Napenergiával működő vízmelegítő

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. július 23-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 14 szerkesztést igényelnek .

A napkollektoros vízmelegítő a napkollektorok  egyik fajtája . Meleg víz előállítására tervezték a napsugárzás elnyelésével, hővé alakításával , felhalmozódásával és a fogyasztónak való továbbításával.

Történelem

Az első szoláris vízmelegítőt 1767 -ben Horace Benedict de Saussure svájci botanikus alkotta meg , és erejének köszönhetően lehetővé tette a leves főzését .

A modern típusú vízmelegítőket 1953 -ban hozta létre Izraelben Levi Issar mérnök, Dr. Zvi Tavor pedig 1955 -ben fejlesztette tovább , amiért 3 évvel később az ország miniszterelnökétől, David Ben-Guriontól 1000 izraeli líra kitüntetést kapott [ 1] .

Eszköz

A vákuumkollektoros napkollektoros vízmelegítő, a leghatékonyabb, de egyben a legdrágább is, két fő elemből áll:

A kültéri egység belül több rétegben felvitt szelektív bevonattal ellátott vákuumcsövekből és egy fényvisszaverő rétegből áll. Ez a bevonat a legfontosabb a napkollektorok működésében. A szelektív bevonat hatékonyságát a napenergia abszorpciós együtthatója (α), a hosszú hullámhosszú hősugárzás relatív emissziós tényezője (ε), valamint az abszorpció és az emissziós tényező (α/ε) aránya méri. A vákuum-elosztókhoz használt szelektív bevonatok fő típusai: Al-N-Al, Al-N/SS/CU

A napkollektor bármilyen időjárási viszonyok között biztosítja a napsugárzás összegyűjtését, gyengíti a külső hőmérséklettől való függőséget. A kollektorok energiaelnyelési együtthatója eléri a 98%-ot, de az üvegcsövek fényvisszaverődéséből és hiányos fényáteresztéséből adódó veszteségek miatt ez alacsonyabb.

A napkollektorok hatásfoka első közelítésként a következő képlettel számítható ki:

,

ahol  a hatásfok számított értéke,  a berendezés névleges (optikai) hatásfoka normál körülmények között,  a kollektor típusától és hőszigetelésétől függő együttható,  a hűtőfolyadék és a környezeti levegő hőmérséklet-különbsége (gr. C), E a besugárzás (W / négyzetméter).

Az alábbiakban néhány kollektortípus adatai láthatók.

gyűjtő típus Névleges hatékonyság Együttható
Lapos napkollektor 72-75 3-5
Vákuumos napkollektor hőcsövekkel 60-65 0,7-1,1
műanyag napkollektor 50-60 80-ig

A napkollektorok a közvetlen és szórt napfényt hővé alakítják. A felhőkön áthaladó infravörös sugárzás is elnyelődik és hővé alakul.

A hőcserélő tartály a napenergiából, valamint egyéb energiaforrásokból (pl. hagyományos villany-, gáz- vagy dízelüzemű tüzelőanyaggal működő hagyományos fűtőtest ) kapott hő átalakítására, karbantartására és tárolására szolgáló rendszer, amely biztosítja a rendszert az esetleges hőveszteségek esetére. elégtelen napenergia. A felmelegített víz a beltéri egység hőcserélőjéből a fűtési rendszer radiátoraiba áramlik , a tartályból pedig a melegvíz ellátást .

Gáz- vagy elektromos fűtőtestet nem szabad párhuzamosan elhelyezni a napkollektorral (ebben az esetben hideg vizet melegít), hanem a szolár fűtőtest után sorba kell szerelni. Ekkor a fűtéshez való hozzájárulása minimális lesz, mivel csak a nap által már felmelegített vizet melegíti fel.

A szoláris vízmelegítők típusai

A szoláris vízmelegítők lehetnek aktív vagy passzív típusúak. Az aktív rendszer elektromos szivattyút használ a folyadék keringetésére az elosztón keresztül ; a passzív rendszernek nincs szivattyúja , és csak a természetes keringésre támaszkodik. Vannak olyan kísérleti minták, ahol a hűtőfolyadékot egy keverőszivattyú pumpálja , amely a naptól kap energiát.

