para el aislamiento térmico (la preservación del calor - hasta un 95%). La forma tubular es óptimo para mantener el vacío y "ocupación" de los rayos del sol.
Los elementos básicos de una instalación solar térmica tubular: el bastidor de soporte, el cuerpo intercambiador de calor, vacío tubos de vidrio tratados con recubrimiento altamente selectivo para Solar intensiva "absorción" energía
El tubo (calor) interior lleno de solución salina que tiene un punto de ebullición bajo (24-25 ° C). Cuando se evapora líquido calentado - el matraz de evaporación mueva hacia arriba y medio de calor calentado que circula en la carcasa de colector.
Durante la condensación de gotitas de agua fluya hacia abajo en la punta del tubo y el proceso se repite.
Debido al vacío dentro de la capa líquida del matraz es capaz de calor para hervir y vaporizar en temperaturas exteriores bajo cero (hasta -35 ° C).
Características de los módulos solares dependen de estos criterios:
- diseño de tubo - fuente, coaxial;
- dispositivo de canal calor - «Tubo de calor», Co-corriente que circule.
bombilla de la fuente - un tubo de vidrio, en el que la placa de cerrado y el conducto del absorbedor de calor. capa de vacío se extiende a través de la longitud del canal del calor.
tubo coaxial - matraz de doble vacío con "inserto" entre las paredes de los dos depósitos. La transferencia de calor se lleva a cabo desde la superficie interior del tubo. Tip Heat-equipado indicador de vacío.
tubos fuente Eficacia (1) anterior, en comparación con los modelos coaxiales (2). Sin embargo, la primera es más caro y más difícil de instalar. Además, en caso de rotura, frasco pluma tiene que cambiar el conjunto
Canal «pipa de calor» - la transferencia de calor más común en los colectores solares de realización.
El mecanismo de acción se basa en la colocación en tubos metálicos sellados de un líquido volátil.
La popularidad de «tubo de calor» debido a su precio asequible, sin pretensiones y facilidad de mantenimiento. Debido a la complejidad del proceso de intercambio de calor, el nivel máximo de eficiencia - 65%
El canal de flujo continuo - a través de un matraz de vidrio son conectados en paralelo en un tubo de arco de metal en forma de U
El refrigerante fluye a través del canal se calienta y se suministra a la carcasa del colector.
Las realizaciones de estructuras de vacío colector solar 1 - modificación con «tubo de calor» tubo de calefacción central, 2 - una planta de energía solar con una circulación a co-corriente de refrigerante
tubos coaxiales y la fuente se pueden combinar de diferentes maneras con los canales térmicos.
Opción 1. Coaxial con el bulbo de «tubo de calor» - la solución más popular. El colector se produce múltiples transferencia de calor desde las paredes del tubo de vidrio al matraz interior y luego al refrigerante. El grado de eficiencia óptica llega a 65%.
Conducir dispositivo de tubo coaxial «tubo de calor»: 1 cáscara se hace de vidrio, 2 - capa selectiva 3 - aletas metálicas 4 - de vacío 5 - sustancias legkozakipayuschim matraz térmica 6 - tubo interior vidrio
Opción 2. matraz coaxial con una circulación a co-corriente se conoce como el, colector en forma de U. Debido al diseño reduce la pérdida de calor - la energía térmica se transfiere desde los tubos de aluminio con un refrigerante circulante.
Junto con una alta eficiencia (hasta 75%) del modelo tiene algunos inconvenientes:
- instalación complejidad - bulbo son integrales con el cuerpo de un colector de dos tubos (mainfold) y se fijan en su totalidad;
- Se descartó la sustitución de los tubos individuales.
Además, el montaje exigentes y costosas refrigerante «tubo de calor» modelos en forma de U.
Dispositivo en forma de U colector 1 solar - vidrio "cilindro", 2 - recubrimiento de absorción de 3 - "Caso" de aluminio, 4 - matraz con refrigerante 5 - vacío 6 - el tubo interior está hecho de vidrio
Opción 3. tubo de pluma con el principio de acción «tubo de calor». Características distintivas del depósito:
- altas características ópticas - una eficacia de aproximadamente 77%;
- absorbedor plana transfiere directamente la energía para calentar con el tubo de refrigerante;
- mediante la utilización de una sola capa de vidrio se reduce la reflexión de la radiación solar;
Posible sustitución del elemento dañado sin necesidad de vaciar el sistema solar.
