1. сонячний водонагрівач
2. Історія
3. Пристрій
4. Типи сонячних водонагрівачів
5. пасивні системи
6. активні системи
7. З колектором панельного типу
8. З колектором вакуумного типу
9. Колба в колбі
10. Колба в колбі з тепловою трубкою
11. Вакуумована колба
12. пластикові колектори
13. установка
14. застосування
15. Екологія
16. поширення
17. Сонячна станція для опалення та гарячої води своїми руками

Весь гумор полягає в тому, Сонячний водонагрівач і особливо Сонячний колектор має ККД значно вище, ніж сонячні батареї. Саме тому великі Сонячні електростанції використовують нагрів теплоносія і парові турбіни, а не безліч Сонячних батарей.

Найпростіший (і не дуже) Сонячний водонагрівач можна виготовити самостійно, але спочатку бажано вивчити досвід гігантів, піднявшись на їхні плечі:

сонячний водонагрівач

Сонячний водонагрівач - різновид сонячного колектора. Призначений для виробництва гарячої води шляхом поглинання сонячного випромінювання, перетворення його в тепло, акумуляції та передачі споживачеві.

Історія

Перший сонячний водонагрівач був створений в 1767 році швейцарським ботаніком Орасіо Бенедиктом де Соссюром і за своєю потужністю він дозволяв приготувати суп.

Сучасний тип водонагрівачів був створений в 1953 році в Ізраїлі інженером Леві Іссар і вдосконалений доктором Цві Тавор в 1955 році, за що отримав через 3 роки премію в 1000 ізраїльських лір від прем'єр-міністра країни Давида Бен-Гуріона.

Пристрій

трубки водонагрівача

Сонячний водонагрівач з вакуумним колектором, найбільш ефективний, хоча і найдорожчий, складається з двох основних елементів:

• зовнішнього блоку - сонячних вакуумних колекторів;
• внутрішнього блоку - резервуара-теплообмінника.

Зовнішній блок складається з вакуумних трубок, з нанесеним з внутрішньої сторони селективним покриттям в кілька шарів і шару, що відображає. Дане покриття має найважливіше значення в роботі сонячних колекторів.

Ефективність селективного покриття вимірюється коефіцієнтом поглинання (α) сонячної енергії, відносної випромінює здатністю (ε) довгохвильової теплової радіації і ставленням поглинальної здатності до випромінювальної (α / ε). Основні види селективних покриттів, що використовуються для вакуумних колекторів: Al-N-Al, Al-N / SS / CU

Сонячний вакуумний колектор забезпечує збір сонячного випромінювання в будь-яку погоду, послаблюючи залежність від зовнішньої температури. Коефіцієнт поглинання енергії колекторів досягає 98%, але через втрати, пов'язані з віддзеркаленням світла скляними трубками і їх неповної світлопроникністю, він нижчий.

ККД сонячних колекторів в першому наближенні може бути розрахований за такою формулою:

, де

- номінальний (оптичний) ККД установки при нормальних умовах,

- коефіцієнт, що залежить від типу і теплоізоляції колектора,

- різниця температур теплоносія і навколишнього повітря (гр. С),

E - інсоляція (Вт / кв.м.).

Дані для деяких типів колекторів наведені нижче.

Сонячні колектори перетворюють прямі і розсіяні сонячні промені в тепло. Інфрачервоне випромінювання, яке проходить крізь хмари, також поглинається і перетвориться в тепло.

Резервуар-теплообмінник являє собою систему перетворення, підтримки і збереження тепла, отриманого від енергії сонця, а також і від інших джерел енергії (наприклад, традиційний обігрівач, що працює на електриці, газі або дизпаливі), які страхують систему при недостатній кількості сонячної енергії. Нагріта вода надходить з теплообмінника внутрішнього блоку в радіатори системи опалення, а вода з резервуару використовується для гарячого водопостачання.

Підігрівач газовий або електричний повинен ставитися не паралельно сонячного нагрівача (в цьому випадку він буде гріти холодну воду), а обов'язково послідовно, після сонячного нагрівача. Тоді його внесок в нагрів буде мінімальним, оскільки він буде тільки догріває воду, вже нагріту сонцем.

Типи сонячних водонагрівачів

пасивний водонагрівач

Сонячні водонагрівачі можуть бути активного або пасивного типів. Активна система використовує електричний насос для циркуляції рідини через колектор; пасивна система не має насоса і годиться тільки на природну циркуляцію. Є експериментальні зразки, де перекачування теплоносія проводиться стірлінг-насосом, які отримують енергію від сонця.

