Keskmiselt aastaringselt, sõltuvalt kliimatingimustest ja laiuskraadist, on päikesekiirguse voog maapinnale vahemikus 100 kuni 250 W / m 2, saavutades tippväärtused keskpäeval selge taevaga peaaegu igas (sõltumata laiuskraad) koht, umbes 1000 W/m2. Kesk-Venemaa tingimustes "toob" päikesekiirgus maapinnale energiat, mis vastab ligikaudu 100-150 kg standardkütusele m 2 kohta aastas.
Instituudis teostatud lihtsaima päikesevee soojendamise paigalduse matemaatiline modelleerimine kõrged temperatuurid Venemaa Teaduste Akadeemia, kasutades kaasaegseid tarkvaratööriistu ja tüüpilise meteoroloogilise aasta andmeid, näitas, et Kesk-Venemaa reaalsetes kliimatingimustes on soovitatav kasutada hooajalisi lamedaid päikesepatareid, mis töötavad märtsist septembrini. Paigaldise puhul, mille päikesekollektori pindala ja akumulatsioonipaagi mahu suhe on 2 m 2 /100 l, on tõenäosus, et vesi soojendatakse päevas sel perioodil temperatuurini vähemalt 37 °C, 50–90%. temperatuur vähemalt 45 ° C - 30-70%, kuni temperatuur vähemalt 55 ° C - 20-60%. Maksimaalsed tõenäosusväärtused viitavad suvekuudele.
"Your Solar House" arendab, täiendab ja tarnib nii passiivse kui ka aktiivse jahutusvedeliku ringlusega. Nende süsteemide kirjeldused leiate meie veebisaidi vastavatest jaotistest. Tellimine ja ostmine toimub läbi.
Tihti küsitakse, kas päikeseenergiat on võimalik kasutada küttepaigaldised kütmiseks Venemaal. Selle kohta on kirjutatud eraldi artikkel - "Päikeseenergia toetus küttele"
27.09.2019
süsteemid päikeseküte nimetatakse süsteemideks, mis kasutavad soojusenergia allikana päikesekiirgust. Nende iseloomulik erinevus teistest madala temperatuuriga küttesüsteemidest on spetsiaalse elemendi - päikesevastuvõtja - kasutamine, mis on mõeldud päikesekiirguse püüdmiseks ja selle muundamiseks soojusenergiaks.
Päikesekiirguse kasutamise meetodi järgi jaotatakse päikese madala temperatuuriga küttesüsteemid passiivseteks ja aktiivseteks.
Passiivne nimetatakse päikeseküttesüsteemideks, milles hoone ise või selle üksikud piirded (hoone-kollektor, seinakollektor, katusekollektor, joonis 1) toimivad päikesekiirgust tajuva ja soojuseks muundava elemendina.
Passiivsetes päikesesüsteemides toimub päikeseenergia kasutamine eranditult tänu hoonete arhitektuursetele ja konstruktsioonilistele lahendustele.
Hoone-kollektori madala temperatuuriga päikesekütte passiivses süsteemis langeb valgusavade kaudu ruumi tungiv päikesekiirgus justkui soojuslõksu. Lühilaineline päikesekiirgus läbib vabalt aknaklaasi ja langedes ruumi sisepiirdele, muundub see soojuseks. Kogu ruumi sisenev päikesekiirgus muundub selles soojuseks ja suudab osaliselt või täielikult kompenseerida selle soojuskadusid.
Hoone-kollektorsüsteemi efektiivsuse tõstmiseks on lõunafassaadile paigutatud suure pindalaga valgusavad, mis varustavad need ruloodega, mis suletuna peaksid pimedal ja kuumal ajal vältima kiirguse tõrje kadusid, kombinatsioonis teiste päikesekaitsevahenditega ruumi ülekuumenemine. Sisepinnad on värvitud tumedates toonides.
Selle küttemeetodi arvutamise ülesandeks on määrata valgusavade pindala, mis on vajalik päikesekiirguse voolu ruumi suunamiseks, mis on kogunemist arvesse võttes vajalik soojuskadude kompenseerimiseks. Reeglina ei piisa passiivhoone-kollektori süsteemi võimsusest külmal perioodil ning hoonesse paigaldatakse täiendav soojusallikas, mis muudab süsteemi kombineerituks. Sel juhul määratakse valgusavade majanduslikult tasuvad alad ja lisasoojusallika võimsus arvutamise teel.
Madala temperatuuriga õhkkütte "seinakollektori" passiivne päikesesüsteem sisaldab massiivset välisseina, mille ette on lühikese vahemaa kaugusel paigaldatud ruloodega kiirgusekraan. Põranda lähedale ja seina lae alla on paigutatud ventiilidega pilulaadsed augud. Päikesekiired, mis on läbinud kiirgusekraani, neelduvad massiivse seina pinnale ja muundatakse soojuseks, mis kandub konvektsiooni teel üle ekraani ja seina vahelises ruumis asuvasse õhku. Õhk soojeneb ja tõuseb üles, sisenedes lae all oleva pilu kaudu hooldatavasse ruumi ning selle koha võtab ruumist jahtunud õhk, mis tungib seina ja ekraani vahelisse ruumi põranda lähedal oleva pilu kaudu. tuba. Soojendatud õhu juurdevoolu ruumi reguleeritakse klapi avamisega. Kui klapp on suletud, koguneb soojus seinamassiivi. Seda soojust saab ära võtta konvektiivse õhuvooluga, avades klapi öösel või pilvise ilmaga.
Sellise passiivse madala temperatuuriga päikeseenergia süsteemi arvutamisel õhuküte määrake seina vajalik pindala. Seda süsteemi dubleerib ka täiendav soojusallikas.
aktiivne Nimetatakse päikeseenergia madala temperatuuriga küttesüsteeme, milles päikesekollektor on iseseisev eraldiseisev seade, mis ei ole hoonega seotud. Aktiivsed päikesesüsteemid võib jagada järgmisteks osadeks:
Aktiivsetes päikeseküttesüsteemides kasutatakse kahte tüüpi päikesevastuvõtjaid: kontsentreerivaid ja tasaseid.
Õhk on laialdaselt kasutatav jahutusvedelik, mis ei külmu kogu tööparameetrite ulatuses. Soojuskandjana kasutamisel on võimalik kombineerida küttesüsteeme ventilatsioonisüsteemiga. Õhk on aga väikese soojusvõimsusega soojuskandja, mis toob kaasa metallikulu suurenemise õhkküttesüsteemide paigaldamisel võrreldes veesüsteemidega. Vesi on soojusintensiivne ja laialdaselt kättesaadav jahutusvedelik. Kuid temperatuuril alla 0 ◦ C tuleb sellele lisada antifriisi. Lisaks tuleb arvestada, et hapnikuga küllastunud vesi põhjustab torustike ja aparatuuri korrosiooni. Kuid metalli tarbimine vee-päikesesüsteemides on palju väiksem, mis aitab suurel määral kaasa nende laiemale kasutamisele.
Hooajalised sooja vee päikesesüsteemid on tavaliselt üheahelalised ja töötavad suvel ja üleminekukuudel positiivse välistemperatuuriga perioodidel. Olenevalt hooldatava objekti eesmärgist ja töötingimustest võib neil olla täiendav soojusallikas või ilma selleta hakkama saada.
SVU päikesevee soojendamise paigaldus (joonis 2) koosneb päikesekollektorist ja soojusvahetist-akumulaatorist. Jahutusvedelik (antifriis) ringleb läbi päikesekollektori. Päikesekollektoris soojendatakse jahutusvedelikku Päikese energiaga ja seejärel eraldatakse soojusenergiat veele läbi akumulatsioonipaaki sisse ehitatud soojusvaheti. Säilituspaak hoiab kuuma vett kuni kasutamiseni, seega peab see olema hea soojusisolatsioon. Primaarahelas, kus asub päikesekollektor, looduslik või sunnitud ringlus jahutusvedelik. Paaki saab paigaldada elektrilise või mõne muu automaatse varuküttekeha. Kui temperatuur akumulatsioonipaagis langeb alla seatud väärtuse (pikk pilvine ilm või väike päikesepaistetundide arv talvel), lülitub varukütteseade automaatselt sisse ja soojendab vee seatud temperatuurini.
Päikesesüsteemid hoonete kütmiseks on tavaliselt kaheahelalised või enamasti mitmeahelalised ning neid saab kasutada erinevate ahelate jaoks erinevad jahutusvedelikud(näiteks päikesekontuuris - külmumisvastaste vedelike vesilahused, vaheringides - vesi ja tarbijaahelas - õhk). Hoonete soojuse ja külmaga varustamiseks mõeldud aastaringsed kombineeritud päikesesüsteemid on mitmeahelalised ja sisaldavad täiendavat soojusallikat traditsioonilise orgaanilisel kütusel töötava soojusgeneraatori või soojustrafo näol. elektriskeem Päikeseküttesüsteem on näidatud joonisel 3. See sisaldab kolme tsirkulatsiooniahelat:
Päikeseküttesüsteem töötab järgmiselt. Päikesekollektorites 1 soojendatud soojusvastuvõtukontuuri jahutusvedelik (antifriis) siseneb soojusvahetisse 3, kus antifriisi soojus kandub toimel soojusvaheti 3 rõngasruumis ringlevale veele. sekundaarahela pumbast 8. Soojendatud vesi siseneb akumulatsioonipaaki 2. Vesi võetakse akumulatsioonipaagist sooja vee etteandepumba 8 abil, viiakse vajadusel dublieris 7 vajaliku temperatuurini ja siseneb hoone soojaveevarustussüsteemi. Akupaaki laetakse veevõrgust. Kütmiseks suunatakse vesi akumulatsioonipaagist 2 kolmanda ahela 8 pumba abil küttekehasse 5, mille kaudu juhitakse õhku ventilaatori 9 abil ja soojenemisena siseneb see hoonesse 4. päikesekiirguse või päikesekollektorite tekitatud soojusenergia nappuse korral lülitub sisse töö kahekordistaja 6. Päikese soojusvarustussüsteemi elementide valiku ja paigutuse määravad igal juhul klimaatilised tegurid, objekti otstarve, soojuse tarbimise režiim ja majandusnäitajad.
