Dans la dernière décennie, l'énergie solaire comme source d'énergie alternative est utilisée de plus en plus pour le chauffage des bâtiments et de fournir de l'eau chaude. La raison principale - le désir de remplacer le carburant traditionnel accessible, propre pour l'environnement et les ressources en énergies renouvelables.
Conversion de l'énergie solaire en chaleur a lieu dans le solaire - la conception du module et principe de fonctionnement détermine la spécificité de son application.
Dans cet article, nous examinons la variété des capteurs solaires et les principes de leur fonctionnement, ainsi que vous dire sur les principaux modèles de modules solaires.
Dans cet article:
- La faisabilité de l'utilisation de l'énergie solaire
- La conception générale et la fonction
-
Variété de capteurs solaires
- Vide - pour le climat froid et tempéré
- L'eau - la meilleure option pour les latitudes sud
-
Solaire: caractéristiques de la conception et de l'exploitation
- gamme active et passive
- Thermosiphon et les systèmes de circulation
- solution technique systèmes, l'un - et deux circuits
- Les conditions de travail et de l'efficacité
- modèle populaires modules solaires « »
- Conclusions et vidéos utiles sur le sujet
La faisabilité de l'utilisation de l'énergie solaire
Geliosistema - Système pour convertir le rayonnement solaire en énergie thermique, qui est ensuite transmise à un échangeur de chaleur pour chauffer le circuit d'eau de refroidissement ou de chauffage.
L'efficacité d'installation solaire thermique dépend de l'insolation - la quantité d'énergie fournie pour un jour de lumière sur la surface de 1 mètre carré à un angle de 90 ° par rapport à la direction de la lumière du soleil. Mesurer la valeur de l'indice - kWh / m², la valeur varie en fonction de la saison.
Le niveau moyen de rayonnement solaire solaire pour le climat continental tempéré de la région - 1000-1200 kWh / mètre carré (par an). La quantité du soleil - la définition du paramètre pour calculer le rendement solaire.
L'utilisation d'une source d'énergie alternative pour chauffer la maison permet d'obtenir de l'eau chaude sans énergie traditionnelle - uniquement par le rayonnement solaire
Installation gelioteplosnabzheniya - un événement coûteux. Aux dépenses de capital ont été justifiées, un calcul précis du système et le respect de la technologie d'installation.
Exemple. La valeur moyenne d'insolation pour Tula en plein été - à condition que le panneau d'installation 4,67 kW / m day * à un angle de 50 °. Performance collecteur solaire de 5 mètres carrés est calculé comme suit: 4,67 * 4 = 18,68 kW d'énergie thermique par jour. Ce volume est suffisant pour 500 litres d'eau chauffée à une température de 17 ° C à 45 ° C
Comme le montre la pratique, en utilisant l'énergie solaire, les propriétaires du chalet l'été peut complètement aller avec le chauffe-eau électrique ou de gaz sur une méthode ensoleillée
Prenant la parole au sujet de la faisabilité de l'introduction de nouvelles technologies, il est important de tenir compte des caractéristiques techniques spécifiques du capteur solaire. Certains commencent à travailler à 80 W / m de l'énergie solaire et d'autres assez - 20 W / m²
Même dans le climat du sud, l'utilisation du système de collecteur ne pas payer pour le chauffage. Si l'installation sera utilisée exclusivement au soleil d'hiver avec un déficit, le coût de l'équipement est couvert et 15-20 ans.
Pour maximiser geliokompleks, il doit être inclus dans le système d'eau chaude. Même dans geliolektor d'hiver serait « couper » compte de l'énergie pour le chauffage de l'eau jusqu'à 40-50%.
Selon les experts, avec l'usage domestique du système solaire se paie dans environ 5 ans. Avec la croissance des prix de l'électricité et du gaz, la période de récupération du complexe sera réduite
Outre les avantages économiques de « chauffage solaire » présente des avantages supplémentaires:
- Respect de l'environnement. Réduction des émissions de dioxyde de carbone. Plus de 1 an carrés capteur solaire dans l'atmosphère empêche 350-730 kg minière.
- Esthétique. L'espace d'un bain ou une cuisine compacte parvient à se débarrasser des chaudières volumineux ou geysers.
