Solenergi som en alternativ energikilde: typer og egenskaper ved solsystemer
I det siste tiåret har solenergi som alternativ energikilde i økende grad blitt brukt til oppvarming og tilførsel av varmt vann til bygninger. Hovedårsaken er ønsket om å erstatte tradisjonelt drivstoff med rimelige, miljøvennlige og fornybare energiressurser.
Konverteringen av solenergi til termisk energi skjer i solenergisystemer - utformingen og prinsippet for drift av modulen bestemmer spesifikasjonene for dens anvendelse. I dette materialet vil vi se på typene solfangere og prinsippene for deres drift, og også snakke om populære modeller av solcellemoduler.
Innholdet i artikkelen:
Muligheten for å bruke et solsystem
Et solsystem er et kompleks for å konvertere solstrålingsenergi til varme, som deretter overføres til en varmeveksler for å varme opp kjølevæsken til et varme- eller vannforsyningssystem.
Effektiviteten til en solvarmeinstallasjon avhenger av solinnstråling - mengden energi som mottas i løpet av en dagslystime per 1 kvadratmeter overflate plassert i en vinkel på 90° i forhold til retningen til solens stråler. Måleverdien til indikatoren er kW*h/kvm, verdien av parameteren varierer avhengig av sesong.
Gjennomsnittlig solinnstråling for en region med et temperert kontinentalt klima er 1000-1200 kWh/kvm (per år). Mengden sol er den avgjørende parameteren for å beregne ytelsen til et solsystem.
Installasjon av solvarmeanlegg er en kostbar oppgave. For at kapitalkostnader skal rettferdiggjøres, er en nøyaktig beregning av systemet og overholdelse av installasjonsteknologi nødvendig.
Eksempel. Gjennomsnittsverdien for solinnstråling for Tula midt på sommeren er 4,67 kV/kvm*dag, forutsatt at systempanelet er installert i en vinkel på 50°. Produktiviteten til en solfanger med et areal på 5 kvm beregnes som følger: 4,67*4=18,68 kW varmeenergi per dag. Dette volumet er nok til å varme opp 500 liter vann fra 17 °C til 45 °C.
Når vi snakker om muligheten for å introdusere nye teknologier, er det viktig å ta hensyn til de tekniske egenskapene til en bestemt solfanger. Noen begynner å jobbe med 80 W/kvm solenergi, mens andre trenger 20 W/kvm.
Selv i et sørlig klima vil det ikke lønne seg å bruke et samlesystem utelukkende til oppvarming. Hvis installasjonen utelukkende brukes om vinteren når det er mangel på sol, vil kostnadene for utstyret ikke dekkes selv om 15-20 år.
For å bruke solcelleanlegget så effektivt som mulig, må det inkluderes i varmtvannsforsyningssystemet. Selv om vinteren vil solfangeren tillate deg å "kutte" energiregningen for vannoppvarming med opptil 40-50%.
I tillegg til økonomiske fordeler har solvarme flere fordeler:
- Miljøvennlighet. Utslipp av karbondioksid reduseres. I løpet av et år hindrer 1 kvm solfanger at 350-730 kg avfall kommer ut i atmosfæren.
- Estetikk. Plassen til et kompakt bad eller kjøkken kan elimineres fra store kjeler eller geysirer.
- Varighet. Produsenter forsikrer at hvis installasjonsteknologien følges, vil komplekset vare i omtrent 25-30 år. Mange selskaper gir en garanti på opptil 3 år.
Argumenter mot bruk av solenergi: uttalt sesongvariasjon, væravhengighet og høy startinvestering.
Generell struktur og operasjonsprinsipp
La oss vurdere alternativet for et solsystem med en samler som det viktigste arbeidselementet i systemet. Utseendet til enheten ligner en metallboks, hvis forside er laget av herdet glass. Inne i boksen er det et arbeidselement - en spole med en absorber.
Den varmeabsorberende enheten gir oppvarming av kjølevæsken - sirkulerende væske, overfører den genererte varmen til vannforsyningskretsen.
