Гибридный подход к солнечной энергии. Солнечные коллекторы в сочетании с фотоэлементами.

Гибридный подход к солнечной энергии. Солнечные коллекторы в сочетании с фотоэлементами.

Система, которая заставит солнечные батареи работать таким образом — будет называться гибридной. Она будет включать как сами батареи, так и солнечные коллекторы.

При производстве электричества с помощью фотоэлектрических элементов, они собирают много тепла. В этот самый момент они могут вообще не работать так, как аккумуляторы могут быть полностью заряжены. Поэтому это тепло можно использовать в других целях. Система, которая заставит солнечные батареи работать таким образом — будет называться гибридной. Она будет включать как сами батареи, так и солнечные коллекторы. Рынок для таких гибридов может выходить за пределы дома, особенно если вторым продуктом является горячая вода, которая может производить электроэнергию с помощью пара.

Компания Cogenra, поставляет гибридные системы солнечного электричества и горячей воды для больших жилых домов, общежитий, домов престарелых, предприятий пищевой промышленности и, совсем недавно, молочные продукты, все из которых используют большое количество горячей воды.

Она имеет 40 установок по всему миру.

Основная проблема, по мнению Гилада Almogy, исполнительного директор Cogenra, является то, что фотоэлемент фиксирует лишь около 15 процентов солнечной энергии. Еще 5 процентов или около того отражается обратно от солнечных батарей. «Куда же девается это тепло?» — Сказал он. В день на солнечном месте, температура может достигать 160 градусов по Фаренгейту, пояснил он. Так что его компания монтирует такие клетки на водопроводные трубы. Зеркала концентрируют солнечную энергию на солнечных коллекторах. В результате мы получаем электричество и воду, которая нагревается до целых 158 градусов. Температура может изменяться, в соответствии с расположением.

Их дизайн не является новым, он похож на тот, что используется в солнечных тепловых электростанциях, которые превращают воду в пар для вращения турбин, включая генераторы для выработки электроэнергии. Но в установках Cogenra, вода не достигает точки кипения. Если это так, солнечные батареи работают не очень хорошо.

Экономика зависит от местоположения, на большей части территории США, стоимость горячей воды устанавливается, учитывая количество природного газа, который не был использован, так как солнечная система сделала работу вместо этого. Поскольку природный газ является не самым дешевым, то производство электроэнергии может быть более ценным. Экономика этой системы хорошо работает в Калифорнии, потому что государство предлагает скидки на установку систем возобновляемых источников для нагрева горячей воды. Солнечные коллекторы в сочетании с фотоэлементами являются отличным гибридным способом получения электроэнергии и горячей воды.

по материалам «Крымской Тепловой компании» www.sevktk.com

Стоимость генерации электричества гибридным коллектором — 3 цента за киловатт-час

Наиболее распространенный и простой способ получения энергии солнца — использование фотоэлементов, но есть и другие. Солнечные коллекторы применяются для сбора тепловой энергии солнца посредством нагревания материала-теплоносителя. Ее можно направлять на вращение турбин или напрямую на обогрев домов. Обычно эти системы работают порознь, но время от времени их пытаются объединить — что, чаще всего, приводит к снижению производительности.

Группа инженеров из США утверждает, что изобрела новый гибридный солнечный коллектор, взявшую все самое лучшее из обеих систем, рассказывает New Atlas.

Устройство выглядит как спутниковая тарелка с аппаратурой, закрепленной в центре параболического коллектора. Тарелка покрыта светоотражающим материалом, фокусирующим солнечные лучи в центральной части. Внизу находятся солнечные элементы, которые накапливают и преобразуют видимый и ультрафиолетовый спектр света в электричество.

Однако вся хитрость в том, что элементы перенаправляют инфракрасный свет к отдельному теплоприемнику — чашеобразному углублению, окруженному водой под давлением, которое улавливает тепло и превращает его в пар.

Разработчики утверждают, что КПД гибридного устройства составляет 85,1%. Пар нагревается до 248 °C, то есть намного выше, чем во многих других тепловых коллекторах. Это значит, что аппарат пригоден для использования во многих промышленных процессах, например, сушке, стерилизации или пастеризации.

Другое его преимущество — цена. По подсчетам авторов, этот коллектор способен вырабатывать энергию всего по 3 цента за киловатт-час.

Команда инженеров уже получила финансирование на разработку следующей версии гибридного коллектора, который испытают на пилотной солнечной станции.   

Американские ученые разработали недавно многопереходный солнечный элемент.  Под лучом концентрированной энергии его КПД достиг 47,1%, а в условиях обычного освещения — более скромных показателей 39,2%.

Экономим электричество: расчеты производительности солнечного коллектора

В статье будет рассмотрен наиболее простой метод расчета количества энергии, которую можно получить путем применения солнечного коллектора. Статистика гласит, что в среднем в домашнем хозяйстве для использования горячей воды требуется от 2 до 4 кВт. Тепловой энергии в день на 1 человека.

Расчет мощности солнечного коллектора

В качестве примера будут приведены расчеты коллектора для Московской области.

Данные для расчетов:

1. Место применения – Московская область Площадь поглощения – 2,35м2 (на основе таблицы о среднем количестве поступления солнечной энергии для регионов РФ)
2. Величина инсоляция в Московской области – 1173,7кВт*час/м2
3. КПД – от 67% до 80% (будут использованы минимальные показатели, актуальные для устаревших коллекторов, поэтому результаты будут слегка занижены).
4. Угол наклона коллектора – в расчетах будут использованы оптимальные данные угла наклона.

карта инсоляции россии

Рассчитываем площадь поглощения для одной трубки:

15 трубок = 2,35 м. кв.; 1 трубка = 2,35 / 15 = 0,15 м. кв.

Теперь, когда известна площадь, которую поглощает одна трубка, определим количество трубок, составляющий 1 м. кв. поверхности коллектора: 1 / 0,15 = 6, 66. Иными словами, на один метр поверхности поглощения требуется 7 трубок коллектора.

Далее производим расчет тепловой мощности одной трубки коллектора. Это даст возможность рассчитать число трубок, необходимых для получения достаточной тепловой энергии на периоды в один день и один год:

Получаемая мощность в расчете на один день рассчитывается следующим образом: 0,15 (S поглощения 1 трубки) x 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) x 0,67 (КПД солнечного коллектора) =

117,95 кВт*час/м. кв.

Для расчета годовой эффективности одной трубки в выбранном регионе в формуле для расчета дневной мощности следует использовать годовые инсоляционные данные. Иначе говоря, на место 1173, 7 необходимо поставить региональное значения инсоляции.

Мощность, вырабатываемая при помощи одной трубки в Москве, составляет от 117,95 (при использовании КПД в размере 67%) до 140кВт*час/м.кв. (при использовании КПД в размере 80%).

В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325кВт*час.

В наиболее солнечные месяцы (июнь, июль) одна трубка будет производить 0,545кВт*час.

Работа солнечного коллектора без света невозможна, по этой причине указанные показатели нужно использовать при расчете светового дня.

Сколько можно сэкономить электроэнергии в Москве при использовании одного м. кв. коллектора (как мы выяснили, это 7 вакуумных трубок)?

Годовая экономия энергии составит:

117,95 кВт*час/м2 * 7 = 825,6 кВт*час/м.кв.

Наибольшую мощность солнечный коллектор, соответственно, будет вырабатывать в летние месяцы. К примеру, в июне при использовании 1 м.кв. коллектора выработка электроэнергии составит около 115–117 кВт*час/м.кв.

Иначе говоря, энергетическая польза при использовании солнечного коллектора с 15-ю вакуумными трубками, где S=2,35 м.кв. за период с марта по август при суммарном значении инсоляции за весь указанный период в 874,2 кВт*час/м. кв. составит: 874,2 * 2,35 * 0,67 = 1376 кВт, то есть, практически 1,4 МегаВт. энергии, что в день составляет примерно 8 кВт.

Вспомним статистическую информацию, приведенную в первой части статьи – в домохозяйстве используется от 2 до 4 кВт энергии при потреблении горячей воды одним человеком ежедневно. Данные показатели подразумевают использование коллектора для нагрева горячей воды и, в частности, таких нужд как принятие душа, мытье посуды и т.п.

Расчеты солнечного коллектора, состоящего из 15 вакуумных трубок, позволяют сделать вывод о том, что в огородный сезон данного устройства будет достаточно для того чтобы обеспечить горячей водой семью, состоящую из трех человек. В результате, при учете всех неблагоприятных обстоятельств, таких как пасмурная или дождливая погода, на электроэнергии, используемой для подогрева воды, можно очень неплохо сэкономить.

Если же говорить об оптимальных условиях (солнечная погода и отсутствие дождей), то в данном случае выработка тепловой энергии солнечным коллектором позволит вообще избежать необходимости платить за электроэнергию.

Примечания

Если в таблице с расчетами солнечной энергии в различных регионах РФ нет точной информации о регионе, в котором Вы проживаете, то можно воспользоваться информацией, которая указана на инсоляционной карте России. Это позволит узнать приблизительное значение получаемой тепловой энергии в расчете на один квадратный метр.

