Сравнение солнечных коллекторов, используемых в целях теплоснабжения и горячего водоснабжения жилого дома в условиях Краснодарского края | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №1 (105) январь-1 2016 г.

Дата публикации: 01.01.2016

Статья просмотрена: 498 раз

Библиографическое описание:

Сельницын А. С. Сравнение солнечных коллекторов, используемых в целях теплоснабжения и горячего водоснабжения жилого дома в условиях Краснодарского края // Молодой ученый. — 2016. — №1. — С. 216-219. — URL https://moluch.ru/archive/105/24932/ (дата обращения: 22.10.2018).

 

В данной статье рассматриваются различные виды солнечных коллекторов для теплоснабжения и горячего водоснабжения частного дома, а так же подобран наиболее оптимальный вид солнечных коллекторов для использования в условиях Краснодарского края.

Ключевые слова: плоский солнечный коллектор, вакуумный солнечный коллектор, открытый солнечный коллектор, солнечное теплоснабжение, солнечное горячее водоснабжение.

 

В настоящее время важным направлением развития энергетики является повышение эффективности преобразования и использования первичной энергии. Сейчас Российская Федерация практически не представлена на мировом рынке возобновляемой энергетики, но РФ не останется в стороне от развития этого перспективного направления энергетики. Россия обладает огромным потенциалом возобновляемых источников энергии. Огромная территория позволяет использовать все виды возобновляемых источников энергии. Научно-технические разработки и международное сотрудничество увеличит вклад Российской Федерации в мировой рынок возобновляемой энергетики. Современное состояние развитие альтернативной энергетики позволяет создавать эффективные и конкурентоспособные установки для получения тепловой энергии. Особенно это актуально в энергодефицитных и слабогазифицированных регионах. Краснодарский край является энергодефицитным регионом, но имеет большие перспективы в развитии солнечной энергетики. Использование солнечных коллекторов может снизить нагрузку на энергосистему и сберечь традиционные ресурсы. [1,2]

Для обеспечения теплоснабжения и горячего водоснабжения частного жилого дома могут подойти плоские солнечные коллекторы, открытые коллекторы и солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок. [3] КПД этих коллекторов рассчитывается по формуле:

(1)

где — оптический коэффициент полезного действия солнечного коллектора;

— коэффициент тепловых потерь, Вт/(К*м2);

— коэффициент тепловых потерь, Вт/(К*м2);

— разность температур между теплоносителем и окружающей средой, К;

— интенсивность солнечного излучения, Вт/м2.

Для менее точных расчётов используется формула:

(2)

Некоторые производители солнечных коллекторов указывают в паспортных данных только коэффициент тепловых потерь — k, а большинство производителей указывают в паспортных данных коэффициенты тепловых потерь k1 и k2. Поэтому можно оценить зависимость КПД солнечного коллектора от разности температуры теплоносителя и наружного воздуха и получить характеристические графики более точно, сравнив коллекторы тех производителей, которые в паспортных данных указывают коэффициенты k1 и k2. Современные производители солнечных коллекторов получают коэффициенты k1 и k2 путем эксперимента для каждого солнечного коллектора.

Проанализировав ассортимент солнечных коллекторов мировых авторитетных производителей: Vaillant Group, Roth, Suntask, Wolf, Nibe, VMtec, Buderus, Stiebel — можно сделать вывод, что в среднем для плоских солнечных коллекторов , k1=5 Вт/(К*м2), k2=0,01 Вт/(К*м2);для вакуумных солнечных коллекторов , k1=1,9 Вт/(К*м2), k2=0,001 Вт/(К*м2); для открытых солнечных коллекторов , k1=15 Вт/(К*м2), k2=0,01 Вт/(К*м2).

На рис.1 изображён характерный график зависимости КПД солнечных коллекторов от разности температур теплоносителя и окружающей среды при интенсивности солнечного излучения 1000 Вт/м2.

