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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Вязкая жидкость из электронов, текущая в графене 06.03.2023 Ученые впервые непосредственно измерили "жидкий поток" электронов в графене с нанометровым разрешением. Физики из Университета Висконсина в Мадисоне наблюдали, как поток электронов превращается в аналог вязкой жидкости при столкновении с помехами внутри проводника. Графен - двумерный материал из углерода толщиной в атом, расположенный в виде сот. Он представляет собой чистый электрический проводник, в котором электроны практически не ощущают сопротивления. Для эксперимента исследователи добавили в графен препятствия, расположенные на контролируемых расстояниях, а затем подали через него электрический ток. "В исследовании мы показываем, как заряд течет вокруг примеси, и на самом деле видим, как эта примесь блокирует ток и вызывает сопротивление, чего раньше не делали, чтобы различать газообразный и жидкий потоки электронов", - говорит Зак Кребс, аспирант физического факультета Висконсина Университета Висконсина в Мэдисони и соавтор исследования Исследование показало, что при температурах, близких к абсолютному нулю, электроны в графене ведут себя как газ: они двигаются по всем направлениям и чаще сталкиваются с помехами, чем взаимодействуют друг с другом. В этой ситуации сопротивление выше, и поток электронов относительно неэффективен, отмечают авторы работы. Напротив, при более высоких температурах (около 77 К или -196 °С) электроны начинают взаимодействовать друг с другом, в результате они начинают двигаться подобно вязкой (ньютоновской) жидкости. Этот процесс напоминает реку, обтекающую скалу. При этом сопротивление в графене ниже, а поток электронов более эффективен. Физики установили, что вне зависимости от расстояния между препятствиями падение напряжения было гораздо ниже при температуре 77К, чем при 4K.

Другие интересные новости:

▪ Дом на штопоре

▪ Видеокамера Pure Digital FlipVideo

▪ Коммутаторы PCI Express 5.0

▪ Мобильная батарея I-O Data заряжает два устройства одновременно

▪ Беспроводная зарядка на расстоянии до 30 см

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электропитание. Подборка статей

▪ статья Электродрель-рыхлитель. Чертеж, описание

▪ статья Какую реакцию американцев вызвала радиопостановка Войны миров в 1938 году? Подробный ответ

▪ статья Наладчик контрольно-измерительных приборов и автоматики. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Указатель фаз. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Комбинированный фильтр ФВЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026