Opción 4. Fuente acción bombilla de ram - la herramienta más eficaz para el uso de la energía solar como fuente de energía alternativa para calentar el agua o la calefacción del hogar. Alta colector funciona con eficiencia - 80%. La desventaja del sistema - la dificultad de reparación.
Esquema dispositivo fuente de colector solar 1 - sistema solar con «tubo de calor» canal, 2 - carcasa de doble tubo geliokolektora con el movimiento del refrigerante propulsora
Independientemente de los colectores de tubos de rendimiento tienen las siguientes ventajas:
- operabilidad a baja temperatura;
- la pérdida de calor bajo;
- la duración de la operación durante el día;
- capacidad para calentar el líquido refrigerante a una temperatura elevada;
- bajo efecto del viento;
- La facilidad de instalación.
El principal inconveniente de los modelos de vacío - la imposibilidad de auto-limpieza de la capa de nieve. capa de vacío no transmite el calor al exterior, por lo que la capa de nieve se derrite y cubre el acceso sol para el campo de colectores. desventajas adicionales: el alto coste y la necesidad de trabajar matraces ángulo no inferior a 20 °.
Más detalles sobre el principio de funcionamiento de los tubos de vacío del colector solar para leer además.
Agua - la mejor opción para las latitudes del sur
Flat (panel) Colector solar - una placa de aluminio rectangular, una cubierta de plástico o de vidrio superior cerrada. Dentro de la caja está dispuesto un campo de absorción, la bobina de metal y capa de aislamiento. área del colector se llena con un conducto de flujo a través del cual el refrigerante se mueve.
Los componentes básicos de un colector solar plano: un alojamiento, un absorbente, una capa protectora, una capa de aislamiento, y elementos de fijación. Cuando se monta el vidrio esmerilado se utiliza con un rango espectral de transmisión indicador 0.4-1.8 micras
la absorción de calor por un revestimiento absorbente altamente selectiva alcanza el 90%. El conducto de flujo está dispuesto entre el metálica "absorbente" y aislamiento térmico. Se utiliza dos tubos ponedoras esquemas: "Arpa" y "meandro".
colector tubular con actos fluido de transferencia de calor como un efecto "invernadero" - los rayos del sol penetran a través del vidrio y el tubo se calienta. Debido estanqueidad y aislamiento de calor se mantiene dentro del panel.
La fuerza del módulo solar se determina en gran parte por el material de la cubierta de protección:
- vidrio ordinario - el recubrimiento más barata y quebradizo;
- vidrio templado - un alto grado de dispersión de luz y aumento de la fuerza;
- vidrio antirefleksnoe - diferente capacidad de absorción máxima (95%) por la presencia de la capa de agotamiento refleja los rayos del sol;
- de auto-limpieza de vidrio (polar) con dióxido de titanio - fade contaminación orgánica en el sol, y los restos de basura lavados por la lluvia.
La mayoría de los golpes perdura cristal de policarbonato. El material se instala en los modelos caros.
Reflexión luz solar capacidad de absorción: 1 - antirefleksnoe recubrimiento 2 - cristal de seguridad templado. El espesor óptimo de la vaina externa de protección - 4 mm
características operativas y funcionales del panel Plantas de energía solar:
- función de descongelación en los sistemas de circulación forzada se proporciona le permite obtener rápidamente deshacerse de la capa de nieve en Heliópolis;
- vidrio prismático captura una amplia gama de vigas de diferentes ángulos - eficiencia de la planta en el verano alcanza 78-80%;
- el colector no tiene miedo de sobrecalentamiento - si un exceso de energía térmica posiblemente enfriamiento forzado del refrigerante;
- resistencia al impacto mejorada en comparación con sus homólogos tubulares;
- puede ser montado en cualquier ángulo;
- fijación de precios asequibles.
Los sistemas no están exentos de inconvenientes. Entre la deficiencia de la radiación solar con el aumento de diferencia de temperatura, la eficiencia de un colector solar plano cae debido significativamente al aislamiento térmico insuficiente. Por lo tanto, el módulo del panel vale la pena en el verano o en climas cálidos.
Solares: características del diseño y operación
La variedad de sistemas solares puede ser clasificado de acuerdo con los parámetros: el método de uso de la radiación solar, el método de circulación del refrigerante, y el número de estacionalidad circuitos operativo.
gama activa y pasiva
En cualquier sistema de conversión de energía solar tiene un lugar resguardado. Partiendo de un procedimiento de uso generada geliokompleksov calor dos tipos: pasivos y activos.
