Solární kolektory – efektivní využití sluneční energie

Dobré odpoledne milí čtenáři, Zelená planeta stále s vámi otevírám téma – alternativní zdroje energie , a dnes si povíme něco o využití sluneční energie k výrobě tepla pomocí solárních termických kolektorů.

Co jsou sluneční kolektory?

Využití sluneční energie začíná u tepelných kolektorů. Solární tepelné kolektory jsou zařízení, ve kterých se světlo přeměňuje na teplo pomocí speciálních prvků – absorbérů záření.
Takové kolektory nejsou schopny přímo vyrábět elektřinu jako polovodičové solární panely. Jsou určeny pouze pro ohřev chladicí kapaliny a úspěšně se používají v systémech zásobování teplou vodou a vytápění domácností. Používají se také v solárních elektrárnách jako hlavní prvky.

Plochý solární kolektor

Typy solárních termických kolektorů

Solární kolektory se dělí na dva typy:

1. Plochý solární kolektor

Plochý solární kolektor

Plochý kolektor je běžný solární přijímač tepla, sestávající z ploché nádrže absorbéru záření, bezpečně zabalený v tepelně izolovaném pouzdře s průhledným povrchem. Průhledná strana plochého kolektoru by měla směřovat ke slunci a čím kolmější je směr světelných paprsků k jeho povrchu, tím efektivněji kolektor pracuje, tím vyšší je jeho účinnost.

Povlak chladiče hraje hlavní roli při návrhu plochého kolektoru. Čím je barevně blíže absolutně černému tělesu, tím intenzivnější je absorpce a přeměna slunečního záření na teplo, tím menší je odraz. Technologie výroby těchto povlaků se neustále zdokonaluje, prošla cestou průmyslové evoluce od běžných černých barviv až po selektivní povlak – černý nikl. Důležitá je také průhledná solární clona. Spolehlivější je vyrobit buď z odolného tvrzeného skla nebo polykarbonátu.

Nádrž plochého kolektoru je napojena trubkovými přívody chladiva na otopnou soustavu, v níž cirkulaci kapaliny zajišťuje čerpadlo.

Těleso chladiče i trubky chladiče musí být spolehlivě chráněny před tepelnými ztrátami. K tomuto účelu lze s úspěchem použít různé tepelně izolační materiály vyráběné moderním průmyslem.

Vákuový solární kolektor

Vákuový solární kolektor

Vakuové solární kolektory jsou typem kolektorů, které jsou složitějším technickým zařízením s vysokou účinností. Hlavními prvky kolektoru jsou tepelné trubice, designově podobné termosce pro domácnost. Jediný rozdíl je v tom, že vnější strana každé baňky-trubice je průhledná a na její vnitřní povrch je nanesen povlak pohlcující světlo.

Vákuový solární kolektor

V prostoru mezi vnějším a vnitřním povrchem vzniká mělký podtlak, který chrání celý kolektor před ztrátou zpětného tepla konvekcí. Tato konstrukce chladiče umožňuje snížit ztráty při přeměně energie až o 5 %. To je velmi důležité pro případy, kdy tepelný systém pracuje v podmínkách nedostatečného osvětlení nebo nízké okolní teploty.

ČTĚTE VÍCE
Jak ošetřit dřevěný povrch před nanesením laku?

Solární topné systémy.

Solární topné systémy

Pomocí samostatných kolektorů je sestavena tepelná jednotka požadovaného výkonu. Zvětšením oblasti pokrytí je možné téměř nekonečné zvyšování produktivity takových solárních panelů.
Ohřátá chladicí kapalina z kolektorů je čerpána do nádrže – hydraulického akumulátoru, ze kterého spotřebitelé odebírají teplou vodu. Při krátkém topném okruhu je možná přirozená cirkulace vody v hlavním potrubí, což dále zvyšuje celkovou účinnost systému. Ve složitějších systémech jsou cirkulační toky vytvářeny čerpadlem.

Tradiční solární ohřev je realizován ve dvou variantách systému:
• Jednookruhové systémy, ve kterých voda proudí přímo z kolektorů do topného potrubí;
• Dvouokruhové systémy, kde chladivo cirkuluje v kolektorovém okruhu a uvolňuje energii do vodního okruhu ve výměníku tepla.

Dvouokruhové solární systémy jsou dobré, protože v podmínkách nízkých teplot lze první okruh s kolektory umístěnými mimo budovu naplnit nemrznoucí kapalinou. V tomto případě se systém nebojí nočního chladu.

Přeměna sluneční energie na elektřinu.