пасивні системи

Пасивні (Термосифонні) системи переміщують готову воду або теплоносій через систему за рахунок природної гравітації, що виникає при різниці щільності нагрітого і охолодженого теплоносія. Пасивні системи з конвекцією дешевше, ніж активні системи, але і менш ефективні через повільну циркуляції в системі. Системи з тепловими трубами дорожчі, ніж конвективні, але мають менші експлуатаційні витрати. Крім того, системи з тепловими трубами дозволяють перекачувати тепло вниз, тобто проти сил конвекції. Характеристики сильно залежать від конкретного типу труб.

активні системи

Активні системи використовують електричні насоси, клапани та контролери для циркуляції теплоносія через колектор. Вони зазвичай дорожчі, ніж пасивні системи, але і більш ефективні.

Активні системи з відкритим контуром

Активні системи з відкритим контуром використовують насоси для циркуляції води через колектори. Активні системи з відкритим контуром є популярними в регіонах з позитивними температурами або при сезонному використанні. Можуть експлуатуватися при температурах повітря до -20 ° C або -25 ° C.

Активні системи з закритим контуром

У цих системах теплоносієм колектора є зазвичай водно-гліколіевий антифриз. Теплообмінники передають високу температуру від теплоносія першого контуру воді, яка запасена в баках (теплоаккумулятором).

Системи з закритим контуром популярні в областях, що піддаються тривало діючим негативними температур, так як вони мають гарний захист від заморожування.

У зв'язку з високими значеннями температури при застої теплоносія в періоди максимальної опромінення не всі антифризи придатні для використання в сонячних системах.

З колектором панельного типу

Пристрій плоского колектора.

Найбільшу популярність отримали нагрівачі з плоским колектором, або панельні. У солнцеізбиточних регіонах (Туреччина, Південні райони КНР, Саудівська Аравія і т. Д.) В якості абсорбера в таких колекторах використовується пластина з алюмінію або сталі.

Значення ККД таких колекторів невелика, що компенсується високими (надмірними) величинами сонячної опромінення поверхні в цих регіонах.

Для величин сонячної опромінення (інсоляції) навіть південних регіонів Росії потрібні колектори з пластиною з міді зі спеціальним покриттям. Через високу теплопровідність міді питомі значення теплопередачі енергії теплоносія і загальний ККД значно вище.

З колектором вакуумного типу

вакуумні трубки

За рахунок використання теплових трубок в конструкції вакуумних колекторів досягається більший ККД при роботі в умовах низьких температур і слабкої освітленості.

У той же час використання додаткового теплового контуру призводить до неминучих втрат, пов'язаних з передачею тепла між середовищами, тому при температурах вище +15 градусів ефективність вакуумних колекторів практично збігається, а іноді і нижче, ніж у плоских колекторів.

За рахунок якісних багатошарових високоселективних покриттів і вакуумування сучасний сонячний колектор здатний вловлювати сонячну енергію в дуже широкому спектрі випромінювання (значно ширше видимого спектру).

Існує кілька основних типів вакуумних сонячних колекторів:

• 1. Колба в колбі.
• 2. Колба в колбі з тепловою трубкою.
• 3. Вакуумована колба.

Колба в колбі

В колекторах першого типу нагрівання теплоносія відбувається при контакті з селективним покриттям скляної колби. В якості теплоносія може виступати як вода, так і антифриз (або його суміш з водою). Такі системи працюють при відсутності надлишкового тиску з боку теплоносія, тому що не можуть бути ефективно гідроізольовані. Найчастіше це системи з пасивної циркуляцією теплоносія.

Колба в колбі з тепловою трубкою

В колекторах з використанням колб другого типу застосовуються мідні теплові трубки. Передача тепла з абсорбера до трубки здійснюється за допомогою ребер. Теплова трубка передає тепло в конденсатор теплової трубки, який приєднаний до колектору, в якому відбувається циркуляція теплоносія.

Вакуумована колба

Головною відмінністю колб третього типу є вакуумна теплоізоляція мідної теплової трубки. Якщо в колбах першого і другого типу вакуумна прошарок знаходиться між скляними стінками колб, то в вакуумованих колбах і абсорбер, і теплова трубка знаходяться при зниженому тиску повітря. Крім того, наявність лише одного шару скла замість двох збільшує ККД установки.

По пристрою теплопередачі між колбою і теплоносія виділяють наступні основні види колекторів:

пластикові колектори

Найбільш простим рішенням для сонячного теплопостачання є пластикові сонячні колектори. Виготовляються шляхом штампування з поліетилену високої щільності (ПЕВЩ). Такі колектори, як правило, не мають додаткової теплоізоляції і застосовуються для нагріву води в літній період. Продуктивність пластикових колекторів досить сильно залежить від швидкості вітру. Низький гідравлічний опір дозволяє підключати контур колекторів даного типу безпосередньо в систему циркуляції води.