Solfangeren fungerer nødvendigvis sammen med lagertanken. Siden kjølevæsken varmes opp til en temperatur på 90-130°C, kan den ikke tilføres direkte til varmtvannskraner eller varmeradiatorer. Kjølevæsken kommer inn i kjelens varmeveksler. Lagertanken er ofte supplert med en elektrisk varmeovn.
Arbeidsplan:
- Solen varmer opp overflaten samler.
- Termisk stråling overføres til det absorberende elementet (absorberen), som inneholder arbeidsvæsken.
- Kjølevæsken som sirkulerer gjennom spiralrørene varmes opp.
- Pumpeutstyr, en kontroll- og overvåkingsenhet sørger for fjerning av kjølevæske gjennom en rørledning til spolen til lagertanken.
- Varme overføres til vannet i kjelen.
- Den avkjølte kjølevæsken strømmer tilbake inn i oppsamleren og syklusen gjentas.
Oppvarmet vann fra varmtvannsberederen tilføres varmekretsen eller til vanninntakspunkter.
Solcellepaneler i private hjem brukes oftest som en reservekilde for strøm:
Typer solfangere
Uansett formål er solsystemet utstyrt med en flat eller sfærisk rørformet solfanger. Hvert alternativ har en rekke karakteristiske trekk når det gjelder tekniske egenskaper og driftseffektivitet.
Vakuum – for kaldt og temperert klima
Strukturelt ligner en vakuumsolfanger en termos - smale rør med kjølevæske plasseres i kolber med større diameter. Et vakuumlag dannes mellom karene, som er ansvarlig for termisk isolasjon (varmeoppbevaring er opptil 95%). Rørformen er mest optimal for å opprettholde vakuum og "oppta" solens stråler.
Det indre (varme) røret er fylt med en saltløsning med lavt kokepunkt (24-25 ° C). Ved oppvarming fordamper væsken - dampen stiger til toppen av kolben og varmer opp kjølevæsken som sirkulerer i samlerlegemet.
Under kondenseringsprosessen strømmer vanndråper inn i tuppen av røret og prosessen gjentas.
Takket være tilstedeværelsen av et vakuumlag, er væsken inne i termokolben i stand til å koke og fordampe ved gatetemperaturer under null (ned til -35 ° C).
Egenskapene til solcellemoduler avhenger av følgende kriterier:
- rørdesign - fjær, koaksial;
- termisk kanalenhet – "Varme rør", direktestrømsirkulasjon.
Fjærkolbe - et glassrør som inneholder en plateabsorber og en varmekanal. Vakuumlaget passerer gjennom hele lengden av den termiske kanalen.
Koaksialt rør – en dobbel kolbe med en "vakuuminnsats" mellom veggene på to tanker. Varmeoverføring skjer fra den indre overflaten av røret. Spissen på termorøret er utstyrt med en vakuumindikator.
"Heat pipe"-kanalen er det vanligste alternativet for varmeoverføring i solfangere.
Virkningsmekanismen er basert på å plassere en lett fordampende væske i forseglede metallrør.
Direkte strømningskanal – parallelle metallrør koblet i en U-formet bue passerer gjennom glasskolben
Kjølevæsken som strømmer gjennom kanalen varmes opp og tilføres kollektorkroppen.
Koaksial- og fjærrør kan kombineres med varmekanaler på forskjellige måter.
Valg 1. En koaksial kolbe med "Heat pipe" er den mest populære løsningen. I kollektoren skjer gjentatt varmeoverføring fra veggene i glassrøret til den indre kolben, og deretter til kjølevæsken. Graden av optisk effektivitet når 65%.
Alternativ 2. En koaksial kolbe med direkte sirkulasjon er kjent som en U-formet manifold. Takket være designet reduseres varmetapet - termisk energi fra aluminium overføres til rør med sirkulerende kjølevæske.
Sammen med høy effektivitet (opptil 75%) har modellen ulemper:
- installasjonens kompleksitet - kolbene er integrert med to-rørs manifoldlegemet (hovedfold) og er installert helt;
- utskifting av enkeltrør er utelukket.