Рис. 1. Характерный график зависимости КПД солнечных коллекторов от разности температур теплоносителя и окружающей среды при интенсивности солнечного излучения 1000 Вт/м2. 1- СК на основе вакуумных трубок; 2- Плоский СК; 3- Открытый СК

 

Температура окружающей среды в течение года является определяющим фактором при выборе типа солнечного коллектора. На рис.2 приведён годовой график температура в г. Сочи Краснодарского края. [4]

Рис. 2. График температур в г. Сочи в течение года

 

Если происходит использование солнечных коллекторов в зимний период для теплоснабжения и горячего водоснабжения, то открытые солнечные коллекторы не подойдут. Они не имеют утепление, поэтому при уменьшении температуры окружающего воздуха их КПД значительно снизится. Открытые солнечные коллекторы являются самыми дешёвыми среди вышесказанных коллекторов. Их будет целесообразно использовать для горячего водоснабжения частного жилого дома в летний период и для подогрева бассейна. Целесообразно использовать открытые солнечные коллекторы, когда разница температур между теплоносителем и окружающей средой составляет не более 25.

Солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок значительно дороже плоских солнечных коллекторов. Одним из ключевых факторов в ценообразовании является то, что в России нет собственного производства вакуумных трубок для солнечных коллекторов, а падение курса рубля по отношению к доллару значительно отразилось на цене. Равный по площади плоскому коллектору вакуумный коллектор, как правило, в два раза дороже.

Вакуумные солнечные коллекторы имеют хорошую теплоизоляцию. Это создаёт возможность использования их в холодном климате. Цилиндрическая форма позволяет улавливать в значительной степени больше по сравнению с плоским солнечным коллектором. Благодаря установке параболического концентратора с задней стороны они могут работать эффективно от восхода до заката. Солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок работают эффективно до температуры -35. В регионах с суровым климатом рентабельно использовать вакуумные солнечные коллекторы. Они обладают высокой надежностью. Трубки изготовлены из прочного стекла, которое способно выдерживать град довольно крупного размера. Вакуумные трубки имеют низкую парусность, поэтому нет шансов срывания вакуумного солнечного коллектора при воздействии сильного ветра. Солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок по сравнению с другими видами коллекторов способны генерировать тепловую энергию более высокого потенциала. Высокопотенциальная энергия может подойти для технологических нужд, а так же это позволяет уничтожить болезнетворные микробы, вирусы и многие другие возбудители заболевания.

Плоские солнечные коллекторы имеют наилучший параметр «цена/качество», так как имеют оптимальную стоимость и теплопроизводительность. Они имеют простое конструктивное исполнение. Самым высокотехнологическим элементом является абсорбер, так как на него должно быть нанесено селективное покрытие. Плоские солнечные коллекторы способны улавливать прямое и рассеянное солнечное излучение. Производством плоских коллекторов в России занимается несколько фирм, что обеспечивает защиту от конъектуры внешних воздействий. Плоские солнечные коллекторы при разнице температур между теплоносителем и наружным воздухом приблизительно в 35 градусов оказываются эффективнее солнечных коллекторов на основе вакуумных трубок. Но при разнице температур наружного воздуха и теплоносителя свыше 40 градусов их КПД становится ниже, чем у вакуумного коллектора.

Таким образом, для климатических условий Краснодарского края рентабельнее всего использовать плоские солнечные коллекторы. Солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок подойдут для суровых климатических условий, например, в тех регионах РФ, где возникают отрицательные температуры наружного воздуха. Открытые солнечные коллекторы целесообразно использовать в условиях Краснодарского края в летнее время для нужд горячего водоснабжения и подогрева бассейна.

 

Литература:

 

  1.                Сельницын А. С. Мониторинг отклонения напряжения и частоты для определения качества электрической энергии // Молодой ученый. — 2015. — № 20. — С. 76–79.
  2.                Сельницын А.С, Сельницын С. А. Структура ветровой энергоустановки с накопителями энергии на основе водородного электрохимического цикла //Роль инноваций в трансформации современной науки: сборник статей Международной научно-практической конференции (20 ноября 2015 г., г. Казань). / В 3 ч. Ч.2 — Уфа: АЭТЕРНА, 2015. — С.62–64.
  3.                Алмаев А. Ю., Лушкин И. А. Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов солнечной энергии//Вестник НГИЭИ. 2015. № 6 (49). С. 16–20.
  4.                Научно-прикладной справочник «Климат России» [Электронный ресурс]. URL: http://aisori.meteo.ru/ClspR (дата обращения:25.12.2015).
Основные термины (генерируются автоматически): коллектор, Краснодарский край, окружающая среда, солнечный коллектор, коэффициент тепловых потерь, разница температур, Россия, солнечное излучение, наружный воздух, трубка.


