Слънчеви колекторни системи

01.06.2008, Брой 5/2008 / Технически статии / Енергийна ефективност

 

Част III. Конструктивни специфики и приложна област на слънчеви колектори.

Слънчевите колекторни инсталации ефективно използват част от достигащата земната повърхност слънчева енергия за производство на топла вода за отопление и битово горещо водоснабдяване. Основен елемент на всяка слънчева инсталация за топла вода, от чиито качества в голяма степен се определят възможностите за усвояване на слънчевата енергия, е колекторът. Принципно, слънчевите колектори улавят и трансформират в топлина пряката и дифузната слънчева радиация. За да бъде максимално ефективен, колекторът трябва да приема слънчевата енергия и да не я отдава обратно, което е особено важно през по-студените месеци от годината.

Вид и температура на топлоносителя

Съществуват различни признаци за класификация на слънчевите колектори. Сред тях е видът на топлоносителя. Във функцията на топлоносител в слънчевите колектори се използва течност или въздух. В областта на битовите инсталации топлоносителят обикновено е течност, най-често вода или воден разтвор на химически вещества. От своя страна, въздухът се използва предимно в сушилни инсталации от някои отрасли на промишлеността.

Друг признак за класифициране на слънчените колектори е температурата на топлоносителя. В зависимост от работната температура на топлоносителя, слънчевите колектори се определят като нискотемпературни - с работна температура под 80 оС, среднотемпературни - с работна температура в границите между 80 и 150 оС, и високотемпературни - с работна температура над 150 оС.





Концентриращи и обикновени колектори

Слънчевите колектори са различни видове и в зависимост от изменението на интензитета на слънчевата радиация. Според въздействието, което елементите на колекторите оказват върху интензитета на слънчевата радиация, те се класифицират в две основни групи - обикновени и концентриращи. Както личи и от наименованието, при концентриращите слънчеви колектори се използват концентратори, чрез които се повишава температурата на топлоносителя. Обикновените слънчеви колектори нямат способността да влияят върху интензитета на слънчевата радиация. Те са най-разпространените в бита слънчеви колектори. Основно се делят на плоски и вакуумно-тръбни колектори. Добре е да се има предвид, че плоските колектори са нискотемпературни, а вакуумнотръбните - среднотемпературни.

Слънчевите колектори могат да се класифицират и в зависимост от предназначението им, както и в зависимост от материалите, от които се произвежда абсорберът.

Плоски слънчеви колектори

Без съмнение, този тип колектори са най-често използваните за момента у нас. Сред причините за широкото им приложение е относително ниската себестойност на самите колектори, а следователно и на слънчевите инсталации, изградени на тяхната база. Във вида на топлоносител е възможно използването на вода или въздух. Независимо от конкретния вид на топлоносителя, с който работят, конструктивно плоските слънчеви колектори не се различават съществено.

В корпус, оформен като кутия и изработен от метални профили, обикновено алуминиеви, стоманени или от поцинкована ламарина, се полагат абсорберът, изолацията, покритието и тръбните връзки. Необходимо е корпусът да осигурява необходимата якост за безпроблемно транспортиране и монтаж на колектора, лесна поддръжка и сервиз, както и достатъчна плътност, за да се предотврати достъпът на вода и прах.

Абсорберът се изработва от топлопроводими, корозионно устойчиви материали, като мед, стомана и др. Препоръчително е абсорберът да е със селективно покритие, поради осигуряваната по-добра поглъщателна способност. През последните години все по-широко се използва и покритие на абсорбера с кристали от титаниева сол, които увеличават топлообменната повърхност и съответно топлопоглъщането.

В най-горната част на плоския слънчев колектор се поставя прозрачно покритие, предназначението на което е да допринесе за намаляване на топлинните загуби от абсорбера. Покритието обикновено е стъклено, което все повече отстъпва място на поликарбонатна пластина, поради по-малкия й коефициент на отражение. Сред основните изисквания към прозрачното покритие са и осигуряването на висока светлопропускаемост, добра термоустойчивост, висока якост и устойчивост на атмосферни влияния. Когато покритието е от стъкло, обикновено се използват удароустойчиви материали с ниско съдържание на желязо и с дебелина не по-малка от 3 mm. Покритията могат да бъдат еднослойни и двуслойни. Срещат се също и комбинирани покрития от два различни материала. Обикновено се препоръчва използването именно на двуслойни покрития, с цел намаляване на загубите от топлопреминаване. Пространството между тях се запълва с газове с голяма плътност или се вакуумира.