установка

Сонячні водонагрівачі можна зустріти на дахах багатьох нових будинків в китайській провінції Хубей

Сонячні водонагрівачі встановлюються на даху будівель під кутом до горизонту, рівним географічній широті місцевості. Кут нахилу при установці залежить від кута падіння сонячних променів, до яких поверхня повинна бути перпіндікулярна.

Оптимальний кут нахилу взимку складає 60 °, влітку - 30 °. На практиці радиться вибирати 45 °.

Другим параметром є азимут, який не повинен відхилятися від 0 ° (південний напрямок). Це не завжди можливо, тому припустиме відхилення від південного напрямку до 45 °.

Крім того, групи нагрівачів встановлюються на відкритих просторах, наприклад, над парковками для автомобілів, але як можна ближче до споживача (будівлі).

У зв'язку з тим, що сонячний нагрівач неможливо вимкнути, в періоди максимального сонячного опромінення і малого водорозбору температура (температура застою або stagnation temperature) в ньому може досягати, в залежності від типу, 200 ° C (плоскі системи) і 300 ° C (вакуумні ).

Тому в якості трубної обв'язки водонагрівачів не можна використовувати пластикові (полімерні) труби і сталеві труби з цинковим покриттям. Слід застосовувати трубопроводи з міді або нержавіючої сталі.

Також необхідно передбачити теплоізоляцію першого (гарячого) контуру трубної обв'язки водонагрівачів для попередження опіків і загорянь, причому матеріал теплоізоляції і кріплення повинен відповідати зазначеним температурним режимам.

На корпусах колекторів промислового виготовлення вказується точна температура застою для даного модельного ряду.

Термін служби колекторів - не менше 15 років.

Є спроби установки колекторів на стінах будинків, майже у вертикальному положенні. В цьому випадку, особливо в високих широтах, ефективність колектора вище в зимові місяці, а в літні - нижче.

Є й інший аргумент на користь такої установки: колектор зручніше обслуговувати, на ньому менше збирається пилу, його легше мити, менше ризик пошкодження при граді.

До того ж такий колектор розташовується досить низько щодо бака з водою, що нагрівається, швидкість конвекції істотно збільшується і в активній системі немає потреби.

Установка колектора на стіну зменшує тепловтрати будинку (квартири), що знижує потребу в енергії для опалення.

застосування

Сонячні водонагрівачі застосовуються для домашнього та комерційного гарячого водопостачання, забезпечення індустріальним теплом, нагріву води для плавальних басейнів і т. Д.

Найбільша кількість виробничих процесів, в яких використовується тепла і гаряча вода (30-90 ° C), проходять в харчовій і текстильній промисловості, які таким чином мають найвищий потенціал для використання сонячних колекторів.

Екологія

Експлуатація побутового сонячного водонагрівача дозволяє скоротити викиди CO2 пропорційно кількості зекономленого палива. Крім того, в цьому випадку скорочується парниковий ефект від викидів вуглекислого газу.

поширення

Сонячні водонагрівачі популярні на Мальті.

Світовий лідер з виробництва та застосування - Китай. У 2007 році в Китаї сонячними водонагрівачами користувалися близько 40 мільйонів сімей загальною чисельністю в 150 мільйонів чоловік.

До 2009 року сумарні площі встановлених сонячних водонагрівачів виросли до 140 млн м². Цього достатньо для постачання гарячою водою приблизно 60 млн домогосподарств.

До 2020 року 300 мільйонів м² приміщень в Китаї буде обладнано сонячними водонагрівачами.

У 2010 році в Китаї сонячні водонагрівачі виробляли близько 2800 компаній, з них 1200 підприємств виробляли комплектуючі. Загальний обсяг ринку сонячних водонагрівачів Китаю склав у 2010 році 73,5 млрд юанів (приблизно $ 11,5 млрд).

Найбільші китайські виробники: Sunrain Group, the Linuo Group, Himin Solar і Sangle Solar. Річні продажі кожної компанії з «Великої четвірки» перевищують 2 млрд юанів (приблизно $ 313 млн).

Також дуже широко застосовується водонагрівачі в Ізраїлі, де приблизно 85% квартир оснащені даними обладнанням. Це обумовлено законом, прийнятим в 1976 році і зобов'язуючим будувати житло з вбудованими сонячними водонагрівачами.

Виняток становлять висотні будинки (більше 9 поверхів), де площа даху недостатня для розміщення сонячних колекторів, достатніх для всіх споживачів будинку. Таке широке застосування сонячних водонагрівачів економить близько 8% всієї електроенергії, виробленої в країні.

