Hoe beter het gebruik van zonne-energiesystemen. Moderne zonneverwarmingssystemen

Consumptie-ecologie Manor: Het grootste deel van het jaar moeten we geld uitgeven aan het verwarmen van onze huizen. In een dergelijke situatie is elke hulp niet overbodig. De energie van de zon is hiervoor het meest geschikt: het is absoluut milieuvriendelijk en gratis.

Het grootste deel van het jaar moeten we geld uitgeven aan het verwarmen van onze huizen. In een dergelijke situatie is elke hulp niet overbodig. De energie van de zon is hiervoor het meest geschikt: het is absoluut milieuvriendelijk en gratis. Moderne technologieën maken zonneverwarming van een privéwoning niet alleen in zuidelijke regio's, maar ook in de middenzone.

Wat moderne technologie te bieden heeft

Gemiddeld ontvangt 1 m2 van het aardoppervlak 161 watt zonne-energie per uur. Op de evenaar zal dit cijfer natuurlijk vele malen hoger zijn dan in het noordpoolgebied. Bovendien is de dichtheid van zonnestraling afhankelijk van de tijd van het jaar. In de regio Moskou verschilt de intensiteit van zonnestraling in december-januari meer dan vijf keer van mei-juli. Moderne systemen zijn echter zo efficiënt dat ze bijna overal ter wereld kunnen werken.

Het probleem om de energie van zonnestraling met maximale efficiëntie te gebruiken, wordt op twee manieren opgelost: directe verwarming in thermische collectoren en fotovoltaïsche zonnebatterijen.

Zonnepanelen zetten de energie van zonlicht eerst om in elektriciteit en dragen deze vervolgens via een speciaal systeem over aan consumenten, zoals een elektrische boiler.

Thermische collectoren die opwarmen onder invloed van zonlicht verwarmen het koelmiddel van verwarmingssystemen en warmwatervoorziening.

Thermische collectoren zijn er in verschillende soorten, waaronder open en gesloten systemen, platte en bolvormige structuren, halfronde concentratorcollectoren en vele andere opties.

Thermische energie verkregen uit zonnecollectoren wordt gebruikt om warm water of warmtedrager van het verwarmingssysteem te verwarmen.

Ondanks de duidelijke voortgang in de ontwikkeling van oplossingen voor het inzamelen, opslaan en gebruiken van zonne-energie, zijn er voor- en nadelen.

Het rendement van zonneverwarming op onze breedtegraden is vrij laag, wat wordt verklaard door het onvoldoende aantal zonnige dagen voor de normale werking van het systeem.

Voor- en nadelen van het gebruik van zonne-energie

Het meest voor de hand liggende voordeel van het gebruik van zonne-energie is de beschikbaarheid ervan. Sterker nog, zelfs bij het meest sombere en bewolkte weer kan zonne-energie worden opgevangen en gebruikt.

Het tweede pluspunt is nulemissie. In feite is het de meest milieuvriendelijke en natuurlijke uitstraling energie. Zonnepanelen en collectoren maken geen geluid. In de meeste gevallen worden ze op de daken van gebouwen geïnstalleerd, zonder ze te bezetten bruikbare oppervlakte buitenwijk.

De nadelen van het gebruik van zonne-energie zijn de inconstante verlichting. BIJ donkere tijd dag er niets te verzamelen is, wordt de situatie verergerd door het feit dat de piek stookseizoen valt op de kortste daglichturen van het jaar.

Een belangrijk nadeel van verwarming op basis van het gebruik van zonnecollectoren is het onvermogen om thermische energie te accumuleren. Alleen het expansievat is in het schema opgenomen.

Het is noodzakelijk om de optische reinheid van de panelen te bewaken, lichte vervuiling vermindert de efficiëntie drastisch.

Daarnaast kan niet gezegd worden dat de werking van een zonnesysteem geheel gratis is, er zijn vaste kosten voor afschrijving van apparatuur, de werking van een circulatiepomp en regelelektronica.

Open zonnecollectoren

Een open zonnecollector is een systeem van buizen die niet beschermd zijn tegen invloeden van buitenaf, waardoor een direct door de zon verwarmde koelvloeistof circuleert. Water, gas, lucht, antivries worden gebruikt als warmtedrager. De buizen zijn ofwel gemonteerd op een dragerplaat in de vorm van een slang of in parallelle rijen verbonden met de uitlaat.

Zonnecollectoren van het open type kunnen de verwarming van een privéwoning niet aan. Door het ontbreken van isolatie koelt de koelvloeistof snel af. Ze worden in de zomer vooral gebruikt voor het verwarmen van water in douches of zwembaden.

Open collectoren hebben meestal geen isolatie. Het ontwerp is heel eenvoudig, daarom heeft het lage kosten en wordt het vaak onafhankelijk gemaakt.

Vanwege het gebrek aan isolatie besparen ze praktisch niet de energie die van de zon wordt ontvangen, ze worden gekenmerkt door een laag rendement. Ze worden voornamelijk in de zomer gebruikt voor het verwarmen van water in zwembaden of zomerdouches. Ze worden geïnstalleerd in zonnige en warme streken, met kleine verschillen in omgevingsluchttemperatuur en verwarmd water. Werkt alleen goed bij zonnig, rustig weer.

De eenvoudigste zonnecollector met een koellichaam gemaakt van een spoel van polymeerbuizen zorgt voor de toevoer van verwarmd water in het land voor irrigatie en huishoudelijke behoeften.

Buisvormige zonnecollectoren

Buisvormige zonnecollectoren zijn samengesteld uit afzonderlijke buizen waar water, gas of stoom doorheen loopt. Dit is een van de open type zonnestelsels. De koelvloeistof is echter al veel beter beschermd tegen negativiteit van buitenaf. Vooral in vacuüminstallaties, opgesteld volgens het principe van thermosflessen.

Elke buis is afzonderlijk, parallel aan elkaar, op het systeem aangesloten. Als een buis defect raakt, is deze eenvoudig te vervangen door een nieuwe. De gehele constructie kan direct op het dak van het gebouw worden gemonteerd, wat de installatie aanzienlijk vergemakkelijkt.

De buiscollector is modulair opgebouwd. Het belangrijkste element is een vacuümbuis, het aantal buizen varieert van 18 tot 30, waardoor u het vermogen van het systeem nauwkeurig kunt selecteren

Een belangrijk pluspunt van buisvormige zonnecollectoren is de cilindrische vorm van de hoofdelementen, waardoor zonnestraling de hele dag wordt opgevangen zonder het gebruik van dure systemen voor het volgen van de beweging van het armatuur.

Een speciale meerlaagse coating creëert een soort optische val voor de zonnestralen. Het diagram toont gedeeltelijk de buitenwand van de vacuümfles die stralen weerkaatst op de wanden van de binnenkolf

Afhankelijk van het ontwerp van de buizen worden pen- en coaxiale zonnecollectoren onderscheiden.

De coaxiale buis is een Diyur-vat of een bekende thermoskan. Ze zijn gemaakt van twee kolven waartussen de lucht wordt weggepompt. Het binnenoppervlak van de binnenbol is gecoat met een zeer selectieve coating die zonne-energie effectief absorbeert.

Thermische energie van de interne selectieve laag wordt overgebracht naar een warmtepijp of een interne warmtewisselaar gemaakt van aluminiumplaten. In dit stadium treden ongewenste warmteverliezen op.

De verenbuis is een glazen cilinder met daarin een verenabsorbeerder.

Voor een goede thermische isolatie wordt lucht uit de buis afgevoerd. Warmteoverdracht van de absorber gebeurt zonder verlies, dus het rendement van verenbuizen is hoger.

Volgens de methode van warmteoverdracht zijn er twee systemen: directe stroom en met een heatpipe (heatpipe).

Een thermobuis is een afgesloten container met een vluchtige vloeistof.

In de thermobuis bevindt zich een vluchtige vloeistof die warmte absorbeert van de binnenwand van de kolf of van de verenabsorbeerder. Onder invloed van temperatuur kookt de vloeistof en stijgt op in de vorm van damp. Nadat de warmte is afgegeven aan de verwarming of het heetwaterkoelmiddel, condenseert de stoom tot een vloeistof en stroomt naar beneden.

Water onder lage druk wordt vaak gebruikt als vluchtige vloeistof.

Een direct-flow systeem maakt gebruik van een U-vormige buis waardoor water of een verwarmingssysteem koelvloeistof circuleert.

De ene helft van de U-vormige buis is ontworpen voor koude koelvloeistof, de tweede voor de verwarmde. Bij verwarming zet het koelmiddel uit en komt het de opslagtank binnen, waardoor een natuurlijke circulatie ontstaat. Net als bij thermotube-systemen moet de minimale hellingshoek minimaal 20⁰ zijn.

Direct-flow-systemen zijn efficiënter omdat ze het koelmiddel onmiddellijk verwarmen.

Als zonnecollectorsystemen gepland zijn om het hele jaar door te worden gebruikt, worden er speciale antivriesmiddelen in gepompt.

Voor- en nadelen van buiscollectoren

Het gebruik van buisvormige zonnecollectoren heeft een aantal voor- en nadelen. Het ontwerp van een buisvormige zonnecollector bestaat uit dezelfde elementen, die relatief eenvoudig te vervangen zijn.

Voordelen:

• lage warmteverliezen;
• vermogen om te werken bij temperaturen tot -30⁰С;
• effectieve prestaties gedurende de daglichturen;
• goede prestaties in gebieden met een gematigd en koud klimaat;
• lage luchtdruk, gerechtvaardigd door het vermogen van buisvormige systemen om luchtmassa's er doorheen te laten gaan;
• de mogelijkheid om een ​​hoge temperatuur van het koelmiddel te produceren.

Structureel heeft de buisvormige structuur een beperkt apertuuroppervlak. Het heeft de volgende nadelen:

• niet in staat tot zelfreiniging van sneeuw, ijs, vorst;
• hoge prijs.

Ondanks de aanvankelijk hoge kosten, betalen buiscollectoren zichzelf sneller terug. Ze hebben een lange levensduur.

Platte gesloten zonnecollectoren

De platte collector bestaat uit een aluminium frame, een speciale absorberende laag - een absorber, een transparante coating, een pijpleiding en een verwarming.

Als absorber wordt gezwart plaatkoper gebruikt, dat wordt gekenmerkt door een ideale thermische geleidbaarheid voor het creëren van zonnesystemen. Wanneer zonne-energie door de absorber wordt geabsorbeerd, wordt de door de absorber ontvangen zonne-energie overgebracht naar een warmtedrager die door een buizenstelsel naast de absorber circuleert.

Van buitenaf wordt het gesloten paneel beschermd door een transparante coating. Het is gemaakt van slagvast gehard glas met een bandbreedte van 0,4-1,8 m. Dit bereik is goed voor de maximale zonnestraling. Anti-shock glas is een goede bescherming tegen hagel. Aan de achterzijde is het gehele paneel goed geïsoleerd.

Vlakke plaat zonnecollectoren worden gekenmerkt door maximale prestaties en een eenvoudig ontwerp. Hun efficiëntie wordt verhoogd door het gebruik van een absorber. Ze zijn in staat om diffuse en directe zonnestraling op te vangen.

In de lijst met voordelen van gesloten platte panelen zijn:

• eenvoud van ontwerp;
• goede prestaties in warme klimaatgebieden;
• de mogelijkheid om onder elke hoek te installeren als er apparaten zijn om de hellingshoek te veranderen;
• het vermogen om zelf te reinigen van sneeuw en vorst;
• lage prijs.

Vlakke plaat zonnecollectoren zijn vooral voordelig als het gebruik ervan in de ontwerpfase wordt gepland. De levensduur van kwaliteitsproducten is 50 jaar.

De nadelen zijn onder meer:

• hoge warmteverliezen;
• groot gewicht;
• veel wind wanneer de panelen schuin op de horizon staan;
• prestatiebeperkingen bij temperatuurdalingen van meer dan 40°C.

Het toepassingsgebied van gesloten collectoren is veel breder dan die van open zonne-installaties. In de zomer kunnen ze volledig voorzien in de behoefte aan warm water. Op koele dagen, die door nutsbedrijven niet in de stookperiode worden meegerekend, kunnen ze werken in plaats van gas- en elektrische kachels.

Vergelijking van kenmerken van zonnecollectoren

De belangrijkste indicator van een zonnecollector is het rendement. De nuttige prestaties van zonnecollectoren van verschillende ontwerpen zijn afhankelijk van het temperatuurverschil. Tegelijkertijd zijn vlakke plaatcollectoren veel goedkoper dan buisvormige collectoren.

De efficiëntiewaarden zijn afhankelijk van de fabricagekwaliteit van de zonnecollector. Het doel van de grafiek is om de efficiëntie weer te geven van het gebruik van verschillende systemen, afhankelijk van het temperatuurverschil.

Bij het kiezen van een zonnecollector moet u letten op een aantal parameters die de efficiëntie en het vermogen van het apparaat aangeven.