- Durabilité. Les fabricants affirment que, sous réserve de la technologie d'installation, le complexe durera environ 25-30 ans. De nombreuses entreprises offrent une garantie pouvant aller jusqu'à 3 ans.
Arguments contre l'utilisation de l'énergie solaire: une saisonnalité marquée, selon le temps et un investissement initial élevé.
La conception générale et la fonction
Considérons le mode de réalisation avec le collecteur solaire, un élément de fonctionnement du système primaire. Unité extérieure ressemble à une boîte en métal, la face avant est en verre trempé. A l'intérieur du boîtier se trouve un corps de travail - la bobine à la cartouche.
Un bloc d'absorption de chaleur assure le chauffage du liquide de refroidissement - transferts de fluide circulant chaleur générée dans le circuit d'eau.
Composants principaux solaire 1 - champ de capteurs, 2 - évacuation de l'air, 3 - la station de distribution 4 - allégement de la pression du réservoir, 5 - Contrôleur, 6 - l'élément chauffant, 7,8 - élément de chauffage et un échangeur de chaleur 9 - Vanne termosmesitelny, 10 - vitesse d'écoulement de l'eau chaude, 11 - la fourniture d'eau froide, 12 - drain, T1 / T2 - température capteurs
Capteur solaire fonctionne nécessairement en tandem avec le réservoir de stockage. Etant donné que le réfrigérant est chauffé à une température de 90-130 ° C, il ne peut être introduit directement dans les robinets d'eau chaude ou de radiateurs. fluide de transfert de chaleur entre dans l'échangeur de chaleur de la chaudière. Réservoir de stockage est souvent complété par un dispositif de chauffage électrique.
Le plan de travail:
- Le soleil chauffe la surface collectionneur.
- Le rayonnement thermique est transmis élément absorbant (absorbant), qui contient un fluide de travail.
- Circulant dans les tubes de la batterie est du liquide de refroidissement chauffé.
- Les pompes, l'unité de commande et de fournir la commande de rétraction du conduit de fluide de refroidissement à la bobine du réservoir de stockage.
- Mise en oeuvre de l'eau de transfert de chaleur dans la chaudière.
- Le flux de liquide de refroidissement refroidi dans le réservoir et le cycle répété.
L'eau chauffée de l'élément chauffant est introduit dans le circuit de chauffage ou aux points de prise d'eau.
Lors de la construction de l'eau chaude du système de chauffage ou de l'année, le système est équipé d'une source de chauffage supplémentaire (chaudière, radiateur électrique). Ceci est une condition nécessaire pour maintenir une température prédéterminée
Variété de capteurs solaires
Quelle que soit la destination, le système solaire comprend un tube plat ou sphérique geliokollektorom. Chaque option a un certain nombre de traits distinctifs en termes de performance et d'efficacité fonctionnement.
Vide - pour le climat froid et tempéré
vide de collecteur solaire ressemble structurellement un thermos - tubes étroits avec réfrigérant placés dans des flacons de plus grand diamètre. Formée entre la couche de récipients sous vide responsable de l'isolation thermique (conservation de la chaleur - jusqu'à 95%). La forme tubulaire est optimale pour maintenir le vide et « occupation » des rayons du soleil.
Les éléments de base d'une installation solaire thermique tubulaire: le cadre de support, le corps d'échangeur de chaleur, de vide des tubes de verre traitées avec un revêtement très sélectif pour forte intensité solaire « d'absorption » énergie
Le tube intérieur (chaleur) rempli de solution saline ayant un faible point d'ébullition (24-25 ° C). Lorsque le liquide chauffé est évaporé - le ballon d'évaporation déplacer vers le haut et le milieu thermique chauffé circulant dans le carter de collecteur.
Au cours de la condensation de gouttelettes d'eau d'écoulement vers le bas dans l'extrémité du tube et le processus se répète.
En raison de la dépression à l'intérieur de la couche liquide de la fiole est capable de chaleur pour faire bouillir et vaporiser à des températures extérieures inférieures à zéro (jusqu'à -35 ° C).
