Солнечный коллектор принцип действия: Принцип работы солнечных коллекторов и батарей

Принцип работы солнечных коллекторов и батарей

Солнечные коллекторы – это инновационная технология, которая превращают солнечную энергию в тепло. Но как именно работает солнечная батарея?

Принцип работы солнечной батареи достаточно не простой. Ведь для работы солнечного коллектора необходима не только сама панель, но и ряд вспомогательных устройств, которые берут участие в работе коллектора.

Принцип работы солнечного коллектора зависит от его составляющих. Система состоит из непосредственно солнечного коллектора, теплообменного контура и аккумулятора тепла (бака с водой). За что отвечает каждый элемент системы?

Принцип работы коллектора прост. По нему происходит циркуляция теплоносителя (жидкости). В нем теплоноситель нагревается от солнечной энергии.

В аккумуляторе тепла (баке) нагретая вода до того, как ее используют, например на отопление дома солнечными коллекторами.

Теплообменник контура необходим для передачи тепла от коллектора в бак.

Принцип солнечной батареирассмотрим более подробно. Через плоский солнечный коллектор постоянно проходит теплоноситель (жидкость – чаще всего применяется раствор пропилен гликоля с водой). Теплоноситель нагревается в солнечной батареи благодаря энергии солнца и далее отдает тепловую энергию воде через теплообменник, который находится в баке-аккумуляторе.

Далее в баке-аккумуляторе горячая вода находится до момента, когда она понадобится. Из-за этого принципа работы, бак должен иметь хорошие изоляционные качества. В первом контуре, где находится солнечная батарея, применяется принудительная циркуляция теплоносителя, поэтому еще одной составляющей такого цикла является насос, или насосная станция.

Иногда, в баке-аккумуляторе может быть установлен электрический нагреватель-дублер. Он обеспечивает принцип предостережения от возможного понижения температуры воды в баке-аккумуляторе. Такое может произойти из-за затяжной пасмурной погоды или например по причине нехватки солнечной энергии в зимний период.

В таком случае, нагреватель-дублер автоматически включается и догревает воду солнечной батареи до заданной температуры. Более часто применяются баки0аккумуляторы бивалентного типа(бак с двумя теплообменниками). В таких случаях в нижний змеевик подключаются солнечные коллектора, а в верхний дополнительный источник тепла, например газовый или твердотопливный котел.

Принцип солнечного коллектора достаточно прост, но в тоже время требует высокой степени внимания к деталям. Ведь если что-то не учесть, то возможно значительное снижение эффективности работы.

Принцип действия солнечного коллектора немного отличается от типа коллектора. Например, у вакуумного солнечного коллектора и плоского солнечного коллектора есть небольшое отличие в принципе действия. Вакуумный солнечный коллектор имеет преимущества в эффективности работы по сравнению с плоским солнечным коллектором в межсезонье и зимой:

• дело в том, что медная трубка в вакуумном коллекторе изолирована вакуумом со всех сторон, что обеспечивает минимальныетеплопотери. Это особенно чувствуетсяв зимний период;
• принцип солнечной батареи вакуумного типа позволяет менять трубки по отдельности, при этом на работу остальных трубок поломка одной не влияет. В плоском солнечном коллекторе поломка одной трубки приведет к неисправности всего коллектора;
• за счет круглой формы абсорбера, вакуумный солнечный коллектор, впитывает на много больше солнечного света, не отражая его. Плоские солнечные коллектора отражают большую часть света ранним утром и поздним вечером.

Таким образом, мы можем сказать, что принцип действия солнечных батарей немного отличается в зависимости от типа и вида коллектора. Поэтому, внимательно подбирайте себе коллектор и лучше перед покупкой обратитесь к нашим специалистам по тел. 050 414-37-72, которые более детально смогут Вам подсказать и помочь в выборе.

Описание принципов работы солнечных коллекторов, вакуумных и плоских коллекторов

Для превращения солнечной энергии в тепловую используют гелиосистемы.

Солнечный водонагреватель (солнечный коллектор) — это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии, которая переносится видимым и ближним инфракрасным излучением для последующего её преобразования в тепловую энергию, пригодную для использования.