С цел ограничаване на топлинните загуби от долната и страничните повърхнини на абсорбера се поставя топлоизолация от високоефективни изолационни материали. Между прозрачното покритие и корпуса се поставя уплътнение от термоустойчив каучук или тефлон.




Колектори с вакуумни тръби

В сравнение с плоските колектори, моделите с вакуумни тръби са по-сложни в конструктивно отношение. Също се характеризират с по-висока ефективност, но и по-висока себестойност. Изградени са от стъклени тръби, в които се поставя абсорберът, който обикновено е със селективно покритие. Конструктивно абсорберът е оформен като двустранно оребрена тръба, през която преминава загряваният топлоносител. Стъклената тръба, в която се поставя абсорберът, се изработва от висококачествено стъкло и е с диаметър от порядъка на 100 - 200 mm. Дебелината на стената на тръбата обикновено е 2,5 мм. В стъклените тръби се поддържат условия на дълбок вакуум, приблизително около 100 Pa. По този начин се осигурява изключително добра изолация на абсорбера и защита от корозия. Благодарение на условията на вакуум, се предотвратяват и загубите на топлинна енергия от абсорбера към околната среда, а също така се осигурява ефективна работа на колектора и при минусови температури.

Характеризират се с по-ниски загуби

При вакуумно-тръбните колектори загубите от отражение на слънчевата радиация са сравнително по-ниски в сравнение с плоските колектори. Съществен фактор, влияещ върху топлинните загуби от конвекция и топлопроводност, е разстоянието между абсорбиращата повърхнина и стъкленото покритие. За повишаване ефективността на колектора, под тръбите обикновено се монтира рефлектор от алуминиево фолио. Използването на топлинна изолация също води до ограничаване на топлинните загуби. Използват се високоефективни изолационни материали - полистирол, пенополиуретан и др. При видовете вакуумно-тръбни колектори със значително по-добри характеристики се отличават моделите, работещи без циркулация на работен флуид. Недотам добрите характеристики на колекторите, работещи с топлоносител, произтичат от факта, че най-често използваните топлоносители са вода или вода-гликол, което ограничава използването на колектора при много ниски температури.

Като недостатък на колекторите с вакуумни тръби се определя задържането на сняг и скреж върху тръбите, което намалява ефективността им при работа в лоши атмосферни условия.


 

Вакуумно-тръбни коллектори с термотръби

За повишаване ефективността на абсорбера, а следователно и на самия колектор, се използват топлинни тръби. Те обикновено представляват медна тръба, в която циркулира летлива кипяща течност. Топлинната тръба трансферира полезната топлина, като използва принципи, известни в хладилната техника - изпарение на топлоносителя при ниски температури и кондензиране на парите в кондензатори, контактуващи с вградени в колектора топлообменници. В случаите, при които колекторът работи с течен топлоносител, той обтича кондензатора на топлинната тръба, разположен извън вакуумираната стъклена тръба. Практически е доказано, че това е един от най-ефективните методи за пренос на топлинна енергия.

Вакуумно-тръбните колектори с термотръби изграждат най-добрите в технологично отношение слънчеви системи за производство на гореща вода. Основният им недостатък е чисто икономически - те съответно са и най-скъпите. Работят и при минусови температури, при условие че има слънчево греене. Конструктивно не се различават съществено от обикновените колектори с вакуумни тръби. Основната разлика е, че при тези колектори в медните тръби не циркулира вода, а летлива кипяща течност с ниска температура на изпарение - обикновено от порядъка на 10 оC.

Слънчеви колектори, вградени в покрива

Известно е, че най-често срещаният начин за монтаж на слънчевите колектори е върху покрива на съответната сграда. Разбира се, освен върху него, съществуват и много други възможности за монтаж на колекторите. Сред решенията е и вграждане на колекторите в самия покрив, т.е. използването им във функцията и на покрив. Често в покрива се вграждат плоски слънчеви колектори, които се разполагат между основните покривни елементи като керемиди, плочи и др. В подобни случаи се препоръчва да се използват колектори с двупластова конструкция на прозрачното покритие, за да се осигури добра хидроизолация на сградата. Горният слой на колектора е добре да бъде от удароустойчив материал като тефлон, поликарбонат, полиестерни материалия и др.

При този вид монтаж на колекторите, наклонът и небесната ориентация зависят от ската на покрива, върху който ще се монтират. Необходимо е да се вземат специални мерки за уплътняване на връзките на колектора с покрива. Колекторният покрив осигурява и необходимата топлинна изолация на покрива на сградата. За да се предотвратят повреди при недопустимо понижаване или повишаване на температурата на топлоносителя, колекторното поле се изпразва автоматично по гравитационен път. Освен в покрива, слънчевите колектори могат да се вградят и в стени или парапети на тераси, но в този случаи те са ефективни, предимно, през зимния период.

