Февраль 2016

Возможности эффективного плоского солнечного коллектора SintSolar CS зимой при -12’С: быстрое таяние снега, интенсивное парообразование, кипение воды даже при небольшой облачности.
Высокоселективные плоские солнечные коллекторы SintSolar CS (Украина) эффективно работают круглый год, и даже в зимний период при низких температурах воздуха. Данные солнечные коллекторы уже 7 лет работают по всей территории Украины в системах различной сложности и назначения: для горячего водоснабжения, отопления, нагрева воды в бассейне и прогрева грунта для тепловых насосов.

Как мы говорили раннее, в начале ХХ века, рынок солнечных водонагревателей, в основном, затрагивал Калифорнию. Однако человеческий скепсис не знает границ — компании конкуренты распускали слухи, что очень опасно пользоваться водой из солнечного водонагревателя, мол “мой знакомый — бедняга фермер, получил страшные ожоги — почти кожи лишился”. Другим сокрушительным ударом для рынка солнечных водонагревателей в Калифорнии стала разведка месторождений природного газа в 1920-х (http://energyblog.nationalgeographic.com). Однако хорошая технология не может исчезнуть — и солнечные водонагреватели сменили географическое место распространения.

 

Строительный бум во Флориде, начавшийся в 1920-х и продолжавшийся вплоть до 1941-го, стал неплохим местом применения солнечной технологии. За это время более половины нововозведенных хозяйств было оборудовано солнечными водонагревателями. Впрочем, человеческий фактор вновь сыграл злую шутку — стоило, после Второй Мировой Войны, упасть ценам на электричество, как бесплатное, но не такое “удобное”, Солнце стало ненужным. К тому же, агрессивная кампания поставщика электроэнергии “Florida Power and Light”, по увеличению потребления электроэнергии населением, заключающаяся в смешных акционных ценах на электрические водонагреватели, привела к падению производства солнечных водонагревателей вдвое.

 

Но есть и позитивные исторические примеры. Так, в отличие от Америки послевоенного периода, Япония, не имеющая собственных значительных запасов ископаемых энергоносителей, была вынуждена использовать бесплатную и чистую энергию Солнца для нужд горячего водоснабжения.

 

Традиционно, японские фермеры, после долгого тяжелого труда на рисовых полях, принимали горячие ванны, чтобы отмыться от грязи. Для нагрева воды использовали рисовую солому, которую иначе использовали в качестве корма для скота или удобрения полей. Поэтому, как только японские компании предложили простые солнечные водонагреватели, в виде емкости с застекленной верхней крышкой, более чем 100 000 штук нашло своих хозяев к 1960 году. Жители городов и поселков покупали упрощенные пластиковые солнечные водонагреватели, выполненные в виде надувных матрасов с прозрачным пластиковым корпусом, либо более совершенную модель — в виде солнечного водонагревателя по типу Climax — металлического цилиндрического водяного бака в застекленном ящике. Более 4 000 000 подобных солнечных водонагревателей было расположено на крышах городских зданий к 1969 году.

 

Однако появление больших нефтяных танкеров, в 1960-х, позволило Японии наладить поставки нефти с Среднего Востока, благодаря чему был получен доступ к дешевому топливу. Также, как прежде в Калифорнии и Флориде, рынок солнечных водонагревателей сколлапсировал, однако ненадолго. Нефтяное эмбарго 1973-го и последовавший за этим стремительный рост цен на нефтяные энергоресурсы послужили толчком к восстановлению национального “солнечного” рынка. (The Integral Passive Solar Water Heater Book/ David A. Bainbridge ).

 

Израиль, так же как Япония, в отличие от Соединенных штатов и большинства стран Европы, не располагал значительными ископаемыми энергетическими ресурсами в начале 1950-х. А успех военной операции Израиля в войне Судного дня привел к масштабному нефтяному бойкоту в 1973-м. В это время, в Израиле отмечен бум приобретения солнечных водонагревателей. К 1983-му, 60% населения грело воду с помощью Солнца. Когда, к середине 1980-х, цены на нефть упали, израильское правительство приняло решение не допустить обвала рынка солнечных водонагревателей, как это происходило до этого в США и Европе, поэтому приняло закон, обязывающий при постройке нового дома оборудовать его солнечными водонагревателями. Сегодня, более 90% израильских домашних хозяйств используют солнечные водонагреватели (Израиль — лидер по использованию солнечной энергетики per capita), что составляет 3% национального энергопотребления и позволяет экономить 2 миллиона баррелей (320 000 м3) нефти в год (по данным http://www.californiasolarcenter.org, wikipedia.org).