Passzív rendszerek

Passzív (Thermosyphon) rendszerek mozgatják a kész vizet vagy hűtőfolyadékot a rendszeren keresztül a természetes gravitációnak köszönhetően, amely akkor következik be, amikor a fűtött és hűtött hűtőfolyadék sűrűsége különbséget okoz. A konvekciós passzív rendszerek olcsóbbak, mint az aktív rendszerek, de a rendszerben való lassú keringés miatt kevésbé hatékonyak is. A hőcsőrendszerek drágábbak, mint a konvektív rendszerek, de alacsonyabbak az üzemeltetési költségek. Ezenkívül a hőcsőrendszerek lehetővé teszik a hő lefelé szivattyúzását, azaz a konvekciós erők ellen. A jellemzők nagymértékben függnek az adott csőtípustól.

Aktív rendszerek

Az aktív rendszerek elektromos szivattyúkat , szelepeket és vezérlőket használnak a hűtőfolyadék keringetésére az elosztón keresztül. Általában drágábbak, mint a passzív rendszerek, de hatékonyabbak is.

Aktív nyílt hurkú rendszerek

Az aktív nyílt hurkú rendszerek szivattyúkat használnak a víz keringetésére az elosztókon keresztül . Az aktív nyitott hurkú rendszerek népszerűek azokban a régiókban, ahol pozitív a hőmérséklet vagy szezonális használat. -20 °C vagy -25 °C levegő hőmérsékletig üzemeltethető.

Zárt hurkú aktív rendszerek

Ezekben a rendszerekben a kollektor hűtőfolyadéka jellemzően víz-glikol fagyálló . A hőcserélők hőt adnak át az elsődleges hűtőközegből a tartályokban (hőtárolókban) tárolt víznek. A zárt rendszerű rendszerek népszerűek azokon a területeken, ahol hosszan tartó fagyási hőmérsékletnek vannak kitéve, mivel jó fagyvédelemmel rendelkeznek. A hűtőfolyadék stagnálása során fellépő magas hőmérséklet miatt a maximális kitettség időszakaiban nem minden fagyálló alkalmas szoláris rendszerekben való használatra.

Panelelosztóval

Megbízhatóságuk és tartósságuk miatt a napkollektorok váltak a legnagyobb népszerűségre. A napsütésben gazdag régiókban ( Törökország , Kína déli régiói , Szaúd-Arábia stb.) alumínium- vagy acéllemezt használnak abszorberként az ilyen kollektorokban. Az ilyen kialakítású kollektorok hatékonysági értékei alacsonyak, amit kompenzál a napsugárzás magas (túlzott) értéke ezekben a régiókban. A modern lapos napkollektorok tervezésénél csökkentett vastartalmú tükröződésmentes üveget, szelektív réz abszorber bevonatot, valamint megnövelt hőszigetelésvastagságot (minimum 50 mm) alkalmaznak.

A napsugárzás (besugárzás) értékéhez még Oroszország déli régióiban is speciális, rendkívül hatékony szelektív bevonattal ellátott rézlemezes kollektorokra van szükség. A réz magas hővezető képessége miatt sokkal nagyobb az energia hőátadása a hűtőfolyadéknak, és a lapos réz napkollektorok általános hatásfoka.

Vákuum elosztóval

A vákuumkollektorok tervezésénél hőcsövek használatának köszönhetően nagyobb hatékonyság érhető el alacsony hőmérsékleten és gyenge fényviszonyok mellett. Ugyanakkor egy további hőáramkör használata elkerülhetetlen veszteségekhez vezet a közegek közötti hőátadással kapcsolatban, ezért +15 fok feletti hőmérsékleten a vákuumkollektorok hatékonysága gyakorlatilag azonos, sőt néha még ennél is alacsonyabb. lapos kollektorok. A vákuum-napkollektor kétcsöves kialakítása nélkülözi ezt a hátrányt. A kiváló minőségű többrétegű, rendkívül szelektív bevonatoknak és az evakuálásnak köszönhetően egy modern napkollektor nagyon széles (a látható spektrumnál jóval szélesebb) sugárzási spektrumban képes rögzíteni a napenergiát.

