Солнечные водонагревательные установки. Термодинамический преобразователь солнечной энергии. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Резкий рост цен и тарифов на электро- и тепловую энергию, стремление потребителей к повышению надежности и использованию собственных автономных источников энергоснабжения, а также повышение интереса к использованию экологически чистых возобновляемых источников энергии ведут к быстрому развитию отечественного рынка солнечных водонагревательных установок (СВУ), по своим технико-экономическим показателям и технологической проработанности наиболее подготовленных к широкому коммерческому использованию не только в южных регионах России, но и в ее средней полосе и даже в северных регионах.

Вместе с тем развитие этого рынка в России сдерживается рядом факторов, среди которых высокая стоимость СВУ, их недостаточная надежность и долговечность являются наиболее существенными. Многолетние наблюдения за эксплуатационной надежностью солнечных коллекторов, показали, что большинство конструкций не обеспечивают установленного российским стандартом минимального срока службы - 10 лет.

Стоимость солнечных коллекторов российских производителей сегодня лежит в диапазоне от 100 до 200 долларов в расчете на 1м2 их тепловоспринимающей поверхности. С учетом стоимости монтажа и необходимого дополнительного оборудования и комплектующих изделий потребителю солнечные водонагревательные установки обходятся в 200 - 500$/м . Зарубежные аналоги СВУ, предлагаемые на российском рынке, оказываются еще более дорогими.

Таким образом, задача совершенствования конструкции солнечных коллекторов, снижения их стоимости при одновременном увеличении срока надежной эксплуатации является чрезвычайно актуальной.

Термодинамический преобразователь солнечной энергии должен содержать следующие компоненты:

а) систему улавливания падающей радиации;
б) приемную систему, преобразующую энергию солнечного излучения в тепло, которое передается теплоносителю;
в) систему переноса теплоносителя от приемника к аккумулятору или к одному или нескольким теплообменникам, в которых нагревается рабочее тело;
г) тепловой аккумулятор;
д) теплообменники, образующие горячий и холодный источники тепловой машины.

Системы улавливания солнечного излучения и конструкции термопреобразователей

Системы улавливания солнечной радиации обеспечивают разные степени концентрации (рис.3.1).

Рис.3.1. Системы улавливания солнечной энергии

Малая степень концентрации (порядка 100) получается при использовании отражающих поверхностей, концентрирующих энергию при любом направлении прихода солнечных лучей. Наблюдение за Солнцем осуществляется в этом случае с помощью упрощенной системы управления. К устройствам такого типа относятся параболоцилиндрические отражатели, ось которых либо горизонтальна, либо перпендикулярна плоскости движения Солнца. Управляется такая установка только в соответствии с изменением положения Солнца на небосводе в течение дня. Изменение положения Солнца в течении года при этом не учитывается, и принимаются меры лишь к тому, чтобы фокальное изображение не выходило за пределы поверхности приемника концентрированного излучения.

Средняя степень концентрации (порядка 1000) получается при использовании фокусирующих гелиостатов, управляемых по двум вращательным степеням свободы. Таким гелиостатом может быть зеркало в форме параболоида вращения, ось которого ориентируется на Солнце.

Высокая степень концентрации осуществляется единичной оптической системой (плоские гелиостаты и параболоидный отражатель). Она позволяет достичь весьма высоких температур.

Сконцентрированное солнечное излучение поглощается поверхностью приемника и преобразуется в тепло. Чтобы снизить потери тепла, связанные с излучением нагретым приемником в тепловой области спектра, поверхность приемника покрывают тонкой пленкой из селективно поглощающих материалов. Это позволяет значительно повысить КПД системы.

Конструкции термопреобразователей. Возможны две принципиальные схемы. В первой (рис.3.2А) в приемнике нагревается теплоноситель, в связи с чем обеспечивается тепловая загрузка аккумулятора. При этом рабочее тело нагревается от аккумулятора, который сглаживает изменения в поступлении солнечной радиации. Таким образом, аккумулятор постоянно играет роль буфера, а связь системы "приемник-аккумулятор" с тепловой машиной осуществляется с помощью, по меньшей мере, одного теплообменника.

Во второй схеме (рис. 3.2Б) в приемнике непосредственно нагревается рабочее тело. Зарядка аккумулятора осуществляется путем отвода части нагретого тела, а связь с тепловой машиной происходит без промежуточных устройств.

В первой схеме по сравнению со второй имеет место в среднем большее снижение температурного напора, т.е. разность температур между нагревателем и холодильником тепловой машины. Во второй схеме тепло теряется лишь при аккумулировании и возврате. Однако в первом случае тепловая машина и ее вспомогательные устройства не подвержены случайным колебаниям температуры даже при отсутствии системы регулирования. Кроме того, во многих случаях теплоноситель сам играет роль теплового аккумулятора.

Рис.3.2. Схема термодинамического преобразования солнечной энергии: А - схема с теплообменником; Б - схема без теплообменника

Аккумуляторы тепла

В настоящее время накопление энергии осуществляется за счет аккумулирования тепла.

Тепловой аккумулятор - дорогостоящий элемент. В зависимости от температуры системы аккумулирование энергии обычно подразделяют на низко температурные (до 100°C), среднетемпературные (от 100 до 550°C) и высокотемпературные (>550°C).