Joonisel 4 on kujutatud energiasäästliku keskkonnasõbraliku maja päikeseküttesüsteemi skeem.
Süsteem kasutab soojuskandjana: plusstemperatuuril vett ja kütteperioodil antifriisi (päikesekontuur), vett (teise korruse küttekontuuri) ja õhku (kolmas õhk-päikesekütte ringkond).
Varuallikana kasutati elektriboilerit ning üheks ööpäevaks soojuse kogumiseks kasutatakse kiviotsikuga akumulaatorit mahuga 5 m 3. Üks kuupmeeter kivikesi kogub päevas keskmiselt 5 MJ soojust.
Madala temperatuuriga soojussalvestussüsteemid hõlmavad temperatuurivahemikku 30–100 ◦C ja neid kasutatakse õhu- (30 ◦ C) ja vee (30–90 ◦ C) kütte- ja sooja vee (45–60 ◦ C) süsteemides.
Soojussalvestussüsteem sisaldab reeglina paaki, soojust salvestavat materjali, mille abil toimub soojusenergia akumuleerimine ja salvestamine, soojusvahetusseadmeid soojuse varustamiseks ja eemaldamiseks aku laadimise ja tühjenemise ajal ning soojusisolatsioon.
Patareid võib klassifitseerida vastavalt soojussalvestavates materjalides toimuvate füüsikaliste ja keemiliste protsesside laadile:
Enimkasutatavad soojusakud on mahtuvuslikud.
Soojushulk Q (kJ), mida saab akumuleerida mahtuvuslikku tüüpi soojusakumulaatorisse, määratakse valemiga
Kõige tõhusam soojust salvestav materjal vedelas päikeseküttesüsteemides on vesi. Soojuse hooajaliseks akumuleerimiseks on paljulubav maa-aluste reservuaaride, kivipinnase ja muude looduslike moodustiste kasutamine.
Kontsentreeruvad päikesevastuvõtjad on sfäärilised või paraboolsed peeglid (Joonis 5.), mis on valmistatud poleeritud metallist, mille fookusesse on paigutatud soojust vastuvõttev element (päikesekatel), mille kaudu ringleb jahutusvedelik. Soojuskandjana kasutatakse vett või mittekülmuvaid vedelikke. Kasutades vett soojuskandjana öösel ja külmal perioodil, tuleb süsteem tühjendada, et vältida selle külmumist.
Varustama kõrge efektiivsusega päikesekiirguse püüdmise ja muundamise protsessis, peab kontsentreeriv päikesevastuvõtja olema pidevalt suunatud rangelt Päikesele. Selleks on päikesevastuvõtja varustatud jälgimissüsteemiga, sealhulgas suunaanduriga Päikesele, elektrooniline üksus signaali muundamine, käigukastiga elektrimootor päikesevastuvõtja konstruktsiooni kahes tasapinnas pööramiseks.
Kontsentreeruvate päikesevastuvõtjatega süsteemide eeliseks on võime tekitada suhteliselt kõrgel temperatuuril (kuni 100 ◦ C) soojust ja ühtlast auru. Puuduste hulka kuuluvad kõrge hind konstruktsioonid; vajadus peegeldavate pindade pideva tolmust puhastamise järele; töötada ainult valgel ajal ja seetõttu on vaja suuri akusid; suur energiatarve Päikese kursi jälgimissüsteemi juhtimiseks, mis on proportsionaalne genereeritud energiaga. Need puudused takistavad aktiivsete laialdast kasutamist madala temperatuuriga süsteemid päikeseküte kontsentreerivate päikesevastuvõtjatega. Viimasel ajal kasutatakse madala temperatuuriga päikeseküttesüsteemides kõige sagedamini lamedaid päikesevastuvõtjaid.
Lameplaat päikesekollektor on soojusvaheti, mis on ette nähtud vedeliku või gaasi soojendamiseks päikeseenergia abil. Lamepäikesekollektorite ulatus - küttesüsteemid elamutele ja tööstushooned, kliimaseadmed, kuumaveesüsteemid, aga ka madala keemistemperatuuriga töövedelikuga elektrijaamad, mis töötavad tavaliselt Rankine tsükli järgi. Lamedad päikesekollektorid (pildid 6 ja 7) koosnevad klaasist või plastikust kattest (ühekordne, kahekordne, kolmekordne), päikesepoolselt küljelt mustaks värvitud soojust neelavast paneelist, isolatsioonist tagakülg ja korpus (metall, plast, klaas, puit).
Soojust vastuvõtva paneelina saate jahutusvedeliku jaoks kasutada mis tahes metall- või plastlehte, millel on kanalid. Soojust vastuvõtvad paneelid on valmistatud alumiiniumist või terasest kahte tüüpi: lehttoru ja stantsitud paneelid (toru lehes). Plastpaneele, mis on tingitud haprusest ja kiirest vananemisest päikesevalguse toimel, samuti madala soojusjuhtivuse tõttu, ei kasutata laialdaselt. Päikesekiirguse mõjul kuumenevad soojust vastuvõtvad paneelid temperatuurini 70–80 ◦ C, mis ületavad ümbritseva õhu temperatuuri, mistõttu suureneb paneeli konvektiivne soojusülekanne keskkonda ja oma kiirgus keskkonda. taevas. Jahutusvedeliku kõrgemate temperatuuride saavutamiseks kaetakse plaadi pind spektraalselt selektiivsete kihtidega, mis neelavad aktiivselt Päikese lühilainepikkust kiirgust ja vähendavad spektri pikalainelises osas enda soojuskiirgust. Sellised konstruktsioonid, mis põhinevad "mustal niklil", "mustal kroomil", vaskoksiidil alumiiniumil, vaskoksiidil vasel ja teistel, on kallid (nende maksumus on sageli proportsionaalne soojust vastuvõtva paneeli enda maksumusega). Teine võimalus lameplaatkollektorite jõudluse parandamiseks on soojuskadude vähendamiseks tekitada soojust neelava paneeli ja läbipaistva isolatsiooni vahele vaakum (neljanda põlvkonna päikesekollektorid).
Kollektori tööpõhimõte põhineb asjaolul, et see tajub päikesekiirgust piisavalt kõrge nähtava päikesevalguse neeldumisteguriga ja sellel on suhteliselt väikesed soojuskaod, sealhulgas läbipaistva läbilaskvuse tõttu. klaasist kate soojuskiirgusele töötemperatuuril. On selge, et saadud jahutusvedeliku temperatuuri määrab kollektori termiline tasakaal. Bilansi sisendosa on päikesekiirguse soojusvoog, võttes arvesse kollektori optilist efektiivsust; tarbimisosa määrab ära võetud kasulik soojus, summaarne soojuskao koefitsient ning töötemperatuuri ja keskkonna vahe. Kollektori täiuslikkuse määrab selle optiline ja termiline efektiivsus.
Optiline kasutegur ηо näitab, millise osa kollektori klaasipinnale jõudnud päikesekiirgusest neelab kiirgust neelav must pind, ning võtab arvesse energiakadusid, mis on seotud neeldumisega klaasis, peegeldumisega ja soojuse erinevusega. neelava pinna kiirguskoefitsient ühtsusest.
Lihtsaim päikesekollektor ühes klaasist poolläbipaistva kattega, ülejäänud pindade polüuretaanvahust isolatsiooni ja musta värviga kaetud neelduriga on optiline kasutegur ca 85% ja soojuskao koefitsient ca 5–6 W/(m 2 K ) (joonis 7). Tasase kiirt neelava pinna ja jahutusvedeliku torude (kanalite) kombinatsioon moodustab ühtse struktuurielement- absorbeerija. Selline kollektor suudab suvel keskmistel laiuskraadidel soojendada vett kuni 55–60 ◦ C ja selle keskmine päevane tootlikkus on 70–80 liitrit vett 1 m2 kerise pinna kohta.
Kõrgemate temperatuuride saamiseks kasutatakse selektiivkattega evakueeritud torukollektoreid (joonis 8).