I tillegg er den U-formede enheten krevende for kjølevæske og er dyrere enn "Heat pipe"-modeller.
Alternativ 3. Fjærrør med driftsprinsippet "Heat pipe". Karakteristiske trekk ved samleren:
- høye optiske egenskaper - effektivitet på omtrent 77%;
- den flate absorberen overfører varmeenergi direkte til kjølevæskerøret;
- på grunn av bruken av ett lag med glass reduseres refleksjonen av solstråling;
Det er mulig å erstatte et skadet element uten å tømme kjølevæsken fra solsystemet.
Alternativ 4. En direkteflytende fjærpære er det mest effektive verktøyet for å bruke solenergi som en alternativ energikilde for oppvarming av vann eller oppvarming av et hjem. Den høyytelsesoppsamleren opererer med en effektivitet på 80 %. Ulempen med systemet er vanskeligheten med å reparere.
Uavhengig av design har rørformede samlere følgende fordeler:
- ytelse ved lave temperaturer;
- lavt varmetap;
- varighet av operasjonen i løpet av dagen;
- evnen til å varme opp kjølevæsken til høye temperaturer;
- lav vindstyrke;
- enkel installasjon.
Den største ulempen med vakuummodeller er manglende evne til å rense seg selv fra snødekke. Vakuumlaget lar ikke varmen slippe ut, så snølaget smelter ikke og blokkerer solens tilgang til samlefeltet. Ytterligere ulemper: høy pris og behovet for å opprettholde en arbeidshellingsvinkel på flaskene på minst 20°.
Solfangerenheter som varmer opp luftkjølevæsken kan brukes til tilberedning av varmt vann hvis de er utstyrt med en lagringstank:
Les mer om driftsprinsippet til en vakuumsolfanger med rør Lengre.
Vodyanoy – det beste alternativet for sørlige breddegrader
En flat (panel) solfanger er en rektangulær aluminiumsplate dekket på toppen med et plast- eller glasslokk. Inne i boksen er det et absorpsjonsfelt, en metallspole og et lag med varmeisolasjon. Samlerområdet er fylt med en strømningsrørledning som kjølevæsken beveger seg gjennom.
Varmeabsorpsjonen til det svært selektive absorberende belegget når 90 %. En flytende metallrørledning er plassert mellom "absorberen" og den termiske isolasjonen. To rørleggingsordninger brukes: "harpe" og "meander".
Prosessen med å montere solfangere som varmer opp kjølevæsken inkluderer en rekke tradisjonelle trinn:
Hvis varmekretsen er supplert med en linje som leverer sanitærvann til varmtvannsforsyningen, er det fornuftig å koble en varmeakkumulator til solfangeren. Det enkleste alternativet ville være en tank av en passende beholder med termisk isolasjon som kan opprettholde temperaturen på det oppvarmede vannet. Du må installere den på overgangen:
En rørformet samler med flytende kjølevæske fungerer som en "drivhuseffekt" - solstrålene trenger gjennom glasset og varmer opp rørledningen. Takket være tetthet og termisk isolasjon holdes varmen inne i panelet.
Styrken til solcellemodulen bestemmes i stor grad av materialet til beskyttelsesdekselet:
- vanlig glass – det billigste og mest skjøre belegget;
- anstrengt glass - høy grad av lysspredning og økt styrke;
- anti-reflekterende glass - preget av maksimal absorpsjonskapasitet (95%) på grunn av tilstedeværelsen av et lag som eliminerer refleksjon av solens stråler;
- selvrensende (polart) glass med titandioksid – organiske forurensninger brenner ut i solen, og det gjenværende rusk vaskes bort av regn.
Polykarbonatglass er det mest slagfaste. Materialet er installert i dyre modeller.