Pomocí solárních kolektorů a velkoplošných parabolických zrcadlových systémů je možné ohřát chladicí kapalinu na vysokou teplotu. Když tato teplota výrazně překročí bod varu vody, nastávají podmínky pro provoz parní turbíny. Takto fungují některé solární tepelné elektrárny. Vodní pára pod tlakem uniká z kotle a vstupující do trysky turbíny otáčí rotorem elektrického generátoru.

Přeměna sluneční energie na elektřinu

Solární panely jsou navrženy poněkud jinak. Díky vnitřnímu fotoelektrickému jevu se sluneční záření přímo přeměňuje na elektřinu.

Pokud jsou k dispozici baterie s vysokou akumulační kapacitou, lze elektřinu využívat nejen ve dne, ale i v noci. Takové baterie lze instalovat kdekoli, kam může světlo snadno proniknout, ale pro střední zeměpisné šířky na severní polokouli je nejlepším místem jižní střecha domu.

Dalším typem je solární tepelná elektrárna, která ve své konstrukci využívá Stirlingův motor. Tento motor se od spalovacích motorů liší jednoduchostí konstrukce a všežravostí ve vztahu ke zdrojům tepla. Ekonomický, ekologický a odolný, má vysokou účinnost a je docela vhodný pro schémata, která využívají přeměnu sluneční energie na mechanickou energii a poté na elektřinu.

Model Stirlingova motoru

Zdrojem tepla pro Stirlingův motor v solární elektrárně může být buď horká kapalná chladicí kapalina, nebo vzduch ohřívaný v kolektorech. Motor je bez výfukových plynů, tichý a vysoce účinný jak u generátorů s rotačním prvkem, tak u generátorů s vratným magnetem.

1. Trubicový kolektor pracuje při difúzním záření, včetně zimního a zataženého počasí, protože je schopen absorbovat difúzní záření díky své vysoce selektivní absorpční ploše.

ČTĚTE VÍCE
V jaké vzdálenosti od stěny by měla být zavěšena stropní římsa?

Závislost účinnosti kolektoru na rozdílu teplot mezi chladivem a okolím

Závislost účinnosti kolektoru na rozdílu teplot mezi chladivem a okolím

2. Pokud je plocha přijímací plochy stejná (u plochého je to plocha absorbéru, u vakuového je to plocha otvoru), vakuový kolektor má výkon téměř 2x větší než plochý, protože absorbuje úplné záření i ze zadního povrchu elektronky. Tento efekt lze zvýšit umístěním reflexní plochy za kolektor. Odraz od sněhu také zvyšuje produkci tepla vakuového potrubí.

3. Vysoký výkon kolektoru umožňuje dosáhnout 70% úspory energie potřebné k ohřevu technologické vody.

4. Vakuové trubice jsou vysoce odolné proti mechanickému poškození, protože jsou vyrobeny z tvrzeného borosilikátového skla o síle stěny 2,5 mm.

5. Vakuové trubice jsou díky svému válcovému tvaru a vzdálenosti mezi nimi vysoce odolné vůči vnějšímu znečištění – to umožňuje, aby sníh, listí, větve, prach atd. procházely mezi trubicemi pod kolektorem a kolektor tak mohl pracovat na svém místě. maximální účinnost bez nutnosti technické péče

6. Vakuový kolektor má menší vítr (překážka ve větru), protože vakuové trubice jsou umístěny ve vzájemné vzdálenosti a umožňují, aby mezi nimi foukal vítr. Plochý kolektor musí naopak odolávat větru celou svou plochou – tím musí být konstrukční pevnost plochého kolektoru výrazně vyšší než vakuového.

7. Vakuový kolektor s tepelnými trubicemi se velmi snadno instaluje. Spojování trubic se provádí nasucho, tedy bez přímého kontaktu s pracovní kapalinou solárního okruhu – tím je zajištěno spolehlivé spojení trubic, což umožňuje i výměnu jednotlivých trubic při provozu kolektoru pod tlakem. Při poškození plochého kolektoru je nutné nejprve celý systém odstavit a teprve poté provést opravu nebo výměnu.

Termální fotografie sběratelů

Plochý kolektor vyzařuje do okolí značné množství tepla

8. Trubkový kolektor má zanedbatelné tepelné ztráty, protože uvnitř vakuových trubic je vakuum 5×10 -3 Pa. Okolní teplota má tedy jen velmi malý vliv na výkon vakuového rozdělovače. Z tohoto důvodu se vakuová trubice nezahřívá, i když se chladicí kapalina v okruhu solárních kolektorů zahřála např. na 150 °C. U plochých kolektorů není uvnitř kolektoru vakuum, ale tepelná izolace a vzduch, které nemají stejné tepelně izolační vlastnosti jako vakuum. Plochý kolektor se proto při nízkých teplotách musí nejprve „zahřát“ sám a teprve poté je schopen předat teplo teplonosné kapalině v solárním systému.