El primer tipo - sistema de calefacción solar donde el calor elemento disipador de luz solar actuar como elementos estructurales del edificio. Como superficie geliopriemnoy acto techo, pared o ventana de colector.
Esquema colector solar de baja temperatura pasiva con una pared-: 1 - dom, 2 - barrera de aire 4 - una pantalla translúcida 3 - aire calentado, aire de escape fluye 5-, 6 - radiación térmica de la pared, 7 - la superficie de absorción de calor de la pared del colector, 8 - persianas decorativas
En los países europeos, tecnologías pasivas se utilizan en la construcción de edificios energéticamente eficientes. Geliopriemnye superficie decorada con una ventana falsa. Para el vidrio revestido se coloca pared de ladrillo con svetoproemami ennegrecido.
A medida que el tanque de almacenamiento son los elementos de construcción - paredes y techos, poliestireno aislada del exterior.
Los sistemas activos implican el uso de dispositivos autónomos que no están relacionados con la construcción.
En esta categoría se discutió anteriormente complejos con tubular, colectores de placa plana - instalación solar térmica se coloca generalmente en el techo del edificio
Termosifón y sistemas de circulación
Equipo térmico solar con el movimiento natural del circuito de refrigerante del colector-acumulador-colector realiza por convección - fluido caliente con baja densidad se eleva enfría - fluye hacia abajo.
En los sistemas de tanque de almacenamiento de termosifón se encuentra por encima del depósito, proporcionando una circulación espontánea del refrigerante.
Esquema de sistemas de bucle individuales estacionales característicos. compleja termosifón no se recomienda para los coleccionistas, un área de más de 12 m
sistema solar gravedad es una amplia gama de defectos:
- en los días nublados de la actuación compleja cae - se requiere para el flujo de refrigerante gran diferencia de temperatura;
- la pérdida de calor debido a un movimiento lento del líquido;
- riesgo de sobrecalentamiento debido a la falta de control proceso de calentamiento de los tanques;
- inestabilidad del colector;
- la complejidad de la colocación del depósito de almacenamiento - para la instalación en el techo de las pérdida de calor aumenta, acelera los procesos de corrosión, aparece el riesgo de congelación de la tubería.
Pros "gravedad" del sistema: la simplicidad del diseño y la asequibilidad.
Los costos de capital para la disposición de circulación (forzada) considerablemente mayor instalación solar complejo no confinado. El circuito "corta" la bomba de flujo de refrigerante. controlador de empleo operado estación de bombeo.
energía térmica adicional generada por alimentación a la fuerza complejo exceda consumida por los equipos de bombeo. eficacia del sistema se incrementará en un tercio
Tal proceso está involucrado en de dos circuitos unidades de calefacción solar de circulación de todo el año.
Un conjunto de todas las funciones de los profesionales:
- opción ilimitada de la ubicación del tanque de almacenamiento;
- el rendimiento fuera de tiempo;
- selección del modo de calentamiento óptimo;
- Seguridad - operación de bloqueo en caso de sobrecalentamiento.
La desventaja del sistema - depende de la electricidad.
solución esquemas técnicos, uno - y dos circuitos
En un solo bucle de instalaciones de circulación de fluido que se suministra posteriormente a los puntos de toma de agua. En invierno, el agua drenada del sistema es necesario para evitar la congelación y tubos de craqueo.
Características sistemas de calefacción solar de un solo circuito:
- Recomendado sistema de "recarga" no rígido agua purificada - deposición de sales en las paredes del tubo conduce a la obstrucción de los canales y daños depósito;
- la corrosión debido al exceso de aire en agua;
- limitada de por vida - dentro de cuatro a cinco años;
- alta eficiencia en el verano.
El refrigerante geliokompleksah combi circula especiales (anticongelante con antiespumantes y anti-corrosión de aditivos), agua emite calor a través del intercambiador de calor.
dispositivo de una sola circuito (1) y de doble circuito (2) Solar. La segunda opción es más fiable, la capacidad de trabajar en la duración y el funcionamiento de invierno (20-50 años)
Matices de funcionamiento de un módulo de derivación: una ligera disminución en la eficiencia (3-5% menos que en el sistema único), la necesidad de una sustitución completa del líquido refrigerante cada 7 años.