Operasjonelle og funksjonelle egenskaper ved panelsolcelleinstallasjoner:
- tvungen sirkulasjonssystemer har en avrimingsfunksjon som lar deg raskt bli kvitt snødekket på heliofeltet;
- prismatisk glass fanger et bredt spekter av stråler i forskjellige vinkler - om sommeren når installasjonseffektiviteten 78-80%;
- samleren er ikke redd for overoppheting - hvis det er overskudd av termisk energi, er tvungen avkjøling av kjølevæsken mulig;
- økt slagfasthet sammenlignet med rørformede motstykker;
- Mulighet for installasjon i alle vinkler;
- rimelig prispolitikk.
Systemene er ikke uten mangler. I perioder med mangel på solstråling, ettersom temperaturforskjellen øker, synker effektiviteten til en flat-plate solfanger betydelig på grunn av utilstrekkelig varmeisolasjon. Derfor er panelmodulen berettiget om sommeren eller i regioner med varmt klima.
Solsystemer: design og driftsfunksjoner
Variasjonen av solcellesystemer kan klassifiseres i henhold til følgende parametere: metode for å bruke solstråling, metode for kjølevæskesirkulasjon, antall kretser og sesongvariasjon.
Aktivt og passivt kompleks
Ethvert solenergikonverteringssystem har en solmottaker. Basert på metoden for å bruke den mottatte varmen, skilles to typer solkomplekser ut: passive og aktive.
Den første typen er et solvarmesystem, hvor bygningens strukturelle elementer fungerer som det varmeabsorberende elementet for solstråling. Taket, solfangerveggen eller vinduene fungerer som en solmottakende overflate.
I europeiske land brukes passive teknologier ved bygging av energieffektive bygninger. Solmottaksflater er dekorert som falske vinduer. Bak glasskledningen er det en svertet murvegg med lysåpninger.
Elementene i strukturen - vegger og tak, isolert med polystyren fra utsiden - fungerer som varmeakkumulatorer.
Aktive systemer innebærer bruk av uavhengige enheter som ikke er relatert til strukturen.
Termosifon og sirkulasjonssystemer
Solvarmeutstyr med naturlig bevegelse av kjølevæsken langs kollektor-akkumulator-kollektorkretsen utføres på grunn av konveksjon - varm væske med lav tetthet stiger opp, avkjølt væske strømmer ned.
I termosifonsystemer er lagringstanken plassert over kollektoren, noe som sikrer spontan sirkulasjon av kjølevæsken.
Et ikke-trykk solcellesystem har en lang rekke ulemper:
- på overskyede dager synker ytelsen til komplekset - en stor temperaturforskjell er nødvendig for at kjølevæsken skal bevege seg;
- varmetap på grunn av langsom bevegelse av væske;
- risikoen for overoppheting av tanken på grunn av ukontrollerbarhet av oppvarmingsprosessen;
- ustabilitet av samleren;
- vanskeligheter med å plassere lagertanken - når den er installert på taket, øker varmetapet, korrosjonsprosesser akselererer, og det er fare for at rørene fryser.
Fordelene med "tyngdekraft"-systemet: enkel design og rimelighet.
Kapitalkostnadene ved å installere et sirkulasjons (tvungen) solsystem er betydelig høyere enn å installere et fristrømskompleks. En pumpe "skjærer" inn i kretsen, og sikrer bevegelse av kjølevæsken. Driften av pumpestasjonen styres av en kontroller.
Denne sirkulasjonsmetoden brukes i helårs dobbeltkrets solvarmeanlegg.
Fordeler med et fullt funksjonelt kompleks:
- ubegrenset valg av plassering av lagertanken;
- ytelse utenom sesongen;
- valg av optimal oppvarmingsmodus;
- sikkerhet – blokkering av drift ved overoppheting.
Ulempen med systemet er dets avhengighet av elektrisitet.
Teknisk løsning av kretser: enkelt- og dobbeltkrets
I enkeltkretsinstallasjoner sirkulerer væske, som deretter tilføres vanninntakspunkter. Om vinteren må vann fra systemet dreneres for å hindre frysing og oppsprekking av rør.