Er zijn een aantal belangrijke kenmerken voor zonnecollectoren:

• adsorptiecoëfficiënt - toont de verhouding van geabsorbeerde energie tot totaal;
• emissiefactor - toont de verhouding van de overgedragen energie tot de geabsorbeerde;
• totaal en diafragmagebied;
• efficiëntie.

Het apertuurgebied is het werkgebied van de zonnecollector. Een platte collector heeft een maximale opening. Het apertuuroppervlak is gelijk aan het oppervlak van de absorber.

Manieren om verbinding te maken met het verwarmingssysteem

Aangezien apparaten op zonne-energie geen stabiele en 24-uurs levering van energie kunnen bieden, is een systeem nodig dat bestand is tegen deze tekortkomingen.

Voor Centraal-Rusland kunnen zonne-energie-apparaten geen stabiele energietoevoer garanderen, daarom worden ze gebruikt als een extra systeem. Integratie in bestaand systeem verwarming en warmwatervoorziening is verschillend voor zonnecollector en zonnebatterij.

Aansluitschema warmtecollector

Afhankelijk van het doel van het gebruik van de warmtecollector worden verschillende aansluitsystemen gebruikt. Er kunnen meerdere opties zijn:

1. Zomeroptie voor warmwatervoorziening
2. Winteroptie voor verwarming en warmwatervoorziening

De zomerversie is de eenvoudigste en kan zelfs zonder circulatiepomp, waarbij gebruik wordt gemaakt van de natuurlijke circulatie van water.

Water wordt verwarmd in de zonnecollector en komt door thermische uitzetting in de opslagtank of boiler. In dit geval vindt natuurlijke circulatie plaats: koud water wordt uit de tank naar de plaats van warm water gezogen.

In de winter, wanneer? negatieve temperaturen ah directe waterverwarming is niet mogelijk. Een speciaal antivriesmiddel circuleert door een gesloten circuit en zorgt voor de overdracht van warmte van de collector naar de warmtewisselaar in de tank

Zoals elk systeem dat gebaseerd is op natuurlijke circulatie, werkt het niet erg efficiënt en vereist het naleving van de nodige hellingen. Daarnaast moet de opslagtank hoger zijn dan de zonnecollector.

Om ervoor te zorgen dat het water zo lang mogelijk warm blijft, moet de tank zorgvuldig worden geïsoleerd.

Als je echt de meest efficiënte werking van de zonnecollector wilt bereiken, wordt het bedradingsschema ingewikkelder.

Door het zonnecollectorsysteem circuleert een niet-bevriezende koelvloeistof. Geforceerde circulatie wordt verzorgd door een pomp die wordt bestuurd door een controller.

De regelaar regelt de werking van de circulatiepomp op basis van de uitlezingen van minimaal twee temperatuursensoren. De eerste sensor meet de temperatuur in de opslagtank, de tweede - op de hete koelvloeistoftoevoerleiding van de zonnecollector. Zodra de temperatuur in de tank de temperatuur van de koelvloeistof overschrijdt, schakelt de controller in de collector de circulatiepomp uit, waardoor de circulatie van de koelvloeistof door het systeem stopt.

Op zijn beurt, wanneer de temperatuur in de opslagtank onder de ingestelde waarde daalt, wordt de verwarmingsketel ingeschakeld.

Aansluitschema zonnebatterij

Het zou verleidelijk zijn om een ​​soortgelijk schema toe te passen voor het aansluiten van een zonnebatterij op het elektriciteitsnet, zoals wordt geïmplementeerd in het geval van een zonnecollector, waarbij de energie die gedurende de dag wordt ontvangen, wordt geaccumuleerd. Helaas is het voor het stroomvoorzieningssysteem van een privéwoning erg duur om een ​​accupakket met voldoende capaciteit te maken. Daarom is het aansluitschema als volgt.

Wanneer het vermogen van de elektrische stroom van de zonnebatterij afneemt, zal de ATS-eenheid ( automatisch inschakelen reserve) zorgt voor de aansluiting van verbruikers op het gemeenschappelijke elektriciteitsnet

VAN zonnepanelen de lading gaat naar de laadregelaar, die verschillende functies vervult: hij zorgt voor constant opladen van de batterijen en stabiliseert de spanning. Vervolgens wordt de elektrische stroom geleverd aan de omvormer, waar de conversie plaatsvindt Gelijkstroom 12V of 24V tot 220V enkelfasige wisselstroom.

Helaas zijn onze elektriciteitsnetten niet aangepast om energie te ontvangen, ze kunnen maar in één richting werken van de bron naar de consument. Om deze reden kun je de geproduceerde elektriciteit niet verkopen of in ieder geval de meter in de tegenovergestelde richting laten draaien.

Het gebruik van zonnepanelen is gunstig omdat ze een meer veelzijdige vorm van energie bieden, maar ze kunnen qua efficiëntie niet worden vergeleken met zonnecollectoren. Deze laatste hebben echter niet het vermogen om energie op te slaan, in tegenstelling tot fotovoltaïsche zonnebatterijen.

Hoe het benodigde collectorvermogen te berekenen?

Bij het berekenen van het benodigde vermogen van een zonnecollector wordt vaak ten onrechte gerekend op de binnenkomende zonne-energie in de koudste maanden van het jaar.

Feit is dat in de resterende maanden van het jaar het hele systeem constant oververhit raakt. De temperatuur van de koelvloeistof aan de uitgang van de zonnecollector kan in de zomer oplopen tot 200°C bij verwarming met stoom of gas, 120°C antivries, 150°C water. Als de koelvloeistof kookt, zal deze gedeeltelijk verdampen. Hierdoor zal deze vervangen moeten worden.

• voorziening van warmwatervoorziening niet meer dan 70%;
• levering van het verwarmingssysteem niet meer dan 30%.

De rest van de benodigde warmte moet worden opgewekt door standaard verwarmingsapparatuur. Toch wordt met dergelijke indicatoren gemiddeld zo'n 40% per jaar bespaard op verwarming en warmwatervoorziening.

Het vermogen dat door een vacuümsysteem met één buis wordt opgewekt, verschilt per geografische locatie. De indicator van zonne-energie die per jaar op 1 m2 grond valt, wordt instraling genoemd. Als u de lengte en diameter van de buis kent, kunt u de opening berekenen - het effectieve absorptiegebied. Het blijft om de absorptie- en emissiecoëfficiënten toe te passen om het vermogen van één buis per jaar te berekenen.

Rekenvoorbeeld:

De standaard buislengte is 1800 mm, de effectieve lengte is 1600 mm. Doorsnee 58mm. Diafragma is het gearceerde gebied dat door de buis wordt gecreëerd. Het gebied van de schaduwrechthoek is dus:

S = 1.6 * 0.058 = 0.0928m2

Het rendement van de middelste buis is 80%, zonne-instraling voor Moskou is ongeveer 1170 kWh/m2 per jaar. Zo zal één buis per jaar werken:

W \u003d 0,0928 * 1170 * 0,8 \u003d 86,86 kW * h

Opgemerkt moet worden dat dit een zeer benaderende berekening is. De hoeveelheid opgewekte energie is afhankelijk van de plaatsingsoriëntatie, hoek, gemiddelde jaartemperatuur, enz. gepubliceerd

Zonneverwarming bouwen voor een privéwoning met uw eigen handen is niet zo'n moeilijke taak als het lijkt voor een ongeïnformeerde leek. Dit vereist de vaardigheden van een lasser en materialen die verkrijgbaar zijn bij elke ijzerhandel.

De relevantie van het met uw eigen handen maken van zonneverwarming voor een privéwoning

Volledige autonomie krijgen is de droom van elke eigenaar die particulier bouwt. Maar is zonne-energie echt in staat om een ​​woongebouw te verwarmen, vooral als het apparaat voor zijn accumulatie in een garage is gemonteerd?

Afhankelijk van de regio kan de zonnestroom variëren van 50 W/m² op een bewolkte dag tot 1400 W/m² in een heldere zomerhemel. Met dergelijke indicatoren, zelfs een primitieve collector met een laag rendement (45-50%) en een oppervlakte van 15 m². kan ongeveer 7000-10000 kWh per jaar produceren. En dit bespaarde 3 ton brandhout voor een vastebrandstofketel!

• gemiddeld voor vierkante meter apparaten waren goed voor 900 watt;
• om de temperatuur van het water te verhogen, is het noodzakelijk om 1,16 W te besteden;
• rekening houdend met het warmteverlies van de collector, zal 1 m² ongeveer 10 liter water per uur kunnen verwarmen tot een temperatuur van 70 graden;
• om 50 liter warm water voor één persoon te leveren, moet u 3,48 kW uitgeven;
• na het controleren van de gegevens van het hydrometeorologische centrum over het vermogen van zonnestraling (W / m²) in de regio, is het noodzakelijk om 3480 W te delen door het resulterende zonnestralingsvermogen - dit is het vereiste gebied van \u200b de zonnecollector om 50 liter water te verwarmen.

Zoals duidelijk wordt, effectief verwarmingssysteem het is nogal problematisch om het uitsluitend met het gebruik van zonne-energie te implementeren. Immers, in het sombere wintertijd er is heel weinig zonnestraling, en om een ​​collector te plaatsen met een oppervlakte van 120 m². lukt niet altijd.

Zijn zonnecollectoren dus niet functioneel? Geef ze niet van tevoren korting. Dus met behulp van zo'n aandrijving kun je in de zomer zonder ketel - er zal voldoende stroom zijn om het gezin van warm water te voorzien. In de winter zal het mogelijk zijn om de energiekosten te verlagen door reeds verwarmd water van een zonnecollector naar een elektrische boiler te leveren.
Bovendien zal de zonnecollector een uitstekende assistent zijn van de warmtepomp in een huis met lage temperatuur verwarming (warme vloeren).

Dus in de winter wordt de verwarmde koelvloeistof gebruikt in vloerverwarming en in de zomer kan overtollige warmte naar het geothermische circuit worden gestuurd. Hierdoor zal het vermogen van de warmtepomp afnemen.
Aardwarmte wordt immers niet vernieuwd, waardoor er na verloop van tijd een steeds groter wordende “koude zak” in de dikte van de bodem ontstaat. In een conventioneel geothermisch circuit is de temperatuur aan het begin van het stookseizoen bijvoorbeeld +5 graden en aan het einde -2C. Bij verwarming stijgt de begintemperatuur tot +15 C en tegen het einde van het stookseizoen niet onder +2C.

Zelfgemaakt zonnecollectorapparaat

Voor een zelfverzekerde meester zal het niet moeilijk zijn om een ​​thermische collector te monteren. Je kunt beginnen met een klein apparaatje voor de warmwatervoorziening van het land en bij een succesvol experiment overgaan tot het maken van een volwaardig zonnestation.

Platte zonnecollector van metalen buizen

De eenvoudigste verzamelaar om uit te voeren is een platte. Voor zijn apparaat heb je nodig:

• lasapparaat;
• pijpen van van roestvrij staal of koper;
• staalplaat;
• gehard glas of polycarbonaat;
• houten planken voor het frame;
• onbrandbare isolatie die bestand is tegen metaal dat tot 200 graden is verwarmd;
• matzwarte lak bestand tegen hoge temperaturen.

De montage van de zonnecollector is vrij eenvoudig:

1. De buizen zijn aan een staalplaat gelast - het fungeert als een absorber van zonne-energie, dus de buizen moeten zo strak mogelijk passen. Alles is mat zwart geverfd.



2. Op de plaat wordt met buizen een frame geplaatst zodat de buizen met binnen. Er worden gaten geboord voor het in- en uitgaan van leidingen. De verwarming is geïnstalleerd. Als een hygroscopisch materiaal wordt gebruikt, moet u voor waterdichting zorgen - natte isolatie beschermt de leidingen immers niet langer tegen afkoeling.





3. De isolatie wordt vastgezet met een OSB-plaat, alle voegen zijn opgevuld met kit.
4. Aan de zijkant van de adsorber wordt transparant glas of polycarbonaat met een kleine luchtspleet geplaatst. Het dient om te voorkomen dat de staalplaat afkoelt.
5. U kunt het glas na het aanbrengen van de kit vastzetten met houten glaslatten. Het voorkomt dat koude lucht binnendringt en beschermt het glas tegen samendrukken van het frame bij verwarming en koeling.

Voor het volledig functioneren van de collector heeft u een opslagtank nodig. Het kan worden gemaakt van een van buitenaf geïsoleerd plastic vat waarin een warmtewisselaar die is aangesloten op een zonnecollector in een spiraal is gelegd. De warmwaterinlaat moet zich bovenaan bevinden en de koudwateruitlaat onderaan.

Het is belangrijk om de tank en het verdeelstuk correct te plaatsen. Om een ​​natuurlijke circulatie van water te garanderen, moet de tank zich boven de collector bevinden en moeten de leidingen een constante helling hebben.

