Эффективное использование солнечных коллекторов: современные решения

Шульга, К. С. Гибридные солнечные коллекторы / К. С. Шульга, Ю. О. Астапова, А. Е. Астапов — Текст: прямой // Новые ученые. -2016. — № 17 (121). — с. 101-105. — URL: https: //moluch. ru/archive/121/33554/ (дата обращения: 03. 12. 2024).

В настоящее время потребление энергии увеличивается при росте цен на электроэнергию и сокращении запасов традиционных ресурсов. В связи с этим важное значение приобретает развитие сектора возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Солнечная энергия — один из перспективных и активно развивающихся видов ВИЭ.

Применение солнечных коллекторов имеет множество преимуществ

— Они используют неограниченный источник возобновляемой энергии

— Отсутствие выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду,

— Возможность установки в подходящих местах,

— Солнечные коллекторы позволяют обеспечить энергией территорию, удаленную от сети.

Однако есть и некоторые недостатки.

— Зависимость от широты, погоды, сезона и времени (несоответствие между производством энергии и спросом на нее),

— Как следствие, необходимость хранения энергии,

— В промышленном производстве — необходимость копирования солнечных электростанций гибкими электростанциями, причем сопоставимой мощности,

— Высокая стоимость строительства,

— Заражение солнечных коллекторов пылью, снегом и инеем.

В России наиболее перспективные районы для развития солнечной энергетики находятся на европейском юге страны, особенно на территориях Краснодарского и Ставропольского краев, Ростовской, Волгоградской и Астраханской областей, Дагестана и Калмыкии. [1]

Солнечные батареи (солнечные панели, СБ), работа которых основана на явлении фотовольтаики, используются для преобразования солнечной энергии в постоянный ток.

Устройствами для преобразования солнечной энергии в тепловую являются солнечные коллекторы (T), которые собирают тепловую энергию солнца и нагревают хладагент. Это тепло может быть использовано для отопления, горячего водоснабжения, сушки сельскохозяйственной продукции и производства электроэнергии (пара для турбин).

Существуют также гибридные солнечные коллекторы (панели PV/T), позволяющие одновременно производить тепло и электричество.

Рисунок 1. Гибридный солнечный коллектор. [2]

В таких устройствах солнечный коллектор устанавливается под фотоэлектрическими панелями (рис. 1). Таким образом, уменьшается площадь установки там, где требуется одновременное производство тепла и электроэнергии. Кроме того, улучшаются фотошаровые характеристики солнечного коллектора.

Если солнечная панель нагревается выше 25ºC (для кремния), количество вырабатываемой электроэнергии снижается на 0,4% на каждый градус. [3] В гибридных системах теплоноситель в коллекторе рассеивает это тепло и охлаждает солнечную батарею. Тепло, отводимое от коллектора, затем используется, например, для нагрева воды в системах горячего водоснабжения.

Другими словами, часть энергии, которая ранее терялась и снижала производительность солнечного коллектора, используется в гибридной системе.

Рисунок 2. Зависимость снижения производства электроэнергии от температуры солнца. [2]

В летние месяцы производство электроэнергии, вызванное предельной температурой на поверхности солнечного коллектора (50°C), резко снижается. Теплоноситель может охлаждать и поддерживать температуру поверхности абсорбера до 50°C. [2] Такая конструкция позволяет увеличить производство электроэнергии на 15 % по сравнению с традиционной солнечной энергией.

На практике, однако, не всегда удается добиться максимальной производительности гибридных солнечных коллекторов. [2]

В основном это связано с тем, что летом температура теплоносителя не должна превышать 50°C, поэтому эксплуатация таких систем для нагрева воды очень ограничена. [2] По сравнению с обычными солнечными коллекторами, температура поверхности солнца при отсутствии циркуляции теплоносителя увеличивается еще больше. Это связано с дополнительной изоляцией. Тепловая эффективность гибридных элементов гораздо ниже, чем у классических солнечных панелей, тем более что в них не используются селективные покрытия.

Вот некоторые из гибридных солнечных панелей, представленных на рынке.

-PowerVolt W 200/500 (PV = 200 Вт, Thermo = 500 Вт). Соотношение тепловой и электрической мощности составляет 2,5:1 соответственно.

-therm m 180/750 (PV = 180 Вт, Thermo = 750 Вт). Соотношение тепловой и электрической энергии составляет 4:1 соответственно.

-ATTOMOSFERA F2PV. общая мощность коллектора * 1337 Вт, тепловая мощность * 1037 Вт, электрическая мощность * 300 Вт. (* 1000 Вт/м² мощность солнечного излучения и разница температур между абсорбером и окружающей средой 0°C) [4].

В апреле 2013 года компания Sundrum установила фотоэлектрическую систему в доме в Массачусетсе, которая достигла 86% пиковой производительности. Это рекордный показатель для стационарной (не последовательно-восходящей) фотоэлектрической системы. [5] Тепловые испытания Sundrum показали, что гибридная панель примерно на 40 о (22 о с) холоднее, чем обычная фотоэлектрическая панель. Как показано на графике (рис. 3), это незначительно увеличивает производство электроэнергии, но почти втрое увеличивает общую полезную энергию, производимую системой, и повышает общую производительность системы примерно на 70 % без увеличения отпечатка. [5]

Рисунок 3. Общие энергетические преимущества Sundrum [5].

Sundrum утверждает, что гибридная система PV/T окупится за 5-10 лет. Иными словами, она окупается несколько быстрее, чем классические солнечные коллекторы (без PV) и солнечные панели (фотоэлектрические системы). [5]

В другом эксперименте разработанные установки PV/T были установлены в складных домах в двух городах — Копенгагене и Мадриде.