Эмпирическим путем определено: чтобы рассчитать инсоляцию для наиболее оптимального угла наклона солнечного коллектора, следует данные, указанные для выбранной площади, умножить на коэффициент 1,2.

Определение угла наклона солнечных коллекторов

К примеру, в таблице указано, что для Москвы значение энергии, которое доступно на протяжении светового дня, составляет 2,63 кВт*ч/м.кв. Иначе говоря, доступная годовая энергия составляет 2,63 * 365 = 960 кВт*ч/м.кв.

Таким образом, при оптимальном наклоне площадки в Москве коллектор будет вырабатывать приблизительно 1174 кВт*ч/м.кв.

Конечно, данный метод расчета не является высоконаучным, однако, с другой стороны, полученные данные вполне можно использовать для определения необходимого количества вакуумных трубок на бытовом уровне.

Итоги

Солнечные коллекторы из года в год обретают все большую популярность среди владельцев дачных участков. Очевидно, что это говорит о том, что данное устройство позволяет существенно сэкономить электроэнергию при нагреве воды, что подробно описано и доказано в вышеизложенных расчетных примерах.

Данный агрегат является актуальным практически для любого региона России. Но прежде чем купить солнечный коллектор, лучше посчитать рентабельности и сроки окупаемости этого оборудования, что позволит убедиться в актуальности представленного инновационного оборудования для применения в Вашем регионе.

Дата публикации: 30 мая 2014



Оставить комментарий

Вы должны быть Войти, чтобы оставлять комментарии.

за, против и кому это нужно / Блог компании Сбер / Хабр

Привет, Хабр! Меня зовут Ярослав Медокс, в Сбертехе я занимаюсь технологиями корпоративно-инвестиционного бизнеса. В этой заметке пойдет речь о вполне обычном подмосковном загородном доме, ставшем по прихоти его хозяина полигоном для проверки солнечной энергетики.

В 2008 году мне посчастливилось приобрести дом в СНТ в ближнем Подмосковье. В процессе обживания оказалось, что электричество регулярно отключают на разные, в основном небольшие, промежутки времени. Это доставляло заметные неудобства, так как в доме все электрическое, газа нет. А когда всё электрическое, например, отопление или приготовление пищи, то для полноценной жизни нужна довольно большая пиковая мощность. Ну, скажем, не менее 6 кВт. В качестве резервного источника питания сразу приходит в голову генератор. Однако, генератор такой мощности – сооружение громоздкое, громкое и неприятно пахнущее, поэтому рассматривался как альтернативный источник лишь на случай длительных отключений электричества. А пока обеспечить комфортное пребывания в загородном доме было решено с помощью инвертора и аккумуляторов. Т.е. сделать этакий UPS, но на весь дом.

На первый взгляд, задача довольно простая.

Однако, чем дальше в лес, тем больше дров, как говорится. Поскольку бесперебойное питание на такую пиковую мощность – удовольствие недешёвое, пришлось внимательно изучить тему, чтобы не ошибиться. Например, выбрать тип аккумуляторов, определить минимальную емкость, выбрать тип инвертора. И если с аккумуляторами все более-менее понятно, то инверторов существует множество, включая российские. Здесь сделаю небольшое отступление. Помимо регулярных отключений электричества, каждый дом в посёлке был очень ограничен в максимальной мощности, которую можно получить от сети. И тогда возникла идея: на время пиковых нагрузок переключаться на инвертор и не зависеть от нестабильной сети 220В.

Так, помимо мощности, синусоидальной формы выходного напряжения, автоматического перезапуска, появилось требование автоматического переключения на инвертор при превышении порогового значения потребляемой мощности. Круг устройств резко сузился. Оказалось, что на нашем рынке есть едва ли не единственная модель (2010 год), которая не просто переключается на генерацию, а умеет поддерживать сеть, т. е. складывать получаемую от сети мощность с инвертируемой. Это модель Xantrex XW. Это не инвертор, а произведение искусства: у него два входа 220В – сеть и генератор с автоматическим вводом генератора, у него масса настроек для аккумуляторов, различных пороговых значений. Есть функция load shave, продажа энергии обратно в сеть и множество других полезных особенностей. Но, главное, этот инвертор изначально рассматривается как центр системы энергоснабжения дома, и этот центр может брать энергию не только от сети и генератора, но и от альтернативных источников — от солнца, ветра, миниГЭС и т.д.

Для этого в систему добавляются соответствующие преобразователи энергии и контроллеры, объединяющиеся в проприетарную сеть Xanbus и работающие совместно.

В общем, как полагается системно мыслящему IT-специалисту, выбор сделан в пользу самого «навороченного» инвертора Xantrex XW6048 и четырех последовательно соединенных 200 А*ч AGM-аккумуляторов. Это и решение задачи в моменте и задел на будущее, а для этого денег не жалко. И именно в этот момент появление солнечных панелей на крыше стало лишь вопросом времени, а не вопросом «надо или не надо?». Этому способствовала также удачная конфигурация крыши: наклон около 45 градусов и ориентация на юг. Впрочем, бензиновый генератор появился все-таки раньше 🙂 Надо заметить, что за несколько лет генератор запускался всего пару раз, большинство отключений электроэнергии парировались инвертором с аккумуляторами. А для максимального комфорта был сделан контроллер автоматического запуска генератора на базе Arduino и простая релейная автоматика отключения нерезервируемых нагрузок (например, беседки на участке или полотенцесушителя). Все это было установлено в 2010г.

Но, как уже сказано, появление солнечных панелей было предопределено. И в 2014 году появились 6 320-ти ваттных монокристаллических панелей ФСМ-320М.
Их легко найти в Интернете. Суммарная установленная мощность таким образом – 1920 Вт. Как вы помните, гибридный инвертор умеет складывать энергию от сети и от аккумуляторов, поэтому максимальная потребляемая мощность не обязана совпадать с максимальной мощностью панелей. Кроме панелей с проводами, соединителями, предохранителями, понадобился, конечно, и MPPT -контроллер*, из той же линейки оборудования, но уже под крылом Schneider Electric. Он, в свою очередь связан по Xanbus с инвертором и обеспечивает совместную работу устройств, автоматически уменьшая потребление от сети при наличии Солнца.

Рисунок 1 Сравнение энергии полученной от Солнца и от сети 220В. Период февраль-декабрь 2016г.

Вот некоторые цифры. Заметная выработка энергии начинается в феврале и длится до октября. На столбчатой диаграмме — статистика за 2016 год (кроме января). Оранжевым цветом показано, сколько получено энергии (Вт.ч) от Солнца, а голубым — сколько от сети. Очевидно, что перейти на Солнце невозможно даже летом. Однако если в доме есть газ, то наиболее энергоемкие процессы: отопление, ГВС и приготовление пищи можно исключить из общего баланса. Тогда летом можно прожить полностью на солнечном электричестве.

Еще некоторые цифры. В пиках получаемая от Солнца мощность может доходить до 2200 Вт, это бывает, как правило, в прохладную, но солнечную погоду, например, в апреле или на рубеже лета и осени. За день удается собрать до 12 кВт.ч электроэнергии максимум, при этом пиковая мощность редко превышает 1600 Вт. Следует также заметить, что, если аккумуляторы заряжены, а нагрузка в доме небольшая, потенциал Солнца будет недоиспользован. За границей разрешают продавать излишек энергии в сеть, тем самым используя солнечные панели на 100%. Остается надеяться, что аналогичная практика будет легализована и у нас, тогда это даст хороший толчок развитию солнечной энергетики.

Так или иначе, но с появлением солнечных панелей периодические короткие отключения сетевого электричества стали больше не страшны. Вообще при наличии подобной системы с альтернативным источником и аккумуляторами, достаточно иметь дополнительно маломощный резервный генератор, например на 1.5 кВт, который обеспечивает подзарядку батарей и минимальное потребление в доме. А пики могут покрываться инвертором от аккумуляторов.

Однако, солнечное электричество – это не единственный способ получения энергии от Солнца. Есть и более эффективный, а именно – сбор солнечного тепла с помощью специальных коллекторов. Они очень распространены в южно-европейских странах. Особенно привлекательным этот способ становится, если нет газа для отопления и приготовления горячей воды. С помощью коллекторов тепло можно получать напрямую, без дополнительных преобразований. Основные типы коллекторов – вакуумные и плоские. Вакуумные сохраняют работоспособность зимой, плоские — дешевле и лучше работают летом. Остается решить какие выбрать и вообще решиться на установку. Почитав отзывы о работе разных солнечных коллекторов и систем на их основе, решился-таки установить подобную систему. Поскольку солнечная энергия для меня не является вопросом зимнего выживания, выбрал плоские коллекторы российского производства ЯSolar. Два коллектора расположились на крыше рядом с солнечными панелями в 2015 году. По данным производителя мощность таких коллекторов около 1.5 кВт, т.е. установленная мощность получилась около 3 кВт. Вышло даже мощнее установленных электрических солнечных панелей.

