Солнечная электростанция 30кВт - бизнес под ключ за 27000$

15.08.2018 Солнце в сеть




Производство оборудования и технологии
Рубрики

Солнечные коллекторы

Важнейшим элементом любой нагревательной гелиосистемы, используе­мой в низкотемпературных технологических процессах в пределах температур 70-140°С, является солнечный коллектор. Его назначение заключается в том, чтобы превратить энергию солнечного излучения в теплоту и передать ее теп­лоносителю в виде жидкости или газа. Нагретый теплоноситель поступает в зону, где он отдает аккумулированную теплоту, и затем возвращается в кол­лектор или расходуется, а вместо него подается исходная среда.

Солнечные коллекторы очень широко используются в мире в различных климатических зонах от тропиков до полярных широт (рис. 1,49). О масшта­бах применения этих эффективных устройств свидетельствуют следующие данные. К 1991 г. в мире суммарная площадь установленных коллекторов со­ставила более 24 млн м2. Половина из них — 10 млн м2 смонтирована в США,

Солнечные коллекторы

Рис. 1.49. Выпуск солнечных коллекторов в мире

8 млн м2- в Японии, 2 млн м2 — в Китае, 1,75 млн м2 — в Израиле, 1,2 млн м2 — в Австралии, на долю Румынии приходился 1 млн м2, Австрии — 590 тыс. м2, СССР — 150 тыс. м2. В Германии только за 1991 г. введено в строй подобных гелиосистем суммарной площадью 200 тыс. м2, т. е. столько, сколько за преды­дущие 15 лет, а в 2000 г. — 600 тыс. м2. В Европейском Союзе в 1995 г. насчи­тывалось 6,5 млн м2 солнечных коллекторов. Сейчас — 11 млн м2. Их число в 2010 г. планируется довести до 100 млн м2 [14]. Среди ведущих европейских стран в использовании солнечных коллекторов находятся Германия, Австрия, Греция.

Плоский солнечный коллектор (рис. 1.50) состоит из теплоприемной пла­стины 1 с приваренными трубками 2, металлического кожуха 3, тепловой изо­ляции 4 и прозрачного защитного покрытия 5.

Солнечное излучение, падающее на прозрачное защитное покрытие 5, частично проходит сквозь него, а частично отражается. Прошедшая доля из­лучения поглощается тепловоспринимающей пластиной 1, превращаясь в ее внутреннюю энергию, и передается протекающему по трубкам теплоноси — телю. Нагретый теплоноситель подается к потребителю.

Пластина 1 также частично отражает падающее на нее излучение на внутреннюю поверхность защитного покрытия 5. От него поток радиации вновь отражается внутрь или проходит насквозь и попадает в атмосферу.

Солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы Солнечные коллекторы

Современные коллекторы оснащаются тепло прием ной пластиной, vnго­товленной по типу «труба в листе», как испаритель в холодильнике, ил алю­миния или нержавеющей стали [35]. Иногда теплоприемный элемент делаета из пластмассы. Другие виды тещюприемнух элементов с каналами различ­ною сечения изображены нарис. 1.51.

Абсорбер с каналами треугольного сечения

Рис. U1. Типы тепловоспринимающих элементов

Эффективность солнечного коллектора определяется из следующих сооб — ниЙ. Плотность теплового потока в солнечном коллекторе находится из

Подпись: раже сраженияПодпись: (1.24)Чпоя=Р'[е(т «O-uJt.-t.)],

где Япоя_ ■ плотность теплового потока, соответствующая полезной тепловой

мощности коллектора, Вт/м2; Е — плотность потока суммарной (прямой и рассе­янной) солнечной радиации в плоскости коллектора, Вт/м2; т — пропускательная способность прозрачного покрытия; а — поглощательная способность тепловос­принимающей пластины; UL — общий коэффициент тепловых потерь, Вт/ (м2 К); j ( средняя температура жидкости в коллекторе, К; Тв — температура окру­

жающего воздуха, К; F’ — коэффициент эффективности тепловосприннмающей пластины с учетом того, что средняя температура пластины всегда выше средней температуры жидкости. Эта величина всегда меньше 1.