Vaakumkollektoris eraldatakse päikesekiirgust neelavat musta pinda sisaldav ruumala keskkonnast evakueeritud ruumiga (neelaja iga element asetatakse eraldi klaastorusse, mille sisse tekib vaakum), mis võimaldab peaaegu täielikult välistada soojusjuhtivusest ja konvektsioonist tingitud soojuskaod keskkonda. Kiirguskadusid vähendatakse suures osas selektiivkatte kasutamisega. Vaakumkollektoris saab jahutusvedelikku soojendada kuni 120–150 ◦C. Vaakumkollektori efektiivsus on oluliselt kõrgem kui lamekollektoril, kuid see maksab ka palju rohkem.
Päikeseenergiapaigaldiste efektiivsus sõltub suuresti päikesekiirgust neelava pinna optilistest omadustest. Energiakadude minimeerimiseks on vajalik, et päikesespektri nähtavas ja lähiinfrapuna piirkonnas oleks selle pinna neeldumistegur võimalikult lähedane ühtsusele ning pinna enda soojuskiirguse lainepikkuste piirkonnas peegelduskoefitsient. peaks kalduma ühtsusele. Seega peavad pinnal olema selektiivsed omadused - see on hea lühilainekiirgust neelata ja pikalainelist kiirgust hästi peegeldada.
Optiliste omaduste selektiivsuse eest vastutava mehhanismi tüübi järgi eristatakse nelja selektiivsete kattekihtide rühma:
Vähestel teadaolevatel materjalidel on oma optiliste omaduste selektiivsus, näiteks W, Cu 2 S, HfC.
Kõige levinumad on kahekihilised selektiivkatted. Selektiivsete omaduste andmist vajavale pinnale kantakse kõrge peegeldusteguriga kiht spektri pika lainepikkuse piirkonnas, nagu vask, nikkel, molübdeen, hõbe ja alumiinium. Selle kihi peale kantakse kiht, mis on läbipaistev pika lainepikkusega piirkonnas, kuid millel on kõrge neeldumistegur spektri nähtavas ja lähiinfrapuna piirkonnas. Paljudel oksiididel on sellised omadused.
Pinna selektiivsust saab tagada puhtalt geomeetriliste teguritega: pinna ebakorrapärasused peavad spektri nähtavas ja lähiinfrapuna piirkonnas olema suuremad kui valguse lainepikkus ning väiksemad kui pinna enda soojuskiirgusele vastav lainepikkus. Esimene neist spektripiirkondadest on selline pind must ja teise jaoks peegel.
Selektiivsed omadused on dendriit- või poorse struktuuriga pindadel, millel on sobiva suurusega dendriitnõelad või -poorid.
Häireselektiivsed pinnad moodustavad mitmed katkendlikud metalli- ja dielektrikukihid, milles lühilainekiirgus häirete tõttu sumbub ja pikalainekiirgus peegeldub vabalt.
IEA andmetel oli 2001. aasta lõpuks 26 kõige aktiivsemas riigis paigaldatud kollektorite kogupindala umbes 100 miljonit m 2 , millest 27,7 miljonit m 2 basseine. Ülejäänud - lehtklaaskollektorid ja evakueeritud torukollektorid - kasutati sisse Sooja vee süsteemid või ruumide kütmiseks. Paigaldatud kollektorite osas 1000 elaniku kohta on liidrid Iisrael (608 m2), Kreeka (298) ja Austria (220). Neile järgnevad Türgi, Jaapan, Austraalia, Taani ja Saksamaa, kus paigaldatud kollektorite konkreetne pindala on 118–45 m 2 /1000 elaniku kohta.
EL-is oli 2004. aasta lõpuks paigaldatud päikesekollektorite kogupindala 13,96 miljonit m2 ja maailmas on see juba ületanud 150 miljonit m2. Päikesekollektorite pindala kasvab Euroopas keskmiselt 12% aastas ja aastal valitud riigid on tasemel 28-30% ja rohkem. Maailma liider kollektorite arvult tuhande elaniku kohta on Küpros, kus 90% majadest on varustatud päikesepaigaldistega (tuhande elaniku kohta on päikesekollektoreid 615,7 m 2), järgnevad Iisrael, Kreeka ja Austria. Paigaldatud kollektorite pindala poolest Euroopas on absoluutne liider Saksamaa - 47%, millele järgneb Kreeka - 14%, Austria - 12%, Hispaania - 6%, Itaalia - 4%, Prantsusmaa - 3%. Päikeseküttesüsteemide uute tehnoloogiate väljatöötamisel on Euroopa riigid vaieldamatud liidrid, kuid uute päikeseenergiapaigaldiste kasutuselevõtu osas jäävad nad Hiinast kaugele maha.
2004. aastal maailmas paigaldatud päikesekollektorite kogupinnast 78% paigaldati Hiinasse. Hiina IED-turg on viimasel ajal kasvanud 28% aastas.
2007. aastal oli maailmas paigaldatud päikesekollektorite kogupindala juba 200 miljonit m2, sealhulgas Euroopas üle 20 miljoni m2.
Tänapäeval on maailmaturul IED-i (joonis 9) maksumus koos 5–6 m 2 pindalaga kollektoriga, umbes 300-liitrise mahuga akumulatsioonipaagiga ja vajalike tarvikutega 300– 400 USA dollarit kollektori 1 m 2 kohta. Sellised süsteemid paigaldatakse peamiselt üksikutesse ühe- ja kahepereelamutesse ning neil on varukütteseade (elekter või gaas). Kui akumulatsioonipaak on paigaldatud kollektori kohale, saab süsteem edasi töötada looduslik ringlus(termosifooni põhimõte); akumulatsioonipaagi paigaldamisel keldrisse - sunnitud peale.
Maailma praktikas on väikesed päikeseküttesüsteemid kõige levinumad. Reeglina sisaldavad sellised süsteemid päikesekollektoreid kogupinnaga 2–8 m 2, akumulatsioonipaaki, mille võimsuse määrab paigaldatud kollektorite pindala, tsirkulatsioonipumpa (olenevalt kollektori tüübist). soojusahel) ja muud abiseadmed.
Aktiivsed süsteemid suur suurus, milles akumulatsioonipaak asub kollektorite all ja jahutusvedeliku ringlemine toimub pumba abil, kasutatakse neid sooja veevarustuse ja kütte vajadusteks. Osalise küttekoormuse katmisega seotud aktiivsetes süsteemides on reeglina tagatud varusoojusallikas, mis töötab elektri- või gaasitoitel.
Suhteliselt uus nähtus päikesekütte kasutamise praktikas - suured süsteemid, mis suudavad rahuldada sooja vee ja kütte vajadusi korterelamud või terved elamupiirkonnad. Sellistes süsteemides on ette nähtud kas igapäevane või hooajaline soojuse salvestamine. Igapäevane kogunemine tähendab võimalust kasutada süsteemi mitme päeva jooksul kogunenud soojuse tarbimisega, hooajaliselt - mitu kuud. Hooajaliseks soojuse salvestamiseks kasutatakse suuri veega täidetud maa-aluseid reservuaare, kuhu juhitakse kogu suve jooksul kollektoritelt saadud liigne soojus. Teine võimalus hooajaliseks akumuleerimiseks on pinnase soojendamine, kasutades kaevu torudega, mille kaudu kollektoritest ringleb kuum vesi.
Tabelis 1 on toodud igapäevase ja hooajalise soojussalvestusega suurte päikesesüsteemide peamised parameetrid võrreldes väikese ühepereelamu päikesesüsteemiga.
Tabel 1. - Päikeseküttesüsteemide peamised parameetrid Euroopas töötab hetkel 10 päikeseküttesüsteemi kollektoripinnaga 2400-8040 m 2, 22 süsteemi kollektoripinnaga 1000-1250 m 2 ja 25 süsteemi kollektoripinnaga 500-1000 m 2. Allpool on toodud mõnede suuremate süsteemide spetsifikatsioonid.
Hamburg (Saksamaa). Köetavate ruumide pindala on 14800 m2. Päikesekollektorite pindala on 3000 m 2 . Veesoojusakumulaatori maht on 4500 m 3 .
Friedrichshafen (Saksamaa). Köetavate ruumide pindala on 33000 m2. Päikesekollektorite pindala on 4050 m 2 . Veesoojusakumulaatori maht on 12000 m 3 .
Ulm-am-Neckar (Saksamaa). Köetavate ruumide pindala on 25000 m2. Päikesekollektorite pindala on 5300 m 2 . Maasoojusakumulaatori maht on 63400 m 3 .
Rostock (Saksamaa). Köetavate ruumide pindala on 7000 m2. Päikesekollektorite pindala on 1000 m2. Maasoojusakumulaatori maht on 20000 m 3 .
Hemnitz (Saksamaa). Köetavate ruumide pindala on 4680 m2. Vaakumpäikesekollektorite pindala on 540 m 2 . Kruus-vesi soojusakumulaatori maht on 8000 m 3 .
Attenkirchen (Saksamaa). Köetavate ruumide pindala on 4500 m2. Vaakumpäikesekollektorite pindala on 800 m 2 . Maasoojusakumulaatori maht on 9850 m 3 .
Saro (Rootsi). Süsteem koosneb 10 väikesed majad, sealhulgas 48 korterit. Päikesekollektorite pindala on 740 m 2 . Veesoojusakumulaatori maht on 640 m 3 . Päikesesüsteem katab 35% küttesüsteemi kogu soojuskoormusest.