Caractéristiques des modules solaires dépendent de ces critères:
- conception du tube - fontaine, coaxial;
- Dispositif de canal à la chaleur - «Heat pipe», La circulation co-courant.
ampoule fontaine - un tube de verre, dans lequel la plaque fermée et le conduit d'absorbeur de chaleur. couche de vide se prolonge sur toute la longueur de canal de la chaleur.
tube coaxial - le double fiole à vide avec « insert » entre les parois des deux réservoirs. Le transfert de chaleur est effectué à partir de la surface intérieure du tube. Conseil indicateur de vide thermique équipé.
des tubes de fontaine Efficacité (1) ci-dessus par rapport aux modèles coaxiaux (2). Cependant, le premier est plus cher et plus difficile à installer. En outre, en cas de bris, flacon de plumes doivent changer toute
Canal «Heat pipe» - le transfert de chaleur le plus courant dans la réalisation de capteurs solaires.
Le mécanisme d'action est basé sur le placement dans des tubes métalliques scellés d'un liquide volatil.
La popularité de «Heatpipe» en raison de prix abordable, un service sans prétention et maintenabilité. En raison de la complexité du processus d'échange thermique, le niveau maximum d'efficacité - 65%
Le canal à écoulement continu - à travers un flacon de verre sont connectés en parallèle dans un tube à arc en métal en forme de U
Le fluide de refroidissement circulant à travers le canal est chauffé et amené au boîtier de distributeur.
Des modes de réalisation de structures de capteur solaire sous vide 1 - modification de «caloduc» tube de chauffage central, 2 - une centrale solaire avec une circulation à co-courant du fluide de refroidissement
tubes coaxiaux et de mouillage peuvent être combinés de différentes manières avec les canaux thermiques.
Option 1. Coaxiale avec l'ampoule «Heatpipe» - la solution la plus populaire. Le collecteur se produit multiple transfert de chaleur depuis les parois du tube de verre dans le ballon intérieur, puis à l'agent de refroidissement. Le degré de rendement optique atteint 65%.
Dispositif d'entraînement tube coaxial «caloduc»: une coquille est faite de verre, 2 - revêtement sélectif 3 - des ailettes métalliques 4 - 5 vide - flacon thermique substance legkozakipayuschim 6 - tube intérieur verre
Option 2. ballon coaxial avec une circulation à co-courant est connu sous le nom, le collecteur en forme de U. En raison de la conception réduit la perte de chaleur - l'énergie thermique est transférée à partir des tubes d'aluminium avec un liquide de refroidissement circulant.
Avec un rendement élevé (jusqu'à 75%) du modèle a quelques inconvénients:
- la complexité de l'installation - ampoule sont solidaires du corps d'un distributeur à deux tubes (mainfold) et sont fixées entièrement;
- Il a exclu le remplacement des tubes simples.
En outre, l'assemblage en forme de U exigeant et liquide de refroidissement coûteux modèles «Heatpipe de».
Dispositif capteur solaire en forme de U 1 - verre « cylindre », 2 - revêtement absorbant 3 - Aluminium « Case », 4 - flacon de liquide de refroidissement 5 - vide 6 - le tube intérieur est réalisé en verre
Option 3. Tube Pen avec le principe de l'action «Heatpipe». Particularités du réservoir:
- hautes caractéristiques optiques - un rendement d'environ 77%;
- Absorbeur plat transfère directement l'énergie pour chauffer le tube de fluide de refroidissement;
- en utilisant une couche de verre unique est réduite réflexion du rayonnement solaire;
éventuel remplacement de l'élément endommagé sans vider le système solaire.
Option 4. Fontaine l'action du vérin de l'ampoule - l'outil le plus efficace pour l'utilisation de l'énergie solaire comme source d'énergie alternative pour l'eau de chauffage ou de chauffage domestique. collecteur haute efficacité fonctionne avec - 80%. L'inconvénient du système - la difficulté de réparation.
Dispositif de fontaine Schéma capteur solaire 1 - système solaire avec «caloduc» canal, 2 - geliokolektora boîtier bi-tube avec un mouvement de propulsion du liquide de refroidissement
Quelles que soient les capteurs à tubes de performance présentent les avantages suivants:
- opérabilité à basse température;
- faible perte de chaleur;
- la durée de fonctionnement au cours de la journée;
- capacité à chauffer le liquide de refroidissement à une température élevée;
- faible dérive;
- facilité d'installation.
