Активное солнечное нагревание. История вопроса и компоненты солнцесборников

05.01.2018

Раньше было:

Сила, энергия и мощность.
Возобновляемая энергия. Введение
Эффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив

Солнечная тепловая энергия
1. Введение
2. Солнечный водонагреватель на крыше
3. Природа и пригодность солнечного излучения
4. Солнечная радиация и времена года
5. Удивительные свойства стекла
6. Использование низкотемпературного оборудования на солнечной энергии
6.1. Местный нагрев воды
6.2. Обогрев пространства жилого дома солнечным светом
6.3. Нагрев плавательного бассейна
6.4. Зимний сад (или «солнечная теплица»)
6.5. Стена Тромбе
6.6. Прямой нагрев

7. Активное солнечное нагревание

История

Солнечный водный нагреватель мог бы быть сделан просто путем размещения водного резервуара в нормальном окне. Действительно, многие из первых систем, произведенных в США 1890-ые годы в большинстве были именно такими.

Накопительный солнечный водный нагреватель, как известно, был запатентован в 1990 году Вильямом Джей Бейли (William J. Bailey) в Калифорнии. Так в системе присутствует изолированную емкость, которая может длительное время удерживать воду горячей. Бейли назвал свою компанию «Компания солнечных водонагревателей «День и Ночь» ('Day and Night' Solar Water Heater Company). Он успел продать около 400 систем перед тем, как было открыто месторождение дешевого природного газа в 1920-х, что фактически стало причиной закрытия его бизнеса.

Во Флориде солнечные водонагреватели начали использовать с 1940-ых. Восемьдесят процентов новых домов, построенных на Майами между 1935 и 1941 годами, были снабжены солнечными системами. Около 60 000 были проданы за этот период в других областях. С 1950-х годов в Америке солнечные нагреватели имели конкурентов в виде нагревателей от твердого ископаемого топлива (Butti и Perlin, 1980).

Это продолжалось, пока в 1970-х не произошло повышения цен на нефть, что определило возможность восстановления конкуренции солнечных накопителей. К 2001 г. было как минимум 57 миллионов м^2 солнечных накопителей, установленных по всему миру, 11 млн. м^2 из них в США, но только 208 тыс. м^2 в Великобритании (IEA, 2003, ESTIF, 2003).

Нами рассмотрены основные формы солнечной водных теплосборников, но какие из них рентабельно использовать как альтернативные источники?

Солнцесборники

Точно так же, как солнечные энергетические системы могут иметь много вариантов, так и формы солнечных накопителей, приведенных на рис. ниже очень разнообразны.

Низко-, средне- и высокотемпературные солнцесборники.

Переводы надписей:

Низкотемпературные солнцесборники (слева).

Неостекленная система, нагревающая на 0-10°С.
Черная поглощающая пластина.
Каналы для тока воды.

Плоская пластина (с водой), нагревающая на 0-50°С.
Прозрачное покрытие.
Оправа, обшивка, кожух (или-или).
Черная поглощающая пластина.
Ток воды.
Изоляция.

Плоская пластина (с воздухом), нагревающая на 0-50°С.
Воздушный канал.
Ток воздуха.
--------------------

Средне- и высокотемпературные солнцесборники (справа).

Фокусирующая линия, нагревающая на 50-150°С.
Фокус. Ток воды.

Эвакуирующая труба. Evacuated tube
Нагревательный трубчатый конденсатор. Heat pipe condenser
Водный поток. Water flow
Нагревательный трубчатый испаритель. Heat pipe evaporator
Эвакуирующая стеклянная труба. Evacuated glass tube
Частично покрытая абсорбирующая пластина. Selectively coated absorber plate

Точечная фокусирующая система
Зеркало
Фокус
Входящий ток воды
Исходящий ток воды
--------------------

Панели без стекла. Они наиболее приемлемы для нагревания бассейнов, где необходимо только на несколько градусов повысить температуру, по сравнению с температурой окружающей среды, при этом потери тепла относительно невелики.

Плоские пластины водных коллекторов. Это основной способ в мире нагревания воды от солнца. Обычно они застеклены только один раз, однако могут иметь дополнительную дважды застекленную площадь (иногда эта дополнительная площадь покрыта не стеклом, а пластиком). Более сложные застекленные системы позволяют достичь большей разницы температур между поглощающей поверхностью и внешним воздухом.

Пластина поглотителя обычно имеет очень черную поверхность, которая поглощает практически все солнечное излучение, т.е. она имеют высокую поглощающую способность. Обычные черные краски все-таки отражают приблизительно 10% солнечного света (для сравнения: белая поверхность отражает 70-80 %). Для некоторых панелей используют избирательную поверхность, которая хорошо поглощает видимый свет и отражает мало света в инфракрасном длинноволновом диапазоне, чтобы снижает потери тепла.

Поглощающие пластины разнообразных конструкций, успешно применяемые в последние годы, состоят из сжатых стальных центрально нагревающихся радиаторов, специально сделанных из сжатых алюминиевых и медных труб малого диаметра, припаянных к толстой пластине или к стальному листу. В общем, пластина поглотителя должна иметь высокую теплопроводность, чтобы передать собранную энергию к воде с минимальными потерями температуры.

Плоские пластины воздушных коллекторов. Они не такие, как водные коллекторы и наиболее часто используются для нагревания воздуха. Интересный вариантом является использование комбинированного коллектора: этого вида теплосборника с фотоэлектрической группой, которая вырабатывает как тепло, так и электричество.

Эвакуирующие трубы коллектора. В этом случае коллектор состоит из набора модульных труб, подобных флуоресцентным лампам. Пластина поглотителя - металлическая полоса, размещенная в центре каждой трубы. Конвективные потери тепла снижены, благодаря созданию вакуума в трубе. Пластина поглотителя использует специальный 'тепловой элемент, чтобы передать собранную энергию к воде, которая циркулирует вдоль трубы магистрали к вершине массива.

Тепловая труба - устройство, которое использует для переноса бóльшего количества тепла свойства кипящей жидкости. Полая труба наполнена жидкостью под давлением, выбранном таким образом, чтобы жидкость закипала на одном, горячем, конце трубы, а пар конденсировался на холодном конце. Труба имеет намного более эффективную теплопроводность, чем если бы она была сделана из твердого металла, и способна к передаче большего количеств тепла, достаточного для небольшого повышения температуры.

Коллекторы с фокусной линией. Они концентрируют солнце в трубе в направлении к центру. Они в основном используются для производства пара для получения электричества. Собирающая поверхность может вращаться вверх или вниз, на восток или запад, чтобы отслеживать положение солнца. Коллектор с фокусной линией может быть ориентирован своей осью в горизонтальном или вертикальном направлении.

Коллекторы с фокусной центром. Эти устройства также используются для генерации пара или для двигателей Стерлинга, но они нуждаются в отслеживании положения Солнца в двух измерениях.

Продолжение следует

Обсудить в моем Живом журнале