 

В 2005 Испания стала первой страной в мире, обязавшей оборудовать солнечными фотоэлектрическими панелями каждый новый строящийся дом, и второй, после Израиля, — устанавливать солнечные водонагреватели, в 2006 году.

 

Однако лидером установленных солнечных коллекторов (по абсолютному числу), естественно, является Китай, с более 60 миллионами установленных коллекторов. Мировое распределение количества установленных к 2007 году солнечных водонагревателей можно видеть на гистограмме 1.

 

Мировое распределение рынка солнечных водонагревателей (по количеству штук) в 2007 году

Гистограмма 1. Мировое распределение рынка солнечных водонагревателей (по количеству штук) в 2007 году (wikipedia.org).

 

Таким образом можно наблюдать некоторую историческую “солнечную войну”, между здравым смыслом (бесплатная, но несколько “неудобная”, в том числе коммерчески и политически, солнечная энергетика) и жаждой власти и наживы (ведь за другие источники энергии приходится платить и, более того, зависеть от их поставок).

 

ТЕПЛОВАЯ СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

 

С другой стороны, тепловую энергию Солнца можно использовать для получения механической и электроэнергии. Ведь для большинства тепловых двигателей с внешним источником сгорания тип источника тепла неважен.

 

Первый солнечный паровой двигатель был построен и протестирован Огюстом Мушо (Augustine Mouchot), французским инженером, в 1866 году. Мушо считал, что уголь, который послужил технической революции — является исчерпаемым ресурсом, и потому занимался развитием альтернативной, солнечной, энергетики. В своих работах он опирался на работы деСосюра и Клода Пулье. Мушо создал первый параболический солнечный концентратор (зеркало), который сфокусировал на дюймовую трубу, в которой вода закипая превращалась в пар и питала маленький паровой двигатель (рис. 16).

 

Демонстрация солнечной машины Мушо во Франции 1878 год

рис. 16. Демонстрация солнечной машины Мушо во Франции 1878 год.

 

В 1878 году солнечная машина Мушо завоевала золотую медаль на Парижской всемирной выставке. Параболический солнечный концентратор нагревал котел, а пар приводил в действие печатную машину, печатавшую до 500 газетных листов в час. Также публике была представлена морозильная машина, приводимая в действие солнечной энергией.

 

Работы Мушо привлекли к солнечной тематике умы многих исследователей. Одним из первых последователей стал Джон Эрикссон, который последние 20 лет жизни посвятил конструированию солнечных машин. Он считал: “поскольку Земля получает неиссякаемое количество энергии солнечного света, область его использования не поддается оценке, ибо источник этой энергии безграничен.”

Солнечный паровой двигатель Эрикссона, 1885 год

рис. 17. Солнечный паровой двигатель Эрикссона, 1885 год.

 

В 1914 году первый коммерческий солнечный завод по производству пара был построен в Египте (рис. 18). По стоимости и мощности этот завод был сравним с угольным аналогом той же мощности. Однако последствия Первой Мировой Войны привели к преобладанию разработки более ”легкой” в использовании энергии ископаемых топлив (опять более коммерческая технология победила неудобное — бесплатное! — Солнце).

 

Первый в мире коммерческий солнечный завод в Египте, 1914 год.

рис. 18. Первый в мире коммерческий солнечный завод в Египте, 1914 год.

 

На исходе двадцатого века, в силу удорожания и прогноза скорого истощения традиционных ископаемых энергоресурсов (в том числе атомных), интерес к гелиотермальной (тепловой солнечной) энергетики возобновился. Разработки солнечных теплоэлектростанций башенного типа велись как в США и СССР, так и в других странах (рис. 19). А сейчас доступны для домашнего и для коммерческого использования небольшие установки с параболическим концентратором, который фокусирует солнечное излучение на сверх-компактный и высокоэффективный тепловой двигатель Стирлинга, совмещенный с электрогенератором. Система снабжена системой слежения за Солнцем (рис. 19 б).