Установка солнечного коллектора более сложная задача по сравнению с солнечной панелью, так как вариантов его включения в систему теплоснабжения дома гораздо больше. Например, его можно использовать только для ГВС, или как дополнительный источник тепла в системе отопления. Возможны различные промежуточные варианты. И при этом необходимо исключить замерзание системы зимой, а также перегрев системы при слишком знойном Солнце летом. И еще нужна защита от ожогов горячей водой. Ну, и, конечно, необходимо проложить теплоизолированные трубы, установить насосную станцию и расширительный бак, подключиться к теплообменнику, установить управляющую электронику. Всю эту работу я поручил специализированной фирме. А основную схему работы определил в ходе консультаций с профессионалами. Цель (помимо инженерного фана) простая: обеспечить экономию электроэнергии на подготовку ГВС и отопление. Напомню, газ к дому не подведен.

Рисунок 2 Согласованная схема солнечной энергоустановки.

Центральным элементом всей системы является 300-литровый бойлер для приготовления горячей воды с двумя змеевиками-теплообменниками. К нижнему теплообменнику подключены последовательно соединенные солнечные коллекторы. И это единственная «точка входа» солнечного тепла в систему отопления и ГВС дома. Солнце прогревает воду в бойлере, горячая вода поднимается вверх и отдает тепло второму, верхнему змеевику-теплообменнику, который включен последовательно в одноконтурную систему отопления дома. Таким образом, в системе отопления получилось два полностью изолированных контура – солнечный и основной, с электрическим котлом. В них залиты антифризы, причем в солнечный – специальный с широким диапазоном рабочих температур. А обмен теплом идет через воду системы ГВС. В результате, в солнечный день мы получаем и горячую воду и тепло для отопления. А отопление требуется даже летом, например, для санузла. Попутно, за счет отбора тепла в систему отопления, решается задача защиты бойлера от перегрева. Хотя, на всякий случай предусмотрено принудительное включение рециркуляции горячей воды для сброса избыточного тепла. Забегая вперед скажу, что за время наблюдения за системой температура горячей воды не поднималась выше 60 градусов Цельсия. Получившаяся система обладает следующими свойствами:

• Интегрированы в единую систему независимые источники тепла: солнечный коллектор, электрический котел, ТЭН бойлера.
• В солнечный день сокращается потребление электричества для подогрева воды и отопления.-
• Обеспечено накопление тепла в бойлере для сглаживания работы системы отопления и для обеспечения теплом дома на время краткосрочного отключения электроэнергии. Причем это свойство актуально и зимой (когда нет Солнца), так как вода подогревается обратной магистралью системы отопления через верхний теплообменник бойлера. При выключении котла вода отдает тепло в систему отопления.
• Сокращено время прогрева дома в межсезонье. Более того, повышается средняя температура в доме в период отсутствия обитателей и выключенного отопления.
• Общая доля Солнца в энергобалансе дома выросла с 6-7% примерно до 15-20%.

Как видите, система вполне эффективна, поставленные цели достигнуты. Однако, пока все утверждения — качественные. Или базируются на измерениях, но сами измерения недоступны для сбора, анализа и использования в алгоритмах управления. Например, температуры теплоносителя в разных точках солнечного контура доступны для чтения на контроллере, управляющем циркуляционным насосом. Но, только там и доступны. Или текущая мощность и «урожай за день» солнечного электричества также доступны только внутри сети Xanbus (см. выше), и не используются для комплексного управления, увязанного с параметрами системы отопления. Эти обстоятельства подталкивают к поискам путей дальнейшего развития инженерных систем дома. Чтобы сделать жизнь в нем комфортнее, бережливее по отношению к природе. И, заодно, узнать что-то новое.

Ну а с чего начать, с постановки каких целей, уже ясно. Для начала надо научиться измерять температуры в различных точках системы отопления/ГВС, включая солнечный контур. И уже до поиска конечного решения есть понимание, что одним измерением дело не ограничится. Но, об этом в следующей статье. Пока покажу

скриншот мобильного приложения, на котором видны графики различных температур, включая график температуры теплоносителя в солнечном контуре.

Солнечные коллекторы для отопления дома, принцип работы гелиосистемы, особенности подключения коллекторов

Любой солнечный коллектор — это особый вид климатической техники. Она используется для производства горячей воды, чтобы в дальнейшем использовать её для различных нужд. Возможность внедрения возобновляемых бесплатных источников энергии в производственный цикл становится главным отличием коллекторов от другой подобной техники. Принцип изменения плотности воды во время её нагрева — вот на чём основана работа таких устройств. Это означает, что осуществляется движение воды наверх, для дальнейшего подогрева выталкиваются более холодные участки воды. Так что нет необходимости использовать какое-либо дополнительное насосное оборудование.

Как работает коллектор в системе отопления

Чаще всего гелиосистемы используют для своей работы обычную воду, а так же антифриз. Если по сравнению с коллектором температура воды в нижней части ниже, включается обогрев. Вода перемещается по системе благодаря встроенному насосу. Нагрев воды в накопителе происходит через теплообменник, обычно коллекторы нагреваются только до определённой температуры.

При необходимости направление воды в системе меняется благодаря смесителю. Таким образом, остывающая и тёплая вода время от времени сменяют друг друга. За счёт расширения тёплой воды происходит замена жидкости в системах с естественной циркуляцией. При нагреве тёплая вода поднимается вверх, холодная выталкивается в нагревательный бак.

Обязательно наличие теплоизоляционного слоя толщиной как минимум 25−30 сантиметров, иначе система не сможет работать стабильно. Что касается резервуара, то лучше всего использовать прямоугольную форму. При соблюдении этого условия вода будет равномерно распределяться по всем имеющимся участкам. Так что работа системы в целом станет более полноценной.

Отопление домов солнечными коллекторами

Затраты на обогрев частного дома могут снизиться до 50−90 процентов, если правильно смонтировать солнечные коллекторы. Весна-осень — период, когда обогрев происходит особенно активно, хотя в принципе система работает в любое время года.

Главные параметры, которые нужно рассчитывать при выборе коллектора:

• площадь гелиосистемы
• количество тепловой энергии

Если система будет использоваться в зимний период, то и расчёты проводятся соответственно. Ведь в зимние морозы требуется гораздо больше энергии и затрат для того, чтобы помещение было комфортным для проживания.

Достаточно часто солнечные коллекторы выступают лишь дополнительными источниками тепла. Автономное использование гелиосистемами тоже возможно, если теплоизоляция дома выполнена правильно.

Естественная циркуляция воды за счёт конвекционных потоков — лишь один из принципов, по которому может быть организована гелиосистема. Из-за пассивной циркуляции воды этот вариант менее эффективен, чем все остальные. Бак обязательно примыкает к коллектору, но в то же время находится выше него.

Дополнительные электрические циркуляционные насосы используются в системах с принудительной циркуляцией. В данном случае сами коллекторы становятся более эффективными, поскольку более эффективно используется вода. Но к обслуживанию такие устройства более требовательны, всё зависит от электрической энергии, за счёт которой всё работает.

Подключение коллекторов к системе отопления

От того, какой тип циркуляции используется в той или иной системе, зависит то, как будет производиться подключение к отопительной системе. Подключение к системе с естественной циркуляцией — один из самых простых способов. Здесь главным принципом становится только нагрев воды в системе отопления.

Выше уровня коллектора подключается накопительный бак. Верхний вывод, таким образом, должен подключаться ко входу горячей воды в систему отопления, а нижний к обратке. На входе в солнечный коллектор для отопления в таком случае могут возникнуть воздушные пробки. Потому такие системы стоят дешевле, чем вариант с использованием насосов.

С использованием автоматики можно подключить солнечный коллектор к системе с принудительной циркуляцией. Эти системы обладают своими особенностями:

1. Контроллер управляет насосом на основе показаний специальных датчиков.
2. Когда по этим датчикам температура достигает заданного значения, обогрев прекращается
3. Бак-накопитель, обратка и выход коллектора — места, где обязательно устанавливаются такие датчики
4. Вместе с такой системой лучше использовать дополнительные источники тепла. Например, твердотопливные или газовые котлы.

На степень нагрева воды в системе в таких случаях влияет местоположение коллектора по отношению к солнцу, а так же уровень его наклона. Лучше с самого начала устанавливать коллекторы так, чтобы под прямыми солнечными лучами они находились большую часть дня. Объём бака в морозный период лучше выбирать около 40 см³, если не планируется подключать дополнительные источники тепла. Иначе в пасмурные дни система будет работать не совсем эффективно.

Довольно сложно рассчитать количество квадратных метров, которые необходимы для той или иной системы коллекторов. Здесь важны не только наклон крыши и сторона, значение приобретают уровень солнечной радиации в данном регионе, объём накопителя. Потому все расчёты лучше доверить квалифицированным специалистам.

Сейчас производством солнечных коллекторов занимаются разные производители. Выбирая ту или иную марку, надо обязательно обратить внимание на её производительность. В перерасчёте на м2 у каждой торговой марки она может быть своя. И в некоторых случаях разница становится действительно заметной.

Коллекторы из поликарбоната

Листы ячеистого поликарбоната или полипропилена — главные элементы, из которых состоят такие коллекторы. К торцам листов крепится непосредственно сам коллектор. Только в специальном жестяном крытом коробе необходимо осуществлять монтаж подобной системы. В качестве крышки следует использовать дополнительный лист из поликарбоната. Можно сделать и стеклянную крышку, но, если светопроницаемость будет излишний, поликарбонат создаст парниковый эффект, так что всё будет похоже на двойное остекление. Так что лучше всё делать полностью из поликарбоната, так система будет работать стабильнее.