Zonneboiler van geïmproviseerde materialen

Als het niet mogelijk was om vriendschap te sluiten met de lasmachine, kun je een eenvoudige zonneboiler maken van wat voorhanden is. Bijvoorbeeld uit blikjes. Om dit te doen, worden gaten in de bodem gemaakt, de banken zelf worden aan elkaar bevestigd met een kit en ze zitten erop op de kruispunten met PVC-buizen. Ze zijn zwart geverfd en passen net als gewone pijpen in een frame onder glas.

Zonne huis gevel

Waarom versier je het huis niet met iets nuttigs in plaats van gewone gevelbeplating? Bijvoorbeeld door aan de zuidkant van de hele muur een zonneboiler te maken.

Met een dergelijke oplossing kunnen de verwarmingskosten in twee richtingen tegelijk worden geoptimaliseerd - om de energiekosten te verlagen en het warmteverlies als gevolg van extra isolatie van de gevel aanzienlijk te verminderen.

Het apparaat is eenvoudig te schande te maken en vereist geen speciaal gereedschap:

• een geverfde gegalvaniseerde plaat wordt op de isolatie gelegd;
• roestvrij staal wordt bovenop gelegd gegolfde pijp, eveneens zwart gelakt;
• alles is bekleed met polycarbonaat platen en vastgezet met aluminium hoeken.

Als deze methode ingewikkeld lijkt, toont de video een variant van blik, polypropyleen buizen en folie. Hoeveel gemakkelijker!

Verwarmingssystemen zijn als volgt onderverdeeld: passief (zie hoofdstuk 5); actief, die meestal vloeibare zonnecollectoren en opslagtanks gebruiken; gecombineerd.

In het buitenland worden luchtverwarmingssystemen veel gebruikt, waarbij bouwconstructies of speciale steenvulling eronder als batterijen worden gebruikt. In ons land werken het Fysicotechnisch Instituut van de Academie van Wetenschappen van de Oezbeekse SSR en TbilZNIIEP in deze richting, maar de resultaten van het werk zijn duidelijk onvoldoende en er zijn geen foutopsporingsoplossingen gecreëerd, hoewel luchtsystemen theoretisch efficiënter zijn dan vloeibare, waarbij het verwarmingssysteem zelf is gemaakt van paneel met lage temperatuur, straling of hoge temperatuur met conventionele verwarmingsapparaten. In ons land werden gebouwen met vloeistofsystemen ontwikkeld door IVTAN, FTI AN UzSSR, TashZNIIEP, TbilZNIIEP, KievZNIIEP en anderen en in sommige gevallen opgericht.

Een grote hoeveelheid informatie over actieve zonneverwarmingssystemen wordt gegeven in een boek dat in 1980 werd gepubliceerd. Verder worden twee individuele woongebouwen beschreven die zijn ontwikkeld door KievZNIIEP, gebouwd en getest met autonome zonnewarmtetoevoersystemen: met een lage temperatuur paneel-stralingsverwarmingssysteem (een woongebouw in het dorp Kolesnoye, regio Odessa) en met een warmtepomp (een woongebouw in het dorp Bucuria, Moldavische SSR).

Bij het ontwikkelen van een zonneverwarmingssysteem voor een woongebouw in het dorp. Kolesnoe werden een aantal wijzigingen aangebracht in het architecturale en constructieve deel van het huis (project UkrNIIPgrazhdanselskstroy) om het aan te passen aan de eisen van zonnewarmtelevering: efficiënt metselwerk met isolatie voor de buitenmuren en driedubbele beglazing van raamopeningen; spoelen van het verwarmingssysteem worden gecombineerd met vloerplafonds; er is een kelder voorzien voor het plaatsen van apparatuur; de zolder werd extra geïsoleerd en de warmte uit de afvoerlucht werd teruggewonnen.

Qua architectuur en indeling is de woning gemaakt op twee niveaus. Op de eerste verdieping is er een voorgevel, gemeenschappelijke ruimte, slaapkamer, keuken, badkamer en pantry's, en op de tweede - twee slaapkamers en een badkamer, is een elektrisch fornuis aanwezig om te koken. De uitrusting van het zonnesysteem (behalve collectoren) bevindt zich in de kelder; elektrische boilers dienen als een understudy van het systeem, wat het mogelijk maakt om een ​​enkele energietoevoer naar het gebouw uit te voeren en de comfortabele eigenschappen van woningen te verbeteren.

Zonneverwarmingssysteem voor woningbouw (Afb. 4.1) bestaat uit Van drie circuits: warmte-ontvangende circulatie; en verwarmings- en warmwatercircuits. De eerste hiervan omvat: zonneboilers, boiler-warmtewisselaar, circulatiepomp en "pipe-in-pipe" warmtewisselaar voor werking van het systeem in de zomer in natuurlijke circulatiemodus. De apparatuur is verbonden door een systeem van pijpleidingen met fittingen, instrumentatie en automatiseringsapparatuur. Een tweedelige spoelwarmtewisselaar met een oppervlakte van 4,6 m2 voor de warmtedrager van het circulatiecircuit en een eendelige warmtewisselaar met een oppervlakte van 1,2 m2 voor de warmwatervoorziening zijn gemonteerd in een opslagtank met een inhoud van 16 m3. De warmtecapaciteit van de tank met een watertemperatuur van +45 °C zorgt voor een driedaagse warmtebehoefte voor een woongebouw. Onder de nok van het dak van de woning bevindt zich een tube-in-pipe warmtewisselaar met een oppervlakte van 1,25 m2.

Het verwarmingscircuit bestaat uit twee in serie geschakelde secties: paneelradiator met aanvoerverwarmingspanelen die zorgen voor de werking van het systeem in basismodus met een watertemperatuurverschil van 45 ... 35 ° C, en verticale eenpijps met comfortconvectoren die voorzien in pieksysteembelastingen verwarming met een watertemperatuurverschil van 75 ... 70 ° C. De spoelen van buizen van verwarmingspanelen zijn ingebed in de pleisterlaag van rond-holle panelen van het plafond. Onder de ramen worden convectoren geïnstalleerd. De circulatie in het verwarmingssysteem is stimulerend. Piekwaterverwarming wordt uitgevoerd door een stromende elektrische boiler EPV-2 met een vermogen van 10 kW; Het dient ook als een understudy voor het verwarmingssysteem.

Het warmwatercircuit omvat een warmtewisselaar die in de opslagtank is ingebouwd en een tweede elektrische doorstroomverwarmer als afsluiter en back-upsysteem.

Tijdens de verwarmingsperiode wordt de warmte van de collectoren door het koelmiddel (45% waterige oplossing van ethyleenglycol) overgedragen aan het water in de opslagtank, dat naar de verwarmingspaneelbatterijen wordt gepompt en vervolgens teruggevoerd naar de opslagtank.

De vereiste luchttemperatuur in het huis wordt gehandhaafd door de automatische regelaar PPT-2 door het in- en uitschakelen van de elektrische boiler in het convectorgedeelte van het verwarmingssysteem.

In de zomer voorziet het systeem in de behoefte aan warmwatervoorziening vanuit een warmtewisselaar van het type "pipe in pipe" met natuurlijke circulatie van het koelmiddel in het warmteontvangende circuit. De overgang naar stimuleringscirculatie wordt uitgevoerd met behulp van een elektronische differentiële regelaar РРТ-2.

Het zonnesysteem van een woongebouw met vier kamers in het dorp. Bucuria van de Moldavische SSR is ontworpen door het Moldgiprograzhdanselstroy Institute onder de wetenschappelijke begeleiding van KievZNIIEP.

Woongebouw - mansardetype. Op de eerste verdieping is er een gemeenschappelijke ruimte, een keuken, een wasruimte, een bijkeuken en op de tweede verdieping zijn er drie slaapkamers. In de kelder is er een garage, een kelder is ook een ruimte voor de uitrusting van het zonneverwarmingssysteem. Een bijgebouw is geblokkeerd met het huis, dat omvat: zomer keuken, douche, schuur, inventaris en werkplaats.

Autonoom zonnesysteem (afb. 4.2) is een gecombineerde zonnewarmtepomp die is ontworpen om te voldoen aan de behoeften van verwarming (berekend warmteverlies van het huis is 11 kW) en warmwatervoorziening gedurende het hele jaar. Het gebrek aan zonnewarmte en warmte van de compressor van de warmtepompinstallatie wordt opgevangen door elektrische verwarming. Het systeem bestaat uit vier circuits: een warmteontvangend circulatiecircuit, circuits van een warmtepompinstallatie, verwarming en warmwatervoorziening.

De uitrusting van het warmteontvangende circuit omvat zonnecollectoren, een "pipe-in-pipe" warmtewisselaar en een opslagtank met een inhoud van 16 m3 met daarin een warmtewisselaar ingebouwd met een oppervlakte van 6 m2. Door KyivZNIIEP ontworpen zonnecollectoren met dubbellaagse beglazing met een totale oppervlakte van 70 m2 zijn in een frame geplaatst op de zuidelijke helling van het dak van de woning onder een hoek van 55° met de horizon. 45 werd gebruikt als koelvloeistof. % een waterige oplossing van ethyleenglycol. De warmtewisselaar bevindt zich onder de nok van het dak en de rest van de apparatuur bevindt zich in de kelder van het huis.

Het compressor-condensatie-koelaggregaat AK1-9 met een warmtevermogen van 11,5 kW en een opgenomen vermogen van 4,5 kW dient als warmtepompeenheid. De werkzame stof van de warmtepompinstallatie is freon-12. Compressor - piston sealless, condensor en verdamper - shell-and-tube met waterkoeling.

De uitrusting van het verwarmingscircuit omvat een circulatiepomp, verwarmingstoestellen van het type "Comfort" en een elektrische doorstroomverwarmer EPV-2 als afsluiter en onderstudy. De uitrusting van het warmwatercircuit omvat een capacitieve (0,4 m3) STD-waterverwarmer met een warmtewisselaaroppervlak van 0,47 m2 en een elektrische eindverwarmer BAS-10/M 4-04 met een vermogen van 1 kW. Circulatiepompen van alle circuits zijn van het TsVTs-type, natloper, verticaal, geluidsarm, funderingsloos.

Het systeem werkt als volgt. Het koelmiddel draagt ​​warmte van de collectoren over aan het water in de opslagtank en aan de freon in de warmtepompverdamper. De dampvormige freon condenseert na compressie in de compressor in de condensor, terwijl het water in het verwarmingssysteem wordt verwarmd en kraanwater in het warmwatersysteem.

Bij afwezigheid van zonnestraling en de in de opslagtank opgeslagen warmte wordt opgebruikt, wordt de warmtepompeenheid uitgeschakeld en wordt de warmtetoevoer naar het huis volledig uitgevoerd door elektrische boilers (elektrische boilers). In de winter werkt de warmtepompunit alleen bij een bepaald niveau van negatieve buitentemperaturen (niet lager dan -7 °C) om bevriezing van het water in de opslagtank te voorkomen. In de zomer wordt de warmwatervoorziening voornamelijk van warmte voorzien door de natuurlijke circulatie van het koelmiddel door een "pipe in pipe" warmtewisselaar. Als gevolg van verschillende modi werking kan een gecombineerde zonnewarmtepompinstallatie een besparing van ongeveer 40 GJ/jaar aan warmte mogelijk maken (de resultaten van de werking van deze installaties worden gegeven in hoofdstuk 8).

De combinatie van zonne-energie en warmtepompen werd ook weerspiegeld in de technische apparatuur ontwikkeld door TsNIIEP

Rijst. 4.3. schakelschema verwarmingssystemen in Gelendjik 1 - zonnecollector; 2 - naverwarming warmtewisselaar met warmtedrager uit het condensorcircuit van warmtepompen; 3 - naverwarming warmtewisselaar met warmtedrager uit het warmtenet; 4 - condensorcircuitpomp; 5 - Warmtepomp; 6 - verdamper circuit pomp; 7 - warmtewisselaar voor verwarming (koel)water in het verdamper (condensor) circuit; 8 - Warmtewisselaar voor het verwarmen van het bron (ruw) water; 9 - warmwaterpomp; 10 - Batterijtanks; 11 - zonnecircuit warmtewisselaar; 12 - zonnecircuitpomp

Warmteleveringsproject voor het hotelcomplex "Privetlivy Bereg" in Gelendzhik (Afb. 4.3).

De basis van de zonne-warmtepompinstallatie is: vlakke plaat zonnecollectoren met een totale oppervlakte van 690 m2 en drie in serie geproduceerde MKT 220-2-0 chillers werkend in warmtepompmodus. Geschatte jaarlijkse warmteproductie is ongeveer 21.000 GJ, inclusief 1.470 GJ van de zonne-installatie.

Zeewater dient als laagwaardige warmtebron voor warmtepompen. Om een ​​corrosie- en kalkvrije werking van de verwarmingsoppervlakken van collectoren, leidingen en condensors te garanderen, worden deze gevuld met onthard en ontlucht water uit het verwarmingsnet. Vergeleken met het traditionele schema van warmtelevering vanuit een ketelhuis, is de betrokkenheid van niet-traditionele warmtebronnen:

Met zon en zeewater kunt u ongeveer 500 ton conventionele eenheden besparen. brandstof / jaar.