Низкотемпературные аккумуляторы в частности водяные, нашли широкое применение в гелиотехнике для отопления зданий и горячего водоснабжения. Для низкотемпературного аккумулирования используют также обратимые реакции гидратации и сольватации солей и кислот, а также процессы фазового перехода. Для этих целей в качестве теплоаккумулирующих веществ используют парафины и эмульсии, состоящие из парафина и воды. Скрытая теплота плавления парафина порядка 44 кал/г, а температура плавления 35 - 50°C.

Новый тип систем термохимического аккумулирования "Тепидус" разрабатывается в Швеции. В этой установке используется процесс выделения тепла при гидратации сульфида натрия.

Для среднетемпературного аккумулирования, а также в качестве теплоносителя используют соли и их эвтектики, характеризующиеся температурой плавления в несколько сот градусов и большой величиной скрытой теплоты фазового перехода.

Весьма перспективны для среднетемпературного аккумулирования гидраты оксидов щелочноземельных металлов. Использование процессов аккумулирования реакций гидратации оксидов отличается целым рядом достоинств. Это высокая плотность запасаемой энергии, простое долгосрочное аккумулирование при температуре окружающей среды, компактность твердого энергоаккумулирующего вещества, низкая его стоимость, получение достаточно высокопотенциального тепла на стадии гидратации.

Высокотемпературное аккумулирование осуществляется с помощью обратимых экзоэндотермических реакций. При этом реакции можно разделить на две группы: реакции каталитического разложения, продукты которых можно не разделять и хранить вместе, и реакции, протекающие без катализаторов, продукты которых должны быть разделены при температуре солнечного приемника, чтобы предотвратить обратную реакцию.

Выбор типа термодинамического цикла и природы рабочего тела определяется областью рабочих температур теплового двигателя, т. е. характеристики системы концентрации, аккумулятора и параметров цикла тесно взаимосвязаны. В солнечных установках с концентрацией предпочтение отдается пароводяным циклам.

Автор: Магомедов А.М.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива С интернетом мы чувствуем себя умнее 08.04.2015 С появлением всемирной сети огромная масса информации стала легкодоступной: мы в любой момент можем узнать что угодно о чем угодно. Возможно, именно поэтому нам часто кажется, что и сами мы стали умнее. Это вовсе не шутка: эксперименты психологов из Йеля показали, что у людей, сидящих в интернете, действительно усиливается иллюзия собственного интеллекта. В исследовании участвовали около тысячи человек, которые должны были ответить на какой-нибудь вопрос - например, как работает застежка-молния. Только одним предлагали поискать ответ во всемирной сети, а другим давали распечатку текстов с тех веб-сайтов, на которых интернет-группа нашла ответ. То есть информация, по сути, была одна и та же, просто отличалась форма подачи и процесс поиска. Затем и те, и другие должны были сказать, могут ли они ответить на другой вопрос - например, почему облачные ночи теплее безоблачных. Сам ответ здесь был не важен, и отвечать вообще было не обязательно, требовалась только самооценка, уверенность или неуверенность в собственной компетентности. И оказалось, что те, кто ранее искал ответ в интернете, считают себя более знающими, более осведомленными в новой проблеме (хотя очередной вопрос не имел никакого отношения к предыдущему). Более того, интеллектуальная самоуверенность возрастала даже тогда, когда в сети вообще не удавалось найти удовлетворительного ответа (психологи или выбирали слишком сложный вопрос - например, почему история древнего Мероитского царства была более мирной, чем история государств Древней Греции? - или же использовали сетевые фильтры, чтобы сделать недоступными сайты с нужной информацией). До эксперимента уверенность в собственном знании у всех была примерно одинаковой, то есть дело было именно в интернет-поиске. Причем у людей возрастала уверенность именно в их личном интеллекте, то есть они полагали, что они сами по себе много знают, а доступ в сеть тут не при чем. Однако здесь был и другой нюанс: когда человеку предлагали сразу пройти по ссылке к нужной информации, то интеллектуальная самооценка оставалась прежней. Иными словами, важен не просто выход в интернет, а именно активный поиск в нем. Объяснение здесь может быть простое: когда человек ищет ответы с помощью источника, над которым надо потрудиться (например, в книге, или же беседуя с кем-то другим, кому нужно задавать четкие вопросы и анализировать ответы), он успевает осознать, чего именно он не знает. В случае же с интернет-серфингом бывает невозможно различить между собой "то, что я знаю" и "то, что я думаю, что я знаю". Проблема, возможно, не стоила бы разговора, но ведь реальная компетентность после сеанса онлайн-поиска вовсе необязательно возрастает, причем даже если человек в результате ничего не узнал, ему будет казаться, что теперь он знает все обо всем. А теперь помножим вот такой любопытный психологический эффект на всесветную распространенность мобильных гаджетов, подключенных к всемирной сети, и подумаем, не грозит ли нам теперь всеобщий интеллектуальный застой - как результат информационно-технологического прогресса.

Другие интересные новости:

▪ Монитор NEC MultiSync PA302W

▪ iSuppli прогнозирует спад на рынке бытовой электроники

▪ Жесткий диск с сервисами восстановления данных

▪ Измерена скорость человеческой мысли

▪ 32/64-разрядный процессор от Intel

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы. Подборка статей

▪ статья Механические колебания. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Кто изобрел духи? Подробный ответ

▪ статья Локва. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Как сделать простой программатор для PIC-ов и AVR-ов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Прыгающие карты. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026