Praegu on Venemaal mitmeid ettevõtteid, mis toodavad usaldusväärseks tööks sobivaid päikesekollektoreid. Peamised neist on Kovrovi mehaanikatehas, MTÜ Mashinostroenie ja CJSC ALTEN.
Kovrovi mehaanilise tehase kollektorid (joonis 10), millel puudub selektiivkate, on disainilt odavad ja lihtsad ning orienteeritud peamiselt siseturule. Praegu on Krasnodari territooriumil paigaldatud üle 1500 seda tüüpi kollektori.
NPO Mashinostroeniya kollektsionäär on omaduste poolest Euroopa standarditele lähedane. Päisabsorber on valmistatud selektiivkattega alumiiniumsulamist ja on mõeldud peamiselt töötamiseks kahekontuurilistes küttesüsteemides, kuna vee vahetu kokkupuude alumiiniumi sulamid võib põhjustada punktkorrosiooni kanalites, mida jahutusvedelik läbib.
ALTEN-1 kollektor on täiesti uue disainiga ja Euroopa standarditele vastav, seda saab kasutada nii ühe- kui ka kaheahelalistes soojusvarustusskeemides. Kollektorit iseloomustavad kõrge soojuslik jõudlus, lai valik kasutusvõimalusi, väike kaal ja atraktiivne disain.
Päikesekollektoritel põhinevate seadmete käitamise kogemus on näidanud selliste süsteemide mitmeid puudusi. Esiteks on see kollektorite kõrge hind, mis on seotud selektiivkatetega, klaaside läbipaistvuse suurendamisega, tolmuimejaga jne. Oluliseks puuduseks on vajadus klaasi sagedaseks puhastamiseks tolmust, mis praktiliselt välistab kollektori kasutamise tööstuses. alad. Päikesekollektorite pikaajalisel töötamisel, eriti in talvised tingimused, esineb nende sage rike, mis on tingitud klaasi valgustatud ja pimendatud alade ebaühtlasest laienemisest, mis on tingitud klaaside terviklikkuse rikkumisest. Samuti esineb suur protsent kollektori rikkeid transportimisel ja paigaldamisel. Kollektoriga süsteemide oluliseks puuduseks on ka ebaühtlane koormus aasta ja päeva jooksul. Kollektorite kasutamise kogemus Euroopa ja Venemaa Euroopa osa tingimustes, kus hajuskiirgus on suur (kuni 50%), näitas, et aastaringse autonoomse kuuma veevarustuse ja küttesüsteemi loomine on võimatu. Kõik keskmistel laiuskraadidel asuvad päikesekollektoriga päikesesüsteemid nõuavad suurte akumulatsioonipaakide paigaldamist ja täiendava energiaallika kaasamist süsteemi, mis vähendab nende kasutamise majanduslikku efekti. Sellega seoses on kõige otstarbekam neid kasutada piirkondades, kus päikesekiirgus on kõrge (mitte alla 300 W/m2).
elamutes ja administratiivhooned päikeseenergiat kasutatakse peamiselt soojuse kujul sooja vee, kütte, jahutuse, ventilatsiooni, kuivatamise jms vajaduste rahuldamiseks.
Päikesesoojuse kasutamine majanduslik punkt arvates on see kõige kasulikum sooja veevarustussüsteemide loomisel ja neile tehniliselt lähedases vee soojendamise paigaldistes (basseinides, tööstusseadmetes). Sooja veevarustus on hädavajalik igas elamus ning kuna sooja vee vajadus muutub aastaringselt suhteliselt vähe, on sellised paigaldised väga tõhusad ja tasuvad end kiiresti ära.
Mis puutub päikeseküttesüsteemidesse, siis nende kasutamise periood aasta jooksul on lühike, kütteperioodil on päikesekiirguse intensiivsus madal ja vastavalt sellele on kollektori pindala palju suurem kui soojaveevarustussüsteemides ning majanduslik efektiivsus on kõrgem. madalam. Tavaliselt ühendavad nad projekteerimisel päikesekütte ja sooja veevarustuse süsteemi.
Päikesejahutussüsteemides on tööperiood veelgi lühem (kolm suvekuud), mis toob kaasa pika seadmete seisaku ja väga madala kasutusmäära. Arvestades jahutusseadmete kõrget hinda, muutub süsteemide majanduslik efektiivsus minimaalseks.
Kütte ja jahutuse kombineeritud süsteemide (soe vesi, küte ja jahutus) seadmete aastane kasutusmäär on kõrgeim ning need süsteemid on esmapilgul tulusamad kui kombineeritud kütte- ja soojaveesüsteemid. Kui aga võtta arvesse vajalike päikesekollektorite ja jahutussüsteemi mehhanismide maksumust, on sellised päikesepatareipaigaldised väga kallid ja tõenäoliselt majanduslikult tasuvad.
Päikeseküttesüsteemide loomisel tuleks kasutada passiivseid skeeme, mis näevad ette hoone soojapidavuse suurendamise ja aknaavadest siseneva päikesekiirguse efektiivse kasutamise. Soojusisolatsiooni probleem tuleb lahendada arhitektuursete ja konstruktsioonielementide baasil, kasutades vähesoojust juhtivaid materjale ja konstruktsioone. Soovitatav on puudujääv soojus tasa teha aktiivsete päikesesüsteemide abil.
Päikesepaigaldiste laialdase kasutamise põhiprobleem on seotud nende majandusliku efektiivsuse puudumisega võrreldes traditsiooniliste küttesüsteemidega. Soojusenergia maksumus päikesekollektoritega paigaldistes on kõrgem kui traditsiooniliste kütustega seadmetes. Päikeseenergiapaigaldise tasuvusaeg T ok saab määrata järgmise valemiga:
Päikesekollektorite paigaldamise majanduslikku efekti tsentraliseeritud energiavarustuse piirkondades E saab määratleda kui tulu energia müügist kogu paigalduse eluea jooksul, millest on maha arvatud tegevuskulud:
Tabelis 2 on toodud päikeseküttesüsteemide maksumus (1995. aasta hindades). Andmed näitavad, et kodumaised arendused on 2,5–3 korda odavamad kui välismaised.
Kodumaiste süsteemide madal hind on seletatav asjaoluga, et need on valmistatud odavatest materjalidest, disainilt lihtsad ja orienteeritud siseturule.
Tabel 2. Päikeseküttesüsteemide maksumus Konkreetne majanduslik efekt (E/S) kaugkütte valdkonnas, olenevalt kollektorite kasutusajast, jääb vahemikku 200-800 rubla/m 2 .
Palju suurema majandusliku efekti annavad päikesekollektoritega soojusvarustuspaigaldised tsentraliseeritud energiavõrkudest kaugemal asuvates piirkondades, mis moodustavad Venemaal üle 70% Venemaa territooriumist, kus elab umbes 22 miljonit inimest. Need seadmed on loodud töötama võrguühenduseta üksikute tarbijate jaoks, kus soojusenergia vajadus on väga suur. Samas on traditsiooniliste kütuste omahind transpordikulude ja transpordi käigus tekkivate kütusekadude tõttu palju suurem kui nende maksumus kaugküttepiirkondades, st piirkondlik tegur r р sisaldub C tr piirkonna kütusekulus:
kus r р > 1 ja võib selle väärtust erinevate piirkondade jaoks muuta. Samal ajal jääb tehase C ühikuhind võrreldes C tr-ga peaaegu muutumatuks. Seetõttu asendades C t valemites C tr-ga
tsentraliseeritud võrkudest kaugemal asuvate autonoomsete paigaldiste arvutatud tasuvusaeg väheneb r p korda ja majanduslik efekt suureneb võrdeliselt r p-ga.
Tänapäeva Venemaa tingimustes, kus energiahinnad on transporditingimuste tõttu pidevalt kasvavad ja piirkonniti ebaühtlased, sõltub päikesekollektorite kasutamise majandusliku otstarbekuse üle otsustamine suuresti kohalikest sotsiaalmajanduslikest, geograafilistest ja klimaatilistest tingimustest.
Tarbija katkematu energiavarustuse seisukohast on kõige tõhusamad kombineeritud tehnoloogilised süsteemid, mis kasutavad kahte või enamat taastuvenergia allikat.
Päikesesoojusenergia suudab täielikult rahuldada maja sooja vee vajadused suveaeg. Sügis-kevadperioodil saab Päikesest saada kuni 30% kütteks ja kuni 60% sooja veevarustuse vajadusest.
Viimastel aastatel on aktiivselt arendatud soojuspumpadel põhinevaid maaküttesüsteeme. Nagu eespool märgitud, kasutatakse sellistes süsteemides peamise soojusallikana madala potentsiaaliga (20–40 ◦ C) termilist vett või maakoore ülemistest kihtidest saadavat petrotermilist energiat. Maasoojuse kasutamisel kasutatakse maasoojusvahetiid, mis asetatakse kas 100–300 m sügavustesse püstkaevudesse või horisontaalselt mingile sügavusele.
Efektiivseks soojuseks ja kuum vesi IPG DSC RAS-i väikese võimsusega detsentraliseeritud tarbijad töötasid välja kombineeritud päikese-geotermilise süsteemi (joonis 11).