Дополнительная информация о структуре

Сам солнечный коллектор становится главным элементом в системе нагрева воды. Эта конструкция может быть отнесена к одной из трёх групп:

• плоские коллекторы
• вакуумные коллекторы
• водяные коллекторы

Алюминиевая рама становится основой для плоских коллекторов. Внутри неё располагаются медные трубки, сверху их покрывает специальный поглощающий материал. Снизу находится теплоизоляция. Закалённое стекло практически полностью закрывает эту конструкцию, само стекло всегда отличается большой пропускной способностью относительно света. Такие системы можно включать только в определённое время года, а можно пользоваться ими круглый год.

Рама с вакуумными трубками из боросиликатного стекла — вот что используется для изготовления вакуумных коллекторов. Ещё одна колба со специальным поглощающим покрытием имеется при этом внутри каждой отдельной трубки. Медная трубка с теплоносителем под низким давлением располагается в самих колбах. В теплообменник с жидкостью помещается конец медной трубки, именно туда выделяется тепловая энергия, которая аккумулируется в системе.

Конструкция типа «морская трубка» тоже является отдельной разновидностью вакуумных коллекторов. Бак для воды и трубки в этом случае находятся на раме. Внутри каждой трубки находится ещё одна трубка, между ними обязательно устраивается специальное вакуумное пространство. Слоем абсорбента покрыты вакуумные трубки, более того, они заполнены водой. Когда происходит нагрев, вода поднимается в бак. Холодная опускается к трубкам для нагрева. Такие системы ещё называются водяными солнечными коллекторами.

Бак-аккумулятор выступает вторым элементом, который обязательно присутствует в любой системе. Именно он используется для хранения воды, в дальнейшем потребляющейся для различных нужд. Наружную часть бака лучше утеплить отдельным слоем толщиной минимум в 3 сантиметра, иначе в холодное время года он не сможет сохранить тепло. Бойлер для солнечного коллектора тоже подождёт.

На что следует обратить внимание

Любые гелиоустановки характеризуются номинальной мощностью, которая обозначается в киловаттах. Это количество энергии, которое вырабатывается при ярком солнце в зените. Это означает, что эффективность системы будет снижаться утром и вечером. Ночью, скорее всего, можно будет использовать горячую воду только из бойлера, где вода копилась на протяжении целого дня.

Выбирая модель коллектора, обратите внимание на то, можно ли его использовать в зимний период. И на то, какая мощность должна быть у системы, к которой коллектор подключается. Установка коллекторов обычно осуществляется на крышу или на каркас, который монтируется отдельно.

Гелиосистема для загородного дома (видео)

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Возобновляемый источник энергии — солнечная энергия от Гелиос Хаус

Опубликовано 05 марта 2020

Современные направления развития энергетики подразумевают увеличение доли возобновляемых источников энергии. Это касается не только выработки электричества, но и получения тепловой энергии.
Проще всего, конечно, получить тепло от солнечного излучения, для чего используются солнечные коллектора – устройства для прямого нагрева жидкостей или газов. Для нагрева воздуха применяют солнечные воздушные коллекторы. 

Стоит заметить, что, в случае с жилыми домами использование воздушных коллекторов имеет большой практический смысл….
Чтобы понять, почему это так, перенесемся на 30 лет назад. В Советское время окна и двери в домах были деревянными и имели огромное количество различных щелей, поэтому с естественной вентиляцией зданий было все просто замечательно. Настолько замечательно, что практически каждое окно заклеивали на зиму.

Советский Союз ушел в историю, окна сейчас чаще пластиковые, двери — металлические, щелей практически нет, равно как и нет естественного притока свежего воздуха. Между тем, каждому человеку необходимо 60м3 свежего воздуха в час. Со временем пришло понимание, что плотно все окна закрывать не стоит, появилось микро проветривание. Тем не менее, зимой «микро» тоже не сильно удобно из-за холодных сквозняков.
В идеале, приточный воздух должен нагреваться и уже теплым подаваться в помещение, только чем его нагреть? Электричества в квартире на эти нужды просто нет, газ в новых квартирах отсутствует, но, даже если бы и был, пришлось бы городить целую котельную и приточную вентиляционную установку.

Тем не менее, существует простое и недорогое решение – воздушный солнечный коллектор. Устройство представляет собой «черный ящик», одна из стенок которого прозрачная. Для подачи воздуха в помещение, внутри коллектора есть вентилятор, за питание которого отвечает небольшая солнечная панель, которая также расположена внутри ящика. В результате, коллектору даже не нужно подключение к электросети — все работает за счет солнечного света. Полная энерго независимость воздушных коллекторов очень ценится «альтернативщиками», и приверженцами эко- строительства.

Итак, воздушный коллектор крепится на стену с южной стороны здания, в стене сверлится отверстие под размер воздуховода. Когда светит солнце, воздух внутри коллектора нагревается и подается вентилятором в помещение. Таким образом происходит вентиляция жилых помещений с нагревом приточного воздуха.

Также, при помощи коллекторов может быть организовано воздушное отопление, при этом воздух может забираться не с улицы, а из отапливаемого помещения в режиме рециркуляции.
Конечно, воздушные коллектора вряд ли смогут заменить основное отопление, солнце зимой светит плохо, однако в межсезонье вклад гелиосистемы может быть вполне ощутимым. Выработку тепла солнечным коллектором можно легко оценить при помощи онлайн калькулятора.

Рассмотрим преимущества воздушных солнечных коллекторов:

• Благодаря простой конструкции воздушные коллекторы стоят недорого. Если сравнивать по стоимости водяную и воздушную гелиосистему, то разница получится колоссальной. Для водяной системы, помимо прочего, нужна насосная станция, аккумулятор тепла, трубопроводы, теплоизоляция… В то же время воздушному коллектору вообще ничего не нужно, даже электричество.
• Простота монтажа. Опять же, в отличие от жидкостной системы, устанавливать воздушный коллектор – одно удовольствие, достаточно лишь просверлить отверстие в стене и закрепить сам коллектор. На установку одного коллектора обычно уходит пара часов.
• Благодаря встроенному воздушному фильтру коллектор производит очистку воздуха как в режиме забора его с улицы, так и в режиме рециркуляции.
• Циркуляция воздуха в помещении, достигаемая при помощи системы воздушных коллекторов способна полностью избавить помещение от сырости и плесени;
• Ещё один неоспоримый плюс — простота обслуживания!

Воздушный коллектор и обслуживание

Расходными элементами в устройстве солнечного коллектора воздуха являются фильтрующий элемент и вентилятор. И тот и другой могут быть легко заменены. Стандартный вентилятор с напряжением 12В можно купить в любом магазине электронных компонентов, а фильтрующую вставку легко изготовить из подручных материалов.

Воздушные солнечные коллекторы часто можно встретить на частных домах. Не редко с их помощью дачники борются с сыростью. Если дача зимой не отапливается, в помещениях скапливается влага, что само по себе очень вредно для здания. Воздушный коллектор создает необходимый воздухообмен и помогает просушить помещение.

Применение воздушных солнечных коллекторов в системах отопления и вентиляции является простым и недорогим техническим решением. И хотя с их помощью крайне сложно заменить основное отопление, их использование более чем оправдано, в том числе и в области снижения выбросов углекислого газа в атмосферу.

Сделать предварительный расчёт энергии, вырабатываемой воздушным солнечным коллектором можно в онлайн калькуляторе.

Солнечный коллектор своими руками описание схема фото видео

Солнечные коллекторы для отопления дома — это сегодня самое эффективное устройство, которое принимает энергию лучей от солнца. К примеру, коэффициент эффективного действия фотоэлектрической панели равен всего примерно 15 процентам, а вот с использованием солнечных коллекторов эффективность составляет приблизительно около 90 процентов поглощенной энергии от солнечных лучей. Рассмотрим принцип работы коллекторов от солнца, какие их разновидности и для чего их применяют. Система отопления на основании солнечных коллекторов вакуумного типа считается одной из самых эффективных.

Обустройство отопления на даче

Использование и достоинства коллекторов

Рассмотрим, где на сегодняшний день часто используют солнечные коллекторы:

• на разных производственных комплексах различной направленности и масштабов;
• на сельскохозяйственных предприятиях;
• в учреждениях по здравоохранению;
• в спортивно-оздоровительных комплексах;
• в детских учреждениях;
• в гостинично-туристических комплексах;
• торгово-развлекательных комплексах, небольшого типа магазинах;
• в ресторанах и иных пунктах общественного питания;
• в мобильных пунктах;
• на дачах, а также в офисах;
• в автомобильных мойках, теплицах и еще в разных объектах;
• почти везде, где имеется холодная вода и дневное освещение.