Подпись: 1): Подпись: = Ґ Подпись: ,, Т.-Т Подпись: (1.25)

Для коэффициента полезного действия коллектора получим

Отметим, что КПД коллектора зависит от факторов различного происхожде­ния: метеорологических(Е, Т„), режимных (Ті) и конструктивных(т, (7, F1, UL).

Анализ показывает, что плотность потока солнечной радиации изменя­ется от 0 в темное время суток до максимума в полдень. Поэтому формула (1.25) позволяет определить мгновенное значение КПД коллектора, которое можно с допущениями принять средним для данного часа суток.

Объективное сравнение теплотехнической эффективности солнечных коллекторов проводят по тем характеристикам, которые зависят от проекти­ровщика: х, a, F, UL. Причем первые три должны быть максимальными, а по­следняя — минимальной.

Из формулы (1.25) следует, что на величину КПД солнечного коллектора влияют многие факторы.

При оценке эффективности применения разных материалов для абсорбера найдено, что КПД коллектора увеличивается с ростом произведения толщины листа на его коэффициент теплопроводности. Абсорбер с листом толщиной в
1 мм из меди, алюминия, стали и пластмассы (при X = 390; 205; 45 и 0,6 Вт/(м К) соответственно) продемонстрировал КПД 52; 50; 48 и 22%.

Интенсивность солнечного излучения значительно сказывается на вели, чине КПД коллектора. Ее возрастание с 300 до 1000 Вт/м2 сопровождается увеличением КПД от 32 до 59%. Рост температуры наружного воздуха с 10flc до 30°С позволяет увеличить КПД с 41 до 55%.

Возрастание расхода теплоносителя до определенного уровня повышает КПД, а затем он остается неизменным. Поэтому существует оптимальная ве­личина расхода.

Удобной формой представления результатов испытаний солнечных кол — лекторов для их сопоставления является зависимость в виде прямой между мгновенным КПД коллектора, его оптическими свойствами и геометриче­скими параметрами [37]:

Подпись: (1.26)Л “ — Ьх,

где щ ~ F’ т а; Ь= FUL; х = (Т,-Tj/E.

Подпись: Рис. 1S2. Зависимость между сносными параметрами коллектора

Эта прямая (рис. 1.52), пересекаясь с осью ординат, отсекает отрезок, пропорциональный эффективному оптическому КПД коллектора. Тангенс уг­ла ее наклона по отношению к оси абсцисс равен эффективному коэффици­енту тепло потерь.

Представленный график (рис. 1.52) характеризует высокие оптические свойства коллектора: F'(ra)= 0,88 и хорошую поглощательную способность абсорбера.

выбора типа солнечного коллектора при различных климатических и свойствах прибора можно воспользоваться номограммой 1.53) [31]) построенной для коллекторов со следующими характеристи-

Подпись:Подпись:Подпись: Ло UL ВТ/(М2К) 0,95 15 0,85 7 0,75 5 0,8 3,5 0,75 2 ками:

j__ плоский коллектор без остекления

2 плоский коллектор с однослойным остеклением

3 __ плоский коллектор с двухслойным остеклением

4 __ плоский коллектор с однослойным остеклением и селективным покрытием

5

Солнечные коллекторы

— вакуумированный стеклянный трубчатый коллектор

Рис. I S3. Характеристика коллекторов солнечной энергии

Отмеченные на номограмме области А, Б, В соответствуют характерне^ кам коллекторов, которые целесообразно применять для нагрева воды в вательных бассейнах, для систем горячего водоснабжения и комбинировав ных — для горячего водоснабжения и отопления.

Существует целый ряд мер, предпринимаемых для повышения КПД кол, лектора. Они направлены на совершенствование каждого его элемента.

Снижение потерь за счет излучения с фронтальной поверхности достиг^, ется путем устройства двух — и даже трехслойного остекления. Для прозрачной защиты применяют закаленное стекло с высокой степенью прозрачности.

