Современная тенденция разработки солнечных установок идет по пути уменьшения энергоемкости конструкций, снижения материалов на их производство, при этом задачей исследователей во всех странах остаётся увеличение энергоотдачи гелиосистем

    


1. Использования фотоэлектрических и тепловых солнечных установок

На данный момент существуют различные виды и типы солнечных установок, оснащенных фотоэлектрическими батареями и тепловыми гелиоколлекторами. Одними из основных препятствий на пути использования является их высокая себестоимость и низкая эффективность. Современная тенденция разработки солнечных установок идет по пути уменьшения энергоемкости конструкций, снижения материалов на их производство, при этом задачей исследователей во всех странах остаётся увеличение энергоотдачи гелиосистем. Такое на первый взгляд несоответствие достигается путём использования в гелиоустановках солнечных концентраторов, селективных покрытий, систем слежения за Солнцем. Перспективным направлением повышения энергоотдачи установок и как следствие уменьшения их энергоемкости является использование установок с рабочей поверхности, которых одновременно вырабатывается тепло и электроэнергия.

1.1 Использование фотоэлектрических установок

Проблемы повышения мощностных характеристик серийных фотоэлектрических установок, решаются на различных уровнях, включая:

  • - Повышение коэффициентов полезного действия при преобразовании энергии солнечного излучения в электрическую энергию за счет использования новых материалов;
  • - Усовершенствование технологий производства;
  • - Использование концентраторов солнечного излучения для уменьшения площади дорогих полупроводниковых материалов;

Для повышения мощности уже готовых солнечных установок использовалось увеличение плотности потока солнечной радиации. Это достигается установкой на них концентраторов солнечной энергии. Исследователи большинства стран направляют свои усилия на разработку таких типов концентраторов, которые уменьшают себестоимость выработки полезной энергии установкой, просты в обслуживании и изготовлении.

Современные серийные фотоэлектрические установки представляют собой плоские панели солнечных модулей (батарей) ориентированных перпендикулярно направлению распространения солнечных лучей. Основой для фотоэлектрических модулей являются солнечные элементы, сделанные из монокристаллического, поликристаллического или аморфного кремния. Существуют также промышленные арсенит-галлиевые солнечные батареи с концентраторами на основе линз Френеля. В настоящее время, для наземного использования, на промышленный поток поставлены в основном кремниевые солнечные батареи.

В Украине освоено производство солнечных элементов. Они выращиваются на базе монокристаллического и мультикристаллического кремния различных размеров и характеристик. В основном это псевдоквадратные пластины размером до 125х125 мм  и толщиной до 300 мкм. В зависимость от класса средний КПД серийных элементов 14,5-15,5 %, максимальная мощность до 1,7 Вт, при токе до 3,15 А и напряжении 0,53 В, ток короткого замыкания до 3,4 А, напряжение холостого хода до 0,64 В.

 

1.2. Использования солнечных тепловых установок

 

Проблема горячего водоснабжения, особенно в летний период, является одной из энергозатратных задач жилищно-комунального хозяйства (ЖКХ) городов, объектов санаторно-курортного комплекса, больниц, детских учреждений и т.п.

Системы горячего водоснабжения па основе плоского солнечного коллектора уже сейчас получили широкое распространение в различных странах (Япония, Израиль, США и Европа). Уже эксплуатируются довольно мощные установки для отопления домов и нагрева воды в плавательных бассейнах. Накопленный к настоящему времени опыт использования нетрадиционных энергоносителей показывает, что для обеспечения населения и предприятий горячей водой с температурой вплоть до 100 оС могут использоваться солнечные котельные на основе гелиоколлекторов различных конструкций. С ростом температуры воды на выходе КПД гелиоколлекторов падает. Поэтому обычно температуру на выходе поддерживают на уровне 55-60 градусов Цельсия, что соответствует санитарным нормам. При этом КПД составляет 50-60%. Более высокие значения реализуются при использовании для чернения поверхности абсорберов так называемых селективных покрытий, обладающих высоким коэффициентом поглощения солнечного излучения в оптическом диапазоне длин электромагнитных волн солнечного спектра и низким коэффициентом излучения в инфракрасном диапазоне, соответствующем температуре абсорбера.

В настоящее время тепловыми солнечными установками принято называть различные типы гелиоколлекторов, в которых под воздействием солнечной радиации нагревается теплоноситель (обычно вода или антифриз), с последующей передачей тепловой энергии потребителю. Эти установки могут оснащаться концентраторами солнечной энергии, а также в зависимости от типа концентратора системами слежения за Солнцем.

Высокотемпературные коллекторы представляют собой параболические тарелки и используются в основном электрогенерирующими предприятиями для производства электричества для электросетей.

Главными элементами гелиоколлекторов является: абсорбер, теплоизолированный корпус, прозрачное покрытие корпуса. Абсорбер – поверхность, непосредственно поглощающая энергию солнечного излучения и передающая ее теплоносителю, циркулирующему по каналам – трубкам. Солнечное излучение, попадая на черную поверхность абсорбера, преобразуется в тепловую энергию, которая передается воде, протекающей по каналам абсорбера.

Принцип действия солнечного водонагревателя.

Находясь в контакте с поглотителем коллектора, вода нагревается и с помощью насоса или путем естественной циркуляции движется по контуру. Затем жидкость поступает в хранилище, откуда ее потребляют по мере надобности, или в теплообменник, через который энергия передается теплоносителю.