Достоинства солнечных коллекторов для отопления дома:

1. Сильно уменьшаются затраты на горячий тип водоснабжения, для обогрева дома либо любого иного помещения. Если использовать солнечный коллектор, то можно снизить расходы за весь год: для обогрева жидкости примерно на 50 процентов, а для отопления — на 25 процентов.
2. При этом значительно уменьшаются эксплуатационные затраты в период отопления построек и обеспечивается потребление горячей воды в случае перебоев с электричеством или газоснабжением, потому что система является автономным источником тепловой энергии.
3. Возрастание срока службы основных либо вспомогательных отопительных систем: уже имеющихся бойлеров либо газовых котлов в пару раз, потому что можно примерно на 95 процентов сократить нагрузку на имеющуюся отопительную систему.
4. Вы также можете интегрировать в существующие системы теплоснабжения и горячего водоснабжения дома.
5. Сохранение чистоты природы.

Солнечный коллектор

Солнечные коллекторы для отопления или обогрева дома могут быть запланированы на стадии возведения дома либо иного типа постройки, к тому же его можно подсоединить к имеющейся системе теплоснабжения. В последнем варианте вместо традиционных бойлеров можно установить бойлер гелиосистему, а на крыше постройки — солнечные коллекторы. Такая система отопления идеально соответствует системам водяного теплого пола и обогрева плавательного бассейна, поскольку экономно тратится утилизированного типа тепловая электроэнергия. Наиболее высокой эффективностью утилизации электричества окружающей среды обладают комбинированного типа системы, которые применяют солнечные коллекторы с тепловыми насосами для отопления дома и иных помещений.

Каким образом осуществляют работу солнечные коллекторы?

Если коротко описать принцип работы солнечных коллекторов, то они захватывают тепло от солнечной энергии, а потом передают его на нужды людям. Коллектор основан из следующих составляющих:

• коллектора;
• контура для отопления;
• тепловых аккумуляторов.

Через солнечный коллектор осуществляется циркуляция воды. В нем теплоноситель обычно огревается от солнечных лучей. Потом она передается в добытую электроэнергию с помощью теплообменников, встроенных в баки-аккумуляторы. Таким образом смотрится простейший тип схемы техники бытового солнечного коллектора. В баке согревается жидкость, пока ее не использовали, например, на отопление построек солнечными коллекторами и иных хозяйственных нужд.

Отопления дома

Для более длительного сохранения жидкости в нагретом состоянии, емкость должна быть хорошо теплоизолирована. Циркуляция воды в такой технике как коллектор, может осуществляться как естественным, так и принудительным путем.

Разновидности солнечных коллекторов

Если вы хотите установить в каком-то помещении солнечный коллектор для обогрева, необходимо вначале выяснить подходящий тип конструкции. Основных видов солнечных коллекторов можно назвать два – вакуумные и плоские. К тому же имеются менее используемые варианты – воздушный коллектор.

Рассмотрим далее характеристики каждой разновидности коллекторов:

1. Плоский коллектор очень похож по способу работы с воздушным коллектором. Он является плоской коробкой, закрытой стеклом и содержащей слой, который абсорбирует тепло. Данный слой соединен с трубками, осуществляющими циркуляцию теплоносителя, в роли которого в основном выступает пропилен-гликоль.
2. Вакуумный коллектор вместо одной коробки, покрытой стеклом, имеет ряд полого типа трубок, которые сделаны из стекла. Внутри них находится одна либо несколько трубок небольших габаритов, которые содержат абсорбер тепловой энергии. Внутренняя трубка сообщается с магистралью теплоносителей, а вот в промежутке между наружными и внутренними трубками располагается вакуум, который выступает как теплоизолятор.
3. Воздушный коллектор используют очень редко, так как воздух по сравнению с водой намного хуже способен проводить тепло, поэтому КПД подобных коллекторов в основном меньше. Подобный коллектор для отопления дома чаще всего представляет собой плоскую конструкцию, наполненную воздухом, который контактирует с поглотителями солнечной энергии, нагревается и посредством вентиляторов исчезает в отапливаемых помещениях.

Важный момент: во время использования систем, у которых принудительная подача воздушных потоков снизит потребность в электричестве на работу вентиляторов, эффективность воздушного коллектора намного больше.

Важные моменты при выборе коллекторов

Дать однозначный ответ на этот вопрос невозможно, так как каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. К примеру, плоского типа коллектор является более прочным и в то же время надежным за счет простоты конструкций, тогда как вакуумного типа солнечный коллектор обладает большей хрупкостью. Хотя воздушного типа коллектор имеет меньшее КПД, он более простой в использовании и с ним обычно довольно редко возникают проблемы, и даже если возникают, то их можно легко решить. Проблемы могут быть из-за замерзания воды. Если плоских типов коллекторы портятся, то нужно заменить все абсорбирующие системы. Во время повреждения вакуумных коллекторов, нужно осуществить замену только вышедших из строя трубок.

Обогрев дачной постройки

Отопление солнечных коллекторов довольно часто обладает следующими принципиальными схемами работы. Эффективная составляющая плоского коллектора больше при потребности нагрева жидкости приблизительно на 30 градусов выше температуры наружных потоков воздуха, а вот вакуумный коллектор эффективнее справляется с нагревом до высокой температуры, что довольно актуальный вариант, если в основном применяется солнечного типа коллектор в зимний период для отоплений помещений. К тому же вакуумный коллектор вырабатывает больше электроэнергии во время пасмурной погоды и меньше ее теряет во время зимнего периода от контактов с прохладными потоками воздуха. Если в среднем срок службы коллектора равен примерно 20 лет, то данный показатель отдельно для вакуумной системы чуть меньше.

Нужно помнить, что величина трубок вакуумного коллектора напрямую зависит от показателей выработки электроэнергии. Таким образом, чем они меньше, тем меньше тепловой энергии сумеет приносить подобная система. Нормальной является диаметр трубок примерно в 50 мм, если длина равна примерно 1,5 метра. К тому же подобные коллекторы могут иметь обычные медные нагревательные трубки, которые передают тепло. Именно самые последние модели являются самыми продвинутыми в технологическом состоянии сегодня.

Как видно из всего вышесказанного, разновидностей для использования коллекторов огромное количество и выбирать их необходимо исходя из потребностей и объемов отопления. На сегодняшний день такие системы довольно широко применяются в различных областях. К тому же любой дачник может обустроить у себя на дачном участке такую технику, которая будет отвечать всем его потребностям и поможет сэкономить на электроэнергии. Кроме того, такую технику часто дачники используют для отопления различных построек у себя на участке, к примеру, свинарника или курятника. И иных вариантов применения у себя на дачном участке вы можете найти огромное количество.

Автор: С. Диана

Solar Collection — Тип солнечных коллекторов, фотоэлектрические и солнечные тепловые

Можно использовать энергию солнца и преобразовать ее в электричество или тепло с помощью фотоэлектрических (фотоэлектрических) или ST (солнечных тепловых) технологий соответственно.

PV (фотоэлектрический)

Фотоэлектрические преобразователи преобразуют солнечный свет в электричество с помощью полупроводникового материала (обычно кремния). Когда свет падает на ячейку, часть его поглощается полупроводниковым материалом, выбивая электроны и позволяя им течь.Это приводит к возникновению электрического тока и, следовательно, к производству электроэнергии. Фотоэлектрические панели в основном поглощают видимую часть светового спектра.

Фотоэлектрические панели обычно подключаются к инвертору для преобразования из постоянного (постоянного тока) в переменный (переменный ток), а затем электричество подается в электросеть.

Фотоэлектрические панели могут также напрямую управлять устройствами с питанием постоянного тока, такими как солнечные калькуляторы или фонари. Электроэнергия постоянного тока также может храниться в батареях.

Стандартные фотоэлектрические панели способны преобразовывать доступный солнечный свет в электричество с оптимальной эффективностью преобразования около 15%, а некоторые панели могут достигать 20%.

Важно отметить, что панель с номинальной мощностью 200 Вт не будет постоянно обеспечивать 200 Вт электроэнергии в течение дня. Номинальная мощность 200 Вт основана на максимальном уровне солнечной радиации летом 1000 Вт / м ² (317,1 БТЕ / фут ² ) при температуре окружающей среды 25 ^o C / 77 ^o F.Таким образом, в ясный летний день можно ожидать, что панель мощностью 200 Вт будет обеспечивать около 0,7 — 0,8 кВт · ч электроэнергии.

ST (гелиотермический)

Солнечные тепловые панели называются разными именами, такими как солнечный водонагреватель, солнечная панель для горячей воды, солнечный коллектор горячей воды, солнечная тепловая панель или солнечный тепловой коллектор. Все эти термины описывают одно и то же универсальное устройство.

Солнечные водонагреватели работают за счет поглощения солнечного света и преобразования его в полезное тепло.Простая аналогия — подумать о предмете темного цвета, сидящем на летнем солнце. Со временем он может сильно нагреться из-за поглощения солнечного света. Солнечные водонагреватели работают таким же образом, используя материалы, специально разработанные для максимального увеличения эффективности этого поглощения. Высококачественные абсорбирующие покрытия, используемые в продуктах Apricus, способны поглощать до 95% энергии солнечного света во всем спектральном диапазоне (PV поглощает только часть спектра). Ниже приведен пример качественного поглотителя от производителя покрытий Tinox, который поглощает 95% доступного солнечного света и излучает (излучает) только около 4% поглощенной энергии в виде тепла.Ключевыми областями, на которые следует обратить внимание, являются желтый цвет, который представляет солнечное излучение, и голубой, который показывает, сколько солнечного света поглощается покрытием.