Een ander kenmerkend voorbeeld van het gebruik van nieuwe energiebronnen is het project van warmtevoorziening van een herenhuis met behulp van

Installatie van zonnewarmtepomp. Het project voorziet het hele jaar door in volledige bevrediging van de behoeften aan verwarming en warmwatervoorziening van een mansardewoning met een bewoonbare oppervlakte van 55 m2. De bodem dient als een laagpotentiële warmtebron voor de warmtepomp. Het geschatte economische effect van de introductie van het systeem is minstens 300 roebel. per appartement in vergelijking met de traditionele optie van warmtelevering uit een toestel voor vaste brandstoffen.

Zonneverwarming is een manier om een ​​woongebouw te verwarmen, die elke dag meer en meer populair wordt in veel, meestal ontwikkelde, landen van de wereld. De grootste successen op het gebied van thermische zonne-energie kan vandaag bogen in de landen van West- en Centraal-Europa. Op het grondgebied van de Europese Unie is er het afgelopen decennium een ​​jaarlijkse groei van 10-12% in de sector van hernieuwbare energie. Dit ontwikkelingsniveau is een zeer belangrijke indicator.

zonnepaneel

Een van de meest voor de hand liggende toepassingen van zonne-energie is het gebruik ervan voor het verwarmen van water en lucht (als warmtedragers). In klimaatregio's waar koud weer heerst, zijn voor een comfortabel verblijf van mensen de berekening en organisatie van verwarmingssystemen voor elk woongebouw verplicht. Ze moeten een warmwatervoorziening hebben voor verschillende behoeften, bovendien moeten huizen worden verwarmd. Natuurlijk zou de beste optie hier zijn om het schema te gebruiken waar ze werken geautomatiseerde systemen warmte toevoer.

Industriële ondernemingen hebben dagelijks grote hoeveelheden warm water nodig in het productieproces. Een voorbeeld is Australië, waar bijna 20 procent van alle verbruikte energie wordt besteed aan het verwarmen van een warmtegeleidende vloeistof tot een temperatuur van maximaal 100 o C. Om deze reden breidt de productie van zonneverwarmingssystemen zich zeer snel uit in enkele van de ontwikkelde landen van het Westen, en in grotere mate in Israël, Noord-Amerika, Japan en natuurlijk in Australië.

In de nabije toekomst zal de ontwikkeling van energie ongetwijfeld gericht zijn op het gebruik van zonnestraling. De dichtheid van zonnestraling aan aardoppervlak gemiddeld 250 watt per vierkante meter. En dit ondanks het feit dat twee watt per vierkante meter voldoende is om te voldoen aan de economische behoeften van een persoon in de minst industriële gebieden.

Het voordelige verschil tussen zonne-energie en andere energie-industrieën die verbrandingsprocessen op fossiele brandstoffen gebruiken, is de milieuvriendelijkheid van de ontvangen energie. De werking van zonne-installaties brengt niet het vrijkomen van schadelijke emissies in de atmosfeer met zich mee.

Selectie van apparatuurtoepassingsschema, passieve en actieve systemen

Er zijn twee schema's voor het gebruik van zonnestraling als verwarmingssysteem voor een huis. Dit zijn actieve en passieve systemen. Passieve zonneverwarmingssystemen - systemen waarbij het direct absorberende element zonnestraling en de warmte die daaruit ontstaat, is de structuur van het huis zelf of de afzonderlijke delen ervan. Deze elementen kunnen een hek, een dak, afzonderlijke delen van een gebouw zijn, gebouwd op basis van een bepaald schema. Passieve systemen maken geen gebruik van mechanische bewegende delen.

Actieve systemen werken op basis van het tegenovergestelde huisverwarmingsschema, ze gebruiken actief mechanische apparaten (pompen, motoren, bij gebruik berekenen ze ook het benodigde vermogen).

De eenvoudigste in ontwerp en financieel goedkoper bij het installeren van een circuit zijn passieve systemen. Dergelijke verwarmingscircuits vereisen geen installatie van extra apparaten voor de absorptie en daaropvolgende distributie van zonnestraling in het huisverwarmingssysteem. De werking van dergelijke systemen is gebaseerd op het principe van directe verwarming van de woonruimte direct via de lichtdoorlatende wanden aan de zuidkant. Optionele functie verwarming wordt uitgevoerd door de buitenoppervlakken van de huisafrasteringselementen, die zijn uitgerust met een laag transparante schermen.

Om het proces van het omzetten van zonnestraling in thermische energie te starten, wordt een systeem van structuren gebruikt op basis van het gebruik van zonne-ontvangers met een transparant oppervlak, waarbij het "broeikaseffect" de belangrijkste functie speelt, het vermogen van het glas om warmtestraling vast te houden wordt gebruikt , waardoor de temperatuur in de kamer stijgt.

Opgemerkt moet worden dat het gebruik van slechts één van de soorten systemen mogelijk niet helemaal gerechtvaardigd is. Vaak blijkt uit een zorgvuldige berekening dat door het gebruik van geïntegreerde systemen een aanzienlijke vermindering van warmteverlies en een vermindering van de energiebehoefte van een gebouw kan worden bereikt. Algemeen werk zowel actieve als passieve systemen zullen door het combineren van positieve eigenschappen het maximale effect geven.

Een veelgebruikte efficiëntieberekening laat zien dat passief gebruik van zonnestraling ongeveer 14 tot 16 procent van de verwarmingsbehoefte van uw huis zal dekken. Een dergelijk systeem zal een belangrijk onderdeel zijn van het warmteopwekkingsproces.

Ondanks bepaalde positieve eigenschappen van passieve systemen, vereisen de belangrijkste mogelijkheden om volledig aan de warmtebehoeften van het gebouw te voldoen echter nog steeds het gebruik van actieve verwarmingsapparatuur. Systemen waarvan de functie directe absorptie, accumulatie en distributie van zonnestraling is.

Planning en berekening

Bereken de mogelijkheid om actieve verwarmingssystemen te installeren met behulp van zonne-energie (kristallijne zonnecellen, zonnecollectoren), bij voorkeur in de ontwerpfase van het gebouw. Maar toch is dit moment niet verplicht, de installatie van een dergelijk systeem is ook mogelijk op een bestaande taak, ongeacht het bouwjaar (de basis voor succes is de juiste berekening van het hele schema).

Installatie van apparatuur wordt uitgevoerd aan de zuidkant van het huis. Deze locatie schept voorwaarden voor maximale absorptie van inkomende zonnestraling in de winter. Fotocellen die de energie van de zon omzetten en op een vaste structuur worden geïnstalleerd, zijn het meest effectief wanneer ze ten opzichte van het aardoppervlak worden gemonteerd onder een hoek die gelijk is aan de geografische locatie van het verwarmde gebouw. De hoek van het dak, de mate van draaiing van het huis naar het zuiden - dit zijn belangrijke punten waarmee rekening moet worden gehouden bij het berekenen van het hele verwarmingsschema.

Zonnefotocellen en zonnecollectoren moeten zo dicht mogelijk bij de plaats van energieverbruik worden geïnstalleerd. Onthoud dat hoe dichter je een badkamer en een keuken bouwt, hoe minder warmteverlies er zal zijn (in dit geval kun je rondkomen met één zonnecollector die beide kamers verwarmt). Het belangrijkste criterium voor het evalueren van de selectie van de apparatuur die u nodig hebt, is de efficiëntie.

Actieve zonne-energiesystemen zijn onderverdeeld in de volgende groepen volgens de volgende criteria:

1. Het gebruik van een back-upcircuit;
2. Seizoensgebondenheid van het werk (gedurende het hele jaar of in een bepaald seizoen);
3. Functioneel doel - verwarming, warmwatervoorziening en gecombineerde systemen;
4. De gebruikte warmtedrager is vloeistof of lucht;
5. Toegepaste technische oplossing voor het aantal circuits (1, 2 of meer).

Algemene economische gegevens zullen de belangrijkste factor zijn bij het kiezen van een van de soorten apparatuur. Een competente thermische berekening van het hele systeem zal u helpen om de juiste beslissing te nemen. De berekening moet worden uitgevoerd rekening houdend met de indicatoren van elke specifieke ruimte waar de organisatie van zonneverwarming en (of) warmwatervoorziening is gepland. Het is noodzakelijk om rekening te houden met de locatie van het gebouw, de klimatologische natuurlijke omstandigheden, de omvang van de kosten van de verplaatste energiebron. De juiste berekening en de succesvolle keuze van het waris de sleutel tot de economische haalbaarheid van het gebruik van zonne-energieapparatuur.

Zonne-verwarmingssysteem

Het meest gebruikte verwarmingsschema is de installatie van zonnecollectoren, die zorgen voor de accumulatie van geabsorbeerde energie in een speciale container - een batterij.

Tot op heden, nai grotere distributie ontving dubbelcircuitverwarmingsschema's voor woongebouwen, waarin: gedwongen systeem koelvloeistofcirculatie in de collector. Het principe van zijn werk is het volgende. Heet water wordt geleverd vanaf de bovenkant van de opslagtank, het proces verloopt automatisch volgens de wetten van de fysica. Koud stromend water wordt onder druk toegevoerd aan het onderste deel van de tank, dit water verdringt het verwarmde water dat in het bovenste deel van de tank is verzameld, dat vervolgens het warmwatervoorzieningssysteem van het huis binnenkomt om te voldoen aan de huishoudelijke en verwarmingsbehoeften.

Voor een eengezinswoning wordt meestal een opslagtank met een inhoud van 400 tot 800 liter geïnstalleerd. Om de warmtedrager van dergelijke volumes op te warmen, afhankelijk van Natuurlijke omstandigheden het is nodig om het oppervlak van de zonnecollector correct te berekenen. Het is ook noodzakelijk om het gebruik van apparatuur economisch te rechtvaardigen.

De standaarduitrusting voor het monteren van een zonneverwarmingssysteem is als volgt:

• Direct de zonnecollector zelf;
• Montagesysteem (steunen, balken, houders);
• opslagtank;
• Tank die overmatige uitzetting van de thermische drager compenseert;
• Pomp controle-apparaat;
• Pomp (set kleppen);
• Temperatuursensoren;
• Warmtewisselaars (gebruikt in schema's met grote volumes);
• Warmte-geïsoleerde leidingen;
• Veiligheids- en bedieningsarmaturen;
• Montage.

Systeem op basis van warmteabsorberende panelen. Dergelijke panelen worden in de regel gebruikt in het stadium van nieuwbouw. Voor hun installatie is het noodzakelijk om te bouwen speciaal ontwerp heet dak genoemd. Dit betekent dat de panelen direct in de dakconstructie moeten worden geïnstalleerd, terwijl de dakelementen als bestanddelen apparatuur gevallen. Een dergelijke installatie zal uw kosten voor het creëren van een verwarmingssysteem verlagen, maar het vereist kwalitatief hoogstaand werk aan het waterdicht maken van de verbindingen van apparaten en het dak. Deze manier om apparatuur te installeren, vereist dat u alle fasen van het werk zorgvuldig ontwerpt en plant. Er moeten veel problemen worden opgelost met betrekking tot het leggen van leidingen, het plaatsen van een opslagtank, het installeren van een pomp, het aanpassen van hellingen. Er zullen nogal wat installatieproblemen moeten worden opgelost als het gebouw niet op de meest succesvolle manier naar het zuiden wordt gedraaid.

Over het algemeen zal het project van zonneverwarmingssystemen tot op zekere hoogte van andere verschillen. Alleen de basisprincipes van het systeem blijven ongewijzigd. Daarom, om een ​​nauwkeurige lijst te geven van de benodigde onderdelen voor: volledige installatie het hele systeem is onmogelijk, omdat het tijdens het installatieproces nodig kan zijn om extra elementen en materialen te gebruiken.

Vloeibare verwarmingssystemen

In systemen die werken op basis van een vloeibare warmtedrager wordt gewoon water als opslagmedium gebruikt. De energieopname vindt plaats in platte zonnecollectoren. Energie wordt opgeslagen in een opslagtank en gebruikt waar nodig.

Om energie van het opslagapparaat naar het gebouw over te dragen, wordt een water-naar-water- of water-naar-lucht-warmtewisselaar gebruikt. Het warmwatervoorzieningssysteem is uitgerust met een extra tank, de voorverwarmingstank. Het water wordt daarin verwarmd door zonnestraling en komt dan in een conventionele boiler.

Luchtverwarmingssysteem

Een dergelijk systeem gebruikt lucht als warmtedrager. Het koelmiddel wordt verwarmd in een platte zonnecollector en vervolgens komt de verwarmde lucht de verwarmde ruimte binnen of in een speciaal opslagapparaat, waar de geabsorbeerde energie wordt opgeslagen in een speciaal mondstuk, dat wordt verwarmd door de binnenkomende warme lucht. Dankzij deze functie blijft het systeem het huis ook 's nachts van warmte voorzien wanneer er geen zonnestraling beschikbaar is.