 

Солнечная теплоэлектростанции башенного типа
(а)

солнечная теплоэлектростанция с двигателем стирлинга

(б)

Схема гелиотермической электростанций

(в)

рис. 19. Фотографии солнечной теплоэлектростанции башенного (а) и тарельчатого с двигателем стирлинга (б) типов; схема гелиотермической электростанций (в).

 

ТАК ЧТО ЖЕ ЛУЧШЕ ДЛЯ ДОМАШНЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ — ВОДА, ВОЗДУХ или ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСТВО?

 

Итак, на данном этапе, домашняя солнечная энергетика представлена тепловыми воздушными и водяными солнечными коллекторами, солнечными тепловыми концентраторами, а также солнечными фотоэлектрическими преобразователями. Так использование какой технологии более эффективно? Как и в любом инженерном решении — каждое имеет свои преимущества и недостатки. Однако следует помнить, что часто более эффективное решение не является лучшим. В случае избытка площади, отводимой под размещение солнечных коллекторов, можно покрыть недостаток эффективности более дешевых коллекторов за счет увеличения их количества (и, соответственно, их активной площади). Такое решение может оказаться более дешевым, нежели использование меньшего числа более эффективных, но значительно более дорогих, коллекторов.

 

Также необходимо заметить, что и воздушный, и водяной солнечный коллекторы, одинакового эффективного размера, поглощают приблизительно одинаковое количество солнечной энергии и преобразуют его в тепловую, т.е. имеют одинаковую эффективность. Вот наиболее существенные отличия этих двух систем, для облегчения выбора

 

Преимущества солнечных воздушных нагревателей (коллекторов):

  • Простая конструкция, обеспечивающая низкую стоимость, а также возможность самостоятельного изготовления.
  • Отсутствует необходимость защиты от замерзания.
  • Менее требовательны к плотности стыковки элементов (утечке теплоносителя).
  • В некоторых случаях нет необходимости в устройстве тепловых накопителей, поскольку теплый воздух может использоваться непосредственно для нагрева помещения.
  • Более быстрый нагрев теплоносителя (воздуха) до рабочей температуры (поскольку воздух обладает меньшей чем вода теплоемкостью — его нагрев происходит быстрее). Это актуально в пасмурные, с переменной солнечностью, дни.

Недостатки:

  • Значительно больший размер воздуховодов, по сравнению с водяными трубами, что снижает гибкость расположения и усложняет монтаж.
  • Более сложное устройство теплового хранилища.
  • Сложность устройства систем больших размеров.
  • Дополнительные затраты на оборудование для нагрева воды горячего водоснабжения.

 

Преимущества солнечных водяных (жидкостных) нагревателей:

  • Более гибкая система расположения и монтажа, за счет того, что водяные трубы имеют значительно меньший диаметр, чем воздуховоды.
  • Возможность устройства солнечных систем очень большого размера.
  • Более простое устройство теплового хранилища.
  • Простота использования системы для нужд горячего водоснабжения.
  • Возможность обустройства современной системы комфортного распределения тепла в доме — теплого пола.
  • Более простая теплоизоляция труб.

Недостатки:

  • Несколько более сложное устройство, что приводит к некоторому удорожанию и усложнению самостоятельной постройки.
  • Необходимость защиты от заморозков — использование антифриза или систем автоматического слива воды из коллекторов (drainback).
  • Не допускают неплотной стыковки (утечки теплоносителя).
  • При использовании для нужд отопления необходима система распределения тепла (системы теплого пола или радиаторов), однако зачастую такие системы уже существуют для традиционных источников тепла (газовый/дровяной котел), к тому же устройство систем распределения тепла позволяет создать более эффективные системы управления отоплением.

 

Использование параболических зеркальных концентраторов, для домашнего использования, целесообразно при желании получать более высокие температуры исходящего теплоносителя (в данном случае, в качестве теплоносителя используются минеральные масла, температура кипения которых выше 500 оС). В целом, эффективность такой системы сравнима с плоскими коллекторами (по данным статьи http://georgesworkshop.blogspot.com/2011/10/index-comparing-concentrator-to-flat.html) однако требует установки систем слежения за положением Солнца, что усложняет систему.