Le principal inconvénient des modèles de vide - l'impossibilité d'auto-nettoyage de la couverture de neige. couche de vide ne transmet pas la chaleur vers l'extérieur, de sorte que la couche de neige fond et couvre l'accès au soleil pour le champ de capteurs. D'autres inconvénients: le coût élevé et la nécessité de flacons d'angle de travail pas moins de 20 °.
Plus de détails sur le principe de fonctionnement des tubes de capteurs solaires sous vide à lire plus.
L'eau - la meilleure option pour les latitudes sud
Appartement (panel) Capteur solaire - une plaque rectangulaire en aluminium, une matière plastique à couvercle fermé ou un couvercle en verre. A l'intérieur de la boîte est disposée une zone d'absorption, la bobine de métal et la couche d'isolation. la zone de collecteur est rempli d'un conduit d'écoulement à travers lequel du liquide de refroidissement se déplace.
Les composants de base d'un capteur solaire plat: un boîtier, un absorbeur, un revêtement protecteur, une couche d'isolation et de fixation. Lors du montage du verre dépoli est utilisé avec un indicateur de transmission plage spectrale 0.4-1.8 microns
absorption de la chaleur par un revêtement absorbant hautement sélectif atteint 90%. Le conduit d'écoulement est disposé entre le métal « absorbant » et l'isolation thermique. Il est utilisé deux tubes de pose: systèmes « harpe » et « méandre ».
collecteur tubulaire avec des actes de fluide de transfert de chaleur comme un effet « de serre » - les rayons du soleil pénètrent à travers le verre et le tube chauffé. étanchéité en raison et l'isolation thermique est maintenue dans le panneau.
La force du module solaire est largement déterminée par le matériau de la housse de protection:
- verre ordinaire - le revêtement le moins cher et fragile;
- verre trempé - un degré élevé de dispersion de la lumière et une résistance accrue;
- verre antirefleksnoe - capacité différente d'absorption maximale (95%) par la présence de l'appauvrissement de la couche reflète les rayons du soleil;
- auto-nettoyant (polaire) Verre avec le dioxyde de titane - évanouissement dû à la pollution organique dans le soleil, et les restes de déchets emportés par la pluie.
La plupart des coups endure le verre en polycarbonate. Le matériel est installé dans les modèles coûteux.
la lumière du soleil de réflexion capacité d'absorption: 1 - antirefleksnoe revêtement 2 - Verre de sécurité trempé. L'épaisseur optimale de la gaine extérieure de protection - 4 mm
Caractéristiques opérationnelles et fonctionnelles panneau centrales solaires:
- dans les systèmes de circulation forcée est fonction fournie de dégivrage vous permet d'obtenir rapidement se débarrasser de la couverture de neige à Héliopolis;
- verre prismatique capture une large gamme de faisceaux de différents angles - l'efficacité de la plante en été atteint 78-80%;
- le collecteur ne craint pas de surchauffe - si un excès d'énergie thermique, éventuellement forcé de refroidissement du fluide de refroidissement;
- résistance aux chocs améliorée par comparaison avec leurs homologues tubulaires;
- peut être monté à un angle quelconque;
- prix abordable.
Les systèmes ne sont pas sans inconvénients. Entre le déficit de rayonnement solaire avec l'augmentation de la différence de température, l'efficacité d'un capteur solaire plat tombe de manière significative en raison de l'isolation thermique insuffisante. Par conséquent, le module de panneau est payant en été ou dans les climats chauds.
Solaire: caractéristiques de la conception et de l'exploitation
La variété des systèmes solaires peuvent être classés en fonction de paramètres: le mode d'utilisation du rayonnement solaire, le procédé de circulation du liquide de refroidissement, et le nombre de circuits de fonctionnement saisonnier.
gamme active et passive
Dans tout système de conversion de l'énergie solaire a un suntrap. En procédant à partir d'un procédé d'utilisation de la chaleur générée geliokompleksov deux types: passifs et actifs.
Le premier type - système de chauffage solaire où l'acte de la lumière solaire de l'élément de dissipation thermique des éléments de structure du bâtiment. Comme toit acte de surface geliopriemnoy, paroi ou fenêtre collecteur.