Funksjoner av solvarmekomplekser med en krets:
- det anbefales å "fylle" systemet med renset, mykt vann - avsetning av salter på veggene i rørene fører til tilstopping av kanalene og sammenbrudd av samleren;
- korrosjon på grunn av overflødig luft i vann;
- begrenset levetid - innen fire til fem år;
- høy effektivitet om sommeren.
I solcellekomplekser med to kretser sirkulerer en spesiell kjølevæske (ikke-frysende væske med antiskum- og korrosjonstilsetningsstoffer), som overfører varme til vannet gjennom en varmeveksler.
Nyansene ved å betjene en dobbelkretsmodul: en liten reduksjon i effektivitet (3-5% mindre enn i et enkeltkretssystem), behovet for å erstatte kjølevæsken helt hvert 7. år.
Forutsetninger for arbeid og effektivisering
Det er bedre å overlate beregningen og installasjonen av et solsystem til fagfolk. Overholdelse av installasjonsteknikken vil sikre drift og oppnåelse av den deklarerte ytelsen. For å forbedre effektiviteten og levetiden er det nødvendig å ta hensyn til noen nyanser.
Termostatisk ventil. I tradisjonelle varmesystemer termostatisk element sjelden installert, siden varmegeneratoren er ansvarlig for å regulere temperaturen. Men når du installerer et solcelleanlegg, bør man ikke glemme sikkerhetsventilen.
Optimal plassering av ventilen er 60 cm fra varmeren. Når den plasseres tett, varmes "termostaten" opp og blokkerer tilførselen av varmt vann.
Plassering av lagertanken. Varmtvannsbuffertanken må installeres på et tilgjengelig sted. Når de plasseres i et kompakt rom, er det spesielt oppmerksom på takhøyden.
Installasjon Ekspansjonstank. Elementet kompenserer for termisk ekspansjon i perioder med stagnasjon. Installering av tanken over pumpeutstyret vil føre til overoppheting av membranen og for tidlig slitasje.
Solkretstilkobling. Når du kobler til rør, anbefales det å organisere en løkke. Den termiske sløyfen reduserer varmetapet ved å hindre frigjøring av oppvarmet væske.
Tilbakeslagsventil. Forhindrer "veltning" av kjølevæskesirkulasjonen. Med mangel på solaktivitet tilbakeslagsventil forhindrer at varmen som samles opp i løpet av dagen forsvinner.
Populære modeller av solcellemoduler
Solcelleanlegg fra innenlandske og utenlandske selskaper er etterspurt. Produkter fra produsenter har vunnet et godt rykte: NPO Mashinostroeniya (Russland), Gelion (Russland), Ariston (Italia), Alten (Ukraina), Viessman (Tyskland), Amcor (Israel), etc.
Solsystem "Falcon". Flat solfanger utstyrt med et flerlags optisk belegg med magnetronsputtering. Minimum utslippskapasitet og høyt absorpsjonsnivå gir en effektivitet på opptil 80 %.
Ytelsesegenskaper:
- driftstemperatur – opptil -21 °C;
- omvendt varmestråling - 3-5%;
- topplag – herdet glass (4 mm).
Samler SVK-A (Alten). Vakuum solcelleinstallasjon med et absorpsjonsområde på 0,8-2,41 kvm (avhengig av modell). Kjølevæsken er propylenglykol, den termiske isolasjonen til en 75 mm kobbervarmeveksler minimerer varmetapet.
Ekstra alternativer:
- kropp - anodisert aluminium;
- varmeveksler diameter - 38 mm;
- isolasjon - mineralull med antihygroskopisk behandling;
- belegg – borosilikatglass 3,3 mm;
- Effektivitet – 98%.
Vitosol 100-F er en flat solfanger for horisontal eller vertikal installasjon. Kobberabsorber med harpeformet rørspiral og helio-titanbelegg. Lysgjennomgang – 81%.