Selline süsteem koosneb päikesekollektorist 1, soojusvahetist 2, akumulatsioonipaagist 3, soojuspumbast 7 ja soojusvaheti kaevust 8. Päikesekollektori kaudu ringleb jahutusvedelik (antifriis). Jahutusvedelikku soojendatakse päikesekollektoris Päikese energia abil ja seejärel eraldatakse soojusenergiat veele läbi soojusvaheti 2, mis on ehitatud akumulatsioonipaaki 3. Kuuma vett hoitakse akumulatsioonipaagis kuni selle kasutamiseni, nii et sellel peab olema hea soojusisolatsioon. Primaarringis, kus asub päikesekollektor, saab kasutada jahutusvedeliku loomulikku või sunnitud ringlust. Sisseehitatud säilituspaaki ja elektriline küttekeha 6. Kui temperatuur paagis langeb alla seatud väärtuse (pikk pilvine ilm või paar tundi päikesepaistet talvel), lülitub elektrikeris automaatselt sisse ja soojendab vee seatud temperatuurini.
Päikesekollektori seade töötab aastaringselt ja varustab tarbijat sooja veega ning soojuspumba (HP) ja 100–200 m sügavusega soojusvaheti kaevuga madaltemperatuuriline põrandakütteseade võetakse tööle ainult kütmise ajaks. periood.
HP tsüklis laskub kaevu soojusvaheti rõngakujulisse ruumi külm vesi temperatuuriga 5 ◦ C ja eemaldab ümbritseva kivimi madala potentsiaaliga soojuse. Seejärel tõuseb olenevalt kaevu sügavusest 10–15 ◦ C-ni kuumutatud vesi mööda keskset torujuhet maapinnale. Soojuse vastupidise väljavoolu vältimiseks on kesksammas väljastpoolt soojusisoleeritud. Pinnal siseneb vesi kaevust HP aurustisse, kus madala keemistemperatuuriga tööaine kuumutatakse ja aurustatakse. Pärast aurustit suunatakse jahutatud vesi uuesti kaevu. Kütteperioodil toimub kaevus pideva veeringlusega kaevu ümbruse kivimi järkjärguline jahtumine.
Arvutuslikud uuringud näitavad, et jahutusfrondi raadius võib kütteperioodil ulatuda 5–7 m. Vahekütteperioodil, kui küttesüsteem on välja lülitatud, toimub temperatuuri osaline (kuni 70%) taastumine. väli kaevu ümber kivimite soojuse sissevoolu tõttu väljaspool jahutustsooni; jõuda täielik taastumine temperatuuriväli kaevu ümber selle seisaku ajal ei ole võimalik.
Päikesekollektorid paigaldatakse lähtuvalt süsteemi talvisest tööperioodist, mil päikest on minimaalselt. Suvel suunatakse osa akumulatsioonipaagi kuumast veest kaevu, et täielikult taastada temperatuur kaevu ümbritsevas kivis.
Mittekütteperioodil on ventiilid 13 ja 14 suletud ning avatud ventiilide 15 ja 16 korral pumbatakse akupaagist kuum vesi tsirkulatsioonipumba abil kaevu rõngakujulisse ruumi, kus selle langetamisel soeneb. toimub vahetus kaevu ümbritseva kiviga. Edasi suunatakse jahutatud vesi tsentraalse soojusisolatsiooniga kolonni kaudu tagasi mahutisse. Kütteperioodil on seevastu klapid 13 ja 14 avatud ning ventiilid 15 ja 16 suletud.
Kavandatavas tehnoloogiline süsteem Päikeseenergia potentsiaali kasutatakse vee soojendamiseks sooja veevarustussüsteemis ja kivide soojendamiseks kaevu ümber madalatemperatuurilises küttesüsteemis. Soojustagastus kivis võimaldab soojusvarustussüsteemi töötada majanduslikult optimaalsel režiimil.
Päike on planeedil Maa oluline energiaallikas. Päikeseenergia muutub väga sageli mitmesuguste arutelude objektiks. Niipea, kui ilmub uue päikeseelektrijaama projekt, tekivad küsimused efektiivsuse, võimsuse, investeeritud vahendite suuruse ja tasuvusaegade kohta.
On teadlasi, kes näevad päikesesoojuselektrijaamades ohtu keskkonnale. Termilistes päikeseelektrijaamades kasutatavad peeglid soojendavad õhku väga kuumaks, mis toob kaasa kliimamuutuse ja möödalendavate lindude hukkumise. Vaatamata sellele on viimastel aastatel päikesesoojuselektrijaamad üha laiemalt levinud. 1984. aastal võeti Californias Cramer Junctioni lähedal Mojabe kõrbes tööle esimene päikeseelektrijaam (joonis 6.1). Jaam sai nimeks Solar Energy Generating System ehk lühidalt SEGS.
Riis. 6.1. Päikeseelektrijaam Mojabe kõrbes Selles elektrijaamas kasutatakse päikesekiirgust auru tootmiseks, mis pöörab turbiini ja toodab elektrit. Päikesesoojuselektri tootmine suures mahus on üsna konkurentsivõimeline. Praegu on USA kommunaalettevõtete poolt juba ehitatud päikesesoojuselektrijaamu, mille installeeritud koguvõimsus on üle 400 MW, mis varustavad elektriga 350 000 inimest ja asendavad aastas 2,3 miljonit barrelit naftat. Mojabe kõrbes asuval üheksal elektrijaamal on installeeritud võimsus 354 MW. Teistes maailma piirkondades peaks peagi algama ka päikesesoojuse kasutamise projektid elektri tootmiseks. India, Egiptus, Maroko ja Mehhiko töötavad välja vastavaid programme. Nende rahastamiseks annab toetusi Global Environment Facility (GEF). Kreekas, Hispaanias ja USA-s arendavad sõltumatud elektritootjad uusi projekte.
Soojuse tootmismeetodi järgi jagunevad päikesesoojuselektrijaamad päikesekontsentraatoriteks (peegliteks) ja päikesetiikideks.
Soojuselektrijaamad koondavad päikeseenergiat läätsede ja helkurite abil. Kuna seda soojust saab salvestada, saavad sellised jaamad toota elektrit vastavalt vajadusele, päeval või öösel, iga ilmaga. Suured peeglid – punkti- või joonefookusega – keskenduvad Päikesekiired sellisel määral, et vesi muutub auruks, vabastades samas piisavalt energiat turbiini pööramiseks. Need süsteemid suudavad päikeseenergiat elektrienergiaks muuta umbes 15% efektiivsusega. Kõik soojuselektrijaamad, välja arvatud päikesetiigid, kasutavad kõrgete temperatuuride saavutamiseks kontsentraatoreid, mis peegeldavad Päikese valgust suuremalt pinnalt väiksemale vastuvõtjapinnale. Tavaliselt koosneb selline süsteem kontsentraatorist, vastuvõtjast, jahutusvedelikust, salvestussüsteemist ja energia ülekandesüsteemist. Kaasaegsed tehnoloogiad hõlmavad paraboolkontsentraatoreid, päikeseparaboolpeegleid ja päikeseenergia torne. Neid saab kombineerida fossiilkütuste põletusseadmetega ja mõnel juhul kohandada soojuse salvestamiseks. Sellise hübridisatsiooni ja soojussalvestuse peamine eelis seisneb selles, et selline tehnoloogia võimaldab elektritootmise ajakava koostamist, st elektrienergia tootmist saab teostada ajal, mil see on vajalik. Hübridiseerimine ja soojuse salvestamine võivad tõsta toodetud elektri majanduslikku väärtust ja vähendada selle keskmist maksumust.
Mõned termilised päikeseelektrijaamad kasutavad paraboolpeegleid, mis koondavad päikesevalguse soojusülekandevedelikku sisaldavatele vastuvõtutorudele. See vedelik kuumutatakse peaaegu 400 ºC-ni ja pumbatakse läbi mitmete soojusvahetite; see tekitab ülekuumendatud auru, mis käivitab tavapärase turbiingeneraatori elektri tootmiseks. Soojuskadude vähendamiseks võib vastuvõtutoru ümbritseda läbipaistva klaastoruga, mis asetatakse piki silindri fookusjoont. Reeglina hõlmavad sellised paigaldised ühe- või kaheteljelisi päikesejälgimissüsteeme. Harvadel juhtudel on need paigal (joon. 6.2).
Riis. 6.2. Päikesepatarei paigaldus paraboolkontsentraatoriga Selle tehnoloogia hinnangud näitavad, et toodetud elektrienergia on teistest päikeseelektrijaamadest kõrgem. Selle põhjuseks on päikesekiirguse madal kontsentratsioon, madalam temperatuur. Suurema kasutuskogemuse, täiustatud tehnoloogia ja väiksemate tegevuskuludega võivad paraboolkontsentraatorid olla lähituleviku kõige odavam ja töökindlam tehnoloogia.
Taldriku tüüpi päikesepatareiseadmed on satelliitantenniga sarnase kujuga paraboolsete taldrikupeeglite patarei, mis suunavad päikeseenergia iga taldri fookuspunktis asuvatele vastuvõtjatele (joonis 6.3). Vastuvõtjas olev vedelik kuumutatakse kuni 1000°C ja seda kasutatakse vahetult elektri tootmiseks vastuvõtjaga ühendatud väikeses mootoris ja generaatoris.