 

Как конкурирующую систему обогрева частного дома, можно рассматривать систему состоящую из солнечных фотоэлектрических панелей (КПД порядка 15%, против 50-75% КПД солнечных коллекторов) и теплового насоса (позволяющего “выкачать” тепловой энергии до 3 кВт, при затраченном 1 кВт электроэнергии). Таким образом, можно рассчитать суммарную “солнечную” эффективность такой гибридной системы как: 15%*3 = 45%, что не так плохо. Правда такая система, однозначно, будет значительно более дорогой, сложной (включает фотоэлектрические модули, аккумуляторную батарею, инвертор, тепловой насос, систему скважин теплового насоса, систему распределения тепла) и, потому, менее надежной.

 

http://alteco.in.ua/technology/solar-energy/razvitie-sovremennoj-solnechnoj-energetiki-v-mire

солнечные коллекторы kordiВ Красилове Хмельницкой области изготавливают свои солнечные коллекторы под названием Корди. Данная продукция является простым, экологически чистым решением для получения горячего водоснабжения с помощью солнца.
Системы коллекторов предназначены для горячего водоснабжения квартир, индивидуальных жилых домов. Могут использоваться для частичного замещения газа, ведь во времена умеренной температуры коллекторы можно использовать для догрева системы отопления, которая работает в доме от газового котла. Это незначительное количество тепла, но это экономия денег.
Коллектор состоит из вакуумных трубок. Коэффициент поглощения солнечной энергии доходит до 92%. Нет движущихся частей в конструкции, позволяет обеспечить большой срок службы всей конструкции. Производство коллектора защищено украинским патентом №46352.
Для семьи из 3-4 человек подойдет модель, которая имеет 15 трубок, бак-аккумулятор на 150 л. Месячная производительность 4-4,5 м3 горячей воды. Есть модели на большую производительность, которые комплектуются баками на 215 и 285 литров.
Завод, который основным теплотехническим оборудованием имеет выпуск котлов, стал предприятием новой отрасли — возобновляемой энергетики.

individual_solarСамый непонятный и ключевой элемент для солнечных коллекторов – селективное покрытие. Оно как губка впитывает в себя весь спектр солнечного излучения и превращает его в тепло, которое можно аккумулировать или транспортировать. Селективным этот черный как сажа состав называется, потому что имеет свойство намного меньше излучать тепла, чем поглощать, то есть работает как тепловой диод.

Самое интересное, что такое покрытие можно купить в виде баночки с химикатом и нанести на все, что пожелаете, кроме алюминия. Стоимость 2 квадратных метров покраски сплошным слоем будет стоить от 400 грн. Приплюсуйте к этой сумме аккумулятор тепла, трубы и т.д. и сразу станет понятно, что гелиосистема на солнечных элементах совсем не такое дорогое удовольствие для обогрева дома, как стараются его продать непросвещенным покупателям.

Что нужно знать о таких покрытиях:

Отношение количества поглощенной энергии к количеству излученной (отраженной) называется коэффициент селективности. В готовых химикатах для солнечных коллекторов он варьируется от 8,5 до 16.

Есть еще селективное покрытие с антиконвекционным свойствами — покрытия, которые уменьшают теплоотдачу в виде конвекции во внешнюю среду (в сторону закрывающего стекла)

Чтобы увеличить КПД солнечного коллектора, позаботьтесь о том, чтобы селективный состав наносился на полированную поверхность, отражающую солнечные лучи, как зеркало.

Кроме готовых химикатов в качестве селективного покрытия можно нанести тонким слоем:
оксид меди или оксиды других металлов;
черный хром;
газовую сажу;
покрытие из полупроводников;
воронение стали;
черный утепляющий материал для обуви, напоминающий на ощупь черную байку
на худой конец можно просто покрасить матовой черной краской или накрыть москитной или другой черной сеткой

Как сделать солнечные гелиоколлекторы своими руками

Поглощающая поверхность может быть плоской (в форме листа или плоской панели, серии пластин, как в жалюзи, или лампелей)

Лучше сделать селективное покрытие на объёмной плоскости, тогда можно задействовать больше углов для попадания солнечных лучей в накопитель тепла.