В гелиосистемах наиболее распространены два типа коллекторов: вакуумные и плоские.

Основной частью вакуумного коллектора является тепловая трубка. Такие коллекторы представляют собой ряд стеклянных трубок специальной конструкции. Трубка гелиоколлектора – это на самом деле две трубки (одна вложенная в другую), между которыми находится вакуум для наилучшей термоизоляции теплоносителя от внешней среды.

Способ передачи тепла от неё теплопроводу вакуумного солнечного коллектора: медная труба внутри пустая и содержит неорганическую и нетоксичную жидкость. При нагревании эта жидкость испаряется, а поскольку в трубке создан вакуум, то это происходит даже при температуре минус 30°С. Пар поднимается к наконечнику тепловой трубки, где отдаёт тепло теплоносителю (антифризу), который течёт по теплопроводу гелиоколлектора. Потом он конденсируется и стекает вниз, и процесс повторяется снова. Солнечный водонагреватель с вакуумными трубами показывает отличные результаты даже в пасмурные дни, потому что вакуумные трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через тучи. Благодаря изоляционным свойствам вакуума, влияние ветра и низких температур на работу гелиосистемы также незначительно по сравнению с влиянием на плоский солнечный коллектор. Система с вакуумным солнечным коллектором успешно работает до -35°С.

Трубы установлены в солнечном водонагревателе параллельно, угол их наклона зависит от географической широты места установки системы отопления. Ориентированные с севера на юг, на протяжении дня, трубки вакуумного солнечного коллектора пассивно двигаются за солнцем. Они практически не нуждается в эксплуатационном обслуживании.

Для поддержания вакуума солнечный водонагреватель использует газопоглотитель, который в производственных условиях подвергался влиянию высоких температур, в результате чего нижний конец вакуумной трубы покрыт слоем чистого бария. Он поглощает СО, СО₂, N₂, O₂, H₂O и H₂, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, и является чётким визуальным индикатором состояния вакуума в трубке солнечного коллектора. Когда вакуум исчезает, бариевый слой из серебристого становится белым. Это дает возможность легко определить, целая ли труба вакуумного солнечного водонагревателя.

Вакуумные солнечные коллекторы полностью пригодны для ремонта: в случае необходимости трубку можно заменить без остановки солнечного водонагревателя. За необходимостью вакуумные трубки можно добавлять (при недостатке тепла) или частично снимать (если есть его избыток), уменьшая площадь гелиоколлектора. Обслуживание солнечного водонагревателя сводится практически к нулю. Вакуумные солнечные коллекторы отлично справляются с заданием обеспечения дома горячей водой, отоплением квартиры, подогревом бассейнов, теплиц, работают в системах вентиляции, кондиционирования и отопления зданий. Благодаря всему этому работа гелиосистемы проста, как с точки зрения эксплуатации, так и обслуживания.

Плоские гелиоколлекторы имеют иную конструкцию. Главным элементом в них является абсорбер, поглощающий солнечное излучение, сверху он имеет прозрачное покрытие. Для повышения эффективности коллектора, используют специальное оптическое покрытие из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов. Абсорбер соединён с теплопроводящей системой.

Конструкция плоских солнечных коллекторов является довольно простой. Внешне они представляют собой простую панель, имеющую прямоугольную форму. Эта установка обладает алюминиевым корпусом, несколькими патрубками, использующимися с целью отвода и подвода жидкого теплоносителя. Кроме того, изнутри стенки коллектора покрыты теплоизоляционным слоем. На сегодняшний день производители его толщину делают равной трем-четырем сантиметрам – это предоставляет возможность добиться существенного уменьшения уровня теплопотерь.

Принцип работы плоского солнечного коллектора основывается на парниковом эффекте — солнечные лучи поступают на поверхность этого устройства и проникают сквозь стекло. Теплопоглощающее покрытие, используемое в нижней части коллектора, характеризуется коэффициентом поглощения, составляющим 91%. В конечном итоге чрезмерный нагрев приводит к тому, что покрытие начинает излучать тепловую энергию. Мощность её расположена в инфракрасном диапазоне, другими словами, имеется возможность достичь аккумулирования энергии солнца в коллекторе. Процесс отвода тепла происходит при непосредственном участии теплоносителя.

Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов

Вакуумные трубчатые

Плоские высокоселективные

плюсы

плюсы

Низкие теплопотери

Способность очищаться от снега и инея

Работоспособность в холодное время года до -30С

Высокая производительность летом

Способность генерировать высокие температуры

Отличное соотношение цена/производительность для южных широт и тёплого климата

Длительный период работы в течение суток

Возможность установки под любым углом

Удобство монтажа

Меньшая начальная стоимость

Низкая парусность

 

Отличное соотношение цена/производительность для умеренных широт и холодного климата

 

минусы

минусы

Неспособность к самоочистке от снега

Высокие тепло потери

Относительно высокая начальная стоимость проекта

Низкая работоспособность в холодное время года

Рабочий угол наклона не менее 20°

Сложность монтажа, связанная с необходимостью доставки на крышу собранного коллектора

 

Высокая парусность

Как работает солнечная тепловая энергия? • Newheat

Все о самой зеленой энергии: солнечная тепловая энергия

Солнечная тепловая электростанция преобразует солнечного излучения в тепло с помощью солнечных тепловых коллекторов.

Что такое солнечный тепловой коллектор ? Как это работает? Чем он отличается от фотогальванического солнечного коллектора ? Не паникуйте, вот ответы на все ваши вопросы о самом эффективном из всех возобновляемых источников энергии!

Для начала немного терминологии : датчик, панель, модуль, коллектор… эти термины описывают разные технологии? Нисколько! все они взаимозаменяемо используются для описания одних и тех же технологий. В Newheat мы предпочитаем использовать термины «датчики» или «коллекторы», которые являются более точными и содержательными, чем общие термины «панели» или «модули»!

Солнечная тепловая и солнечная фотоэлектрическая

Даже если обе технологии используют солнечную энергию, они совершенно разные!

Их цель состоит в том, чтобы собирать и преобразовывать солнечную энергию в 2 различных формы, электричество и тепло (или тепловую/тепловую энергию). Они основаны на различных физических принципах:

Солнечный тепловой коллектор – это оборудование, используемое для преобразования солнечного излучения в тепло.

Физические принципы, лежащие в основе этого производства энергии, включают тепловое поглощение и теплопроводность. В частном случае концентрирующих систем отражение также играет важную роль.

Фотоэлектрический солнечный коллектор использует фотоэлектрический эффект для преобразования фотонов (частиц света, излучаемого солнцем) в электричество.

Это преобразование достигается с помощью полупроводникового материала с особыми атомными характеристиками. Когда фотон с правильным уровнем энергии (то есть с правильной длиной волны) вступает в контакт с этим материалом, электроны приходят в движение внутри него и создают электрический ток.

Исторический фокус: Если вы хотите блистать в обществе, знайте, что Эдмон Беккерель, французский физик 19 века, считается отцом фотогальванической солнечной энергии (он открыл фотогальванический эффект в 1839 году). Что касается солнечной тепловой энергии, то пионером использования этой технологии в промышленных масштабах можно считать другого французского инженера, Огюстена Мушо. В 1866 году он изобрел первый солнечный двигатель, состоящий из параболического отражателя, который концентрирует солнечные лучи на стеклянном цилиндре для производства пара и, таким образом, для питания промышленных машин.

Солнечные тепловые коллекторы различных типов

Солнечные тепловые коллекторы представляют собой своего рода теплообменник, поглощающий солнечное излучение, которое преобразуется в тепловую энергию, которая затем передается жидкому теплоносителю, циркулирующему в коллекторе. Используемые жидкости могут быть воздухом, водой, маслом или смесью воды и пропиленгликоля (биоразлагаемый антифриз, традиционно используемый в качестве пищевой добавки). Материалы с фазовым переходом (например, расплавленные соли) также можно использовать для концентрированных систем. Существуют различные типы солнечных тепловых коллекторов. Обычно их делят на два основных семейства, неконцентрирующие (стационарные) коллекторы и концентрирующие коллекторы , оборудованные солнечным трекером. Характеристики коллектора определяют диапазон его рабочих температур и, следовательно, сферы применения.