Konklusjoner og nyttig video om temaet
Driftsprinsippet for solfangere og deres typer:
Vurdere ytelsen til en flatplatekollektor ved temperaturer under null:
Installasjonsteknologi for en panelsolfanger ved å bruke eksemplet med Buderus-modellen:
Solenergi er en fornybar varmekilde. Tatt i betraktning de stigende prisene på tradisjonelle energiressurser, rettferdiggjør implementeringen av solcelleanlegg kapitalinvesteringer og lønner seg i løpet av de neste fem årene hvis installasjonsteknikker følges.
Hvis du har verdifull informasjon som du ønsker å dele med besøkende på nettstedet vårt, vennligst legg igjen kommentarer i boksen under artikkelen. Der kan du stille spørsmål om emnet for artikkelen eller dele din erfaring med bruk av solfangere.
Å bruke solenergi til å lyse og varme opp hjemmet mitt er drømmen min. Jeg skal spare litt penger og gjøre det. En venn av meg installerte solcellepaneler på taket hans. Hele oppussingsprosessen kostet 25 000 dollar. Nå har de nok strøm til familien og selger det overskytende til staten. De regnet ut at kostnadene ville være tjent inn på 6 år, og så ville de få inntekter. Lovende investering.
Din venn er uoppriktig - en privatperson kan ikke selge strøm til staten. Og utstyr varer ikke evig. Den må serviceres og repareres.
Vi må vente 20 år til – kanskje da blir det mer tilgjengelig. Men ikke i vårt land...
Mange flere kopier vil bli brutt rundt dette emnet. Jeg har gjentatte ganger lest studier med skepsis til tilbakebetalingen av slike prosjekter. Tilsynelatende kommer alt ned til den regionale tilknytningen til huset. Selv med strømforbruk på 1000 kW per måned til 3 rubler, fungerer på en eller annen måte ikke 25k dollar på 5 år).
Men når det gjelder oppvarming, er det etter min mening interessant.Spørsmålet melder seg bare: vil solfangeren helt kunne ta over oppvarming og varmtvann på mellombreddegrader? Da blir spørsmålet om tilbakebetaling sekundært.
Hallo. Jeg stiller meg også aktivt dette spørsmålet, og problemet her er ikke på de midtre breddegrader, men i lengden på dagslyset. Batterier og samlere fungerer fra sollys, ikke fra solens varme. Varigheten av lyssyklusen om vinteren, nattetid, overskyet sesong (og noen ganger varer slikt vær i flere uker).
Produsentenes versjon av 10 års tilbakebetalingstid begynner å bli tvilsom, tatt i betraktning gjennomsnittlig batterilevetid på 25 år og oppladbare batterier på 12 år. Og versjonen som nylig ble beregnet om en tilbakebetaling på 45 år, som ikke lenger virker så hensiktsmessig, virker mer og mer sann.
Hvordan beregne tilbakebetalingen for Krasnodar-territoriet? Vi har det fint med antall soldager. Vil det være vanskelig å montere panelene selv?
Hei, Boris. I Krasnodar-territoriet er alternativ energi ganske godt utviklet, spesielt netttilkoblede solkraftverk (SPP).
Når det gjelder tilbakebetaling, må det gjøres noen beregninger. For å gjøre det klarere vil jeg gi et eksempel på et ferdig prosjekt for byen Sotsji, et solkraftverk med en kapasitet på 10 kW. Vi tar umiddelbart hensyn til den lokale elektrisitetstariffen på 7,9 rubler/kWh.
Kostnaden for selve solkraftverket er 590 tusen rubler, pluss tømmer- og takfester, forbruksvarer og installasjonsarbeid vil koste 110 tusen rubler. Det totale beløpet er 700 tusen rubler.
Jeg legger ved en graf over den totale årlige strømproduksjonen til et 10 kW solkraftverk per år, som er 15900 kWh.Grafen over gjennomsnittlig månedlig besparelse viser at SES kan spare et beløp på 125 tusen rubler. i år.
Det er lett å beregne at i Sotsji vil en slik stasjon gå i balanse om 5 år.
Jeg anbefaler deg å overlate installasjonen til et team fra en organisasjon som spesialiserer seg på termisk installasjon for å motta en offisiell garanti.