Гелиоколлекторы, которые почти не теряют тепла, помещают в:
стеклянную герметичную замкнутую емкость с воздухом, а еще лучше в вакуум, тогда исключается теплоотдача во внешнюю среду;
вакуумные прозрачные трубки, в которых размещена поглощающая поверхность, имеющая непосредственный контакт с тепловой трубой, идущей в аккумулятор тепла;
зеркальный желоб, в фокусе которого проходит труба-мишень с переносящей тепло в аккумулятор субстанцией (воздух, вода, антифриз) покрытой поглощающей поверхностью;
концентрирующие зеркала в форме полусферы, параболоида вращения, где в фокусе размещают мишень с поглощающим покрытием, которая связана с тепловой трубой или передает тепло тепловой машине, которая приводит в движение генератор электроэнергии.

Еще есть такие хитрости:

прозрачные вакуумные трубки, зеркальные жолобы, концентрирующие системы с высокотемпературной мишенью, соединяются с парогенератором или электрогенератором с циклом Стирлинга.

Селективное покрытие можно наносить кисточкой, но если использовать один из нижеперечисленных способов, то расход дорогого химиката будет меньше:

Способы нанесения селективных покрытий:

-плазменное напыление;

-магнетронно-ионное напыление;

-электрохимическое осаждение;

-химическое покрытие.

Солнечный гелиоколлектор только поглощает спектр излучения и превращает его в тепло,

Как построить систему теплоснабжения дальше? Есть несколько продуманных и опробованных способов:

с прямой передачей тепла из поглощающего солнечное тепло теплообменника в:
аккумулятор (если его разместить в доме, то его теплопотери пойдут на обогрев помещения);
помещение для подогрева воздуха или его осушки;
бойлер с термосифонной циркуляцией воды, которая имеет мало солей в своем составе

Можно сделать более сложную систему обогрева, например: первый контур из поглощающего солнечное тепло теплообменника в теплоаккумулятора снабдить циркуляционным насосом (самый дешовый — помпа отопителя салона а/м «Газель») и антифризом – незамерзающей жидкостью, циркулирующей по трубам. Выгоды очевидны – внутренняя среда никогда не замерзнет и не загрязнится.

Если еще установить контролер с датчиком температуры и автоматической регуляцией потока антифриза, то можно добиться максимального нагревания этой жидкости до попадания ее в аккумулятор. Потому КПД такой системы отопления выше. Когда теплоаккумулятор соберет достаточное количество тепла, то потоки можно переключить, например, на воздушные и обогревать теплым воздухом помещение. Аналогично можно переключить аккумулятор на подогрев воды.

Теплоаккумулирующим устройство может быть:
бойлер;
отопительная система дома с трубопроводами и батареями;
вода в бассейне;
жидкотельныйтельным теплоаккумулятором из глауберовой соли;
твердотельным теплоаккумулятором камня, например подвал с большим количеством гальки, который нагревается днем за счет потока горячего воздуха из солнечного гелиоколлекттора, а ночью воздушные каналы переключаются на циркуляцию теплого воздуха из подвала в дом.

Японским ученым удалось создать тепловой диод — устройство, способное пропускать тепло только в одном направлении. Конструкция материала состоит из двух слоев различных видов перовскита. Данные материалы отличаются тем, что их теплопроводность зависит от температуры. Один из слоев имеет высокую теплопроводность при высокой температуре, а другой — наоборот. Данная конструкция аналогична строению полупроводникового диода, который составлен из полупроводников с разным типом примесной проводимости. В результате ученым удалось получить устройство, которое позволяет течь теплу только в одном направлении.

По словам исследователей, новые устройства могут найти широкое применение, например, для создания охлаждающих систем для процессоров. Помимо этого создатели диода полагают, что он может быть использован для создания термокомпьютеров — вычислительных систем, в которых переносчиком информации будет выступать не электричество, как в обычных машинах, а тепловая энергия.
An oxide thermal rectifier http://arxiv.org/abs/0910.1153
Но самым реальным является использование тепловых диодов в качестве солнечных коллектров (гелиоколлектров), особенно в паре с теплоаккумуляторами и селективным покрытиям как замена стеклянным ваккумным трубкам. Плюсы в надежности и большей эффективности использования плащади.

Рейтинг@Mail.ru mail bobjones (сообака) yandex.ru