Например, неконцентрирующие коллекторы могут обеспечивать уровни температуры ниже 100-120°C и технологии концентрирования будут обеспечивать уровни температуры до 200-300°C и даже 800°C для некоторых .

Неконцентрирующие технологии

Эти технологии улавливают все солнечное излучение и обычно используют воду в качестве теплоносителя. Несмотря на то, что они имеют ограничения по температуре подачи, они просты в развертывании (отсутствие давления в контурах) и надежны (обратная связь от массового использования в течение нескольких десятилетий).

Вот некоторые из наиболее широко используемых бесконцентрационных технологий:

Концентрированные технологии

В отличие от неконцентрирующих технологий, они улавливают только непосредственную (а не полную) составляющую солнечного излучения и используют в качестве теплоносителя в основном воду под давлением, пар или термальное масло.

Они могут достигать более высоких температур подачи, но их развертывание требует использования систем слежения за солнцем и требует конструкции, учитывающей ограничения давления, налагаемые этими уровнями температуры. Прочность и надежность этих установок также ниже из-за более высокой сложности и требуют большего обслуживания и очистки коллекторов, чем технологии без концентрирования.

Вот основные обогатительные технологии:

Для получения удовлетворительной производительности эти технологии должны быть реализованы в виде очень крупных инфраструктур (башен в несколько десятков метров, полей гелиостатов в несколько гектаров или десятков гектаров), ведущих к особенно сложным системам, подверженным особенно высоким ограничениям по температуре и давлению.

Как обстоят дела с этими технологиями на рынке?

Технологии концентрации солнечной энергии в настоящее время в основном используются для производства электроэнергии с использованием термодинамических систем (приведение в действие турбины с помощью выделяемого тепла для выработки электроэнергии). Этот рынок сталкивается с очень сильной конкуренцией со стороны солнечных фотоэлектрических технологий, цена которых резко упала в последние годы. Поэтому перспективы его развития кажутся ограниченными. Однако появляются новые, более массовые и более конкурентоспособные высокотемпературные решения для хранения тепла, которые могут изменить эту ситуацию.

В последние годы многие поставщики технологий концентрирования приступили к разработке продуктов, адаптированных к тепловым потребностям промышленных процессов, производящихся при подходящих уровнях температуры, установка которых проще и гибче.

Как насчет солнечных тепловых фотоэлектрических коллекторов (PV-T)?

Действительно, , есть фотогальванические тепловые солнечные коллекторы (PV-T) или «гибридные» солнечные коллекторы , рассчитаны на производят фотогальваническое электричество и одновременно собирают тепловую энергию солнца . Этот тип коллектора состоит из «классической» фотогальванической части, за которой часть «теплового коллектора» восстанавливает тепловую энергию, посылаемую солнцем (в частности, инфракрасное излучение, обычно теряемое в виде рассеянного тепла) через теплоноситель. Этой жидкостью может быть воздух (в данном случае речь может идти об «аэровольтаических» коллекторах) или вода (возможно, гликоль).

У этих технологий много преимуществ : они улучшают общую выработку энергии благодаря двойному использованию электричества и тепла, но также улучшают производительность фотогальванического компонента, поскольку фотогальванические элементы плохо функционируют выше определенного уровня температуры.

Однако их стоимость неизбежно несколько выше, чем «одних» тепловых или фотогальванических технологий, а приложения, позволяющие одновременно оптимально использовать две производимые энергии, в настоящее время ограничены относительно низкими температурными уровнями.

Какова эффективность солнечного теплового коллектора?

КПД солнечного теплового коллектора равен отношению энергии, производимой коллектором в виде тепла, к общей полученной им солнечной энергии. В случае использования солнечной энергии, этот КПД может достигать 80% для низкотемпературных применений. Эти КПД очень высоки по сравнению с фотоэлектрическими элементами , где КПД (для «коммерческого» коллектора, использующего монокристаллические кремниевые элементы) больше похоже на 15%.

Таким образом, КПД солнечных тепловых коллекторов в среднем в 4-5 раз превышает КПД фотогальванического коллектора.