Солнечные водонагреватели, такие как солнечные коллекторы с эвакуационными трубками AP от Apricus, в которых используется технология с откачанными трубками, могут достигать полной эффективности солнечного коллектора (а не только поглотителя) почти 70% в зависимости от размеров отверстия и более 80%, если просто рассмотрите площадь поверхности черного поглотителя.

Таким образом, солнечные водонагреватели могут достигать эффективности, которая более чем в 4 раза выше, чем у фотоэлектрических панелей для данной площади апертуры.

Совместная работа солнечной и фотоэлектрической энергии

Solar Thermal и PV не должны рассматриваться как конкурирующие технологии или продукты, поскольку они выполняют разные функции и, как показано ниже, могут быть установлены вместе, чтобы обеспечить хорошо сбалансированную систему использования солнечной энергии.Электричество можно использовать практически для любых целей, и это универсальный источник энергии. Тепло требуется для горячего водоснабжения и отопления помещений, которые составляют значительную часть общих потребностей домохозяйства в энергии.

Система, которая включает солнечную тепловую систему с фотоэлектрической системой скромного размера, является отличным вариантом.

Солнечный коллектор горячей воды, который тоже производит электричество

GMZ Energy заявляет, что ее термоэлектрические устройства будут подключаться к солнечным тепловым коллекторам для преобразования тепла в электричество. Мартин Ламоника / CNET

Компания Startup GMZ Energy считает, что солнечные панели для горячего водоснабжения могут выполнять двойную функцию.

Сегодня компания объявила о привлечении 14 миллионов долларов в рамках серии C для коммерциализации продукта, который будет использовать электроэнергию из солнечных коллекторов горячей воды. Он также будет производить небольшие чипы, способные преобразовывать тепло выхлопных труб автомобилей и промышленных машин в электричество.

GMZ Energy, которая была выделена из Массачусетского технологического института и Бостонского колледжа в 2008 году, создала улучшенный материал для преобразования тепловой энергии в электрическую.Процесс работает в обратном порядке, поэтому электрический ток выделяет тепло.

Термоэлектрические материалы в течение многих лет использовались в нескольких приложениях, таких как сиденья с подогревом в автомобилях и портативные холодильники. Сейчас ряд компаний стараются сделать их менее дорогими и более эффективными при преобразовании тепла в электроэнергию.

GMZ Energy утверждает, что ее нанотехнологические материалы позволяют использовать их для многих других целей, например, для преобразования отработанного тепла в полезную энергию. По словам генерального директора Аарона Бента, компания решила разработать продукт в области солнечной энергии, потому что это самый быстрый путь к коммерциализации технологии.

Он отметил, что солнечные тепловые коллекторы широко используются, особенно в Германии и Китае, и обычно обеспечивают более быструю окупаемость, чем солнечные электрические или фотоэлектрические системы.

По словам Бента, через контрактного производителя компания планирует изготовить солнечный тепловой коллектор из вакуумированных трубок, который будет содержать термоэлектрический материал в форме гранул внутри трубок. Коллекторы, испытание которых ожидается к концу 2012 г., тогда смогут производить электричество и горячую воду и быстрее окупать себя.

«У нас сложилась ситуация, когда дополнительные затраты на обеспечение электричеством, вероятно, в 3 раза дешевле, чем фотоэлектрическая энергия (фотоэлектрическая энергия) из расчета доллар за ватт», — сказал он.

По словам Бента, солнечная система горячего водоснабжения для типичного немецкого дома, оснащенного термоэлектрическим материалом, может генерировать от одного киловатта до двух киловатт в часы пик. По его словам, гибридная система может сократить время окупаемости примерно на 20 процентов, хотя это зависит от солнечных ресурсов и финансовых стимулов для солнечной энергии.

Первым продуктом GMZ Energy станет солнечный коллектор, который будет вырабатывать тепло и электричество. Снимок экрана Мартина Ламоники

Термоэлектрический материал изготовлен из традиционного материала теллурида висмута, но он обработан таким образом, чтобы обнажить наноразмерные зерна на поверхности, что приводит к повышению эффективности преобразования тепла в электричество. По словам Бента, инженеры компании также разработали солнечный коллектор на основе материала, чтобы снизить затраты.

Компания собрала впечатляющую группу инвесторов для этого раунда, следуя отраслевой тенденции стартапов в области экологически чистых технологий, которые сотрудничают с крупными промышленными концернами.

Инвестицией руководил отдел венчурного капитала японского конгломерата Mitsui, который инвестировал в другие компании, связанные с энергетикой. GMZ Energy также теперь поддерживается Energy Technology Ventures, совместным предприятием, созданным General Electric, коммунальным предприятием NRG Energy и ConocoPhillips. Ранее в этом раунде также участвовали инвесторы Kleiner Perkins Caufield & Byers и BP Alternative Energy.

Существуют и другие подходы к производству горячей воды и электроэнергии с помощью солнечных батарей, в том числе солнечные электрические панели, снабженные трубами для горячей воды под ними. Подход GMZ Energy направлен на получение полезной электроэнергии из солнечных коллекторов горячей воды, чтобы сделать их более ценными.

Обновлено в 9:10 по тихоокеанскому времени с дополнительной информацией.

3 Примеры солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы — это устройства, улавливающие солнечное тепло для выполнения определенных задач, в отличие от фотоэлектрических панелей, которые используют солнечный свет. Одним из распространенных способов использования солнечных коллекторов является обеспечение горячей водой жилых домов, но они также могут обеспечивать теплый воздух для отопления дома или даже перегревать материалы для выработки электроэнергии. Хотя существует множество различных конструкций солнечных коллекторов, они делятся на три широкие категории.

Плоские коллекторы

Плоские солнечные коллекторы представляют собой самый простой тип, состоящий из прямоугольной коробки со стеклянной крышкой и теплопоглощающего нижнего слоя. Солнечный свет проходит через стекло, согревая внутреннее пространство, а ряд труб или каналов позволяет воде или воздуху проходить через устройство и поглощать окружающее тепло.Неглазурованные плоские коллекторы не учитывают стекло и герметичную коробку и просто полагаются на солнечное тепло, нагревая сами трубы. Другой вариант включает в себя установленный на крыше резервуар для воды, окрашенный для поглощения солнечного тепла. Эти типы коллекторов лучше всего подходят для теплого климата, поскольку даже версия с герметичной коробкой позволяет накопленному теплу легко уходить в холодный воздух.

Коллекторы с вакуумированными трубками

Для более холодного климата или приложений, требующих более высоких температур воды, система с вакуумированными трубками обеспечивает лучшую изоляцию.В этих коллекторах каждая труба проходит через герметичную стеклянную трубку без воздуха внутри. Это позволяет трубе функционировать как термос, сводя к минимуму передачу тепла от внутренней нагретой трубы к внешней среде. Вакуумные трубчатые коллекторы могут поддерживать температуру воды более чем на 50 градусов по Цельсию (122 градуса по Фаренгейту) выше температуры окружающей среды.

Солнечные концентраторы

Если вам нужна система, которая может постоянно обеспечивать очень горячую воду, лучше всего подойдет солнечный концентратор. В концентраторах используются зеркала, чтобы отражать и концентрировать солнечную энергию на водопроводных трубах, что значительно увеличивает температуру воды внутри. Поскольку зеркала в солнечных концентраторах изгибаются, чтобы фокусировать солнечные лучи, они лучше всего работают, когда они направлены прямо на солнце, и часто включают системы слежения, чтобы следовать за солнцем по небу для максимальной экспозиции. Солнечные концентраторы распространены на крупных солнечных электростанциях, которые содержат большие поля зеркал в форме желобов, нагревающих сеть водопроводных труб для создания пара.Этот пар приводит в движение турбину, вырабатывая электричество.

Solar Towers

Одним из вариантов конструкции солнечного концентратора является солнечная башня. Вместо поля концентраторов, каждый из которых нагревает участок сети водопроводных труб, система солнечной башни использует поле зеркал, все фокусирующие свою энергию на одной центральной башне. Это повышает температуру в точке фокусировки до такой степени, что вместо воды в башне может содержаться твердое вещество, такое как соль, которая расплавляется под действием сильного тепла.Водяные трубы проходят через конструкцию, поглощая тепло от расплавленного вещества, а подаваемый пар приводит в действие турбину для выработки электроэнергии. Системы с расплавленной солью имеют значительное преимущество перед традиционными солнечными концентраторами, поскольку соль остается достаточно горячей для образования пара еще долгое время после захода солнца. Это может позволить солнечной электростанции вырабатывать электричество 24 часа в сутки, а не бездействовать ночью.

Солнечные технологии отопления и охлаждения | Возобновляемое отопление и охлаждение: преимущество тепловой энергии

Солнечные тепловые технологии поглощают солнечное тепло и передают его на полезные цели, такие как отопление зданий или водоснабжение.Используется несколько основных типов солнечных тепловых технологий:

В дополнение к вышеупомянутым солнечным тепловым технологиям, такие технологии, как солнечные фотоэлектрические модули , могут производить электричество, а здания могут быть спроектированы так, чтобы улавливать пассивного солнечного тепла .

