Юрий Почанин – Применение солнечных коллекторов (страница 4)
Очень большую роль в эффективности работы плоских солнечных коллекторов играют атмосферные факторы, так при уменьшении температуры окружающего воздуха с 25 до 10°С, КПД падает примерно на 25 %. При появлении облачности – в два раза, допустим интенсивность солнечного излучения упала с 1000 до 500 Вт/м², тогда коллектор площадью один квадратный метр произведет примерно в 4 раза меньше тепловой энергии, чем в первом случае. Чем ниже температура входящего теплоносителя, тем выше КПД. Увеличение расхода теплоносителя влечет увеличение КПД до определенной величины и потом остается неизменным.
Таблица 1 Свойства селективных покрытий
Важным фактором также является качество селективной поверхности абсорбера. У лучших, показатель их эффективности составляет 0,96, в то время как, простая черная краска имеет данный показатель на уровне 0,5.
На рис.11 показаны зависимости мгновенного КПД закрытого плоского солнечного коллектора с высокоселективной поверхностью абсорбера от интенсивности солнечного потока (1000, 800, 500, 300 Вт/м², разности температур теплоносителя и окружающего воздуха, при наилучших показателях оптического КПД (0,82) и углу падения солнечных лучей перпендикулярно поверхности при коэффициенте потерь, равным 7 Вт/м²°С.
Для обеспечения простого и быстрого гидравлического подключения, например, гелиоколлектор Logasol SKN3.0, рис. 12, оснащен патрубками для шлангов.
Гелиоколлекторы монтируются без применения специального инструмента с помощью ленточных пружинных хомутов, рассчитанных вместе с гелиоколлекторами на температуру до +170°С и давление до 6 бар. Основные технические данные плоских гелиоколлекторов Logasol SKN3.0 представлены в таблице 2.
Таблица 2 Основные технические данные плоских гелиоколлекторов Logasol SKN3.0.
Конструкция абсорбера в форме сдвоенного меандра способствует увеличению мощности коллекторов, обеспечивая турбулентное движение теплоносителя на всех участках. Также, за счет параллельного соединения двух меандров (змеевиков) в гелиоколлекторе достигается низкий уровень потерь давления. Сборный трубопровод обратного потока расположен в нижней части гелиоколлектора. Поэтому в периоды стагнации горячий теплоноситель может быстрее пройти через гелиоколлектор.
Гелиоустановке необходима защита от замерзания. Для этого применяют на выбор антифризы Solarfluid L и Туосог LS. Теплоноситель Solarfluid L – это готовая для применения смесь 50% полипропилен-гликоля и 50% воды. Бесцветная смесь не приносит вреда продуктам питания и подвергается биологическому распаду. Теплоноситель Solarfluid L защищает гелиоустановку от замерзания и коррозии. В установках с гелиоколлекторами Logasol SКNЗ.0 и SКN4.0 теплоноситель Solarfluid L обеспечивает надежную эксплуатацию при температурах от 37 °С до +170 °С. Гелиоустановке необходима защита от замерзания. Для этого применяют на выбор антифризы Solarfluid L и Туосог LS. Теплоноситель Solarfluid L – это готовая для применения смесь 50% полипропилен-гликоля и 50% воды. Бесцветная смесь не приносит вреда продуктам питания и подвергается биологическому распаду. Теплоноситель Solarfluid L защищает гелиоустановку от замерзания и коррозии. В установках с гелиоколлекторами Logasol SКNЗ.0 и SКN4.0 теплоноситель Solarfluid L обеспечивает надежную эксплуатацию при температурах от 37 °С до +170 °С.
Теплоноситель Туосог LS – это смесь 43% полипропилен-гликоля и 57% воды. Смесь красного/розового цвета не наносит вреда продуктам питания и поддается биологическому распаду, гарантирует надежную эксплуатацию при температурах от – 28 °С до +170 °С.
Теплоносители на основе водных растворов полипропилен гликоля подвержены старению во время эксплуатации гелиоустановок. При длительных термических перегрузках (>200 °С) возникает характерный резкий горелый запах. Вследствие образования твердых частиц как продуктов распада пропилен гликоля или ингибиторов, которые уже не могут раствориться в воде, теплоноситель приобретает почти черный цвет. Существенными факторами влияния являются высокие температуры, давление и длительность нагрузки. На эти факторы ощутимо влияет геометрия абсорбера. Расположение присоединительных трубок на коллекторе оказывает влияние на стагнационные характеристики гелиоколлектора и, тем самым, и на старение теплоносителя. Поэтому следует избегать длинных наклонных (с подъемом) участков прямого и обратного трубопроводов у коллекторного поля, так как в период стагнации теплоноситель из этих линий попадает в гелиоколлектор и увеличивает объем пара. Старению дополнительно способствует кислород и загрязнения, например, медная или стальная окалина. Для контроля теплоносителя на монтажной площадке следует определять показатель рН и содержание антифриза.
1.Высокая эффективность работы летом. При правильном выборе направления ориентации на солнце имеют значительно более высокую эффективность, чем открытые солнечные коллекторы – КПД более 50%.
Перепад температур между коллектором и атмосферным воздухом может достигать 20–60°С.