Systemen met geforceerde en natuurlijke circulatie

De basis van de werking van systemen met natuurlijke circulatie is de onafhankelijke beweging van het koelmiddel. Onder invloed van stijgende temperatuur verliest het zijn dichtheid en neigt het daarom naar het bovenste deel van het apparaat. Het resulterende drukverschil zorgt ervoor dat de apparatuur functioneert.

27.09.2019

Classificatie en belangrijkste elementen van zonnestelsels

Zonneverwarmingssystemen zijn systemen die zonnestraling gebruiken als bron van thermische energie. Hun kenmerkende verschil met andere systemen: verwarming op lage temperatuur is het gebruik van een speciaal element - een zonne-ontvanger, ontworpen om zonnestraling op te vangen en om te zetten in thermische energie.

Volgens de methode om zonnestraling te gebruiken, zijn zonne-verwarmingssystemen met lage temperatuur verdeeld in passief en actief.

Passief zonneverwarmingssystemen worden genoemd, waarbij het gebouw zelf of zijn individuele hekken (gebouwcollector, muurcollector, dakcollector, figuur 1) dienen als een element dat zonnestraling waarneemt en omzet in warmte.

In passieve zonnesystemen wordt het gebruik van zonne-energie uitsluitend uitgevoerd vanwege de architecturale en structurele oplossingen van gebouwen.

In het passieve systeem van lage-temperatuurverwarming op zonne-energie van de gebouwcollector valt de zonnestraling, die door de lichtopeningen in de ruimte binnendringt, als het ware in een warmtevanger. Kortgolvige zonnestraling gaat vrij door het vensterglas en valt op de interne hekken van de kamer en wordt omgezet in warmte. Alle zonnestraling die de ruimte binnenkomt, wordt daarin omgezet in warmte en kan zijn warmteverliezen gedeeltelijk of volledig compenseren.

Om de efficiëntie van het gebouwcollectorsysteem te vergroten, worden lichte openingen van een groot gebied op de zuidelijke gevel geplaatst, die ze voorzien van jaloezieën die, wanneer ze gesloten zijn, verliezen met anti-straling in het donker en bij warm weer zouden moeten voorkomen, in combinatie met andere zonweringen, oververhitting van de ruimte. De binnenoppervlakken zijn geschilderd in donkere kleuren.

De berekeningstaak voor deze verwarmingsmethode is om het vereiste gebied van lichtopeningen te bepalen om de stroom zonnestraling in de kamer door te geven, wat nodig is, rekening houdend met accumulatie, om warmteverliezen te compenseren. In de regel is de capaciteit van het passieve gebouw-collectorsysteem tijdens de koude periode niet voldoende en wordt een extra warmtebron in het gebouw geïnstalleerd, waardoor het systeem een ​​gecombineerd systeem wordt. In dit geval worden de economisch haalbare oppervlakten van lichtopeningen en het vermogen van de extra warmtebron door berekening bepaald.

Passief zonnestelsel van luchtverwarming op lage temperatuur "wandcollector" omvat een enorme buitenste muur, waarvoor op korte afstand een stralingsscherm met zonwering is aangebracht. Vlak bij de vloer en onder het plafond in de wand zijn sleufvormige gaten met ventielen aangebracht. De zonnestralen die door het stralingsscherm zijn gegaan, worden geabsorbeerd door het oppervlak van de massieve muur en omgezet in warmte, die door convectie wordt overgedragen aan de lucht die zich in de ruimte tussen het scherm en de muur bevindt. De lucht wordt warm en stijgt en valt door een gleuf onder het plafond in de serviceruimte, en zijn plaats wordt ingenomen door gekoelde lucht uit de kamer, die door een gleuf in de buurt van de vloer van de kamer in de ruimte tussen de muur en het scherm dringt . De toevoer van verwarmde lucht in de kamer wordt geregeld door het openen van de klep. Als de klep gesloten is, hoopt zich warmte op in het muurmassief. Deze warmte kan worden afgevoerd door convectieve luchtstroom door de klep 's nachts of bij bewolkt weer te openen.

Bij het berekenen van een dergelijk systeem van passieve zonne-energie bij lage temperatuur luchtverwarming bepaal het benodigde oppervlak van de muur. Dit systeem wordt ook gedupliceerd door een extra warmtebron.

actief zonne-lage temperatuur verwarmingssystemen worden genoemd, waarbij de zonne-ontvanger een onafhankelijk afzonderlijk apparaat is dat niet gerelateerd is aan het gebouw. Actieve zonnestelsels kunnen worden onderverdeeld:

• per doel (warmwatervoorziening, verwarmingssystemen, gecombineerde systemen voor warmte- en koudevoorziening);
• per type koelmiddel dat wordt gebruikt (vloeistof - water, antivries en lucht);
• naar duur van het werk (het hele jaar door, seizoensgebonden);
• volgens de technische oplossing van de schema's (één-, twee-, multi-loop).

Er worden twee soorten zonne-ontvangers gebruikt voor actieve zonneverwarmingssystemen: concentrerend en plat.

Lucht is een veelgebruikte koelvloeistof die niet bevriest over het hele bereik van bedrijfsparameters. Bij gebruik als warmtedrager is het mogelijk om verwarmingssystemen te combineren met een ventilatiesysteem. Lucht is echter een warmtedrager met een lage warmtecapaciteit, wat leidt tot een hoger metaalverbruik voor de installatie van luchtverwarmingssystemen in vergelijking met watersystemen. Water is een warmte-intensief en algemeen verkrijgbaar koelmiddel. Bij temperaturen onder 0 C is het echter noodzakelijk om er antivriesvloeistoffen aan toe te voegen. Bovendien moet er rekening mee worden gehouden dat met zuurstof verzadigd water corrosie van pijpleidingen en apparaten veroorzaakt. Maar het verbruik van metaal in waterzonnesystemen is veel lager, wat in grote mate bijdraagt ​​aan hun bredere toepassing.

Seizoensgebonden zonne-energiesystemen voor warm water zijn meestal eencircuit en werken in de zomer en overgangsmaanden, tijdens perioden met een positieve buitentemperatuur. Afhankelijk van het doel van het onderhouden object en de bedrijfsomstandigheden kunnen ze een extra warmtebron hebben of juist niet.

De SVU zonneboilerinstallatie (Figuur 2) bestaat uit een zonnecollector en een warmtewisselaar-accu. Door de zonnecollector circuleert een koelvloeistof (antivries). De koelvloeistof wordt in de zonnecollector verwarmd door de energie van de zon en geeft vervolgens thermische energie af aan het water via een warmtewisselaar die in de opslagtank is ingebouwd. De opslagtank slaat warm water op totdat het wordt gebruikt, dus het moet goed geïsoleerd zijn. In het primaire circuit, waar de zonnecollector zich bevindt, kan natuurlijke of geforceerde circulatie van het koelmiddel worden gebruikt. In de opslagtank kan een elektrische of een andere automatische back-upverwarming worden geïnstalleerd. Als de temperatuur in de opslagtank onder de ingestelde waarde daalt (lang bewolkt weer of een klein aantal uren zonneschijn in de winter), schakelt de back-upverwarming automatisch in en verwarmt het water tot de ingestelde temperatuur.

Zonnesystemen voor het verwarmen van gebouwen zijn meestal dubbelcircuit of, meestal, multicircuit, en verschillende warmtedragers kunnen worden gebruikt voor verschillende circuits (bijvoorbeeld waterige oplossingen van antivriesvloeistoffen in het zonnecircuit, water in de tussencircuits en lucht in het verbruikerscircuit). Gecombineerde zonnestelsels voor het hele jaar door voor warmte- en koudevoorziening van gebouwen zijn multicircuit en bevatten een extra warmtebron in de vorm van een traditionele warmtegenerator op organische brandstof of een warmtetransformator. Een schematisch diagram van een zonneverwarmingssysteem wordt getoond in figuur 3. Het omvat drie circulatiecircuits:

• het eerste circuit, bestaande uit zonnecollectoren 1, circulatiepomp 8 en vloeistofwarmtewisselaar 3;
• het tweede circuit, bestaande uit een voorraadvat 2, een circulatiepomp 8 en een warmtewisselaar 3;
• het derde circuit, bestaande uit een voorraadvat 2, een circulatiepomp 8, een water-lucht-warmtewisselaar (verwarmer) 5.

Het zonnesysteem werkt als volgt. Het koelmiddel (antivries) van het warmteontvangende circuit, dat wordt verwarmd in de zonnecollectoren 1, komt de warmtewisselaar 3 binnen, waar de warmte van het antivriesmiddel wordt overgedragen aan het water dat circuleert in de ringvormige ruimte van de warmtewisselaar 3 onder de werking van de pomp 8 van het secundaire circuit. Het verwarmde water komt de voorraadtank 2 binnen. Water wordt door de warmwatervoorzieningspomp 8 uit de opslagtank gehaald, zo nodig op de gewenste temperatuur gebracht in de verdubbelaar 7 en komt in de warmwatervoorziening van het gebouw. De batterijtank wordt opgeladen via de watertoevoer. Voor verwarming wordt water uit de opslagtank 2 door de pomp van het derde circuit 8 toegevoerd aan de verwarming 5, waardoor lucht wordt geleid met behulp van een ventilator 9 en na verwarming het gebouw 4 binnenkomt. afwezigheid van zonnestraling of gebrek aan thermische energie opgewekt door zonnecollectoren, wordt het werk van de verdubbelaar 6 ingeschakeld. De keuze en indeling van de elementen van het zonnewarmtetoevoersysteem worden telkens bepaald door klimatologische factoren, het doel van de faciliteit, de wijze van warmteverbruik en economische indicatoren.

Figuur 4 toont een schema van een zonneverwarmingssysteem voor een energiezuinige, milieuvriendelijke woning.

Het systeem gebruikt als warmtedrager: water met positieve temperaturen en antivries tijdens de stookperiode (zonnecircuit), water (tweede vloerverwarmingscircuit) en lucht (derde lucht zonnecircuit).

Een elektrische boiler werd gebruikt als back-upbron en een accumulator met een volume van 5 m 3 met een kiezelmondstuk werd gebruikt om één dag warmte te accumuleren. Een kubieke meter kiezels verzamelt gemiddeld 5 MJ warmte per dag.

Warmteopslagsystemen met lage temperatuur bestrijken het temperatuurbereik van 30 tot 100 ◦C en worden gebruikt in lucht- (30 C) en water (30-90 ◦ C) verwarmings- en warmwatersystemen (45-60 ◦ C).

Het warmteopslagsysteem bevat in de regel een tank, een warmteopslagmateriaal, met behulp waarvan de accumulatie en opslag van thermische energie wordt uitgevoerd, warmtewisselaars voor het aan- en afvoeren van warmte tijdens het laden en ontladen van de batterij, en thermische isolatie.

Batterijen kunnen worden ingedeeld naar de aard van de fysische en chemische processen die plaatsvinden in materialen voor warmteopslag:

1. batterijen van het capacitieve type, die de warmtecapaciteit van het verwarmde materiaal gebruiken (kiezelstenen, water, waterige zoutoplossingen, enz.);
2. accumulatoren van de faseovergang van een stof, waarbij de smeltwarmte (stolling) van een stof wordt gebruikt;
3. energieaccumulatoren gebaseerd op het vrijkomen en absorberen van warmte in omkeerbare chemische en fotochemische reacties.

De meest gebruikte warmteaccumulatoren zijn van het capacitieve type.

De hoeveelheid warmte Q (kJ) die kan worden geaccumuleerd in een capacitieve warmteaccumulator wordt bepaald door de formule

Het meest effectieve materiaal voor warmteopslag in vloeibare zonneverwarmingssystemen is water. Voor seizoensgebonden accumulatie van warmte is het gebruik van ondergrondse reservoirs, rotsgrond en andere natuurlijke formaties veelbelovend.

Concentrerende zonne-ontvangers zijn bolvormige of parabolische spiegels (Figuur 5.), gemaakt van gepolijst metaal, in het brandpunt waarvan een warmte-ontvangend element (zonneboiler) is geplaatst, waardoor het koelmiddel circuleert. Als warmtedrager worden water of niet-bevriezende vloeistoffen gebruikt. Bij gebruik van water als warmtedrager 's nachts en tijdens een koude periode moet het systeem geleegd worden om bevriezing te voorkomen.

Om de hoge efficiëntie van het proces van het opvangen en omzetten van zonnestraling te garanderen, moet de concentrerende zonne-ontvanger constant strikt op de zon worden gericht. Voor dit doel is de zonne-ontvanger uitgerust met een volgsysteem, inclusief een sensor voor de richting van de zon, een elektronische signaalomzettingseenheid, een elektromotor met een versnellingsbak om de structuur van de zonne-ontvanger in twee vlakken te roteren.

