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:

Стерильного нейтрино не существует 15.01.2026

В физике элементарных частиц поиск новых, пока не обнаруженных объектов играет ключевую роль в понимании устройства Вселенной. Иногда такие поиски приводят к громким открытиям, а иногда - к не менее важным отрицательным результатам, которые позволяют отбросить неверные направления. Именно к таким случаям относится недавний вывод ученых о судьбе стерильного нейтрино - одной из самых интригующих гипотетических частиц последних десятилетий. Исследователи из американской лаборатории Fermilab официально сообщили, что им не удалось найти доказательства существования стерильного нейтрино. К такому выводу пришла команда эксперимента MicroBooNE после многолетнего анализа столкновений нейтрино, которые ранее рассматривались как возможный намек на существование четвертого типа этих частиц. Предполагалось, что стерильное нейтрино взаимодействует с материей исключительно через гравитацию, что делало его крайне трудным объектом для обнаружения. В рамках современной физики нейтрино известны в т ...>>

Беспроводные наушники и колонки Fender 15.01.2026

Музыкальная индустрия постепенно адаптируется к цифровым технологиям, и известный производитель музыкальных инструментов Fender расширяет свое присутствие за пределы гитар и усилителей, представляя современные решения для прослушивания музыки. Новые беспроводные наушники и Bluetooth-колонки Fender объединяют богатый звук, модульность и удобство использования как для дома, так и для профессиональной работы. Флагманской новинкой стали наушники Fender Mix, отличающиеся модульной конструкцией. Динамики подключаются к оголовью через порт USB Type-C и могут быть сняты вместе с амбушюрами, что облегчает уход и транспортировку. Один из динамиков оснащен встроенным адаптером USB Type-C для подключения к источнику звука без потерь, поддерживая кодеки LDHC и Fire, а также функцию Auracast. На другом динамике размещен съемный аккумулятор, который обеспечивает до 100 часов работы без активного шумоподавления; при включении ANC время работы сокращается до 52 часов. Наушники доступны по цене $299 ...>>

Польза белкового завтрака 14.01.2026

Правильное питание по утрам играет ключевую роль в поддержании здоровья и контроле веса. Многочисленные исследования подтверждают, что состав завтрака может влиять на аппетит в течение всего дня и качество употребляемой пищи. Австралийские ученые провели масштабный эксперимент, который показал, что употребление белковой пищи с утра помогает дольше чувствовать сытость и предотвращает переедание. В исследовании участвовали более 9 тысяч человек среднего возраста 46 лет. В период с 2011 по 2012 год специалисты анализировали рационы респондентов, оценивая долю основных макронутриентов. В среднем участники потребляли 43% углеводов, 31% жиров, 18% белков, 2% клетчатки и 4% алкоголя. Такой рацион позволил ученым проследить взаимосвязь между утренним приемом пищи и пищевым поведением в течение дня. Выяснилось, что участники, чей завтрак содержал недостаточное количество белка, ощущали повышенный аппетит в течение дня. Они ели больше, чем необходимо, и часто выбирали продукты с высоким со ...>>

Случайная новость из Архива Холодная компьютерная память 27.12.2012 Исследователи из школы инженерных и прикладных наук при Калифорнийском университете внесли значительные улучшения, существенно продвинув вперед ультра-быстрый класс компьютерной памяти с высокой пропускной способностью. Этот тип называется магниторезистивной памятью с произвольным доступом или MRAM. Свою новую разработку команда назвала MeRAM. Она имеет большой потенциал для использования почти во всех электронных устройствах - смартфонах, планшетах, компьютерах, микропроцессорах. Можно использовать ее и для хранения данных. Ключевым преимуществом MeRAM по сравнению с другими технологиями является сочетание низкого энергопотребления, высокой скорости чтения и записи и энергонезависимость - способность сохранять данные при внезапном отключении питания. В настоящее время магнитная память изготавливается на основе технологии с использованием спина электронов, а не только их зарядов. Эта технология (SST) использует электрический ток для записи данных в память. Она превосходит по многим характеристикам другие технологии, однако требует определенного - и немалого - количества энергии и, соответственно, вырабатывает тепло при записи. Кроме того, объемы такой памяти ограничены токами, необходимыми для записи информации на единицу площади. В случае MeRAM ученые заменили ток, играющий ключевую роль в SST, напряжением. Это исключает необходимость передачи огромного количества электронов по проводам, а вместо этого использует разность электрических потенциалов для переключения магнитных битов и записи информации. В результате компьютер генерирует гораздо меньше тепла, что делает его до 1000 раз более энергоэффективным. И сама память может быть в 5 раз плотнее - в той же самой физической области хранится больше информации, что снижает стоимость передачи бита. "Возможность переключения наноразмерных магнитов с использованием напряжения является важным и быстрорастущим направлением исследований в области магнетизма, - сказал ученый-электротехник Педрам Халили, руководитель проекта UCLA. - Эта работа - новый взгляд на такие вопросы, как управление переключением импульсов напряжения. А также на то, как устройства будут работать без необходимости внешнего магнитного поля и как интегрировать их в массивы памяти высокой плотности".

Другие интересные новости:

▪ Бесплатные зашифрованные звонки телефонов iPhone

▪ Очистка воды от урана с помощью магнитных бактерий

▪ Ультраобработанная пища повышает риск депрессии

▪ Планшет Asus ExpertBook B3

▪ У Земли есть еще один спутник

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Металлоискатели. Подборка статей

▪ статья Вельзевул. Крылатое выражение

▪ статья Какая обувная компания за каждую проданную пару туфель дарит еще одну пару детям из бедных семей? Подробный ответ

▪ статья Газоспасатель газоспасательного пункта. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Соединения источников тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Вулкан. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026