ploché kolektory

  1. Plochý solární kolektor je vyráběn moderní metodou průmyslového pájení, bez nýtů, šroubů nebo klasických těsnících materiálů, které časem prosakují.
  2. Vysoce účinný plochý kolektor zajišťuje vysoký stupeň absorpce tepla zejména v létě a v přechodných ročních obdobích.
  3. U kvalitních kolektorů se speciální metodou ve vakuu nanáší selektivní absorpční vrstva. Jednoduché ploché kolektory používají černou žáruvzdornou barvu. Jsou levnější, ale jejich účinnost může být o 20-30 % nižší než u kolektorů se selektivním povlakem.
  4. Snadno se instaluje a lze jej zapojit do série nebo paralelně pro zvýšení výkonu.
  5. Vysoce kvalitní materiály zajišťující životnost 20 a více let.
  6. Vysoký výkon plochého kolektoru umožňuje v létě za optimálních podmínek dosáhnout až 70% úspory energie na ohřev procesní vody.
ČTĚTE VÍCE
Jaké pozemky nelze zpřístupnit do soukromého vlastnictví?

Porovnání provozní účinnosti plochých a vakuových solárních kolektorů pro ohřev vody

Který solární kolektor je lepší – plochý nebo vakuový? V této otázce bylo rozbito mnoho kopií. I když je vakuový rozdělovač dražší, jeho výhody převažují nad cenovým rozdílem.

Solární systémy na ohřev vody s vakuovými kolektory:

  • Efektivnější při přenosu tepla – až 163% Ve srovnání s plochými v mírném podnebí!
  • Může pracovat při teplotách pod nulou
  • Odolný. Pokud se trubka rozbije, lze ji snadno vyměnit bez výměny celého rozdělovače
  • Funguje skvěle za oblačného počasí
  • Pro získání stejného množství tepla je potřeba menší plocha střechy než u plochých kolektorů.
  • Problém koroze je mnohem menší ve srovnání s plochými solárními kolektory.

Porovnání účinnosti solárních kolektorů

Níže jsou uvedeny výsledky srovnávacích testů plochých a vakuových kolektorů v různých klimatických podmínkách. Výsledky hovoří samy za sebe – nejlepší účinnost vakuových rozdělovačů je pozorována téměř za jakýchkoli podmínek.

Níže uvedené výsledky testů jsou založeny na solárním ohřevu vody z okolních teplot na 75 °C – údaje poskytnuté společností Hills Solar. Ploché solární kolektory byly testovány v National Solar Test Facility v Kanadě.

Sydney

Zima:
Úroveň slunečního záření během testování byla 426 W/m² a okolní teplota byla 13.1 °C. Lepší se ukázalo vakuové potrubí 104%než plochý, na m² plochy otvoru pro vakuové rozdělovači nebo celkovou plochu pro rozdělovač s plochými deskami.

Léto: Sluneční záření bylo 840 W/m², teplota vzduchu 21.3 °C. Vakuové potrubí bylo na O 150.5 % účinnější na m² plochy otvoru**.

**Údaje převzaty z Hills Solar – zpráva o účinnosti kolektoru Hills (380 kb PDF)

Melbourne, Victoria

Zima:
Úroveň slunečního záření během testování byla 296 W/m² a okolní teplota byla 9.9 °C. Lepší se ukázalo vakuové potrubí 163,5%než plochý, na m² plochy otvoru pro vakuové rozdělovači nebo celkovou plochu pro rozdělovač s plochými deskami.

Léto: Sluneční záření bylo 861 W/m², teplota vzduchu 19.8 °C. Vakuové potrubí bylo na O 151.5 % účinnější na m² plochy otvoru**.

Brisbane, Queensland

Zima:
Úroveň slunečního záření během testování byla 546 W/m² a okolní teplota byla 17.8 °C. Lepší se ukázalo vakuové potrubí 81%než plochý, na m² plochy otvoru pro vakuové rozdělovači nebo celkovou plochu pro rozdělovač s plochými deskami.

ČTĚTE VÍCE
Kolik dní trvá, než meloun a semena melounu vyklíčí ve skleníku?

Léto: Sluneční záření bylo 828 W/m², teplota vzduchu 25.1 °C. Vakuové potrubí bylo na O 54.5 % účinnější na m² plochy otvoru**.

Adelaide, Jižní Austrálie

Zima:
Úroveň slunečního záření během testování byla 452 W/m² a okolní teplota byla 10.9 °C. Lepší se ukázalo vakuové potrubí 132%než plochý, na m² plochy otvoru pro vakuové rozdělovači nebo celkovou plochu pro rozdělovač s plochými deskami.