Het voordeel van systemen met concentrerende zonnecollectoren is de mogelijkheid om op relatief hoge temperatuur (tot 100 ◦C) warmte en zelfs stoom op te wekken. De nadelen zijn de hoge bouwkosten; de noodzaak van constante reiniging van reflecterende oppervlakken van stof; werk alleen overdag en daarom zijn er grote batterijen nodig; hoog energieverbruik voor de aandrijving van het volgsysteem voor de baan van de zon, evenredig met de opgewekte energie. Deze tekortkomingen belemmeren het wijdverbreide gebruik van actieve lagetemperatuur-zonneverwarmingssystemen met concentrerende zonne-ontvangers. Onlangs worden platte zonne-ontvangers het vaakst gebruikt voor lage-temperatuurverwarmingssystemen op zonne-energie.

Platte zonnecollectoren

Een vlakke plaat zonnecollector is een warmtewisselaar die is ontworpen om een ​​vloeistof of gas te verwarmen met behulp van zonne-energie. Het toepassingsgebied van vlakke zonnecollectoren is verwarmingssystemen voor residentiële en industriële gebouwen, airconditioningsystemen, warmwatersystemen, evenals energiecentrales met een laagkokende werkvloeistof, meestal werkend volgens de Rankine-cyclus. Vlakke plaat zonnecollectoren (foto's 6 en 7) bestaan ​​uit een glazen of kunststof afdekking (enkel, dubbel, driedubbel), een warmteabsorberend paneel dat aan de zonzijde zwart is geverfd, isolatie aan de achterkant en carrosserie (metaal, kunststof, glas, hout).

Als warmte-ontvangend paneel kunt u elke metalen of plastic plaat met kanalen voor de koelvloeistof gebruiken. Warmte-ontvangende panelen zijn gemaakt van aluminium of staal van twee soorten: plaatbuis en gestempelde panelen (buis in plaat). Kunststof panelen als gevolg van kwetsbaarheid en snelle veroudering onder invloed van zonlicht, evenals vanwege de lage thermische geleidbaarheid, worden niet veel gebruikt. Onder invloed van zonnestraling worden warmteontvangende panelen verwarmd tot temperaturen van 70-80 ◦ C, die de temperatuur overschrijden omgeving, wat leidt tot een toename van de convectieve warmteoverdracht van het paneel naar de omgeving en zijn eigen straling naar de lucht. Om hogere koelvloeistoftemperaturen te bereiken, is het oppervlak van de plaat bedekt met spectraal selectieve lagen die actief de kortegolfstraling van de zon absorberen en de eigen thermische straling in het langegolfgedeelte van het spectrum verminderen. Dergelijke ontwerpen op basis van "zwart nikkel", "zwart chroom", koperoxide op aluminium, koperoxide op koper en andere zijn duur (de kosten ervan zijn vaak evenredig met de kosten van het warmteontvangende paneel zelf). Een andere manier om de prestaties van vlakke plaatcollectoren te verbeteren, is door een vacuüm te creëren tussen het warmteabsorberende paneel en de transparante isolatie om warmteverlies te verminderen (vierde generatie zonnecollectoren).

Het werkingsprincipe van de collector is gebaseerd op het feit dat deze zonnestraling met een voldoende hoge absorptiecoëfficiënt van zichtbaar zonlicht waarneemt en relatief lage warmteverliezen heeft, ook vanwege de lage doorlaatbaarheid van de doorschijnende glascoating voor thermische straling bij bedrijf temperatuur. Het is duidelijk dat de temperatuur van het resulterende koelmiddel wordt bepaald door de warmtebalans van de collector. Het invoergedeelte van de balans is de warmtestroom van zonnestraling, rekening houdend met het optische rendement van de collector; het verbruiksdeel wordt bepaald door de onttrokken nuttige warmte, de totale warmteverliescoëfficiënt en het verschil bedrijfstemperatuur en het milieu. De perfectie van een collector wordt bepaald door zijn optische en thermische efficiëntie.

Het optische rendement ηо laat zien welk deel van de zonnestraling die het glasoppervlak van de collector heeft bereikt, wordt geabsorbeerd door het stralingsabsorberende zwarte oppervlak, en houdt rekening met de energieverliezen die gepaard gaan met absorptie in glas, reflectie en het verschil in warmtestraling coëfficiënt van het absorberende oppervlak van eenheid.

De eenvoudigste zonnecollector met een enkel glas doorschijnende coating, polyurethaanschuim isolatie van de overige oppervlakken en een absorber gecoat met zwarte verf heeft een optisch rendement van ongeveer 85% en een warmteverliescoëfficiënt van ongeveer 5-6 W/(m 2 K ) (Afb. 7). De combinatie van een vlak, stralenabsorberend oppervlak en leidingen (kanalen) voor het koelmiddel vormt een enkel structureel element - een absorber. Zo'n collector kan in de zomer op middelste breedtegraden water verwarmen tot 55-60 ◦ C en heeft een gemiddelde dagelijkse productiviteit van 70-80 liter water per 1 m2 verwarmingsoppervlak.

Om hogere temperaturen te verkrijgen, worden vacuümbuiscollectoren met een selectieve coating gebruikt (Figuur 8).

In de vacuümcollector wordt het volume met het zwarte oppervlak dat zonnestraling absorbeert, gescheiden van de omgeving door een vacuümruimte (elk element van de absorber wordt in een aparte ruimte geplaatst). glazen pijp, waarbinnen een vacuüm wordt gecreëerd), waardoor warmteverliezen naar de omgeving als gevolg van thermische geleidbaarheid en convectie vrijwel volledig kunnen worden geëlimineerd. Stralingsverliezen worden grotendeels onderdrukt door het gebruik van een selectieve coating. In een vacuümcollector kan het koelmiddel worden verwarmd tot 120–150 ◦C. Het rendement van een vacuümcollector is beduidend hoger dan dat van een platte collector, maar kost ook veel meer.

Het rendement van zonnestroominstallaties hangt grotendeels af van de optische eigenschappen van het oppervlak dat zonnestraling absorbeert. Om energieverliezen tot een minimum te beperken, is het noodzakelijk dat in de zichtbare en nabij-infraroodgebieden van het zonnespectrum de absorptiecoëfficiënt van dit oppervlak zo dicht mogelijk bij één ligt, en in het gebied van golflengten van de eigen thermische straling van het oppervlak, de reflectiecoëfficiënt moeten streven naar eenheid. Het oppervlak moet dus selectieve eigenschappen hebben - het is goed om kortgolvige straling te absorberen en langgolvige straling goed te reflecteren.

Volgens het type mechanisme dat verantwoordelijk is voor de selectiviteit van optische eigenschappen, worden vier groepen selectieve coatings onderscheiden:

1. eigen;
2. tweelaags, waarbij de bovenste laag een grote absorptiecoëfficiënt heeft in het zichtbare gebied van het spectrum en een kleine in het infrarode gebied, en de onderste laag heeft een hoge reflectiecoëfficiënt in het infrarode gebied;
3. met een microreliëf dat voor het gewenste effect zorgt;
4. interferentie.

Een klein aantal bekende materialen hebben hun eigen selectiviteit van optische eigenschappen, bijvoorbeeld W, Cu2S, HfC.

De meest voorkomende zijn tweelaagse selectieve coatings. Een laag met een hoge reflectiecoëfficiënt in het lange golflengtegebied van het spectrum, zoals koper, nikkel, molybdeen, zilver en aluminium, wordt aangebracht op het oppervlak dat selectieve eigenschappen moet krijgen. Bovenop deze laag wordt een laag aangebracht die transparant is in het lange golflengtegebied, maar een hoge absorptiecoëfficiënt heeft in de zichtbare en nabij-infraroodgebieden van het spectrum. Veel oxiden hebben dergelijke eigenschappen.

Oppervlakteselectiviteit kan worden verzekerd door zuiver geometrische factoren: oppervlakteonregelmatigheden moeten groter zijn dan de golflengte van het licht in de zichtbare en nabij-infraroodgebieden van het spectrum en kleiner dan de golflengte die overeenkomt met de eigen thermische straling van het oppervlak. Zo'n oppervlak voor het eerste van de gespecificeerde spectrale gebieden zal zwart zijn en voor het tweede zal het spiegelend zijn.

Selectieve eigenschappen hebben oppervlakken met een dendritische of poreuze structuur met geschikte afmetingen van dendritische naalden of poriën.

Interferentieselectieve oppervlakken worden gevormd door verschillende intermitterende lagen van metaal en diëlektricum, waarin kortgolvige straling wordt gedempt als gevolg van interferentie en langgolvige straling vrij wordt gereflecteerd.

De omvang van het gebruik van zonneverwarmingssystemen

Volgens het IEA bedroeg de totale oppervlakte van geïnstalleerde collectoren in de 26 meest actieve landen in dit opzicht eind 2001 ongeveer 100 miljoen m 2 , waarvan 27,7 miljoen m zwembaden. De rest - vlakke beglaasde collectoren en collectoren met vacuümbuizen - werden gebruikt in warmwatersystemen of voor ruimteverwarming. Israël (608 m2), Griekenland (298) en Oostenrijk (220) zijn koplopers op het gebied van geplaatste collectoren per 1000 inwoners. Ze worden gevolgd door Turkije, Japan, Australië, Denemarken en Duitsland met een specifiek gebied van geïnstalleerde collectoren van 118-45 m 2 /1000 inwoners.

Het totale oppervlak van zonnecollectoren dat eind 2004 in de EU was geïnstalleerd, bereikte 13,96 miljoen m2, en heeft in de wereld al meer dan 150 miljoen m2 overschreden. De jaarlijkse toename van het gebied van zonnecollectoren in Europa is gemiddeld 12% en in sommige landen ligt het op het niveau van 28-30% of meer. Wereldleider in het aantal collectoren per duizend inwoners is Cyprus, waar 90% van de huizen is uitgerust met zonne-installaties (er is 615,7 m 2 zonnecollectoren per duizend inwoners), gevolgd door Israël, Griekenland en Oostenrijk. De absolute leider op het gebied van geïnstalleerde collectoren in Europa is Duitsland - 47%, gevolgd door Griekenland - 14%, Oostenrijk - 12%, Spanje - 6%, Italië - 4%, Frankrijk - 3%. Europese landen - onbetwiste leiders in de ontwikkeling van nieuwe technologieën voor zonneverwarmingssystemen, maar lopen ver achter op China bij de ingebruikname van nieuwe zonne-installaties.

Van de totale oppervlakte aan wereldwijd geïnstalleerde zonnecollectoren in 2004, werd 78% in China geïnstalleerd. De IED-markt in China is recentelijk met 28% per jaar gegroeid.

In 2007 bedroeg de totale oppervlakte aan geïnstalleerde zonnecollectoren in de wereld al 200 miljoen m2, waarvan meer dan 20 miljoen m2 in Europa.

Vandaag de dag, op de wereldmarkt, zijn de kosten van een IED (Figuur 9), inclusief een collector met een oppervlakte van 5-6 m 2 , een opslagtank met een capaciteit van ongeveer 300 liter en de nodige fittingen, 300- 400 US dollar per 1 m2 van de verzamelaar. Dergelijke systemen worden voornamelijk geïnstalleerd in individuele een- en tweegezinswoningen en hebben een back-upverwarming (elektrisch of gas). Wanneer de opslagtank boven de collector wordt geplaatst, kan het systeem werken op natuurlijke circulatie (thermosyphon-principe); bij het installeren van de opslagtank in de kelder - op geforceerd.

In de wereldpraktijk zijn kleine zonneverwarmingssystemen het meest verspreid. In de regel omvatten dergelijke systemen zonnecollectoren met een totale oppervlakte van 2-8 m 2 , een opslagtank waarvan de capaciteit wordt bepaald door het gebied van geïnstalleerde collectoren, een circulatiepomp (afhankelijk van het type thermische circuit) en andere hulpapparatuur.

Grote actieve systemen, waarbij de opslagtank onder de collectoren is geplaatst en het koelmiddel wordt gecirculeerd met behulp van een pomp, worden gebruikt voor warmtapwater- en verwarmingsbehoeften. In actieve systemen die een deel van de verwarmingsbelasting afdekken, wordt in de regel een back-upwarmtebron voorzien, aangedreven door elektriciteit of gas.

Een relatief nieuw fenomeen in de praktijk van het gebruik van zonnewarmtevoorziening zijn grote systemen die kunnen voldoen aan de behoeften van warmwatervoorziening en verwarming van appartementsgebouwen of hele woonwijken. In dergelijke systemen is ofwel dagelijkse ofwel seizoensgebonden warmteopslag voorzien. Dagelijkse accumulatie impliceert de mogelijkheid om het systeem te laten werken met het verbruik van warmte geaccumuleerd over meerdere dagen, seizoensgebonden - gedurende meerdere maanden. Voor seizoenswarmteopslag wordt gebruik gemaakt van grote ondergrondse reservoirs gevuld met water, waarin alle overtollige warmte die in de zomer van collectoren wordt ontvangen, wordt afgevoerd. Een andere mogelijkheid voor seizoensaccumulatie is bodemverwarming met behulp van putten met leidingen waardoor warm water uit collectoren circuleert.