Riis. 6.3. Päikesepaneeli tüüp Kõrge optiline efektiivsus ja madalad algkulud muudavad peegel-/mootorsüsteemid kõigist päikeseenergia tehnoloogiatest kõige tõhusamaks. Stirlingi mootor ja paraboolpeeglisüsteem hoiavad päikeseenergia kõige tõhusama elektrienergiaks muundamise maailmarekordit. 1984. aastal saavutas Californias asuv Rancho Mirage praktilise efektiivsuse 29%. Tänu modulaarsele disainile on sellised süsteemid parim variant rahuldada elektrienergia nõudlust nii autonoomsete tarbijate kui ka ühises võrgus töötavate hübriidtarbijate jaoks.
Päikeseelektrijaamad keskvastuvõtjaga tornitüüp Keskvastuvõtjaga päikeseenergiatornides kasutatakse heliostaadi helkurite pöörlevat välja. Need suunavad päikesevalguse torni otsa ehitatud kesksele vastuvõtjale, mis neelab soojusenergiat ja käitab turbiingeneraatorit (joonis 6.4, joon. 6.5).
Riis. 6.4. Keskvastuvõtjaga päikeseenergia torn Arvutiga juhitav kaheteljeline jälgimissüsteem positsioneerib heliostaadid nii, et peegeldunud päikesekiired on paigal ja langevad alati vastuvõtjale. Vastuvõtjas ringlev vedelik kannab soojust edasi soojusakumulaator auru kujul. Aur juhib turbiini elektri tootmiseks või seda kasutatakse otse tööstuslikud protsessid. Vastuvõtja temperatuurid ulatuvad vahemikku 500–1500 ºC. Tänu soojuse akumuleerumisele on tornielektrijaamadest saanud unikaalne päikesetehnoloogia, mis võimaldab toota elektrit etteantud ajakava järgi.
Riis. 6.5. Päikeseenergia torn "Solar Two" Californias Ei teravustamispeeglid ega päikesepatareid ei suuda öösel elektrit toota. Selleks tuleb päeva jooksul kogunenud päikeseenergia salvestada soojussalvestitesse. See protsess toimub looduslikult nn päikesetiikides (joonis 6.6).
Riis. 6.6. Päikesetiigi seadme skeem Päikesetiikidel on vee põhjas kõrge soolasisaldus, mittekonvektiivne keskmine veekiht, milles soolade kontsentratsioon suureneb koos sügavusega, ja madala soolasisaldusega konvektiivne kiht veepinnal. päikesevalgus langeb tiigi pinnale ning kõrge soolasisalduse tõttu säilib soojus vee alumistes kihtides. Vesi kõrge soolsus, mida soojendab tiigi põhjas neelduv päikeseenergia, ei saa oma suure tiheduse tõttu tõusta. See jääb tiigi põhja, kuumutades järk-järgult kuni peaaegu keemiseni. Kuuma põhja "soolvee" kasutatakse päeval või öösel soojusallikana, tänu millele saab spetsiaalne orgaanilise jahutusvedeliku turbiin toota elektrit. Päikesetiigi keskmine kiht toimib soojusisolatsioonina, vältides konvektsiooni ja soojuskadu põhjast pinnale. Temperatuuride erinevus tiigi vee põhja ja pinna vahel on generaatori käitamiseks piisav. Torude kaudu läbi alumise veekihi juhitud jahutusvedelik juhitakse edasi suletud Rankini süsteemi, milles turbiin pöörleb ja toodab elektrit.
Keskvastuvõtjaga päikeseelektritornid ja paraboolkontsentraatoritega päikeseelektrijaamad töötavad optimaalselt suurte, võrku ühendatud elektrijaamade osana võimsusega 30-200 MW, plaaditüüpi päikeseelektrijaamad aga koosnevad moodulitest ja neid saab kasutada nii sisse autonoomsed paigaldised, ja rühmad koguvõimsusega mitu megavatti.
Tabel 6.1 Päikesesoojuselektrijaamade karakteristikud Päikese paraboolkontsentraatorid on vaieldamatult kõige arenenum päikeseenergia tehnoloogia ja neid hakatakse tõenäoliselt lähitulevikus kasutama. Keskvastuvõtjaga torn-tüüpi elektrijaamad võivad tänu oma tõhusale soojussalvestumisvõimele lähiajal saada ka päikeseelektrijaamadeks. Poppet tüüpi seadmete modulaarne olemus võimaldab neid kasutada väiksemates seadmetes. Keskvastuvõtjaga päikesetorni tüüpi elektrijaamad ja taldrikutüüpi elektrijaamad võimaldavad saavutada päikeseenergia elektrienergiaks muundamise efektiivsuse kõrgemaid väärtusi madalama hinnaga kui päelektrijaamad. Tabelis. 6.1 näitab päikese soojusenergia tootmise kolme võimaluse põhiomadusi.
Milleks soojuslikke päikesekollektoreid kasutatakse? Kus neid saab kasutada - rakendused, rakendused, kollektsionääride plussid ja miinused, spetsifikatsioonid, tõhusus. Kas seda on võimalik ise teha ja kui õigustatud on. Kasutusskeemid ja väljavaated.
Koguja ja päikesepatarei kaks erinevat seadet. Aku kasutab päikeseenergia muundamist elektrienergiaks, mis salvestatakse akudesse ja kasutatakse koduseks tarbeks. Päikesekollektorid on sarnaselt soojuspumbaga mõeldud koguma ja akumuleerima keskkonnasõbralikku päikeseenergiat, mille muundamisel soojendatakse vett või kütet. Tööstuslikus mastaabis on laialdaselt kasutusele võetud päikesesoojuselektrijaamad, mis muudavad soojuse elektriks.
Kollektsionäärid koosnevad kolmest põhiosast:
Paneelid esitatakse torukujulise radiaatorina, mis on paigutatud välise klaasseinaga karpi. Need tuleb asetada igasse hästi valgustatud kohta. Vedelik siseneb paneelradiaatorisse, mis seejärel soojeneb ja liigub esikambrisse, kus külm vesi asendub kuuma veega, mis tekitab süsteemis pideva dünaamilise rõhu. Sel juhul siseneb külm vedelik radiaatorisse ja kuum vedelik mahutisse.
Standardpaneele on lihtne kohandada mis tahes tingimustega. Spetsiaalsete kinnitusprofiilide abil saab neid paigaldada üksteisega paralleelselt järjest piiramatul arvul. Alumiiniumist kinnitusprofiilidesse puuritakse augud ja kinnitatakse paneelide külge altpoolt poltide või neetidega. Pärast töö lõpetamist moodustavad päikesepaneelid koos kinnitusprofiilidega ühtse jäiga konstruktsiooni.
Päikeseküttesüsteem jaguneb kahte rühma: õhkjahutusega ja vedelikjahutusega. Kollektorid püüavad ja neelavad kiirgust ning, muutes selle soojusenergiaks, edastavad selle salvestuselemendile, millest soojus jaotub kogu ruumis. Kõiki süsteeme saab täiendada abiseadmed(tsirkulatsioonipump, rõhuandurid, kaitseklapid).
AT päeval soojuskiirgus kandub läbi kollektori ringlevale jahutusvedelikule (vesi või antifriis). Kuumutatud jahutusvedelik edastab energiat selle kohal asuvasse boileri paaki, mis kogub vett kuuma veevarustuseks. Lihtsa variandi puhul ringleb vesi vooluringis sooja ja külma vee tiheduse erinevuse tõttu loomulikult ning tsirkulatsiooni käigushoidmiseks kasutatakse spetsiaalset pumpa. Tsirkulatsioonipump on ette nähtud vedeliku aktiivseks pumpamiseks läbi konstruktsiooni. 
Keerulisemas versioonis sisaldub kollektor eraldi vooluringis, mis on täidetud vee või antifriisiga. Pump aitab neil ringlema hakata, kandes samal ajal salvestatud päikeseenergia soojusisolatsiooniga akumulatsioonipaaki, mis võimaldab soojust salvestada ja vajadusel kaasa võtta. Kui energiat ei jätku, lülitub paagi konstruktsioonis olev elektri- või gaasikütteseade automaatselt sisse ja hoiab vajalikku temperatuuri.
Need, kes soovivad oma koju päikeseküttesüsteemi, peaksid esmalt otsustama sobivaima kollektoritüübi üle.
Esitatakse kinnises karbis karastatud klaas ja millel on spetsiaalne kiht, mis neelab päikesesoojust. See kiht on ühendatud torudega, mille kaudu jahutusvedelik ringleb. Mida rohkem energiat see saab, seda suurem on selle efektiivsus. Soojuskadude vähendamine paneelis endas ja suurima soojuse neeldumise tagamine neeldumisplaatidel võimaldab maksimaalselt koguda energiat. Stagnatsiooni puudumisel on lamekollektorid võimelised soojendama vett kuni 200 °C. Need on mõeldud basseinide vee soojendamiseks, koduseks kasutamiseks ja kodu kütmiseks.