Las condiciones de trabajo y la eficiencia
Cálculo e instalación de sistemas solares es mejor dejar a los profesionales. El cumplimiento de los equipos de instalación para garantizar la eficiencia y el rendimiento de las solicitudes recibidas. Para mejorar la eficiencia y el período de servicio deben tener en cuenta algunos de los matices.
Válvula termostática. En los sistemas de calefacción tradicionales elemento termostático rara vez instalada como para el control de temperatura responde fuente de calor. Sin embargo, la regeneración de la válvula de seguridad solar no debe olvidarse.
El calentamiento del tanque a la temperatura máxima permisible del colector aumenta el rendimiento y permite utilizar el calor solar, incluso en días nublados
La ubicación óptima de la válvula - 60 cm desde el calentador. En estrecha proximidad "termostato" se calienta y se bloquea el flujo de agua caliente.
La colocación del tanque de almacenamiento. depósito de acumulación de agua caliente se debe instalar en un lugar accesible. Cuando se coloca en una habitación compacta se centra en la altura de los techos.
El espacio libre mínimo por encima del tanque - 60 cm. Se requiere este espacio libre para el mantenimiento y el ánodo de magnesio reemplazo de la batería
instalación vaso de expansión. Miembro compensa la expansión térmica en el período de estancamiento. La instalación del tanque por encima del equipo de la bomba va a provocar un sobrecalentamiento de la membrana y su desgaste prematuro.
El lugar óptimo para el depósito de expansión - bajo el grupo de bombeo. Efecto de la temperatura en esta instalación se reduce significativamente, y la membrana es más largo conserva elasticidad
Conexión del circuito solar. Al conectar las tuberías se recomienda dejar que el bucle. "Termopetlya" reduce la pérdida de calor mediante la prevención de la salida de fluido calentado.
Técnicamente forma correcta de "bucle" el circuito solar. requisito Despreciando causa una disminución de la temperatura en el tanque de almacenamiento a 1-2 ° C durante la noche
La válvula de retención. Advierte "vuelco" circulación del refrigerante. Con la falta de actividad solar la válvula de retención no disipar el calor acumulado durante el día.
módulos populares modelo "solares"
La demanda de las empresas nacionales y extranjeros solares. Buena reputación ganó los fabricantes de productos: NPO Construcción de máquinas (Rusia), Helion (Rusia), Ariston (Italia), Viola (Ucrania), Viessman (Alemania), el Amcor (Israel) y otros.
sistema solar "Falcon". colector solar plano, equipado con un óptico multicapa revestida con pulverización catódica con magnetrón. La capacidad de emisión mínimo y alta tasa de absorción proporcionan eficiencia de hasta el 80%.
rendimiento:
- Temperatura de trabajo - hasta -21 ° C;
- revertir la radiación de calor - 3-5%;
- la capa superior - de vidrio (4 mm).
Collector CRS-A (Viola). Sistema de vacío solar térmico con área de absorción 0,8-2,41 m (dependiendo del modelo). Refrigerante - propileno aislamiento intercambiador de calor de cobre 75 mm minimiza la pérdida de calor.
Parámetros adicionales:
- vivienda - aluminio anodizado;
- diámetro de la bobina - 38 mm;
- aislamiento - con el tratamiento de lana de roca antigigroskopichnoy;
- recubrimiento - vidrio de borosilicato de 3,3 mm;
- Eficiencia - 98%.
Vitosol 100-F - Colector solar montaje horizontal o vertical plana. Copper absorbedor arfoobraznym bobina tubular y titanio revestido. La transmisión de luz - 81%.
Los precios tentativos solares: colectores solares planos - desde 400 USD / m², colectores solares tubulares - 350 USD / 10 frascos de vacío. Un conjunto completo de sistema de circulación - de 2.500 USD
Conclusiones y vídeos útiles sobre el tema
Principio de funcionamiento de los colectores solares y sus tipos:
Evaluación del rendimiento de un colector plano temperaturas de cero:
montaje en panel colector solar en el ejemplo de los modelos de Buderus Tecnología:
de energía solar - fuentes renovables proporcionan calor. Teniendo en cuenta el aumento de los precios de los recursos energéticos tradicionales justifica la introducción de sistemas de energía solar, y la inversión de capital vale la pena en los próximos cinco años, sin perjuicio de la técnica de instalación.
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