Tabel 1 toont de belangrijkste parameters van grote zonnestelsels met dagelijkse en seizoensgebonden warmteopslag in vergelijking met een klein zonnestelsel voor een eengezinswoning.

Tabel 1. - Belangrijkste parameters van zonneverwarmingssystemen

Momenteel zijn er in Europa 10 zonneverwarmingssystemen met een collectoroppervlak van 2400 tot 8040 m 2 , 22 systemen met een collectoroppervlak van 1000 tot 1250 m 2 en 25 systemen met een collectoroppervlak van 500 tot 1000 m 2 . Hieronder vindt u de specificaties voor enkele van de grotere systemen.

Hamburg, Duitsland). De oppervlakte van het verwarmde pand is 14800 m 2 . De oppervlakte van zonnecollectoren is 3000 m2. Het volume van de waterwarmteaccumulator is 4500 m 3 .

Friedrichshafen (Duitsland). De oppervlakte van het verwarmde pand is 33000 m 2 . De oppervlakte van zonnecollectoren is 4050 m 2 . Het volume van de waterwarmteaccumulator is 12000 m 3 .

Ulm-am-Neckar (Duitsland). De oppervlakte van het verwarmde pand is 25000 m2. De oppervlakte van zonnecollectoren is 5300 m 2 . Het volume van de bodemwarmteaccumulator is 63400 m 3 .

Rostock (Duitsland). De oppervlakte van het verwarmde pand is 7000 m2. De oppervlakte van zonnecollectoren is 1000 m2. Het volume van de bodemwarmteaccumulator is 20000 m 3 .

Hemnitz (Duitsland). De oppervlakte van het verwarmde pand is 4680 m 2 . De oppervlakte van vacuüm zonnecollectoren is 540 m 2 . Het volume van de grindwater-warmteaccumulator is 8000 m 3 .

Attenkirchen (Duitsland). De oppervlakte van het verwarmde pand is 4500 m 2 . De oppervlakte van vacuüm zonnecollectoren is 800 m 2 . Het volume van de bodemwarmteaccumulator is 9850 m 3 .

Saro (Zweden). Het systeem bestaat uit 10 kleine huisjes, waaronder 48 appartementen. De oppervlakte van zonnecollectoren is 740 m 2 . Het volume van de waterwarmteaccumulator is 640 m 3 . Het zonnestelsel dekt 35% van de totale warmtebelasting van het verwarmingssysteem.

Momenteel zijn er verschillende bedrijven in Rusland die zonnecollectoren produceren die geschikt zijn voor een betrouwbare werking. De belangrijkste zijn Kovrov Mechanical Plant, NPO Mashinostroenie en CJSC ALTEN.

De collectoren van de Kovrov Mechanical Plant (Figuur 10), die geen selectieve coating hebben, zijn goedkoop en eenvoudig van ontwerp en voornamelijk gericht op de binnenlandse markt. Momenteel zijn er meer dan 1.500 verzamelaars van dit type geïnstalleerd in het Krasnodar-gebied.

De verzamelaar van NPO Mashinostroeniya zit qua eigenschappen dicht bij de Europese normen. De collectorabsorber is gemaakt van een aluminiumlegering met een selectieve coating en is voornamelijk ontworpen voor gebruik in tweekringswarmtetoevoerschema's, omdat direct contact van water met aluminiumlegeringen kan leiden tot putcorrosie van de kanalen waardoor het koelmiddel passeert.

Collector ALTEN-1 heeft een volledig nieuw ontwerp en voldoet aan de Europese normen, kan het worden gebruikt in zowel enkelkrings- alsa's. De verzamelaar onderscheidt zich door hoge thermische eigenschappen:, breed scala aan mogelijke toepassingen, laag gewicht en aantrekkelijk design.

Ervaring met het bedienen van installaties op basis van zonnecollectoren heeft een aantal nadelen van dergelijke systemen aan het licht gebracht. Allereerst zijn dit de hoge kosten van collectoren die gepaard gaan met selectieve coatings, waardoor de transparantie van beglazing, stofzuigen, enz. toeneemt. Een belangrijk nadeel is de noodzaak om glas regelmatig te reinigen van stof, wat het gebruik van een collector in industriële toepassingen praktisch uitsluit gebieden. Bij langdurig gebruik van zonnecollectoren, vooral in winterse omstandigheden, is er een frequent falen van deze vanwege de ongelijke uitzetting van verlichte en donkere delen van het glas als gevolg van de schending van de integriteit van de beglazing. Er is ook een groot percentage collectorstoringen tijdens transport en installatie. Een belangrijk nadeel van de systemen met collectoren is ook de ongelijke belasting gedurende het jaar en de dag. Ervaring met de werking van collectoren in de omstandigheden van Europa en het Europese deel van Rusland met een hoog aandeel diffuse straling (tot 50%) toonde aan dat het onmogelijk is om het hele jaar door een autonoom systeem warmwatervoorziening en verwarming. Alle zonnesystemen met zonnecollectoren op de middelste breedtegraden vereisen de installatie van grote opslagtanks en de opname van een extra energiebron in het systeem, wat het economische effect van het gebruik ervan vermindert. In dit opzicht is het het meest geschikt om ze te gebruiken in gebieden met een hoge intensiteit van zonnestraling (niet lager dan 300 W/m2).

Efficiënt gebruik van zonne-energie

in woon- en administratieve gebouwen zonne-energie wordt voornamelijk gebruikt in de vorm van warmte om te voldoen aan de behoeften van warm water, verwarming, koeling, ventilatie, drogen, enz.

Vanuit economisch oogpunt is het gebruik van zonnewarmte het meest voordelig bij het creëren van warmwatervoorzieningssystemen en in technisch vergelijkbare waterverwarmingsinstallaties (in zwembaden, industriële apparaten). Warmwatervoorziening is essentieel in elk woongebouw en aangezien de behoefte aan warm water gedurende het jaar relatief weinig verandert, zijn dergelijke installaties zeer efficiënt en betalen ze zichzelf snel terug.

Wat zonneverwarmingssystemen betreft, is de gebruiksperiode gedurende het jaar kort, tijdens de verwarmingsperiode is de intensiteit van de zonnestraling laag en dienovereenkomstig is het collectoroppervlak veel groter dan bij warmwatersystemen en is de economische efficiëntie lager . Meestal combineren ze bij het ontwerpen een systeem van zonneverwarming en warmwatervoorziening.

Bij zonnekoelsystemen is de bedrijfstijd nog korter (drie zomermaanden), wat leidt tot lange stilstand van de apparatuur en een zeer lage bezettingsgraad. Gezien de hoge kosten van koelapparatuur, wordt de economische efficiëntie van de systemen minimaal.

De jaarlijkse bezettingsgraad van apparatuur in warmte-koude-installaties (warmtapwater, verwarming en koeling) is het hoogst en deze systemen zijn op het eerste gezicht winstgevender dan gecombineerde verwarmings- en warmwatersystemen. Als men echter rekening houdt met de kosten van de benodigde zonnecollectoren en koelsysteemmechanismen, blijkt dat dergelijke zonne-installaties erg duur en economisch nauwelijks haalbaar zullen zijn.

Bij het maken van zonneverwarmingssystemen moeten passieve schema's worden gebruikt die zorgen voor een verhoging van de thermische isolatie van het gebouw en een efficiënt gebruik van zonnestraling die door raamopeningen binnenkomt. Het probleem van thermische isolatie moet worden opgelost op basis van architecturale en structurele elementen, met behulp van laag-warmtegeleidende materialen en constructies. Het wordt aanbevolen om de ontbrekende warmte goed te maken met behulp van actieve zonnesystemen.

Economische kenmerken van zonnecollectoren

Het grootste probleem van het wijdverbreide gebruik van zonne-installaties houdt verband met hun gebrek aan economische efficiëntie in vergelijking met traditionele verwarmingssystemen. De kosten van thermische energie in installaties met zonnecollectoren zijn hoger dan in installaties met traditionele brandstoffen. De terugverdientijd van een thermische zonne-installatie T ok kan worden bepaald aan de hand van de formule:

Het economische effect van het installeren van zonnecollectoren in gebieden met centrale energievoorziening E kan worden gedefinieerd als inkomsten uit de verkoop van energie gedurende de gehele levensduur van de installatie, minus de bedrijfskosten:

Tabel 2 geeft de kosten weer van zonneverwarmingssystemen (in prijzen van 1995). Uit de gegevens blijkt dat binnenlandse ontwikkelingen 2,5 tot 3 keer goedkoper zijn dan buitenlandse.

De lage prijs van huishoudelijke systemen wordt verklaard door het feit dat ze zijn gemaakt van goedkope materialen, eenvoudig van ontwerp en gericht op de binnenlandse markt.

Tabel 2. Kosten van zonneverwarmingssystemen

Het specifieke economische effect (E/S) op het gebied van stadsverwarming varieert, afhankelijk van de levensduur van de collectoren, van 200 tot 800 roebel/m 2 .

Een veel groter economisch effect wordt geleverd door warmtevoorzieningsinstallaties met zonnecollectoren in regio's ver van gecentraliseerde energienetwerken, die in Rusland meer dan 70% van zijn grondgebied uitmaken met een bevolking van ongeveer 22 miljoen mensen. Deze units zijn ontworpen om offline te werken voor individuele consumenten, waar de behoefte aan thermische energie zeer groot is. Tegelijkertijd zijn de kosten van traditionele brandstoffen veel hoger dan hun kosten in stadsverwarmingszones vanwege transportkosten en brandstofverliezen tijdens transport, d.w.z. de regionale factor r р is inbegrepen in de brandstofkosten in de Ctr-regio:

waarbij r р > 1 en kan de waarde voor verschillende regio's wijzigen. Tegelijkertijd blijven de eenheidskosten van de plant C vrijwel onveranderd in vergelijking met Ctr. Daarom, bij het vervangen van C t door C tr in de formules

de berekende terugverdientijd van autonome installaties in gebieden ver van gecentraliseerde netwerken neemt met r p keer af en het economische effect neemt evenredig toe met r p.

In de huidige omstandigheden in Rusland, waar de energieprijzen voortdurend stijgen en ongelijk zijn over de regio's als gevolg van transportomstandigheden, is de beslissing over de economische haalbaarheid van het gebruik van zonnecollectoren sterk afhankelijk van de lokale sociaal-economische, geografische en klimatologische omstandigheden.

Zonne-geothermische verwarming

Vanuit het oogpunt van een ononderbroken levering van energie aan de consument, zijn gecombineerde technologische systemen die gebruik maken van twee of meer soorten hernieuwbare energiebronnen het meest effectief.

Door thermische zonne-energie is het mogelijk om in de zomer volledig te voorzien in de behoefte aan warm water in huis. In de herfst-lenteperiode kan tot 30% van de benodigde energie voor verwarming en tot 60% van de behoefte aan warmwatervoorziening uit de zon worden gehaald.

In de afgelopen jaren zijn er actief geothermische warmteleveringssystemen op basis van warmtepompen ontwikkeld. In dergelijke systemen wordt, zoals hierboven vermeld, thermaal water met een laag potentieel (20-40 ◦C) of petrothermische energie van de bovenste lagen als primaire warmtebron gebruikt. aardkorst. Bij het gebruik van bodemwarmte worden bodemwarmtewisselaars gebruikt, die ofwel in verticale putten van 100-300 m diep of horizontaal op enige diepte worden geplaatst.

Om decentrale verbruikers met een kleine capaciteit effectief van warmte en warm water te voorzien, heeft de IPG DSC RAS ​​een gecombineerd zonne-geothermiesysteem ontwikkeld (Figuur 11).

Een dergelijk systeem bestaat uit een zonnecollector 1, een warmtewisselaar 2, een opslagtank 3, een warmtepomp 7 en een warmtewisselaarput 8. Door de zonnecollector circuleert een koelmiddel (antivries). De warmtedrager wordt in de zonnecollector verwarmd door de energie van de zon en geeft vervolgens thermische energie af aan het water via de warmtewisselaar 2, ingebouwd in de opslagtank 3. In de opslagtank wordt warm water opgeslagen totdat het wordt gebruikt, dus het moet een goede thermische isolatie hebben. In het primaire circuit, waar de zonnecollector zich bevindt, kan natuurlijke of geforceerde circulatie van het koelmiddel worden gebruikt. In de voorraadtank is tevens een elektrische kachel 6 gemonteerd.Als de temperatuur in de opslagtank onder de ingestelde waarde zakt (lang bewolkt weer of een klein aantal uren zonneschijn in de winter), schakelt de elektrische kachel automatisch in en verwarmt het water tot de ingestelde temperatuur.

De zonnecollectoreenheid wordt het hele jaar door gebruikt en voorziet de consument van warm water, en de lagetemperatuur-vloerverwarmingseenheid met een warmtepomp (HP) en een warmtewisselaarput van 100-200 m diep wordt alleen tijdens de verwarming in gebruik genomen periode.