Особым направлением является разработка и нанесение селективных по — крытий. Поверхности с таким покрытием обладают высокой поглощательной способностью в диапазоне длин волн солнечного излучения и низкой степе, нью черноты (эмиссией) в длинноволновой части спектра, в которой излучает нагреваемый абсорбер (рис. 1.54). На этом рисунке представлена отражатель, пая способность в различных диапазонах излучения одного из селективны — материалов.

Солнечные коллекторы

1 2 3 4 ^ Л, МКМ

Рис. IS4. Отражательная способность в {различных диапазонах излучения одного из селект иепых материал ов

Свойства некоторых селективных покрытий приведены в таблице 1.17.

Солнечные коллекторы

Подпись: Покрытие

Поглощательная спо-
собность по солнечному
излучению, а

Эмиссия относительно длинноволнового излу — нения, е

Подпись: 0,91-0,94Подпись: 0,11

Солнечные коллекторы Солнечные коллекторы

"Тарный никель, содер­жащий окислы и сульфиды ціі и Zn, на полированном никеле

Покрытия из черного никеля и черного хрома наносят гальваническим способом,

В последние годы разработаны и применяются другие эффективные се­лективные покрытия. Немецкая фирма TINOX GmbH (г. Мюнхен) с 1995 г, из­готовила и испытала солнечные коллекторы суммарной площадью 150 000 м2 с покрытием TiN + NiOj + TiO. Селективный слой из соединений титана нано­сится распылением в вакууме. Толщина слоя составляет 0,0006 мм на под­ложке из медной фольги толщиной 0,2 мм. Для защиты поверхность рабочего слоя покрывается тонким слоем (5=0,0009 мм) кварца. Такое покрытие увели­чивает количество поглощаемой энергии на 10% по сравнению с обычными коллекторами. Срок службы покрытия гарантируется в течение 25 лет.

Еще одним примером высокоэффективного поглотителя служит компо­зитное покрытие Ni:Si02, изготовленное путем диспергирования металличе­ских частиц в изолирующей матрице. Покрытие обладает поглощающей спо­собностью а = 0,90-0,96, а тепловая эмиссия составляет £= 0,03-0,14.

Селективное покрытие можно наносить на внутреннюю поверхность про­зрачной защиты. В этом случае покрытие также должно быть прозрачным, на­пример, из тонкого слоя полупроводниковых материалов.

Более дешевым является применение зачерняющих красок.

Конвективные потери между абсорбером и прозрачным покрыт^ уменьшаются при вакуумировании внутреннего пространства коллектора, H(J эта операция повышает его стоимость.

Тепловые потери с боковых поверхностей и дна сокращаются при цс. пользовании эффективной тепловой изоляции внутри коллектора. Изолируй щими материалами служат минеральная вата, фолъгированная алюминие^ пенополистирол и другие.

Эффективный трубчатый вакуумированный коллектор состоит из внешней и внутренней стеклянных труб. Изнутри внешняя труба имеет селективное ПО — крытие. Внутри маленькой трубки размешен абсорбер — медный лист. Между медным листом и внутренней трубкой движется нагреваемый теплоноситель.

Входы и выходы теплоносителя в трубках сообщаются с впускным и вы­пускным коллекторами. Внутреннее пространство вакуумируется до давления 0,01-0,1 Па. Комплект вакуум ированных трубок размещается на отражателе, под которым слой изоляции [38].

Вмесго вакуум ированных труб иногда используют тепловые трубы с пе­реносом теплоты теплоносителем, у которого изменяется агрегатное состояние.

Хороший эффект, связанный с повышением температуры теплоносителя до 200-250°С, достигается, если между прозрачным защитным покрытием и тепловоспринимающей поверхностью разместить тонкий лист изоляции с ячейками. Ячеистая изоляция подавляет конвективный теплообмен в зазоре даже при наличии воздуха. При этом конструкция коллектора отличается про­стотой.

С учетом всех усовершенствований КПД современных солнечных кол­лекторов доведен до 45-60%.

Солнечные коллекторы встраиваются в гелионагревательные системы го­рячего водоснабжеия и отопления.

Комментарии запрещены.