Альтернативные источники энергии и энергосбережение - [30]
Рис. 2.6.Принцип работы солнечного вакуумного коллектора
В результате этого происходит интенсивный разогрев вакуумного коллектора. В зависимости от типа вакуумных трубок коллектора, полученная энергия передается: воде (непосредственно используемой), теплоносителю (вода или антифриз) или металлической пластине. В первом случае полученное тепло непосредственно передается воде для ее нагрева. Во втором и третьем — используется теплоноситель или теплопередатчик.
В качестве теплоносителя может использоваться обычная вода или антифриз (как правило, водный раствор гликоля), а в качестве теплопередатчика медная трубка или алюминиевая пластина.
Далее теплоноситель или теплопередатчик отдает полученное тепло воде, используемой для бытовых нужд (горячая вода и/или отопление). Обычно, теплоноситель или теплопередатчик пространственно соприкасаются с медной трубкой (спиральной, U-образной или головчатого типа), которая характеризуется повышенным коэффициентом теплообмена.
Именно через медную трубку и осуществляется процесс теплообмена между теплоносителем (теплопередатчиком) и нагреваемой водой. В наиболее простых системах медные трубки отсутствуют, в таком случае процесс теплообмена происходит непосредственно между теплоносителем и нагреваемой водой.
С целью сохранения полученного тепла в солнечном вакуумном коллекторе используются баки-резервуары, имеющие изоляционный слой, который обеспечивает как можно более продолжительное поддержание внутренней температуры.
Для более эффективной координации функционирования наиболее сложные (и одновременно наиболее производительные) солнечные вакуумные коллекторы комплектуются системой автоматического управления.
Эта система управления осуществляется контроль работы всей установки в соответствии с заданными параметрами, включая выбор оптимального режима работы системы в течение суток, при этом контроллер регулирует поток теплоносителя и определяет направление подачи тепла (горячее водоснабжение и/или отопление).
Для бесперебойного функционирования системы солнечного вакуумного коллектора могут комплектоваться дополнительными источниками энергии. Например, традиционный водонагреватель, работающий на электричестве, газе, жидком (дизель) или твердом (уголь) виде топлива. Это обеспечивает наиболее высокую эффективность использования в зимнее время, когда нагрузки наиболее высоки, а также ночное время или облачную погоду, при этом альтернативный источник энергии используется лишь для поддержания заданных параметров.
Наибольшее количество энергии воспринимается панелью коллектора при расположении его плоскости под прямым углом к направлению на Солнце.
Количество тепловой энергии, вырабатываемой солнечным коллектором, зависит от целого ряда факторов. К поддающимся изменению относят угол наклона и ориентацию установки. Критерием ориентации является азимут.
Угол наклона — это угол между горизонталью и батареей. При установке на скатной крыше угол наклона задается скатом кровли.
Поскольку угол инсоляции зависит от времени суток и года, ориентацию плоскости коллектора следует выполнять в соответствии с высотой Солнца в период поступления наибольшего количества солнечной энергии.
На практике идеальными для широты, например, Ленинградской области оказались углы наклона между 30 и 45°.
Азимут описывает отклонение плоскости коллектора от направления на юг; если плоскость коллектора ориентирована на юг, то азимут = 0°. Для широты Ленинградской области приемлемы отклонения от направления на юг до 45° на юго-восток или юго-запад.
Итак, самого высокого коэффициента энергоотдачи (КПД) солнечной установки в Санкт-Петербурге и Ленинградской области можно добиться при ее расположении в южном направлении с наклоном 30–35° к горизонтали. Но даже при значительном отклонении от этих условий (от юго-запада до юго-востока, с наклоном от 25 до 55°) монтаж гелиоустановки целесообразен.
Установка солнечного коллектора и определение его размеров должны быть выполнены таким образом, чтобы незначительным было воздействие дающих тень соседних зданий, деревьев, линий электропередач и т. п.
Солнечное вакуумные коллекторы могут устанавливаться на любом более или менее освещенном пространстве: как горизонтальном — крыши зданий, техплощадки, так и вертикальном — балконы. При этом экспозиция (север-юг) и угол наклона (0—90°) оказывают значение на эффективность работы всей системы.
Следует учесть, что функционирование системы возможно в любое время года и погоду, однако наибольшая производительность системы приходится на период весна-осень. Поэтому при комплектации системы необходимо учитывать их минимальную производительность, рассчитанную на холодный период года, когда количество солнечной энергии снижается, а потребность в тепловой энергии — возрастает.
Системы могут работать в открытом автономном режиме, осуществляя, например, прямой подогрев воды для пассивного горячего водоснабжения. Но наиболее распространенные и эффективные закрытые, двухконтурные типы установок, функционирующие при магистральном давлении водопровода и имеющие дополнительный источник энергообеспечения.