Это связано с разной природой физических явлений в этих коллекторах, как описано ранее в этой статье. Действительно, только небольшая часть солнечной энергии (определенные длины волн «светового спектра») используется фотогальваническими технологиями, тогда как все солнечное излучение используется солнечными тепловыми технологиями.

Однако важно понимать ключевой момент, связанный с солнечными тепловыми технологиями : одним из основных факторов, влияющих на производительность коллектора, является температура тепла, которое он должен производить, а точнее разница между производимой температурой и наружной температурой (что напрямую влияет на уровень теплопотерь). Когда эта разница температур увеличивается, потери также увеличиваются, а производительность снижается.

Поэтому всегда важно ориентироваться на максимально низкие температуры в диапазоне, желаемом потребителем, чтобы оптимизировать работу этих технологий.

Это один из основных критериев, который необходимо учитывать при сравнении интереса к различным солнечным тепловым технологиям между ними (наряду с затратами на их внедрение и обслуживание). Приведенная ниже диаграмма позволит вам визуализировать типичные кривые производительности основных используемых солнечных тепловых технологий.

Учитывая все это, что такое роль Newheat?

В Newheat мы готовы и можем работать со всеми типами солнечных тепловых технологий.

Действительно, мы не производим коллекторы и не заключаем эксклюзивных договоров с поставщиками техники.

Эта полная независимость имеет для нас решающее значение: мы можем свободно выбирать наиболее подходящую технологию для каждого проекта, который мы изучаем, исходя из его объективных технических и экономических показателей и конкретных потребностей наших клиентов.

Этот подход особенно защищает наших клиентов: он позволяет избежать любого конфликта интересов, заключающегося в рекомендации решений, которые не оптимальны для них, но в которых у нас был бы прямой экономический интерес!

После выбора наиболее подходящей технологии, благодаря нашему опыту проектирования и моделирования, она интегрируется в полную энергетическую систему, которую мы проектируем и изготавливаем собственными силами. Это означает, что надежность, эффективность и стоимость производства оптимальны по сравнению с требованиями наших потребителей тепла. Но это уже другая тема, которую мы рассмотрим в следующей статье: следите за обновлениями!

Что можно сказать о заводах, уже построенных Newheat? По состоянию на 15 марта 2022 года все проекты, реализованные и управляемые Newheat, основаны на технологиях плоских коллекторов без концентрации. Действительно, учитывая требования к температуре для этих первых проектов, эти технологии оказались наиболее конкурентоспособными. Вы можете найти различные проекты здесь.

Тем не менее, Newheat в настоящее время изучает проекты, использующие другие типы солнечных тепловых технологий, такие как концентрирующие, вакуумные, неглазурованные или гибридные PV-T! Вы можете следить за анонсами новых проектов через наши новости!

Принцип работы плоского коллектора. Как это работает?

Плоский солнечный коллектор представляет собой разновидность солнечной тепловой панели, задачей которой является преобразование солнечной энергии в тепловую.

Как работает солнечная панель: S…

Пожалуйста, включите JavaScript

Как работает солнечная панель: наука об этом

Этот тип тепловой солнечной панели имеет разумное соотношение цены и эффективности в умеренном климате и хорошо подходят для большого количества тепловых применений, таких как:

• Отопление помещений.

• Может использоваться для подогрева воды в бассейне.

• Поддержка систем солнечного водонагрева — ГВС.

• Подогрев промышленных жидкостей.

Как работает плоский коллектор?

Работа плоского коллектора основана на передаче тепла.

Солнечное излучение попадает на теплопоглощающую пластину коллектора. Когда падающее солнечное излучение попадает на поглощающую поверхность пластины, часть его энергии превращается в тепло. Следовательно, температура солнечного коллектора увеличивается.

Если мы пропускаем жидкость внутрь коллектора, температура жидкости повышается, потому что часть тепла поглощающей пластины передается жидкости в соответствии с первым и вторым законами термодинамики. Однако остальная часть энергии все равно теряется при излучении во внешнюю среду.

Жидкость переносит тепло от коллектора к теплообменникам для снабжения энергосистемы.

Чтобы получить хорошую производительность этого типа солнечного теплового коллектора и снизить потребление энергии, мы должны работать с коллекторами при минимально возможной температуре.