Ключевые слова

плоский солнечный коллектор, вакуумный солнечный коллектор, открытый солнечный коллектор, солнечное теплоснабжение, солнечное горячее водоснабжение

Похожие статьи

Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов...

Рассматриваются особенности применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками в системах горячего водоснабжения и отопления для жилого дома. Ключевые слова: вакуумный солнечный коллектор, отопление, горячее водоснабжение...

Отопление с использованием солнечных коллекторов в городе...

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой ближним инфракрасным излучением и видимым светом [1]. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество...

Способы получения электрики и тепла из солнечного излучения

солнечная энергия, солнечное излучение, коллектор, фотоэлемент, элемент, окружающая среда, солнечная энергетика, горячее водоснабжение, солнечная тепловая энергия, солнечная электростанция.

Методика расчета определения количества теплоты в пассивной...

Если средняя температура наружного воздуха составляет около 200С, то потери тепла за сутки составят около 4200 кДж.

Окно в качестве солнечного коллектора имеет КПД примерно 37 % (3700:10000).

Тепловая эффективность применения плоского рефлектора...

Основная цель применения шарнирно трансформируемых рефлекторов в плоских солнечных тепловых установках и коллекторах — повышение поверхностной плотности потока солнечного излучения на их лучевоспринимающих поверхностях.

Гибридные солнечные коллекторы | Статья в журнале...

У применения солнечных панелей и коллекторов много достоинств: ‒ использование неисчерпаемого возобновляемого источника энергии. ‒ отсутствие выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ

Разработка и натурные исследования теплового режима объектов...

Коэффициент тепловых потерь светопрозрачного ограждения в (1) в основном зависит от количества

где — высота ограждения; и — соответственно, температуры отапливаемого помещения и окружающей среды; — среднее значение абсолютной температуры воздуха в...

Сравнительный анализ выбора оптимального типа солнечных...

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, плоские солнечные коллекторы, солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок, солнечная инсоляция, тепловая мощность.

Эффективность преобразования солнечной энергии

солнечная энергия, солнечная панель, солнечный коллектор, солнечная энергетика, автор работы, горячее водоснабжение, солнечная батарея, тепловая энергия, окружающая среда, автор.

Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов...

Рассматриваются особенности применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками в системах горячего водоснабжения и отопления для жилого дома. Ключевые слова: вакуумный солнечный коллектор, отопление, горячее водоснабжение...

Отопление с использованием солнечных коллекторов в городе...

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой ближним инфракрасным излучением и видимым светом [1]. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество...

Способы получения электрики и тепла из солнечного излучения

солнечная энергия, солнечное излучение, коллектор, фотоэлемент, элемент, окружающая среда, солнечная энергетика, горячее водоснабжение, солнечная тепловая энергия, солнечная электростанция.

Методика расчета определения количества теплоты в пассивной...

Если средняя температура наружного воздуха составляет около 200С, то потери тепла за сутки составят около 4200 кДж.

Окно в качестве солнечного коллектора имеет КПД примерно 37 % (3700:10000).

Тепловая эффективность применения плоского рефлектора...

Основная цель применения шарнирно трансформируемых рефлекторов в плоских солнечных тепловых установках и коллекторах — повышение поверхностной плотности потока солнечного излучения на их лучевоспринимающих поверхностях.

Гибридные солнечные коллекторы | Статья в журнале...

У применения солнечных панелей и коллекторов много достоинств: ‒ использование неисчерпаемого возобновляемого источника энергии. ‒ отсутствие выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ

Разработка и натурные исследования теплового режима объектов...

Коэффициент тепловых потерь светопрозрачного ограждения в (1) в основном зависит от количества

где — высота ограждения; и — соответственно, температуры отапливаемого помещения и окружающей среды; — среднее значение абсолютной температуры воздуха в...

Сравнительный анализ выбора оптимального типа солнечных...

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, плоские солнечные коллекторы, солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок, солнечная инсоляция, тепловая мощность.