2.Хорошее соотношение цена – эффективность при эксплуатации систем только в летний период времени.
3. Способность самоочищаться от снега и инея. Данная способность определяется не конструкцией самого плоского солнечного коллектора. Снег оседает на поверхность и иней образуется у плоского и у другого любого коллектора в ночные часы или при полной облачности. У систем ГВС и отопления с использованием плоских трубчатых коллекторов есть возможность принудительно подогреть теплоноситель в трубках, и он нагреет абсорбер, который, в свою очередь, нагреет стекло солнечного коллектора. Снег и иней, находящийся на поверхности коллектора, растают.
4. Плоские солнечные коллекторы имеют наибольшее соотношение площади абсорбера к площади всего коллектора, значит, при определенном направлении падения солнечных лучей, они имеют возможность использовать всю энергию солнца, действующую на квадратный метр поверхности.
5. Простая и надежная конструкция. Высокая долговечность оборудования (более 50 лет; производитель обычно дает гарантию на 10 лет эксплуатации). Возможность работы круглый год. Эффективно работают при необходимости нагрева воды выше на 20…40°С от температуры окружающей среды.
1.Низкая эффективность работы в холодное время года. Воздушная прослойка между защитным стеклом и абсорбером и стекло имеют значительную теплопроводность и если на улице холодно, то большая часть солнечной энергии, которая преобразуется на абсорбере в тепловую, отдается в атмосферу. Особенно это усиливается в ветряную погоду. Максимальна эффективность плоского коллектора достигается только при попадании солнечных лучей под прямым углом, т.е. в полдень.
2.Ограниченный период эффективной работы в дневное время. Плоские коллекторы – стационарные объекты, строго ориентированные в пространстве. Поскольку Солнце перемещается по 15 градусов каждый час, то эффективная работа плоского солнечного коллектора длится не более 5 часов в сутки в то время, как продолжительность светового дня в летний период, составляет до 17,5 часов.
Максимальна эффективность плоского коллектора достигается только при попадании солнечных лучей под прямым углом, т.е. в полдень.
3.Требует периодической очистки от пыли, грязи, снега.
4.Сложность транспортировки и монтажа. Плоские солнечные коллекторы, в собранном виде – это габаритная тяжелая конструкция, которую трудно транспортировать личным транспортом и монтировать на крышах домов. Работы должны выполняться с применением грузоподъемной техники несколькими людьми. В пассажирские лифты и лестничные марши частных домов данные устройства, как правило, не помещаются.
5.Сложность ремонта. При повреждении стеклянного защитного покрытия, или выходе из строя элементов плоских солнечных коллекторов, требуется полная замена всего коллектора. Ремонт должен быть выполнен в мастерской. Фактически, данная проблема приводит к полной остановке работы системы до замены поврежденного коллектора.
6.Высокая парусность. Плоские коллекторы имеют высокую парусность. Они могут быть установлены непосредственно на склоны крыш домов, но такая установка, как правило, приводит к значительному падению эффективности работы устройства, поскольку реальные дома имеют склоны крыш с разной ориентацией на солнце и разные уклоны. Для большей эффективности, коллекторы устанавливаются на раму, которая крепится на крыше. Но из-за больших габаритов, парусности и веса, данные конструкции должны быть прочными.
2.2. С вакуумными трубками
Традиционные простые плоские солнечные коллекторы были спроектированы для применения в регионах с теплым солнечным климатом. Они резко теряют в эффективности в неблагоприятные дни – в холодную, облачную и ветреную погоду. Более того, вызванные погодными условиями конденсация и влажность приводят к преждевременному износу внутренних материалов, а это, в свою очередь, – к ухудшению эксплуатационных качеств системы и ее поломкам. Эти недостатки устраняются путем использования вакуумных коллекторов. Вакуумные коллекторы нагревают воду для бытового применения там, где нужна вода более высокой температуры. Солнечная радиация проходит сквозь наружную стеклянную трубку, попадает на трубку-поглотитель и превращается в тепло. Оно передается жидкости, протекающей по трубке. Коллектор состоит из нескольких рядов параллельных стеклянных трубок, к каждой из которых прикреплен трубчатый поглотитель (вместо пластины-поглотителя в плоских коллекторах) с селективным покрытием. Нагретая жидкость циркулирует через теплообменник и отдает тепло воде, содержащейся в баке-накопителе. Вакуумные коллекторы являются модульными, т.е. трубки можно добавлять или убирать по мере надобности, в зависимости от потребности в горячей воде. При изготовлении коллекторов этого типа из пространства между трубками высасывается воздух и образуется вакуум. Благодаря этому устраняются потери тепла, связанные с теплопроводностью воздуха и конвекцией, вызванной его циркуляцией. Остается радиационная потеря тепла (тепловая энергия движется от теплой к холодной поверхности, даже в условиях вакуума). Однако эта потеря мала и незначительна по сравнению с количеством тепла, передаваемого жидкости в трубке-поглотителе. Вакуум в стеклянной трубке – лучшая из возможных теплоизоляций для коллектора – снижает потери тепла и защищает поглотитель и теплоотводящую трубку от неблагоприятных внешних воздействий. Результат – отличные рабочие характеристики, превосходящие любой другой вид солнечного коллектора.