Солнечная энергия считается возобновляемым ресурсом, поскольку она постоянно поступает на Землю от Солнца. Посетите веб-сайт EPA Clean Energy, чтобы узнать больше о нетепловых солнечных технологиях, а также о преимуществах и воздействии солнечной энергии на окружающую среду.

---

Солнечные коллекторы неглазурованные

Неостекленный солнечный коллектор на крыше бассейна и фитнес-центра.
Кредит: Альберт Нуньес, NREL 10651

Неглазурованный солнечный коллектор — одна из самых простых форм солнечной тепловой технологии. Теплопроводящий материал, обычно темный металл или пластик, поглощает солнечный свет и передает энергию жидкости, проходящей через теплопроводную поверхность или за ней. Этот процесс похож на то, как садовый шланг, лежащий на открытом воздухе, поглощает солнечную энергию и нагревает воду внутри шланга.

Эти коллекторы описаны как «неглазурованные», потому что они не имеют стеклянного покрытия или «остекления» на коллекторной коробке для улавливания тепла. Отсутствие остекления создает компромисс. Неглазурованные солнечные коллекторы просты и недороги, но, не имея возможности удерживать тепло, они теряют тепло обратно в окружающую среду и работают при относительно низких температурах. Таким образом, неглазурованные коллекторы обычно лучше всего работают с небольшими или умеренными системами отопления или в качестве дополнения к традиционным системам отопления, где они могут снизить топливную нагрузку за счет предварительного нагрева воды или воздуха.

Солнечные коллекторы для обогрева бассейнов — это наиболее часто используемая неглазурованная солнечная технология в Соединенных Штатах. Эти устройства часто используют черные пластиковые трубчатые панели, установленные на крыше или другой опорной конструкции. Водяной насос обеспечивает циркуляцию воды в бассейне непосредственно через трубчатые панели, а затем возвращает воду в бассейн с более высокой температурой. Хотя эти коллекторы используются в основном для обогрева бассейнов, они также могут предварительно нагревать большие объемы воды для других коммерческих и промышленных применений.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на темный материал в коллекторе, который нагревается.
2. Циркуляция: Холодная жидкость (вода) или воздух циркулирует через коллектор, поглощая тепло.
3. Использование: Более теплая жидкость используется для таких применений, как обогрев бассейна.

Узнайте больше о неглазурованных солнечных коллекторах

Начало страницы

Солнечные коллекторы Transpired

На южной стене этого склада установлен солнечный коллектор.
Кредит: Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Солнечные коллекторы с прозрачным воздухом обычно состоят из перфорированного металлического облицовочного материала темного цвета, установленного на существующей стене на южной стороне здания. Вентилятор втягивает наружный воздух через перфорацию в пространство за металлической обшивкой, где воздух нагревается до температуры на 30–100 ° F выше температуры окружающего воздуха. Затем вентилятор втягивает воздух в здание, где он распределяется через систему вентиляции здания.

Солнечный коллектор — это проверенная, но все еще развивающаяся технология солнечного отопления. Этот вид техники лучше всего подходит для обогрева воздуха и вентиляции помещений. Его также можно применять в различных производственных и сельскохозяйственных целях, например, для сушки сельскохозяйственных культур.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на темную перфорированную металлическую облицовку, которая нагревается.
2. Циркуляция: Циркуляционный вентилятор втягивает воздух через отверстия за металлической облицовкой, нагревая воздух, который затем втягивается в здание для распределения.

Подробнее о солнечных коллекторах воздуха Transpired

Начало страницы

Плоские солнечные коллекторы

Комплект плоских солнечных коллекторов на крыше школы.
Кредит: Джо Райан, NREL 19690

Большинство плоских коллекторов состоят из медных трубок и других теплопоглощающих материалов внутри изолированного каркаса или корпуса, покрытого прозрачным стеклом (стеклом). Материалы, поглощающие тепло, могут иметь специальное покрытие, которое поглощает тепло более эффективно, чем поверхность без покрытия.

Плоские остекленные коллекторы могут эффективно работать в более широком диапазоне температур, чем неглазурованные коллекторы. Плоские коллекторы часто используются в дополнение к традиционным водогрейным котлам для предварительного нагрева воды для снижения потребности в топливе. Они также могут быть эффективны для обогрева помещений. Используя систему теплообмена, они могут надежно производить горячий воздух для больших зданий в светлое время суток.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет проходит сквозь стекло и попадает на темный материал внутри коллектора, который нагревается.
2. Отражение тепла: Прозрачный стеклянный или пластиковый корпус задерживает тепло, которое в противном случае могло бы излучаться. Это похоже на то, как теплица удерживает тепло внутри.
3. Циркуляция: Холодная вода или другая жидкость циркулирует через коллектор, поглощая тепло.

Подробнее о плоских солнечных коллекторах

Начало страницы

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками

Вакуумный трубчатый солнечный коллектор на крыше.
Кредит: NREL PIX 09501

Вакуумные трубчатые коллекторы представляют собой тонкие медные трубки, наполненные жидкостью, например водой, помещенные внутри более крупных герметичных прозрачных стеклянных или пластиковых трубок.

Вакуумные трубки более эффективно используют солнечную энергию и могут обеспечивать более высокие температуры, чем плоские коллекторы по нескольким причинам. Во-первых, конструкция трубки увеличивает доступную для солнца площадь поверхности, эффективно поглощая прямые солнечные лучи под разными углами. Во-вторых, внутри прозрачного стеклянного кожуха трубок также создается частичный вакуум, что значительно снижает потери тепла в окружающую среду.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает в темный цилиндр, эффективно нагревая его под любым углом.
2. Отражение тепла: Прозрачный стеклянный или пластиковый корпус задерживает тепло, которое в противном случае могло бы излучаться. Это похоже на то, как теплица удерживает тепло внутри.
3. Конвекция: Медная трубка, проходящая через каждый цилиндр, поглощает накопленное тепло цилиндра, в результате чего жидкость внутри трубки нагревается и поднимается к верхней части цилиндра.
4. Циркуляция: Холодная вода циркулирует через верхнюю часть цилиндров, поглощая тепло.

Системы с вакуумными трубками обычно дороже плоских коллекторов, но они более эффективны и могут обеспечивать более высокие температуры. Вакуумные трубы могут надежно производить очень горячую воду для периодического нагрева воды или нагрева воды по запросу, а также для многих промышленных процессов, и они могут производить достаточно тепла для решения практически любых задач отопления или охлаждения помещений.

Подробнее о солнечных коллекторах с вакуумными трубками

Начало страницы

Концентрирующие солнечные системы

Этот набор концентрирующих солнечных коллекторов с параболическим желобом на крыше обеспечивает технологическое тепло для винодельни. Эти коллекторы имеют уникальную конструкцию, которая позволяет им вырабатывать не только тепло, но и электричество.
Кредит: SunWater Solar

Концентрирующие солнечные системы работают, отражая и направляя солнечную энергию с большой площади на маленькую.Меньшие по размеру отражающие системы в форме чаши могут производить воду с температурой несколько сотен градусов для промышленных или сельскохозяйственных процессов или для нагрева больших объемов воды, таких как бассейны курортных отелей. Некоторые массивы работают с длинными параболическими желобами, которые концентрируют солнечный свет на трубе, проходящей по всей длине желоба, по которой переносится теплоноситель. Даже в более крупных системах используются поля зеркал для отражения солнечного света на центральную башню. Установки такого типа производят пар высокого давления или другие перегретые жидкости для различных видов деятельности, от теплоемкой химической обработки до выработки электроэнергии.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на отражающий материал (т. Е. На зеркальную поверхность), обычно в форме желоба (показанного здесь) или тарелки.
2. Отражение солнца: Отражающий материал перенаправляет солнечный свет в одну точку (для тарелки) или трубу (для желоба).
3. Циркуляция: Холодная вода или специальный теплоноситель циркулирует по трубе, поглощая тепло.

Концентрационные системы способны производить чрезвычайно горячие жидкости для различных процессов, и они могут производить относительно большое количество энергии на каждый вложенный доллар. Однако эти системы, как правило, намного больше и сложнее, чем другие типы солнечных коллекторов, описанные выше, и имеют более высокую общую стоимость. Таким образом, концентрированная солнечная технология имеет тенденцию быть наиболее эффективной для крупномасштабных высокотемпературных применений, хотя более низкотемпературные применения могут по-прежнему быть рентабельными при определенных обстоятельствах.

Узнайте больше о концентрирующих солнечных системах

Начало страницы

Основы солнечной энергии | Понимание солнечной энергии

Доступны два типа технологий солнечных коллекторов:

1. Солнечная тепловая энергия (STE) видов использования включает солнечное отопление бассейнов и солнечное нагревание горячей воды . Системы солнечной тепловой энергии обычно имеют одно применение (т.е.подогрев бассейна),
2. Photovoltaic Solar (PV) преобразует солнечный свет в электричество для любого дома или коммерческого здания .

Солнечная тепловая энергия (STE)

Солнечная тепловая энергия — наиболее широко используемый и самый старый тип солнечной системы. Его типичные области применения — солнечное отопление бассейнов и системы водяного отопления.

Как работает солнечная тепловая энергия?