Эффективность преобразования солнечной энергии

солнечная энергия, солнечная панель, солнечный коллектор, солнечная энергетика, автор работы, горячее водоснабжение, солнечная батарея, тепловая энергия, окружающая среда, автор.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов...

Рассматриваются особенности применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками в системах горячего водоснабжения и отопления для жилого дома. Ключевые слова: вакуумный солнечный коллектор, отопление, горячее водоснабжение...

Отопление с использованием солнечных коллекторов в городе...

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой ближним инфракрасным излучением и видимым светом [1]. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество...

Способы получения электрики и тепла из солнечного излучения

солнечная энергия, солнечное излучение, коллектор, фотоэлемент, элемент, окружающая среда, солнечная энергетика, горячее водоснабжение, солнечная тепловая энергия, солнечная электростанция.

Методика расчета определения количества теплоты в пассивной...

Если средняя температура наружного воздуха составляет около 200С, то потери тепла за сутки составят около 4200 кДж.

Окно в качестве солнечного коллектора имеет КПД примерно 37 % (3700:10000).

Тепловая эффективность применения плоского рефлектора...

Основная цель применения шарнирно трансформируемых рефлекторов в плоских солнечных тепловых установках и коллекторах — повышение поверхностной плотности потока солнечного излучения на их лучевоспринимающих поверхностях.

Гибридные солнечные коллекторы | Статья в журнале...

У применения солнечных панелей и коллекторов много достоинств: ‒ использование неисчерпаемого возобновляемого источника энергии. ‒ отсутствие выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ

Разработка и натурные исследования теплового режима объектов...

Коэффициент тепловых потерь светопрозрачного ограждения в (1) в основном зависит от количества

где — высота ограждения; и — соответственно, температуры отапливаемого помещения и окружающей среды; — среднее значение абсолютной температуры воздуха в...

Сравнительный анализ выбора оптимального типа солнечных...

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, плоские солнечные коллекторы, солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок, солнечная инсоляция, тепловая мощность.

Эффективность преобразования солнечной энергии

солнечная энергия, солнечная панель, солнечный коллектор, солнечная энергетика, автор работы, горячее водоснабжение, солнечная батарея, тепловая энергия, окружающая среда, автор.

Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов...

Рассматриваются особенности применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками в системах горячего водоснабжения и отопления для жилого дома. Ключевые слова: вакуумный солнечный коллектор, отопление, горячее водоснабжение...

Отопление с использованием солнечных коллекторов в городе...

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой ближним инфракрасным излучением и видимым светом [1]. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество...

Способы получения электрики и тепла из солнечного излучения

солнечная энергия, солнечное излучение, коллектор, фотоэлемент, элемент, окружающая среда, солнечная энергетика, горячее водоснабжение, солнечная тепловая энергия, солнечная электростанция.

Методика расчета определения количества теплоты в пассивной...

Если средняя температура наружного воздуха составляет около 200С, то потери тепла за сутки составят около 4200 кДж.

Окно в качестве солнечного коллектора имеет КПД примерно 37 % (3700:10000).

Тепловая эффективность применения плоского рефлектора...

Основная цель применения шарнирно трансформируемых рефлекторов в плоских солнечных тепловых установках и коллекторах — повышение поверхностной плотности потока солнечного излучения на их лучевоспринимающих поверхностях.

Гибридные солнечные коллекторы | Статья в журнале...

У применения солнечных панелей и коллекторов много достоинств: ‒ использование неисчерпаемого возобновляемого источника энергии. ‒ отсутствие выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ

Разработка и натурные исследования теплового режима объектов...

Коэффициент тепловых потерь светопрозрачного ограждения в (1) в основном зависит от количества

где — высота ограждения; и — соответственно, температуры отапливаемого помещения и окружающей среды; — среднее значение абсолютной температуры воздуха в...

Сравнительный анализ выбора оптимального типа солнечных...

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, плоские солнечные коллекторы, солнечные коллекторы на основе вакуумных трубок, солнечная инсоляция, тепловая мощность.

Эффективность преобразования солнечной энергии

солнечная энергия, солнечная панель, солнечный коллектор, солнечная энергетика, автор работы, горячее водоснабжение, солнечная батарея, тепловая энергия, окружающая среда, автор.

Задать вопрос