A vákuum napkollektoroknak több fő típusa van:

Lombik a lombikban

Az első típusú kollektorokban a hőhordozót az üvegbura szelektív bevonatával érintkezve melegítik fel. Mind a víz, mind a fagyálló (vagy annak vízzel való keveréke) hűtőfolyadékként működhet. Az ilyen rendszerek a hűtőfolyadék túlnyomása nélkül működnek, mivel nem lehet őket hatékonyan vízszigetelni. Leggyakrabban ezek a hűtőfolyadék passzív keringésével rendelkező rendszerek.

Lombik lombikban hőcsővel

A második típusú lombikot használó kollektorokban réz hőcsöveket használnak. A hőt az abszorberből bordák segítségével továbbítják a csőbe. A hőcső átadja a hőt a hőcső kondenzátorának, amely egy kollektorhoz csatlakozik, amelyben a hűtőfolyadék kering.

Lombik lombikban U-csővel

A harmadik típusú lombikot használó kollektorokban réz U-alakú hőcsöveket használnak, amelyek az abszorberből a csőbe alumínium bordák segítségével továbbítják a hőt. A hűtőfolyadék közvetlenül a hőcsöveken keresztül áramlik.

Vákuumos lombik

A fő különbség a negyedik típusú lombikok között a réz hőcső vákuum hőszigetelése. Ha az első és második típusú lombikban a vákuumréteg a lombikok üvegfalai között helyezkedik el, akkor az ürített lombikban mind az abszorber, mind a hőcső csökkentett légnyomás alatt van. Ezen túlmenően, ha kettő helyett csak egy üvegréteg van, az növeli a telepítés hatékonyságát .

  • Lombik hőcsővel ellátott lombikban.

  • Vákuumkollektor készülék.

A lombik és a hűtőfolyadék közötti hőátadó eszköz szerint a következő fő kollektortípusokat különböztetjük meg:

  • Kétcsöves rendszer. A hűtőfolyadék kering a lombikban. U-cső.

  • Egycsöves rendszer. A hőcső kondenzátora a kollektorcsőbe van behelyezve.

  • Kétcsöves rendszer. A hőcső kondenzátora a kollektorcsövek közé van behelyezve.

Műanyag gyűjtők

A napkollektoros fűtésre a legegyszerűbb megoldás a műanyag napkollektorok . Nagy sűrűségű polietilénből ( HDPE ) bélyegzéssel gyártva . Az ilyen kollektorok általában nem rendelkeznek további hőszigeteléssel, és nyáron vízmelegítésre szolgálnak. A műanyag kollektorok teljesítménye erősen függ a szél sebességétől. Az alacsony hidraulikus ellenállás lehetővé teszi az ilyen típusú kollektorkör közvetlen csatlakoztatását a vízkeringtető rendszerhez.

Telepítés

A napkollektoros vízmelegítőket az épületek tetejére szerelik fel, a horizonthoz képest a terület földrajzi szélességével megegyező szögben . A beépítés során a dőlésszög a napsugarak beesési szögétől függ, amelyre a felületnek merőlegesnek kell lennie. Az optimális dőlésszög télen 60°, nyáron -30°. A gyakorlatban ajánlatos a 45°-ot választani. A második paraméter az azimut , amely nem térhet el 0°-tól (dél irányú). Ez nem mindig lehetséges, ezért a déli iránytól legfeljebb 45 ° -os eltérés elfogadható.

Ezenkívül a fűtőtest-csoportokat nyitott tereken, például parkolók felett helyezik el, de a fogyasztóhoz (épülethez) a lehető legközelebb.

Tekintettel arra, hogy a napkollektor nem kapcsolható ki, maximális napsugárzás és alacsony vízfelvétel időszakában a hőmérséklet ( pangási hőmérséklet vagy stagnálási hőmérséklet) típustól függően elérheti a 200 °C-ot (lapos rendszerek) és 300 °C (vákuumrendszerek).

Ezért a műanyag (polimer) csövek és a horganyzott acélcsövek nem használhatók vízmelegítők csővezetékeként . Réz vagy rozsdamentes acél csöveket kell használni .

A vízmelegítők első (forró) vezetékkörének hőszigetelése is szükséges az égési sérülések és tüzek elkerülése érdekében, valamint a hőszigetelő és a kötőelemek anyagának meg kell felelnie az előírt hőmérsékleti feltételeknek.