Критерии за избор на слънчев колектор

В настоящия момент на пазара у нас се предлага голямо разнообразие от различни видове слънчеви колектори. Коректният избор на слънчев колектор зависи от редица фактори. На първо място, се определя в зависимост от предназначението на инсталацията, т.е. дали колекторът ще се изпозва само за горещо водоснабдяване или и за отопление, за загряване на вода за басейни или за топловъздушно отопление. Когато се предвижда колекторът да работи целогодишно, се препоръчва използването на вакуумно-тръбни колектори или плоски слънчеви колектори с двуслойно прозрачно покритие.

Основни фактори, влияещи върху надеждната експлоатация на колектора, са качеството на прозрачното покритие, видът на абсорбера, топлинната изолация и уплътненията. Основни предимства на колекторите са високата корозионна устойчивост и лесната подмяна на прозрачните покрития.

При избор между приблизително еднотипни като конструкция колектори се използват показатели като ефективност при интензитет на слънчевата радиация 500 W/m2, максимално допустима температура на флуида при продължителна лятна експлоатация, време за загряване на колектора от 20 до 50 оС при интензитет на слънчевата радиация 1000 W/m2 и температура на външния въздух 20 оС, работно налягане, коефициент на топлинните загуби и др.



 

 

ОЩЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМАТА

Сигурност в облакаТехнически статии

Сигурност в облака

Разширяването на възможностите пред технологиите за видеонаблюдение прави компаниите все по-заинтересовани от предимствата, които предлагат системите за наблюдение през IP. При проектирането на качествена система за сигурност обаче често голяма част от съображенията се концентрират върху избора на най-подходящия модел камера.

Статията представя информация за това какви устройства за съхранение на данните от системите за видеонаблюдение се предлагат на пазара и какви са техните функционални предимства.

Задава ли се нова революция в осветлениетоТехнически статии

Задава ли се нова революция в осветлението

Възможностите, които предоставя интелигентното осветление, вече позволяват на потребителите да определят обитаемостта в конкретно помещение, да следят условията и температурата на определено място, както и да следят данните за трафика в даден район.

Материалът се фокусира и върху особеностите на интелигентното осветление и новите пазарни предложения в контекста на Интернет на нещата (IoT).

Ретрофит и модернизация на ОВК системиТехнически статии

Ретрофит и модернизация на ОВК системи

Независимо колко добре се поддържа една ОВК система, идва момент, в който тя трябва да бъде заменена или най-малкото модернизирана.

Статията разглежда новите ОВК системи с цифрово управление и факта, че заемат все по-голям пазарен дял, какви са предпочитаните възможности за ретрофит, както и какви са ползите от неговото прилагане.

Решения против замръзване на тръбиТехнически статии

Решения против замръзване на тръби

В райони с по-студени климатични условия е обичайна практика през сервизните тръби и плитко разположените тръбопроводи постоянно да се пропуска вода с нисък дебит, за да се предотврати замръзване. Както е известно, когато замръзне, водата увеличава своя обем и ако няма достатъчно свободно пространство за това разширение, тръбата може да се спука. Периодът, през който през тръбите постоянно трябва да протича воден поток в страните с умерен климат, е от началото на ноември до края на март.

Топлоустойчиви кабелиТехнически статии

Топлоустойчиви кабели

Някои битови уреди и инсталации, както и редица машини в производството, работят в условията на повишена температура. Това, заедно с непрекъснатите преходи от висока към ниска температура и обратно, налага използването на кабели с проводяща сърцевина и изолация, изработени от специални материали, съобразно конкретното им предназначение. За целта производителите са създали отделен клас топлоустойчиви кабели и проводници.

Осветление на фасадиТехнически статии

Осветление на фасади

Професионалното фасадно осветление има важно значение за външния вид на хотели, музеи, художествени галерии и различни обществени сгради. Плавното взаимодействие между светлина и сянка подчертава архитектурните особености, които отличават сградата от околната среда. В днешно време все повече компании и архитекти разчитат на светодиодни осветителни системи за реализиране на приложения на открито, възползвайки се в пълна степен от големите възможности, които тези системи могат да донесат на техния проект.


АБОНИРАЙ СЕ БЕЗПЛАТНО СЕГА

 

Уеб дизайн от Ей Ем Дизайн. Списание ТД Инсталации. TLL Media © 2017 Всички права запазени. Карта на сайта.

Top