See on klaaspatarei (õõnestorude seeria). Välimisel akul on läbipaistev pind, sisemine aku on kaetud spetsiaalse kihiga, mis püüab kinni kiirgust. Sise- ja välisakude vaheline vaakumkiht aitab säästa umbes 90% neelduvast energiast. Soojusjuhid on spetsiaalsed torud. Paneeli kuumutamisel muundatakse aku alumises osas olev vedelik auruks, mis tõuseb ülespoole ja kannab soojuse kollektorisse. Seda tüüpi süsteem on tõhusam kui kollektorid. tasane tüüp, kuna seda saab kasutada madalatel temperatuuridel ja kehvades valgustingimustes. Vaakumpäikesepatarei võimaldab soojendada jahutusvedeliku temperatuuri kuni 300 °C, kasutades mitmekihilist klaaskatet ja tekitades kollektoritesse vaakumi.
Päikeseküttesüsteemid töötavad kõige tõhusamalt sellise seadmega nagu soojuspump. Mõeldud koguma keskkonnast energiat sõltumata ilmastikutingimustest ja paigaldatav majja sisse. Energiaallikaks võib siin olla vesi, õhk või pinnas. Soojuspumpa saab kasutada ainult päikesekollektorite abil, kui päikeseenergiat on piisavalt. Kombineeritud "soojuspumba ja päikesekollektori" süsteemi kasutamisel ei ole kollektori tüübil tähtsust, kuid sobivaim variant on päikesevaakumpaku.
Päikeseküttesüsteemi saab paigaldada igat tüüpi katusele. Lamekollektoreid peetakse vastupidavamaks ja töökindlamaks, erinevalt vaakumkollektoritest, mille disain on hapram. Kui aga lamekollektor on kahjustatud, tuleb välja vahetada kogu neeldumissüsteem, vaakumkollektori puhul aga ainult kahjustatud aku. 
Vaakumkollektori efektiivsus on palju kõrgem kui lamekollektoril. Neid saab kasutada talvel ja toodavad pilvise ilmaga rohkem võimsust. Soojuspump on vaatamata kõrgele hinnale üsna laialt levinud. Vaakumkollektorite energia väljund sõltub torude suurusest. Tavaliselt peaksid torude mõõtmed olema 58 mm läbimõõduga ja pikkusega 1,2-2,1 meetrit. Kollektorit on oma kätega üsna raske paigaldada. Teatud teadmised, aga ka seadmete ostmisel märgitud üksikasjalike paigaldusjuhiste järgimine ja süsteemi asukoha valimine lihtsustab oluliselt ülesannet ja aitab päikesekütte majja tuua.
Oma kätega eramaja päikesekütte ehitamine pole nii keeruline ülesanne, kui väheteadlikule võhikule tundub. Selleks on vaja keevitaja oskusi ja materjale, mis on saadaval igas riistvarapoes.
Täieliku autonoomia saavutamine on iga eraehitust alustava omaniku unistus. Kuid kas päikeseenergia on tõesti võimeline elamut kütma, eriti kui selle kogumise seade on kokku pandud garaažis?
Olenevalt piirkonnast võib päikesevoog anda alates 50 W/m² pilvisel päeval kuni 1400 W/m² selges suvetaevas. Selliste näitajate korral on isegi primitiivne madala efektiivsusega (45-50%) kollektor, mille pindala on 15 ruutmeetrit. suudab toota umbes 7000-10000 kWh aastas. Ja sellega säästeti 3 tonni küttepuid tahkeküttekatla jaoks!
Nagu selgub, tõhus küttesüsteem selle rakendamine eranditult päikeseenergia kasutamisega on üsna problemaatiline. Ju siis sünges talveaeg päikesekiirgust on väga vähe ja paigutada kollektor pindalaga 120 ruutmeetrit. alati ei õnnestu.
Niisiis, kas päikesekollektorid ei tööta? Ärge hinnake neid enne tähtaega. Nii et sellise ajami abil saab suvel hakkama ilma boilerita – võimsust jätkub perele sooja veega varustamiseks. Talvel on võimalik energiakulusid vähendada, varustades päikesekollektorist juba soojendatud vett elektriboilerisse.
Lisaks on päikesekollektor suurepäraseks abiliseks soojuspumbale madala temperatuuriga küttega majas (soojad põrandad).
Nii et talvel kasutatakse soojendatud jahutusvedelikku soojad põrandad, ja suvel saab üleliigse soojuse suunata maasoojusringi. See vähendab soojuspumba võimsust.
Maasoojus ju ei uuene, nii et aja jooksul tekib pinnase paksusesse aina suurem “külmakott”. Näiteks tavapärases maasoojusringis on kütteperioodi alguses temperatuur +5 kraadi ja lõpus -2C. Kütmisel tõuseb algtemperatuur +15 C-ni ja kütteperioodi lõpuks ei lange alla +2C.
Enesekindlal meistril pole termokollektorit keeruline kokku panna. Võite alustada väikesest seadmest sooja vee pakkumiseks riigis ja eduka katse korral liikuda täieõigusliku päikesejaama loomisega.
Lihtsaim kollektor on lame. Tema seadme jaoks vajate:
Päikesekollektori kokkupanek on üsna lihtne:
Kollektori täielikuks toimimiseks vajate akumulatsioonipaaki. Seda saab valmistada plastikust tünn, väljast isoleeritud, millesse on spiraalina paigaldatud päikesekollektoriga ühendatud soojusvaheti. Kuuma vee sisselaskeava peaks olema ülaosas ja külma väljalaskeava all.
Oluline on paak ja kollektor õigesti paigutada. Vee loomuliku tsirkulatsiooni tagamiseks peab paak asuma kollektori kohal ja torud peavad olema püsiva kaldega.
Kui keevitusmasinaga sõprust sõlmida ei õnnestunud, saab käepärast lihtsa päikeseküttekeha valmistada. Näiteks plekkpurkidest. Selleks tehakse põhja augud, pangad ise kinnitatakse üksteise külge hermeetikuga ja istuvad sellel PVC-torude ristmikel. Need on värvitud mustaks ja mahuvad klaasi alla raami sisse samamoodi nagu tavalised torud.
Miks mitte kaunistada maja tavalise voodri asemel millegi kasulikuga? Näiteks tehes päikeseküttekeha kogu seina lõunaküljele.
Selline lahendus võimaldab optimeerida küttekulusid korraga kahes suunas - vähendada energiakulusid ja oluliselt vähendada fassaadi täiendava soojustamise tõttu soojuskadusid.
Seadet on lihtne häbistada ja see ei vaja eritööriistu:
Kui see meetod tundub keeruline, näitab video tinavalikut, polüpropüleenist torud ja filmid. Kui palju lihtsam!
Küttesüsteemid jagunevad järgmiselt: passiivsed (vt ptk 5); aktiivsed, mis kasutavad enamasti vedelaid päikesekollektoreid ja akumulatsioonipaake; kombineeritud.
Välismaal kasutatakse laialdaselt õhkküttesüsteeme, kus akudena kasutatakse ehituskonstruktsioone või selle all olevat spetsiaalset kivitäidist. Meie riigis töötavad selles suunas Usbekistani NSV Teaduste Akadeemia Füüsikalise Tehnika Instituut ja TbilZNIIEP, kuid töö tulemused on selgelt ebapiisavad ja hästi kohandatud lahendusi pole loodud, kuigi õhusüsteemid teoreetiliselt tõhusamad kui vedelad, kus tegelik küttesüsteem on valmistatud madala temperatuuriga paneel-kiirgusega või tavaliste kütteseadmetega kõrge temperatuuriga. Meie riigis töötasid vedelsüsteemidega hooned välja IVTAN, FTI AN UzSSR, TashZNIIEP, TbilZNIIEP, KievZNIIEP ja teised ja mõnel juhul püstitatud.
Suur hulk teavet aktiivsete päikeseküttesüsteemide kohta on toodud 1980. aastal ilmunud raamatus. Edasi kirjeldatakse kahte KievZNIIEP poolt välja töötatud individuaalset elamut, mis on ehitatud ja katsetatud autonoomsete päikeseküttesüsteemidega: madala temperatuuriga paneel-kiirgusega küttesüsteemiga (elamu Kolesnoje külas, Odessa oblastis) ja soojuspumbaga. (elamu Moldaavia NSV-s Bucuria külas).
Külas asuvasse elamusse päikeseküttesüsteemi arendamisel. Kolesnoe, tehti maja arhitektuurses ja ehituslikus osas (projekt UkrNIIPgrazhdanselskstroy) mitmeid muudatusi, mille eesmärk oli kohandada see päikeseenergiaga varustamise nõuetele: kasutati tõhusat välisseinte isolatsiooniga müüritist ja aknaavade kolmekordset klaaspaketti. ; küttesüsteemi spiraalid on kombineeritud põrandatevaheliste lagedega; seadmete paigutamiseks on ette nähtud kelder; teostati pööningu täiendav soojustamine ja väljatõmbeõhu soojustagastus.
Arhitektuurilt ja planeeringult on maja tehtud kahel tasapinnal. Esimesel korrusel on eestuba, ühisruum, magamistuba, köök, vannituba ja panipaigad ning teisel korrusel kaks magamistuba ja vannituba, toidu valmistamiseks on ette nähtud elektripliit. Päikeseküttesüsteemi seadmed (v.a kollektorid) asuvad keldris; elektriboilerid on süsteemi alamuuringud, mis võimaldab teostada hoonesse ühekordset energiasisendit ja parandada eluaseme mugavust.