 

Какие преимущества имеют плоские коллекторы с глазурью?

Этот тип коллектора имеет прозрачную крышку, которая улавливает излучение, отражающееся от поглощающей пластины, и повышает общую эффективность. Для этого прозрачная крышка коллектора создает парниковый эффект.

Парниковый эффект возникает в некоторых прозрачных телах, через которые обычно проходит только излучение с длиной волны от 0,3 до 3 микрон. Поскольку большая часть солнечного излучения составляет от 0,3 до 2,4 микрона, солнечный свет может проходить через стекло.

После прохождения излучение находит поглощающую пластину, нагретую солнечным излучением, и испускает излучение размером от 4,5 до 7,2 микрона, которое не может снова пройти через стекло.

Это солнечное излучение, которое не может выйти наружу, отражается внутрь. Так что часть этой энергии нагревает стекло, и стекло посылает ее внутрь и наружу.

Типы плоских солнечных коллекторов

Мы можем выделить два основных типа плоских солнечных коллекторов, в зависимости от конфигурации поглощающей пластины и того, застеклена она или нет:

• Конфигурация с параллельными поглощающими пластинами; Этот тип коллектора можно использовать горизонтально и вертикально. Параллельная конструкция способствует тому, что температура коллектора может быть стратифицирована при большем объеме циркуляции воды через патрубки внутри коллектора.

• Конфигурация поглощающей пластины серии: состоит из одного непрерывного контура с малым объемом циркулирующей воды и более высоким тепловым скачком, с хорошей производительностью.

• Остекление – Обычно используется в системах или установках водяного отопления для бытовых нужд. Рабочая температура обычно составляет от 30 ° C до 60 ° C. Он состоит из изолированной коробки, покрытой остеклением. Внутри находится абсорбент, в котором циркулирует теплоноситель. Остекление блокирует инфракрасное излучение и изолирует воздушный зазор над поглощающей пластиной, сохраняя тепло.

• Неглазурованный: этот тип плоского коллектора намного дешевле, но менее распространен. В зависимости от температуры наружного воздуха он обычно используется в системах обогрева бассейнов, но иногда может использоваться в качестве системы нагрева горячей воды в странах с жарким климатом. В регионах с умеренным климатом рабочая температура обычно ниже 30 градусов по Цельсию.

Компоненты плоского коллектора

Для плоских коллекторов необходимы оптически эффективные, недорогие селективные покрытия. Типичный плоский коллектор состоит из следующих элементов:

1. Поглощающая пластина

Поглощающая пластина — это элемент, который улавливает солнечное излучение внутри коллектора и отвечает за преобразование солнечной энергии в тепловую.

Поглощающая пластина обычно состоит из металлической фольги, обычно из меди (отличный теплопроводник), которая темнеет. Темные матовые тела улавливают солнечное излучение лучше, чем любой другой цвет.

Есть два способа затемнить поглощающую пластину:

1. Во-первых, тонкий слой термочерной краски устойчив к высоким температурам.

2. Селективная обработка основана на электрохимических покрытиях или красках с оксидами металлов с высоким поглощением солнечного излучения и низкой теплоотдачей.

Поглощающая пластина включает в себя сетку каналов, по которым будет циркулировать теплоноситель.

2. Крышка остекления

Остекление предназначено для изоляции солнечного коллектора от внешних условий окружающей среды и пропуска солнечного излучения. Именно это покрытие вызывает парниковый эффект.

Обычно состоит из цельного листа твердого стекла толщиной примерно 4 мм.

Эта деталь присутствует только в плоских солнечных коллекторах с остеклением, предназначенных для минимизации потерь тепла.

3. Изоляция

Изоляция уменьшает тепловые потери изнутри коллектора, особенно от поглощающей пластины, наружу. Обычно он состоит из листов синтетической пены (полиуретан, цианиды, стекловолокно и т. д.), расположенных по бокам и сзади солнечной панели.

4. Корпус

Корпус служит для размещения остальных компонентов солнечного коллектора.

Эта крышка обычно состоит из алюминиевого профиля, что гарантирует прочность сборки даже в экстремальных условиях работы.