Сравнение КПД различных типов солнечных коллекторов

Наша компания предлагает комплексные решения для систем теплоснабжения, обеспечивающие надежность системы при минимальном потреблении топлива и снижении выбросов СО2. Идеальным дополнением к любому генератору теплоты является солнечная система (гелиосистема) для нагрева воды в системах ГВС и отопления. С её помощью можно сэкономить до 60% годовых расходов теплоты на отоплении и ГВС. Чтобы осуществить интеграцию солнечных систем в систему теплоснабжения требуется четкое согласование системных компонентов, а также правильное проектирование системы теплоснабжения и квалифицированное исполнение. Это необходимые условия для безотказной и эффективной работы солнечной установки, безопасной для людей и зданий.

Солнечная система служит для преобразования солнечного излучения в тепловую энергию. Эффективность такого преобразования определяется уровнем инсоляции, который зависит от времен года, расположения и площади поглощающей поверхности солнечного коллектора.

Промышленное производство солнечных коллекторов началось в середине 70-х годов как реакция на энергетический кризис. Солнечные коллекторы – это высококачественные изделия, срок эксплуатации которых составляет более 20 лет.   Абсорбер – самая важная часть коллектора, именно в нем солнечное излучение преобразуется  в теплоту. Это преобразование во всех коллекторах происходит, в принципе, идентично. Значительные отличия состоят в тепловой изоляции. Абсорбер защищен корпусом из высококачественной листовой стали или алюминия, с фронтальной поверхности закрыт гелиостеклом, обеспечивающим защиту от неблагоприятных погодных условий.

Отличие плоских и трубчатых вакуумированных коллекторов их работа в различных условиях.

Рассмотрим отличие плоских и трубчатых вакуумированных коллекторов, а также их работу в различных условиях.

плоский солнечный коллектор      вакуумный солнечный коллектор

В плоских коллекторах применяется тепловая изоляция корпуса, антиотражающее покрытие уплотненного стекла, прочная задняя стенка, что обеспечивает долгий срок эксплуатации. Они дешевле чем трубчатые вакуумированные, просто и надежно монтируются на плоской и скатной крыше, встраиваются в кровлю и на фасады зданий, в произвольном месте.

В трубчатом вакуумированном коллекторе абсорбер, как в термосе, встроен в вакуумированную стеклянную трубку. Вакуум обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, поэтому тепловые потери будут ниже, чем в плоских коллекторах, особенно при высоких температурах. Условием надежности и длительности эксплуатации вакуумированных трубчатых коллекторов является герметизация вакуума вокруг абсорбера.

ВИДЫ ВАКУУМИРОВАННЫХ ТРУБЧАТЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Существует два вида вакуумированных трубчатых коллекторов

Прямоточные
Теплоноситель циркулирует непосредственно в трубках абсорбера, поэтому коллектор может монтироваться в любом положении.
С тепловой трубкой (Heatpipe)
В трубе абсорбера происходит испарение (как правило, воды).
 В верхней части трубок происходит конденсация пара, для передачи тепла теплоносителю. Поэтому требуется монтаж под определенным углом наклона.
прямоточный  коллектор
тепловая трубка Heat Pipe

Рассмотрим такое важное понятие, как площадь коллектора. В солнечных коллекторах для обозначения значений производительности или мощности используются три различных площади, но не всегда в литературе корректно указано, какая площадь имеется в виду. Размер указывается в квадратных метрах.

Площадь брутто -  описывает внешние размеры коллектора и равна произведению его длины на ширину. Для определения производительности коллектора или его оценки площадь брутто не имеет никакого значения, она важна для планирования места с монтажа и выбора транспортных средств.

Площадь абсорбера – относится только к абсорберу. Для пластин абсорберов, перекрывание отдельных пластин не учитываются, поскольку закрытые зоны не относятся к активной площади. Для круглых абсорберов учитывается вся площадь, даже если определение зоны абсорбера никогда не подвергаются воздействию прямого солнечного излучения. Поэтому площадь круглых абсорберов может быть больше площади брутто коллектора.

Площадь апертуры -  в оптике апертурой называют отверстие оптического прибора. Если перенести это понятие на коллектор, то площадь апертуры будет являться максимальная проецируемая площадь, через которую может поступать солнечное излучение.

В плоском коллекторе площадь апертуры является видимая зона защитного стекла, также еще область внутри рамы коллектора.

В вакуумированых трубчатых коллекторах, как с плоскими, так и с круглыми абсорберами без отражающих поверхностей, площадь апертуры определяется как сумма продольных сечений всех стеклянных трубок. Поскольку в стеклянных трубках сверху и снизу находятся наибольшие участки без пластин абсорбера, площадь апертур в этих коллекторах всегда немного больше площади абсорбера.

В основном для расчета коллектора используется площадь апертуры, но в отдельных случаях и площадь абсорбера.

площадь абсорбера

Плоский коллектор:                                           Вакуумированный трубчатый коллектор

А- площадь абсорбера                                           А- площадь абсорбера
В- площадь апертуры                                             В- площадь апертуры
С- площадь брутто                                                  С- площадь брутто

Решающим фактором для выбора типа коллектора является – наряду с наличием  температурой наружного воздуха - ожидаемая разность ∆Т между температурой коллектора  и температурой наружного воздуха. 

Средняя температура коллектора определяется как среднее арифметическое между температурой подающего и обратного трубопроводов, оказывает значительное влияние на коэффициент полезного действия коллектора, следовательно,  на его производительность. Для выбора типа коллектора большое значение также имеет производительность солнечной системы, для ее оценки необходимо учитывать климатические данные местности и ожидаемый период эксплуатации коллектора (сезонная или круглогодичная эксплуатация) – для большинства случаев применения это круглогодичная эксплуатация. Эти данные позволяют определить ожидаемую разность ∆Т между температурой коллектора  и температурой наружного воздуха.

ГРАФИКИ КПД СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Графики КПД коллекторов

сравнение кпд солнечныъх коллекторов

 

На графике видно, что  средняя разность температур ∆Т, например, в солнечных системах горячего водоснабжения с низкой долей замещения тепловой нагрузки значительно меньше, чем в солнечных  системах высокой долей замещение или в установках,  покрывающих часть нагрузки на отопление

С увеличением разности температур между коллектором и наружным воздухом вакуумированные трубчатые коллекторы имеют значительно больший КПД, чем плоские.

ФАКТОРЫ ДЛЯ ВЫБОРА ТИПА СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА.

Факторы для выбора типа коллектора:

  • ожидаемая разность ∆Т между температурой коллектора  и температурой наружного воздуха, от чего зависит КПД коллектора
  • решаемая задача

или ГВС с низкой долей замещение нагрузки за счет солнечной энергии

или ГВС с высокой долей замещение нагрузки, с покрытием части нагрузки на отопление

или кондиционирование воздуха

или теплоснабжение технологических процессов

  • место и условия монтажа
  • соотношение цена /производительность.

ВЫВОДЫ: Если производить выбор по графику КПД коллекторов, то решение всегда будет в пользу вакуумированных трубчатых коллекторов.


1
Нужна помощь в выборе?
В зависимости от поставленных Вами задач наши специалисты помогут подобрать оборудование, именно для Ваших потребностей.
2
Купить солнечный коллектор!
Вы можете, сделав заказ по телефону +7 (495) 748-11-78 или воспользоваться формой «Контакты» на сайте.