Elamu päikeseküttesüsteem (Joonis 4.1) koostatud Alates kolm ahelat: soojust vastuvõttev tsirkulatsioon ja kütte- ja soojaveekontuurid. Neist esimene sisaldab päikeseveeboilereid, akumulatsioonipaagi soojusvaheti spiraali, tsirkulatsioonipumpa ja torus-torus soojusvahetit, et süsteem töötaks suvel loomulikul tsirkulatsioonil. Seadmed on ühendatud torustike süsteemiga koos liitmike, mõõteriistade ja automaatikaseadmetega. Tsirkulatsioonikontuuri soojuskandja jaoks mõeldud kahesektsiooniline spiraalsoojusvaheti pindalaga 4,6 m2 ja soojaveevarustussüsteemi ühe sektsiooniga soojusvaheti pindalaga 1,2 m2 on paigaldatud akumulatsioonipaak mahuga 16 m3. Paagi soojusmahutavus veetemperatuuriga +45 °C tagab elamule kolme ööpäeva soojavajaduse. Maja katuseharja all asub torus-torus tüüpi soojusvaheti pindalaga 1,25 m2.
Küttekontuur koosneb kahest järjestikku ühendatud sektsioonist: paneeli-kiirgusega küttepaneelid, mis tagavad süsteemi töö põhirežiimis vee temperatuuride erinevusega 45 ... 35 ° C, ja vertikaalne ühetoru. "Comfort" tüüpi konvektoritega, mis tagavad küttesüsteemi tippkoormused vee temperatuuri erinevusega 75 ... 70 ° C. Küttepaneelide torude mähised on põimitud ümmarguste õõnespaneelide krohvi viimistluskihti lagi. Akende alla on paigaldatud konvektorid. Tsirkulatsioon küttesüsteemis on ergutav. Vee tippkütet teostab läbivooluga elektriboiler EPV-2 võimsusega 10 kW; See toimib ka küttesüsteemi alaõppena.
Sooja vee vooluring sisaldab akumulatsioonipaaki sisseehitatud soojusvahetit ning sulgur- ja varusüsteemina teist läbivooluga elektriboilerit.
Kütteperioodil kantakse kollektoritest tulev soojus jahutusvedeliku (45% etüleenglükooli vesilahus) abil üle akumulatsioonipaagis olevasse vette, mis pumbatakse küttepaneeli mähistele ja suunatakse seejärel tagasi hoidlasse. tank.
Majas vajalikku õhutemperatuuri hoiab automaatregulaator PRT-2, lülitades sisse ja välja küttesüsteemi konvektori sektsioonis oleva elektriboileri.
Suvel tagab süsteem sooja veevarustuse vajadused "toru torus" tüüpi soojusvahetist jahutusvedeliku loomuliku tsirkulatsiooniga soojust vastuvõtvas ahelas. Üleminek ergutusringlusele toimub elektroonilise diferentsiaalregulaatori РРТ-2 abil.
Külas neljatoalise elamu päikeseküttesüsteem. Moldaavia NSV Bucuria projekteeris Moldgiprograzhdanselstroy Instituut KievZNIIEP teadusliku juhendamise all.
Maja - pööningu tüüp. Esimesel korrusel on ühisruum, köök, pesuruum, majapidamisruum ja teisel korrusel kolm magamistuba. Keldrikorrusel asub garaaž, kelder on ka ruum päikeseküttesüsteemi varustamiseks. Majaga on blokeeritud kõrvalhoone, mis sisaldab suveköök, dušš, kuur, inventar ja töökoda.
Autonoomne päikeseküttesüsteem (joon. 4.2) on kombineeritud päikesesoojuspumpagregaat, mis on kavandatud katma kütte (maja arvestuslik soojuskadu on 11 kW) ja sooja vee vajadusi aastaringselt. Päikesesoojuse ja soojuspumbapaigaldise kompressorist saadava soojuse puudumine kaetakse elektriküttega. Süsteem koosneb neljast ahelast: soojust vastuvõtvast tsirkulatsioonist, soojuspumbapaigaldise ahelast, kütte- ja soojaveevarustusest.
Soojust vastuvõtva kontuuri varustusse kuuluvad päikesekollektorid, "toru torus" soojusvaheti ja 16 m3 mahutav akumulatsioonipaak, millesse on ehitatud soojusvaheti pindalaga 6 m2. KyivZNIIEP projekteeritud kahekihiliste klaasidega päikesekollektorid kogupindalaga 70 m2 on paigutatud raami sisse maja katuse lõunanõlvale horisondi suhtes 55° nurga all. 45 kasutati jahutusvedelikuna. % etüleenglükooli vesilahus. Soojusvaheti asub katuseharja all, ülejäänud tehnika aga maja keldris.
Kompressor-kondensatsiooniga külmutusseade AK1-9 soojusvõimsusega 11,5 kW ja voolutarbega 4,5 kW toimib soojuspumbaseadmena. Soojuspumba paigalduse tööaineks on freoon-12. Kompressor - kolvitihendita, kondensaator ja aurusti - vesijahutusega kesta ja toruga.
Kütteringi varustus sisaldab tsirkulatsioonipumpa, kütteseadmed tüüp "Comfort" läbivooluga elektriboiler EPV-2 uksesulguriks ja alusvankriks. Sooja veevarustuskontuuri varustusse kuuluvad mahtuvuslik (0,4 m3) STD tüüpi veeboiler soojusvaheti pinnaga 0,47 m2 ja otsa elektriline küttekeha BAS-10/M 4-04 võimsusega 1 kW. Kõikide ahelate tsirkulatsioonipumbad on TsVT-tüüpi, tihendita, vertikaalsed, madala müratasemega, aluseta.
Süsteem töötab järgmiselt. Jahutusvedelik kannab soojust kollektoritest akumulatsioonipaagis olevale veele ja soojuspumba aurustis olevale freoonile. Pärast kompressoris kokkusurumist aurustunud freoon kondenseerub kondensaatoris, soojendades samal ajal vett küttesüsteemis ja kraanivesi sooja vee süsteemis.
Päikesekiirguse puudumisel ja akumulatsioonipaaki salvestatud soojus kulub ära, soojuspumbaagregaat lülitatakse välja ning maja soojusvarustus toimub täielikult elektriboilerist (elektriboileritest). Talvel töötab soojuspumbaagregaat ainult teatud negatiivse välistemperatuuri tasemel (mitte alla -7 °C), et vältida vee külmumist akumulatsioonipaagis. Suvel varustatakse sooja veevarustussüsteem soojusega peamiselt jahutusvedeliku loomuliku ringlusega läbi "toru torus" soojusvaheti. Erinevate töörežiimide rakendamise tulemusena võimaldab kombineeritud päikesesoojuspumbajaam säästa soojust umbes 40 GJ/aastas (nende jaamade töö tulemused on toodud peatükis 8).
Päikeseenergia ja soojuspumpade kombinatsioon kajastus ka TsNIIEP poolt välja töötatud inseneriseadmetes
|
Riis. 4.3. Gelendžiki soojusvarustussüsteemi skemaatiline diagramm 1 - päikesekollektor; 2 - küttesoojusvaheti soojuskandjaga soojuspumpade kondensaatoriringist; 3 - soojendussoojusvaheti soojuskandjaga soojusvõrgust; 4 - kondensaatori ahela pump; 5 - Soojus pump; 6 - aurusti ahela pump; 7 - soojusvaheti vee soojendamiseks (jahutamiseks) aurusti (kondensaatori) ahelas; 8 - Soojusvaheti allika (toore) vee soojendamiseks; 9 - kuuma vee pump; 10 - Akupaagid; 11 - päikesekontuuri soojusvaheti; 12 - päikeseringi pump |
Gelendžiki hotellikompleksi "Privetlivy Bereg" soojusvarustuse projekt (joonis 4.3).
Päikesesoojuspumba paigalduse aluseks on: lamedad päikesekollektorid üldpinnaga 690 m2 ja kolm seeriatoodangut külmutusmasinad MKT 220-2-0 töötab soojuspumba režiimis. Hinnanguline aastane soojustootmine on umbes 21 000 GJ, sealhulgas 1470 GJ päikesejaamast.
Merevesi on soojuspumpade madala kvaliteediga soojusallikaks. Kollektorite, torustike ja kondensaatorite küttepindade korrosiooni- ja katlakivivaba töö tagamiseks täidetakse need soojusvõrgust tuleva pehmendatud ja õhust eemaldatud veega. Võrreldes traditsiooniline skeem soojusvarustus katlamajast mittetraditsiooniliste soojusallikate atraktsioon -
Päike ja merevesi, võimaldab säästa umbes 500 tonni tavaseadmeid. kütus / aasta.
Teine iseloomulik näide uute energiaallikate kasutamisest on mõisahoone soojusvarustuse projekt abiga
Päikese soojuspumba paigaldus. Projekt näeb ette 55 m2 elamispinnaga mansard-tüüpi mansardmaja kütte- ja soojaveevajaduste täieliku rahuldamise aastaringselt. Pinnas on soojuspumba jaoks madala potentsiaaliga soojusallikas. Hinnanguline majanduslik efekt süsteemi kasutuselevõtust on vähemalt 300 rubla. korteri kohta võrreldes traditsioonilise tahkekütuseaparaadi soojusvarustuse võimalusega.
.jpg)