Système passif capteur solaire à basse température avec un mur-: 1 - soleil, 2 - un écran translucide 3 - pare-air 4 - l'air chauffé, l'air d'échappement à 5, 6 - le rayonnement thermique de la paroi, 7 - la surface d'absorption de chaleur de la paroi de collecteur, 8 - volets décoratifs
Dans les pays européens, les technologies passives sont utilisées dans la construction de bâtiments économes en énergie. surface Geliopriemnye orné d'une fausse fenêtre. Pour le verre revêtu est placé mur de briques avec svetoproemami noirci.
Comme le réservoir de stockage sont les éléments de construction - murs et les plafonds, le polystyrène isolés de l'extérieur.
Les systèmes actifs impliquent l'utilisation de dispositifs autonomes qui ne sont pas liés à la construction.
Dans cette catégorie, sont discutés ci-dessus des complexes avec tubulaire, les capteurs plans - l'installation solaire thermique est habituellement placé sur le toit de l'immeuble
Thermosiphon et les systèmes de circulation
Equipement solaire thermique avec le mouvement propre du circuit de liquide de refroidissement du collecteur-accumulateur à collecteur porté par convection - flux - fluide chaud avec une faible densité se lève refroidi vers le bas.
Dans les systèmes de réservoir de stockage de thermosiphon est situé au-dessus du réservoir, en fournissant une circulation spontanée du liquide de refroidissement.
Schéma des systèmes à boucle unique saisonnières caractéristiques. complexe thermosiphon est pas recommandé pour les collectionneurs, une superficie de plus de 12 m
Gravity système solaire est une large gamme de défauts:
- temps nuageux de la performance complexe des chutes - pour grande différence de température de fluide de refroidissement est nécessaire;
- la perte de chaleur due à un mouvement lent du liquide;
- risque de surchauffe en raison de processus de chauffage du réservoir de uncontrollability;
- instabilité du collecteur;
- la complexité de la mise en place du réservoir de stockage - pour l'installation sur le toit de l'augmentation de la perte de chaleur, les processus de corrosion accélérée, le risque de gel des tuyaux apparaît.
Plus « gravité » du système: la simplicité de la conception et l'accessibilité.
Les coûts d'investissement pour l'arrangement de circulation (forcée) installation solaire considérablement plus complexe en milieu ouvert. Le circuit pompe « coupe » pour un débit de liquide de refroidissement. contrôleur d'emploi station de pompage fonctionne.
l'énergie thermique supplémentaire générée par l'énergie de force complexe dépasse consommée par l'équipement de pompage. efficacité du système augmentera d'un tiers
Un tel processus est impliqué dans deux circuits la circulation pendant toute l'année des unités de chauffage solaire.
Un ensemble complet d'avantages:
- choix illimité de l'emplacement du réservoir de stockage;
- la performance hors saison;
- sélection du mode de chauffage optimal;
- Sécurité - opération de verrouillage en cas de surchauffe.
dépendant de l'électricité - L'inconvénient du système.
solution technique systèmes, l'un - et deux circuits
Dans les installations à boucle unique de circulation de fluide qui est ensuite amené aux points de prise d'eau. En hiver, l'eau drainée du système est nécessaire pour éviter des tubes à congélation et à la fissuration.
Caractéristiques des systèmes de chauffage solaire à circuit unique:
- Recommandé par le système « de remplissage » eau purifiée non rigide - dépôt de sels sur les parois du tube conduit à l'obstruction des canaux et des lésions réservoir;
- la corrosion due à l'excès d'air dans de l'eau;
- durée de vie limitée - dans les quatre à cinq ans;
- rendement élevé en été.
Le liquide de refroidissement circule geliokompleksah combi spéciaux (antigel avec anti-mousse et des additifs anti-corrosion), l'eau dégage de la chaleur à travers l'échangeur de chaleur.
Dispositif à circuit unique (1) et à double circuit (2) solaire. La deuxième option est plus fiable, la capacité de travailler en hiver et la durée de fonctionnement (20-50 ans)
Nuances de fonctionnement d'un module de by-pass: une légère diminution de l'efficacité (3-5% de moins que dans le seul système), la nécessité pour le remplacement complet du liquide de refroidissement tous les 7 ans.