In de HP-cyclus daalt koud water met een temperatuur van 5 C naar beneden in de ringvormige ruimte van de bronwarmtewisselaar en verwijdert kansarme warmte uit het omringende gesteente. Vervolgens stijgt, afhankelijk van de diepte van de put, het water, opgewarmd tot een temperatuur van 10-15 ◦ C, langs de centrale pijpenstreng naar de oppervlakte. Om omgekeerde warmteafvoer te voorkomen, is de centrale kolom van buitenaf thermisch geïsoleerd. Aan de oppervlakte komt water uit de put de HP-verdamper binnen, waar het laagkokende werkmiddel wordt verwarmd en verdampt. Na de verdamper wordt het afgekoelde water weer naar de put gestuurd. Tijdens de verwarmingsperiode, met constante watercirculatie in de put, vindt geleidelijke afkoeling van het gesteente rond de put plaats.

Berekeningsstudies tonen aan dat de straal van het koelfront tijdens de verwarmingsperiode kan oplopen tot 5-7 m. Tijdens de tussenverwarmingsperiode, wanneer het verwarmingssysteem is uitgeschakeld, is er een gedeeltelijk (tot 70%) herstel van de temperatuur veld rond de put als gevolg van de instroom van warmte van rotsen buiten de koelzone; het is niet mogelijk om een ​​volledig herstel van het temperatuurveld rond de put tijdens de stilstandtijd te bereiken.

Zonnecollectoren worden geïnstalleerd op basis van de berekening voor de winterperiode van het systeem, wanneer de zonneschijn minimaal is. In de zomer wordt een deel van het warme water uit de opslagtank naar de put gestuurd om de temperatuur in het gesteente rond de put volledig te herstellen.

Tijdens de tussenverwarmingsperiode zijn kleppen 13 en 14 gesloten, en met kleppen 15 en 16 open, wordt heet water uit de accumulatortank door een circulatiepomp in de ringvormige ruimte van de put gepompt, waar, als deze wordt neergelaten, warmte wordt uitwisseling vindt plaats met de rots rond de put. Verder wordt het gekoelde water via de centrale warmtegeïsoleerde kolom teruggevoerd naar de opslagtank. Tijdens de verwarmingsperiode daarentegen zijn de kleppen 13 en 14 open en zijn de kleppen 15 en 16 gesloten.

In het voorgestelde technologische systeem wordt het potentieel van zonne-energie gebruikt om water in het warmwatervoorzieningssysteem en rotsen rond de put in het lte verwarmen. Warmteterugwinning in het gesteente maakt het mogelijk om het warmtetoevoersysteem economisch optimaal te laten werken.

Thermische zonne-energiecentrales

De zon is een belangrijke energiebron op planeet Aarde. Zonne-energie wordt vaak het onderwerp van een breed scala aan discussies. Zodra er een project voor een nieuwe zonne-energiecentrale verschijnt, rijzen er vragen over efficiëntie, capaciteit, investeringsbedrag en terugverdientijden.

Er zijn wetenschappers die thermische zonne-energiecentrales als een bedreiging voor het milieu zien. De spiegels die worden gebruikt in thermische zonne-energiecentrales verwarmen de lucht zeer sterk, wat leidt tot klimaatverandering en de dood van voorbijvliegende vogels. Desondanks komen de laatste jaren steeds meer thermische zonne-energiecentrales voor. In 1984 werd de eerste zonne-energiecentrale in gebruik genomen nabij Cramer Junction, Californië, in de Mojabe-woestijn (Figuur 6.1). Het station kreeg de naam Solar Energy Generating System, kortweg SEGS.

Rijst. 6.1. Zonne-energiecentrale in de Mojabe-woestijn

Bij deze energiecentrale wordt met zonnestraling stoom opgewekt, die een turbine laat draaien en elektriciteit opwekt. De productie van thermische zonne-elektriciteit op grote schaal is behoorlijk concurrerend. Op dit moment zijn er al thermische zonne-energiecentrales met een totaal geïnstalleerd vermogen van meer dan 400 MW gebouwd door Amerikaanse nutsbedrijven, die elektriciteit leveren aan 350.000 mensen en 2,3 miljoen vaten olie per jaar vervangen. Negen energiecentrales in de Mojabe-woestijn hebben 354 MW geinstalleerde capaciteit. In andere regio's van de wereld moeten binnenkort ook projecten van start gaan om zonnewarmte te gebruiken om elektriciteit op te wekken. India, Egypte, Marokko en Mexico ontwikkelen overeenkomstige programma's. Subsidies voor hun financiering worden verstrekt door de Global Environment Facility (GEF). In Griekenland, Spanje en de VS worden nieuwe projecten ontwikkeld door onafhankelijke elektriciteitsproducenten.

Volgens de methode van warmteproductie worden thermische zonne-energiecentrales onderverdeeld in zonneconcentratoren (spiegels) en zonnevijvers.

zonneconcentratoren

Thermische zonne-energiecentrales concentreren zonne-energie met behulp van lenzen en reflectoren. Omdat deze warmte kan worden opgeslagen, kunnen dergelijke stations naar behoefte stroom opwekken, dag of nacht, bij elk weer. Grote spiegels - ofwel punt- of lijnfocus - concentreren de zonnestralen zodanig dat water in stoom verandert, terwijl er genoeg energie vrijkomt om een ​​turbine te laten draaien. Deze systemen kunnen zonne-energie omzetten in elektriciteit met een rendement van ongeveer 15%. Alle thermische energiecentrales, behalve zonnevijvers, gebruiken concentrators om hoge temperaturen te bereiken, die het licht van de zon van een groter oppervlak naar een kleiner ontvangeroppervlak reflecteren. Een dergelijk systeem bestaat typisch uit een concentrator, een ontvanger, een koelmiddel, een opslagsysteem en een energietransmissiesysteem. Moderne technologieën omvatten parabolische concentrators, parabolische zonnespiegels en zonne-energietorens. Ze kunnen worden gecombineerd met stookinstallaties op fossiele brandstoffen en in sommige gevallen aangepast voor warmteopslag. Het belangrijkste voordeel van dergelijke hybridisatie en thermische opslag is dat een dergelijke technologie kan voorzien in planning van elektriciteitsopwekking, dat wil zeggen dat elektriciteitsopwekking kan worden uitgevoerd op momenten dat dit nodig is. Hybridisatie en warmteopslag kunnen de economische waarde van geproduceerde elektriciteit verhogen en de gemiddelde kosten verlagen.

Zonne-installaties met een parabolische concentrator

Sommige thermische zonne-energiecentrales gebruiken parabolische spiegels die zonlicht concentreren op opvangbuizen die een warmteoverdrachtsvloeistof bevatten. Deze vloeistof wordt verwarmd tot bijna 400 ºC en door een reeks warmtewisselaars gepompt; dit produceert oververhitte stoom, die een conventionele turbinegenerator aandrijft om elektriciteit te produceren. Om warmteverlies te verminderen, kan de ontvangende buis worden omgeven door een transparante glazen buis die langs de brandlijn van de cilinder is geplaatst. Dergelijke installaties omvatten in de regel uniaxiale of biaxiale zonnevolgsystemen. In zeldzame gevallen staan ​​ze stil (Fig. 6.2).

Rijst. 6.2. zonne-installatie met parabolische concentrator

Schattingen van deze technologie laten hogere kosten van opgewekte elektriciteit zien dan andere thermische zonne-energiecentrales. Dit komt door de lage concentratie van zonnestraling, lagere temperaturen. Afhankelijk van de accumulatie van operationele ervaring, verbeterde technologie en lagere bedrijfskosten, kunnen parabolische concentratoren echter de goedkoopste en meest betrouwbare technologie nabije toekomst.

Zonne-energiecentrale van het schoteltype

Zonne-installaties van het schoteltype zijn een batterij parabolische schotelspiegels die qua vorm vergelijkbaar zijn met een satellietschotel, die zonne-energie richten op ontvangers die zich in het brandpunt van elke schotel bevinden (Fig. 6.3). De vloeistof in de ontvanger wordt verwarmd tot 1000°C en wordt direct gebruikt om elektriciteit op te wekken in een kleine motor en generator die op de ontvanger is aangesloten.

Rijst. 6.3. Type zonneplaat

Hoge optische efficiëntie en lage initiële kosten maken spiegel-/motorsystemen de meest efficiënte van alle zonnetechnologieën. De Stirlingmotor en het parabolische spiegelsysteem hebben het wereldrecord voor de meest efficiënte omzetting van zonne-energie in elektriciteit. In 1984 behaalde de Rancho Mirage in Californië een praktisch rendement van 29%. Dankzij het modulaire ontwerp zijn dergelijke systemen beste optie om te voldoen aan de vraag naar elektriciteit voor zowel autonome verbruikers als hybride verbruikers die op een gemeenschappelijk net werken.

Zonne-energie torens

Zonne-energiemasten met een centrale ontvanger Zonne-energiemasten met een centrale ontvanger maken gebruik van een draaiveld van heliostaatreflectoren. Ze richten het zonlicht op een centrale ontvanger die bovenop de toren is gebouwd, die thermische energie absorbeert en een turbinegenerator aandrijft (afb. 6.4, afb. 6.5).

Rijst. 6.4. Zonne-energie toren met centrale ontvanger

Een computergestuurd biaxiaal volgsysteem positioneert de heliostaten zo dat de gereflecteerde zonnestralen stationair zijn en altijd op de ontvanger vallen. De vloeistof die in de ontvanger circuleert, geeft warmte af aan de warmteaccumulator in de vorm van stoom. De stoom drijft een turbine aan om elektriciteit op te wekken of wordt direct gebruikt in industriële processen. Temperaturen bij de ontvanger bereiken tussen 500 en 1500 ºC. Dankzij de accumulatie van warmte zijn torencentrales een unieke zonnetechnologie geworden waarmee je volgens een vooraf bepaald schema elektriciteit kunt opwekken.

Rijst. 6.5. Zonne-energietoren "Solar Two" in Californië

zonnevijvers

Noch focusspiegels, noch zonnecellen kunnen 's nachts stroom opwekken. Hiervoor moet de gedurende de dag verzamelde zonne-energie worden opgeslagen in warmteopslagtanks. Dit proces vindt van nature plaats in de zogenaamde zonnevijvers (Fig. 6.6).

Rijst. 6.6. Schema van het apparaat van de zonnevijver
1. Hoge zoutconcentratie. 2. Middelste laag. 3. Lage zoutconcentratie. vier. Koud water"in" en warm water "uit"

Zonnevijvers hebben een hoge zoutconcentratie op de bodem van het water, een niet-convectieve middenlaag van water waarin de zoutconcentratie toeneemt met de diepte, en een convectieve laag met een lage zoutconcentratie aan het oppervlak. Het zonlicht valt op het oppervlak van de vijver en door de hoge zoutconcentratie wordt de warmte in de onderste lagen van het water vastgehouden. Water met een hoog zoutgehalte, verwarmd door zonne-energie die door de bodem van de vijver wordt geabsorbeerd, kan vanwege de hoge dichtheid niet opstijgen. Het blijft op de bodem van de vijver en warmt geleidelijk op tot het bijna kookt. De hete bodem "pekel" wordt dag en nacht gebruikt als warmtebron, waardoor een speciale organische koelmiddelturbine elektriciteit kan opwekken. De middelste laag van de zonnevijver fungeert als thermische isolatie en voorkomt convectie en warmteverlies van de bodem naar het oppervlak. Het temperatuurverschil tussen de bodem en het oppervlak van het vijverwater is voldoende om de generator aan te drijven. Het koelmiddel, dat door de leidingen door de onderste waterlaag wordt geleid, wordt verder in het gesloten Rankin-systeem gevoerd, waarin een turbine draait om elektriciteit op te wekken.

Voor- en nadelen van thermische zonne-energiecentrales

Zonne-energietorens met een centrale ontvanger en zonne-energiecentrales met parabolische concentrators werken optimaal als onderdeel van grote, op het net aangesloten energiecentrales met een vermogen van 30-200 MW, terwijl zonne-schotel-type-centrales uit modules bestaan ​​en beide kunnen worden gebruikt in stand-alone installaties en in groepen met een gemeenschappelijk vermogen van meerdere megawatts.

Tabel 6.1 Kenmerken van thermische zonne-energiecentrales

Parabolische zonneconcentratoren zijn verreweg de meest geavanceerde zonne-energietechnologie en zullen waarschijnlijk in de nabije toekomst worden gebruikt. Torencentrales met een centrale ontvanger kunnen, vanwege hun efficiënte warmteopslagcapaciteit, in de nabije toekomst ook zonne-energiecentrales worden. Door het modulaire karakter van de schoteltype-units kunnen ze in kleinere units worden gebruikt. Energiecentrales van het type zonnetoren met een centrale ontvanger en schotelinstallaties maken het mogelijk hogere efficiëntiewaarden te bereiken voor het omzetten van zonne-energie in elektrische energie tegen lagere kosten dan energiecentrales met parabolische zonneconcentratoren. In tafel. 6.1 toont de belangrijkste kenmerken van de drie opties voor thermische zonne-energieopwekking.