Léto: Sluneční záření bylo 953 W/m², teplota vzduchu 22.1 °C. Vakuové potrubí bylo na O 52 % účinnější na m² plochy otvoru**.

Jak vidíte, čím nižší je okolní teplota, tím je rozdíl ve fungování vakuového a plochého kolektoru znatelnější. Čím je chladněji, tzn. Čím větší je teplotní delta, o kterou se voda v solárním kolektoru ohřívá, tím jsou výhody vakuového solárního kolektoru zjevnější.

Abychom byli spravedliví, ve studii, jejíž výsledky jsou uvedeny výše, byl výstup vakuového solárního kolektoru přiveden na plochu apertury a pro rovnou plochu byla použita běžná plocha. Pokud výpočty vezmou celkovou plochu pro oba typy kolektorů, rozdíl v účinnosti bude výrazně menší.

Níže je uveden plošný poměr a topný výkon pro různé typy kolektorů (Zdroj).

číslo Parametr Vysavač s 30 trubicemi AP-30 Plochý SS-32
Размеры
1 Celková plocha, m² 4.15 2,96
2 Plocha otvoru, m² 2,79 2,78
3 Plocha absorbéru, m² 2,45 2,78
Topný výkon při průměrná úroveň slunečního záření, Kategorie C
4 Na kolektor, kWh/den 8,59 6.68
5 Redukováno na celkovou plochu kolektoru, kW*h/den 2.065 2.15
6 Redukováno na plochu absorbéru, kW*h/den 3.066 2.3

Všimněte si, že rozdíl mezi celkovou plochou a plochou otvoru plochého kolektoru je asi 0,18 m². Jedná se o oblast kovového rámu kolem zasklení.

Kategorie C je mírně teplé klima. Při testování za tvrdších podmínek kategorie D jsou výhody vakuového potrubí mnohem větší.

Je vidět, že data lze použít k odůvodnění výhod toho či onoho typu nádrže. Volba musí být provedena pro konkrétní klima a okolní teplotu. Tato volba se provádí na základě rozhodnutí projektanta, rozhodnutí vlastníka nebo na základě celkového rozpočtu solárního systému. Také mohou existovat další faktory, které ovlivňují výběr typu solárního kolektoru pro solární teplovodní systém. Mezi takové faktory může patřit: samoochlazování termosifonem, sněhová pokrývka, schopnost odolávat krupobití, extrémní povětrnostní a klimatické podmínky v místě instalace nebo naopak vysoké teploty při provozu systému.

ČTĚTE VÍCE
Jakou barvu si mám vybrat do malé kuchyně?

Ale velkou část konečného rozhodnutí určuje cena systému. Po rozboru všech parametrů a pro a proti lze po zodpovězení jednoduché otázky učinit rozhodnutí. Pokud například jeden kolektor stojí o 30 % více než jiný, ušetří o 30 % více peněz na úpravu vody v podmínkách reálného provozu? Výchozím bodem by měla být promyšlená analýza technických charakteristik a katalogových údajů pro zařízení, ale konečné rozhodnutí je učiněno na základě technické a ekonomické účinnosti různých možností.

Tento článek byl přečten 13721 krát!

Google doporučuje

reklama

2 komentáře “Rozdíly mezi vakuovými a plochými kolektory”

Srovnání by mělo být provedeno nejen z hlediska technických parametrů, ale také z hlediska ekonomických. V konečném důsledku to vše závisí spíše na ekonomické než technické proveditelnosti. Ne nadarmo se při výpočtu efektivity zpracovává studie proveditelnosti. V důsledku toho je nutné uvádět měrný energetický výkon nikoli na metr čtvereční otvoru, ale na jednotku kapitálu a běžných nákladů. Kapitál je nákup a montáž + práce uvedení do provozu, běžné – provozní a opravné práce po předpokládanou dobu provozu. Vzhledem k tomu, že vakuové jsou dražší než ploché, bude se ekonomický výpočet lišit od technického. V podmínkách sezónní spotřeby (letoviště, chatová družstva atd.) nebo teplého klimatu (pod 45 stupňů zeměpisné šířky) bude použití plochých kolektorů jednoznačně výhodnější než vakuových.

Máš naprostou pravdu. Na našem webu ukazujeme, že účinnost plochého solárního kolektoru v létě je přibližně stejná jako u vakuového. Vakuové kolektory mají smysl, pokud používáte solární systém vytápění v chladném počasí. Tedy při teplotách nižších než +10 °C. Ve všech ostatních případech je plochý kolektor skutečně lepší investicí. Dalším případem použití vakuových solárních kolektorů je potřeba vysokých teplot, tedy více než +60. +70 °C. Plochý kolektor dokáže takové teploty zajistit pouze za velmi teplého počasí. Vakuové snadno ohřejí vodu na 80 – 120 °C