Les conditions de travail et de l'efficacité
Calcul et l'installation de systèmes solaires est préférable de laisser aux professionnels. Le respect de l'équipement d'installation pour assurer l'efficacité et la performance des demandes reçues. Pour améliorer l'efficacité et la période de service doit tenir compte de certaines des nuances.
vanne thermostatique. Dans les systèmes de chauffage traditionnels élément thermostatique rarement installé comme pour répond le contrôle de température source de chaleur. Cependant, la régénération de la soupape de sécurité solaire ne doit pas oublier.
Le chauffage de la cuve à la température maximale admissible du collecteur augmente les performances et permet d'utiliser la chaleur solaire, même par temps nuageux
placement optimal de la vanne - 60 cm de l'élément chauffant. A proximité « thermostat » est chauffé et bloque l'écoulement d'eau chaude.
Mise en place de la cuve de stockage. réservoir tampon d'eau chaude sanitaire doit être installé dans un endroit accessible. Lorsqu'il est placé dans une pièce compacte se concentre sur la hauteur des plafonds.
L'espace libre minimum au-dessus du réservoir - 60 cm. Ce jeu est nécessaire pour l'entretien et l'anode de magnésium de remplacement de la batterie
installation Vase d'expansion. Membre compense la dilatation thermique dans la période de stagnation. Installation du réservoir au-dessus de l'équipement de la pompe provoque une surchauffe de la membrane et son usure prématurée.
L'endroit optimal pour le vase d'expansion - sous le groupe de pompage. Effet de la température dans cette installation est considérablement réduite, et la membrane est conserve plus l'élasticité
Connexion du circuit solaire. Lors du raccordement des tuyaux est recommandé d'organiser la boucle. « Termopetlya » réduit la perte de chaleur en empêchant la sortie de fluide chauffé.
Techniquement manière correcte de « boucle », le circuit solaire. exigence Négliger provoque une diminution de la température dans le réservoir de stockage à 1-2 ° C pendant la nuit
Le clapet anti-retour. Met en garde contre la circulation « renversement » du liquide de refroidissement. Avec un manque d'activité solaire clapet anti-retour ne dissipe pas la chaleur accumulée pendant la journée.
modèle populaires modules solaires « »
La demande pour les entreprises nationales et étrangères solaires. Bonne réputation a gagné les fabricants de produits: construction NPO machine (Russie), Helion (Russie), Ariston (Italie), Viola (Ukraine), Viessman (Allemagne), le Amcor (Israël) et d'autres.
système solaire « Falcon ». Collecteur solaire plat, équipé d'une optique multicouche revêtu de pulvérisation cathodique à magnétron. La capacité minimale d'émission et le taux d'absorption élevé offrent une efficacité de 80%.
Performance:
- Température de fonctionnement - jusqu'à -21 ° C;
- inverser le rayonnement thermique - 3-5%;
- la couche supérieure - verre (4 mm).
Collecteur CRS-A (Viola). Système solaire thermique sous vide avec la zone d'absorption 0,8-2,41 m (selon le modèle). Liquide de refroidissement - échangeur de chaleur en cuivre isolé propylene 75 mm minimise la perte de chaleur.
Paramètres supplémentaires:
- logement - aluminium anodisé;
- diamètre de la bobine - 38 mm;
- isolement - avec le traitement de la laine de roche antigigroskopichnoy;
- revêtement - verre de borosilicate de 3,3 mm;
- Efficacité - 98%.
Vitosol 100-F - Capteur solaire plat montage horizontal ou vertical. Absorbeur cuivre bobine tubulaire arfoobraznym et de titane revêtues. Transmission de la lumière - 81%.
Les prix provisoires solaires: capteurs solaires plats - à partir de 400 USD / m², capteurs solaires tubulaires - 350 USD / 10 flacons sous vide. Un ensemble complet du système de circulation - de 2500 USD
Conclusions et vidéos utiles sur le sujet
Principe de fonctionnement des capteurs solaires et de leurs types:
Évaluation de la performance d'une température de capteur zéro plat:
panneau de montage technologie capteur solaire sur l'exemple des modèles Buderus:
énergie solaire - sources renouvelables fournissent de la chaleur. Compte tenu de la hausse des prix des ressources énergétiques traditionnelles justifie la mise en place de systèmes solaires, et l'investissement en capital est rentable au cours des cinq prochaines années, sous réserve de la technologie d'installation.
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