Солнечные системы тепловой энергии преобразуют солнце в тепло (тепловое).Он делает это, позволяя солнцу нагревать солнечный коллектор или панель, которая, в свою очередь, нагревает воду или жидкость и либо перекачивается, либо перемещается за счет конвекции, как в случае некоторых солнечных нагревателей для бассейнов, а затем циркулирует вода или жидкость через систему.

Каковы виды использования солнечной тепловой энергии? Обычно STE используется для:

• Обогрев коммерческих и жилых бассейнов
• ГВС
• Крупномасштабное производство электроэнергии. Новое солнечное поле, устанавливаемое OUC, является примером солнечной тепловой энергии.

Низкотемпературные, среднетемпературные и высокотемпературные солнечные коллекторы

Для солнечного обогрева бассейна обычно используется так называемый низкотемпературный коллектор, а для нагрева воды от солнечной энергии обычно используется коллектор средней температуры. Высокотемпературные коллекторы чаще всего используются для производства электроэнергии в крупных масштабах, обычно в коммунальном хозяйстве. Они работают, концентрируя солнечный свет с помощью зеркал или линз, которые нагревают жидкость. Этот процесс известен как концентрированная солнечная энергия (CSP).Затем жидкость преобразуется в пар или газ, используемый для питания турбины, которая затем производит электричество.

Типы тепловых солнечных коллекторов или солнечных батарей В тепловом сборнике используются три различных типа солнечных панелей.

1. Плоский коллектор — Также известные как солнечные панели для горячего водоснабжения. Это старейшая солнечная технология, которая до сих пор широко используется. Он используется для солнечных систем горячего водоснабжения, подогрева бассейнов и производства электроэнергии в крупных коммунальных сетях.Панели с плоскими пластинами очень хорошо подходят для климата Флориды и являются экономически выгодными. Они состоят из
   
   • Темная плоская пластина-поглотитель для сбора солнечного тепла и прозрачная крышка, которая пропускает тепло, но не позволяет энергии уходить
   • Жидкий теплоноситель — обычно вода, антифриз или воздух
   • Панельная изоляция — Коллекторы с изоляцией известны как Плоские глазурованные коллекторы . Те, у кого нет изоляции, известны как неглазурованные солнечные коллекторы.
2. Плоский неглазурованный коллектор — Этот тип солнечных панелей используется почти исключительно для обогрева бассейнов и некоторых активных систем солнечного нагрева воды. Поскольку нет необходимости в изоляции или остеклении, нет необходимости в панельном ограждении. Как правило, это наименее дорогие панели, но они обладают некоторыми впечатляющими преимуществами, включая высокую абсорбцию поверхности и оптимальное расстояние между трубками.
3. Вакуумные трубчатые коллекторы — Обычно этот вариант больше подходит для более холодного климата, поскольку они лучше работают там, где погода более прохладная в течение продолжительных периодов времени.Хотя это более современная солнечная технология, более широко продаются плоские коллекторы. Вакуумные трубчатые коллекторы дороже, но являются отличным вариантом для активных солнечных систем горячего водоснабжения.
   
   • Коллекторы с вакуумными трубками состоят из нескольких пластин поглотителя, соединенных с покрытием поглотителя, а затем каждая пластина покрыта стеклянной трубкой (обычно сделанной из боросиликатного стекла). Вакуум, создаваемый между пластинами абсорбера и стеклянной трубкой, значительно снижает теплопотери по сравнению с плоскими пластинчатыми коллекторами и может создавать более высокие температуры жидкости.
4. Воздух- Используется в системах предварительного нагрева и для нагрева воздуха непосредственно для обогрева помещений.

Фотоэлектрическая (PV) Солнечная

Фотоэлектрическая система фактически вырабатывает электроэнергию для любого электрического использования, от питания бытовых приборов до кондиционирования воздуха. Фотоэлектрическая солнечная система позволит дому или зданию производить электроэнергию для собственного потребления и в некоторых случаях продавать ее обратно коммунальной компании (см. Фотоэлектрические системы, связанные с сетью).Проще говоря, фотоэлектрические системы преобразуют солнечную энергию в электричество.

Наличие фотоэлектрической солнечной системы в доме или здании значительно снизит стоимость электроэнергии. Это самое амбициозное энергетическое решение для отдельного здания или дома.

Новый гибридный солнечный коллектор производит как электроэнергию, так и горячую воду

Solimpeks Corp. , солнечная компания, базирующаяся в Каратае, Турция, выпустила гибридный солнечный коллектор Volther, который способен одновременно производить электричество и горячую воду.

Гибридные модули позволяют поглощать дополнительное тепло модуля для производства горячей воды, тем самым оптимизируя эффективность. Компания объясняет, что исторически основным недостатком многих традиционных фотоэлектрических систем была высокая начальная стоимость, а также ограниченный объем электрической мощности по сравнению с солнечной батареей. Эта гибридная система солнечных коллекторов Volther позволяет повторно улавливать избыточное тепло.

Речь идет о двух системах, которые в настоящее время улавливают энергию солнца.Во-первых, это солнечный коллектор, который производит горячую воду за счет энергии солнца. Во-вторых, это фотоэлектрические модули, которые преобразуют солнечный свет в электричество. В обеих системах используется черная или темная поверхность, которая смотрит на солнце. Эта черная поверхность поглощает солнечную энергию и нагревает солнечные коллекторы. Однако, когда фотоэлектрические модули нагреваются, их способность вырабатывать электроэнергию снижается примерно на 0,5% на каждый градус Кельвина. Таким образом, повышение температуры фотоэлектрического модуля на 10 градусов означает потерю около 5% электроэнергии.

Чтобы решить эту проблему, ученые работали над разными методами. Наиболее многообещающим является «охлаждение фотоэлементов жидкостью». В PV-T, который представляет собой гибридный фотоэлектрический и тепловой коллектор, производство электроэнергии и горячей воды осуществляется одновременно. Тепло фотоэлектрического модуля поглощается для производства горячей воды, так что эффективность фотоэлектрического модуля может быть оптимизирована, поскольку тепло передается жидкости для производства горячей воды.

Гибридные коллекторы

PV-T обладают следующими преимуществами:

• Они увеличили производительность фотоэлектрического модуля по выработке электроэнергии.
• Гибридные фотоэлектрические системы покрывают области, в которых производятся электрическая и тепловая энергия, половина этой области использует фотоэлектрические модули, а оставшаяся половина является тепловой.
• Установка рядом друг с другом тепловых коллекторов и фотоэлектрических модулей может создать проблемы с точки зрения доступности и использования и вызвать визуальное загрязнение. Благодаря модулям PV-T электричество и горячая вода в одном помещении позволяют сэкономить место и уменьшить загрязнение окружающей среды.

Следовательно, системы PV-T могут снижать температуру фотоэлементов, что приводит к увеличению срока службы и эффективности.Расчеты, проведенные несколькими учеными, организациями и университетами, показывают, что для нормального семейного дома в северной Европе для выработки всей своей энергии в течение всего года требуется всего 25 квадратных метров PV-T коллекторов.

Солнечные коллекторы — Солнечные тепловые системы для зданий

Средства для использования этой солнечной энергии поступают через солнечный коллектор. Солнечный коллектор улавливает солнечное излучение. В зависимости от области применения используются разные солнечные коллекторы.

Основные условия

Остекление — Солнечные коллекторы собирают тепло, но поглощают тепло за счет излучения.Чтобы уменьшить потери тепла за счет конвекции и теплопроводности, их часто покрывают прозрачной «глазурью», которая изолирует трубы.

Трансмиссионная жидкость — жидкость, которая нагревается в трубках коллекторов, а затем циркулирует по системе для передачи тепла. Обычно используется воздух, вода или антифриз.

Низкотемпературный коллектор — коллектор, работающий при температуре ниже 110 градусов по Фаренгейту. Обычно они используются для обогрева помещений и бассейнов

.

Среднетемпературный коллектор — коллектор, работающий при температуре от 140 до 180 градусов по Фаренгейту.Их также можно использовать для отопления помещений, а также для кондиционирования воздуха.

Высокотемпературный коллектор — коллектор, работающий при температуре более 180 градусов по Фаренгейту. Это используется для производства электроэнергии и также называется выработкой концентрированной солнечной энергии.

Плоский коллектор

В 1950 году Хоттель и Уиллиер разработали плоский солнечный коллектор. Это широко используемая технология солнечного нагрева воды. Плоский пластинчатый коллектор содержит темный плоский пластинчатый поглотитель для поглощения поступающего солнечного излучения.под пластиной находится ряд медных трубок, содержащих трансмиссионную жидкость. Сам абсорбер состоит из листа, смешанного с термостойкими полимерами, алюминием, сталью или медью, и покрытого матовым черным или селективным покрытием.

Коллектор откачиваемой трубки

Вакуумные трубки или вакуумные трубки работают по основному принципу: нагретая жидкость поднимается. Коллектор имеет несколько стеклянных трубок, выходящих наружу. Они не закрыты ничем, как плоский коллектор.Сами трубки имеют темный цвет, чтобы притягивать излучение. Трубки запечатаны снизу и открыты сверху. При нагревании трансмиссионная жидкость поднимается вверх. Затем он может циркулировать по системе, нагревая цель, а затем возвращается в трубки.