A legyártott elosztóházakon az adott modellsorozat pontos stagnálási hőmérséklete van feltüntetve.

A kollektorok élettartama legalább 15 év.

A házak falára kollektorokat próbálnak felszerelni, szinte függőleges helyzetben. Ebben az esetben, különösen magas szélességi fokon, a kollektor hatásfoka a téli hónapokban magasabb, a nyári hónapokban alacsonyabb. Egy másik érv is szól egy ilyen telepítés mellett: a kollektort kényelmesebb karbantartani, kevesebb port gyűjt össze, könnyebb lemosni, és kisebb a jégeső okozta károk veszélye. Ezenkívül egy ilyen kollektor meglehetősen alacsonyan helyezkedik el a fűtött vízzel ellátott tartályhoz képest, a konvekciós sebesség jelentősen megnő, és nincs szükség aktív rendszerre. A kollektor falra szerelése csökkenti a ház (lakás) hőveszteségét, ami csökkenti a fűtés energiaszükségletét.

Alkalmazás

A napkollektoros vízmelegítőket háztartási és kereskedelmi melegvízellátásra, ipari hőellátásra, uszodavíz fűtésére stb.

A legtöbb meleg és meleg vizet (30-90 °C) használó gyártási folyamat az élelmiszeriparban és a textiliparban zajlik, amelyek így a legnagyobb potenciállal rendelkeznek a napkollektorok alkalmazásában.

Ökológia

A háztartási szoláris vízmelegítő üzemeltetése a megtakarított üzemanyag mennyiségével arányosan csökkenti a CO 2 kibocsátást. Ráadásul ebben az esetben a szén-dioxid-kibocsátás üvegházhatása is csökken.

Elosztás

A világelső a gyártás és az alkalmazás terén Kína . 2007 -ben körülbelül 40 millió család , összesen 150 millió lakos használt napenergiával működő vízmelegítőt Kínában. 2009-re a telepített szoláris vízmelegítők összterülete 140 millió m²-re nőtt. Ez körülbelül 60 millió háztartás melegvíz ellátásához elegendő [2] . 2020-ra Kínában 300 millió m²-t szerelnek fel napenergiával működő vízmelegítőkkel.

2010-ben mintegy 2800 cég gyártott napenergiával működő vízmelegítőt Kínában, ebből 1200 cég gyártott alkatrészeket. Kína teljes napenergiás vízmelegítő-piaca 73,5 milliárd jüan (körülbelül 11,5 milliárd dollár) volt 2010-ben. A legnagyobb kínai gyártók a Sunrain Group, a Linuo Group, a Himin Solar és a Sangle Solar. A négy nagy vállalat mindegyikének éves árbevétele meghaladja a 2 milliárd jüant (körülbelül 313 millió dollárt) [3] .

A vízmelegítőket Izraelben is széles körben használják , ahol a lakások körülbelül 85%-a fel van szerelve ezzel a berendezéssel. . Ez egy 1976 -ban elfogadott törvénynek köszönhető és beépített szoláris vízmelegítőkkel rendelkező ház építésére kötelezve. A kivétel az sokemeletes épületek (több mint 9 emelet), ahol a tetőfelület nem elegendő az épület összes fogyasztója számára elegendő napkollektor elhelyezéséhez. A napenergiával működő vízmelegítők ilyen széles körű használata az országban termelt villamos energia mintegy 8%-át takarítja meg.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ http://my.ynet.co.il/pic/yarok/020908/index.htm  (downlink) Ben-Gurion köszönőlevele (héber)
  2. ↑ Eric Martinot, Junfeng megújuló energiapolitika frissítése Kínában, 2010. július 21 . Letöltve: 2010. július 22. Az eredetiből archiválva : 2015. február 13..
  3. ↑ A Bärbel Epp Solar Thermal Competition felmelegszik Kínában 2012. szeptember 10 . Hozzáférés időpontja: 2012. szeptember 13. Az eredetiből archiválva : 2013. december 17.

Irodalom

  • M. Zgut. Csapdák a napnak // Tudomány és élet, Pravda kiadó. 1988. 6. szám, 87-88
  • GV Kazakov A napelemes építészet fejlesztésének elvei. Édes, 1990