Основным приемником тепла является поглотитель. Жидкость в нем либо непосредственно омывает тыльную часть пластины поглотителя, либо проходит через систему труб, являющихся по существу частью этой пластины. В воздухонагревательных коллекторах пластины поглотителей имеют множество отверстий, при прохождении через которые воздух нагревается. В условиях хорошего теплообмена между окружающей средой и пластинами (это характерно для нагревания жидкости) температуры поглотителя и жидкости одинаковы. Поскольку жидкость нагревается при прохождении через коллектор, очевидно, что на входе жидкости поглотитель холоднее, нежели на выходе. Перепад температуры зависит как от удельной теплоемкости жидкости, так и от скорости ее движения.

Плоские коллекторы – самый распространенный вид солнечных коллекторов, используемых в бытовых водонагревательных и отопительных системах. Обычно этот коллектор представляет собой теплоизолированный металлический ящик со стеклянной либо пластмассовой крышкой, в который помещена окрашенная в черный цвет пластина абсорбера (поглотителя). Остекление может быть прозрачным либо матовым. В плоских коллекторах обычно используется матовое, пропускающее только свет, стекло с низким содержанием железа (оно пропускает значительную часть поступающего на коллектор солнечного света). Солнечный свет попадает на тепловоспринимающую пластину, а благодаря остеклению снижаются потери тепла. Пластину абсорбера обычно окрашивают в черный цвет, так как темные поверхности поглощают больше солнечной энергии, чем светлые. Солнечный свет проходит через остекление и попадает на поглощающую пластину, которая нагревается, превращая солнечное излучение в тепловую энергию. Это тепло передается теплоносителю - воздуху или жидкости, циркулирующей по трубкам. Поскольку большинство черных поверхностей все же отражает порядка 10% падающего излучения, некоторые пластины-поглотители обрабатываются специальным селективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет и служит дольше, чем обычная черная краска. Селективное покрытие, используемое в коллекторах, состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного материала, нанесенного на металлическое основание. Селективные покрытия отличаются высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области.

Другой тип коллектора – это вакуумированные коллекторы. Этот тип коллекторов более эффективный, однако, для его производства требуются технологии, превышающие по трудоёмкости технологии необходимые для производства простых плоских коллекторов .

Большой интерес с точки зрения эффективности использования являются воздушные коллекторы. Они имеют то преимущество, что им не свойственны проблемы замерзания и кипения теплоносителя. В этих гелиоколлекторах часто используются более дешевые материалы, чем в жидкостных.

Воздушные коллекторы представляют собой простые плоские коллекторы в которых теплоносителем является воздух и используются в основном для отопления и вентиляции помещений. Поглощающими пластинами в воздушных коллекторах служат металлические панели, многослойные экраны, в том числе и из неметаллических материалов. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Поскольку воздух хуже проводит тепло, чем жидкость, он передает поглотителю меньше тепла, чем жидкий теплоноситель.

Основными достоинствами воздушных коллекторов являются их простота и надежность. Такие коллекторы имеют простое устройство. При надлежащем уходе качественный коллектор может прослужить 10-20 лет, а управление им весьма несложно. Теплообменник не требуется, так как воздух не замерзает.

Потенциальным способом снижения стоимости коллекторов является их интеграция в стены или крыши зданий, а также создание коллекторов, которые можно будет собирать из готовых сборных компонентов.

2. Использование концентрированного солнечного излучения в гелиоустановках

В настоящее время для повышения характеристик тепловых установок используются в основном концентраторы для термодинамических станций для выработки тепловой и электрической энергии. Основное применение концентраторы получили для так называемых солнечных электростанций (СЭС), с тепловыми циклами преобразования, где в качестве преобразователей используются паровые, газовые турбины или двигатели Стирлинга. В этих СЭС стоимость концентрирующих систем достигает 50% стоимости от всей станции. Концентрирующие системы в данном случае выполняют свою основную задачу: повышают плотность излучения на приёмнике для повышения температуры рабочих термодинамических циклов и увеличения КПД.

Однако с увеличение стоимости плоских солнечных коллекторов, всё большее значение приобретает использование концентраторов и в этих системах. Причем низкопотенциальные концентраторы на ед. площади на порядок ниже в цене, чем гелиоколлекторы. Тем не менее, до настоящего времени концентраторы в основном использованы в тепловых солнечных электростанция, которых построено большое количество с установленной мощностью в десятки мегаватт.

Список литературы:

  1. Дж. Даффи, У.А. Бекман. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. Пер. с англ. М.: Мир. 1977 г. . п. 1, 2, 3, 4.
  2. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М. Энергоатомиздат. 1991.
  3. Андреев В.М. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. М. Наука. 1989.
  4. Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей. Пер. с англ. М. Энергоатомиздат. 1983.
  5. У.А. Бекман, С. Клейн, Дж. Даффи. Расчёт систем солнечного теплоснабжения. Пер. с англ. М. Энергоиздат. 1982.
  6. В.В.Кувшинов / Применение солнечной энергии (методическое пособие для проведения лабораторных работ) // СНУЯЭ и П, 2011.
  7. Колтун М.М. Оптика и метрология солнечных элементов. М. Мир. 1985.
  8. Мхитарян Н.М. Гелиоэнергетика, системы, технологии, применение. Киев. Наукова думка. 1995.
  9. В.В.Кувшинов, В.А. Сафонов, И.Н. Стаценко. Применение солнечной энергии (методическое пособие для проведения лабораторных работ). СНУЯЭ и П. 2005.

Автор: Хоменко Денис Владимирович




Новости
09.09.2014
Третья промышленная революция – солнце с ветром, водород, 3D-принтеры
07.09.2014
Все більше українців міняють газові котли на теплові насоси
07.09.2014
Сонячні колектори: міфи та практика використання
07.09.2014
Сонячні батареї для дачі - достатньо 3-х панелей
07.09.2014
Українцям варто замінити старі котли на біопаливні
Архив новостей
Copyright © 2011-2014 ecos.net.ua
разработка сайта: dryzi.net
купить брус в днепропетровске пенная мойка оборудования