Сравнение эффективности систем PV/T, PV и T

Максимальная эффективность жидкостного солнечного коллектора при установке составила 48% при выключенном FB-преобразователе. При одновременном производстве электричества и тепла это значение снизилось до 42 %.

В Копенгагене он увеличился на 2,6 %, а в Мадриде — на 3,3 %. Период амортизации составил около 15 лет. [6]

Проанализировав опыт использования обоих гибридных солнечных коллекторов, можно сделать следующие выводы При использовании гибридных солнечных коллекторов эффективность солнечного коллектора немного увеличивается за счет охлаждения коллектора, но производительность самого коллектора снижается (обычные и солнечные коллекторы). Общая производительность всей системы PV/T выше, чем при совместном использовании солнечных коллекторов и солнечных коллекторов. Кроме того, гибридная система PV/T занимает меньше места.

Таким образом, при правильном применении гибридных солнечных панелей PV/T-системы могут достичь хороших результатов.

Ключевые термины (генерируются автоматически): солнечный коллектор, солнечный коллектор, гибридный солнечный коллектор, гибридная система, горячее водоснабжение, солнечная энергия, Атмосфера, производимая тепловая энергия, общий КПД, солнечный коллектор.

Импорт.

Сегодня, когда вопросы экологии становятся все более актуальными, особое значение приобретает использование возобновляемых источников энергии. Одним из таких источников является солнечная энергия, которая может быть эффективно использована для отопления дома и нагрева воды. Солнечные коллекторы в доме применяются в качестве энергоэффективного решения.

Эта статья рассказывает о преимуществах использования солнечных коллекторов в доме и помогает рассчитать, насколько эффективно они могут быть применены в том или ином случае.

Солнечные коллекторы для дома: что это такое и как они работают

Солнечный коллектор — это устройство, преобразующее солнечную энергию в тепловую. Они состоят из абсорбера, который поглощает солнечное излучение, и средства теплопередачи, которое передает тепло в систему отопления или горячего водоснабжения.

Существует несколько типов солнечных коллекторов: плоские, трубчатые и вакуумные. Выбор типа коллектора зависит от климатических условий, поверхности крыши и других факторов.

Как выбрать солнечный коллектор для дома

При выборе домашнего солнечного коллектора необходимо учитывать следующие факторы

В чем преимущества домашних солнечных коллекторов?

Типы солнечных коллекторов для дома

Существуют различные конструктивные решения для существующих типов солнечных панелей. Среди европейских производителей тепловых плоских солнечных панелей лидером считается компания Thermosolar, которая сегодня выпускает более десяти различных типов коллекторов, называемых TS. Наиболее популярным из них является коллектор T S-300, характеризующийся оптимальным соотношением производительности и цены. Еще одним преимуществом Thermosolar является то, что, в отличие от многих мировых коллекторов, компания собирает весь комплекс работ в одном месте — штамповку рамы коллектора, изготовление опор и селективных поверхностей преобразования, а также монтаж коллектора.

Особой гордостью производителя является плоский вакуумный коллектор, который является уникальным и не похож ни на один другой в мире. Этот тип коллектора, в отличие от вакуумных, может быть легко интегрирован в крышу или фасад здания. Кроме того, этот тип коллектора более устойчив к экстремальным климатическим и погодным условиям. Высокое качество продукции гарантируется различными испытаниями, которым подвергается весь коллектор. Производительность и другие свойства, в том числе устойчивость коллектора, тщательно проверяются в лабораторных условиях при моделировании соответствующего режима работы.

Функциональность установки солнечных панелей в доме.

Климатические условия в Центральной Европе таковы, что использование солнечной системы часто необходимо как для резервного отопления, так и для нагрева воды или бассейна. Прежде чем приступить к установке коллектора, необходимо выбрать правильную схему расположения солнечной системы. Это зависит в первую очередь от того, для каких целей устанавливается система и для чего она служит. Например, для нагрева горячей воды в частных домах компания предлагает оптимально подобранные комплекты, отличающиеся повышенной производительностью. В противном случае перед установкой необходимо разработать индивидуальный проект. Коллекторы обычно устанавливаются на южной стороне крыши — скатной или плоской. Если такой крыши нет, коллекторы можно установить на фасадах или других подходящих для этого поверхностях.

Установка такой системы в новом доме имеет особые преимущества. Это связано с тем, что можно обойтись без стандартной разводки горячей воды и установить дополнительные патрубки со стиральными или посудомоечными машинами. Дополнительным вариантом повышения рентабельности солнечной системы является использование нагретой воды в стиральной или посудомоечной машине. Таким образом, можно однозначно утверждать, что средства, вложенные в реализацию солнечной системы, зачастую амортизируются в течение всего срока службы системы. Стоит отметить, что солнечные системы — это не только городская тенденция. В деревнях коллекторы могут быть установлены как в старых, так и в новых зданиях.

Компьютеры для расчета теплопотерь в зданиях.

Чтобы рассчитать, насколько эффективны солнечные батареи для вашего дома, вы можете воспользоваться онлайн-компьютером для расчета теплопотерь.

Этот компьютер поможет вам определить количество тепла, которое необходимо для обогрева дома, и на основе этой информации вы сможете выбрать подходящую модель солнечного коллектора.

Заключение.

Использование солнечных коллекторов в вашем доме — это экологически чистый и экономически эффективный способ снизить расходы на отопление и горячую воду.