Наводжу інформацію про Сонячному водонагрівачі з параболи-циліндричними дзеркалами (pandoraopen.ru/2017-01-26/solnechnaya-stanciya-dlya-otopleniya-i-goryachej-vody-svoimi-rukami):

Сонячна станція для опалення та гарячої води своїми руками

26 січня 2017
Опублікував: brahman

Миргородський винахідник Сергій Юрко поділився досвідом створення та експлуатації найбільшої в Україні приватної теплової сонячної станції, розповів про те, чому він не патентує свої розробки і чи можна побудувати бізнес на сонячній енергії.

Багато хто вважає його диваком, а сам Сергій Юрко напівсерйозно-напівжартома називає себе професійним винахідником. У свої 45 років йому є чим похвалитися.

Біля будинку його брата в Миргороді працює найбільша в Україні приватна сонячна станція. Конструкцію придумав сам Сергій і не тримає її в таємниці. На своєму каналі в YouTube миргородець розповідає про всі нюанси роботи станції і завжди готовий відправити креслення тим, хто наважиться повторити або використовувати для себе рішення цього проекту.

Перед зустріччю з ЕП Сергій кілька разів уточнює час прибуття поїзда з Києва і звіряє його з прогнозом погоди. Йому важливо, щоб було сонце, так він зможе показати, як все працює. Зрештою, все склалося якнайкраще.

Незважаючи на зимовий морозний день, на території, де Юрко в два ряди розклав свої хитромудрі конструкції, все залито сонячним світлом.

Для ясності слід відразу пояснити: сонячна станція Юрко розроблена для отримання тепла, а не електроенергії, а сама технологія її роботи відрізняється від того, як працюють звичні станції на сонячних фотоелементах.

- Розкажіть трохи про Вашу установці. Як вона працює?

- Ловлю сонячних зайчиків. Ось сюди, на дзеркальну поверхню, потрапляють промені і відображаються сюди, на труби, де циркулює вода. А ось і сам бак, куди потрапляє нагріта вода, він максимально термоізольований. Звідси, коли вода підігрівається, я подаю її в будинок свого брата.

- Невже Ваша станція забезпечує всі потреби будинку? Він досить великий.

- Повністю не забезпечує, але дає можливість відчутно економити. Річна потреба будинку - 5 тис. Куб. м. газу. Станція виробляє 2,4 тис. Куб. м. газу - маю на увазі еквівалент тепла, тому що воду підігріває сонце. Приблизно половина втрачається при подачі, залишається 1,2 тис. Куб. м. для будинку. От і рахуйте.

Велика частина йде на опалення басейну, решта - в батареї. Неважко підрахувати, що за рік економія для будинку становить близько 300 євро.

- Чому половина виробленого Сонцем тепла втрачається?

- Для моїх експериментів у будинку просто не вистачає місця. Я повинен був розмістити станцію на відстані від будинку. Гарячу воду доводиться гнати в будинок, а це 50 метрів теплотраси, а вона недосконала. І бак з водою не ідеальний.

Ефективна схема - це коли теплова станція розміщена біля самого будинку або на ньому, а тепловий акумулятор - в будинку або під ним. Тоді немає втрат тепла.

- Чи потрібні Україні дострокові грошей на виготовлення станції?

- Для мене вона безцінна і не вимірюється грошима. Я йшов до цього проекту довгим шляхом проб і помилок. Моя мета - проект опалення будинку з терміном окупності один рік. Якби я жив в Швеції, де газ дуже дорогий, це б уже відбулося.

Спочатку пробував твердопаливний котел. Его я Зробив за 100-200 євро. Він не вимагав місця в будинку, дешевий і практичний, але з часом я зрозумів, що Сонце - перспективніше і дешевше.

Пробував працювати з плоскими колекторами по 10-15 євро за квадратний метр. Встановив таких 14 квадратних метрів. Три роки простояли, а потім я їх зняв. В кінці зупинився на варіанті, який Ви бачите.

- Який термін окупності Вашої станції?

- Вважати просто. Один ряд колекторів коштує близько 300 євро. Значить, 600 євро разом. Теплотраса і теплообмінник в підвалі, насосна група, автоматика, яка включає подачу води, тепловий акумулятор - це ще 300 євро. Весь проект - 900 євро. Економія в рік для будинку - 300 євро, тому термін окупності - три роки.

- Дуже непогано звучить.

- Так, але є багато нюансів. Я реаліст.

Якщо хтось хоче таке влаштувати для свого будинку, то йому доведеться просто жити цими батареями і приділяти цьому механізму багато часу. Так, воно працює. Так, я бачу економію, але процес підключення сонячної станції до газової системи опалення будинку надзвичайно важкий. Я на цьому обпікся.

Люди живуть міфами. Вони раптом повірили, що Сонце може повністю забезпечувати будинок. Зрозумійте: щоб брати енергію від Сонця, потрібні технології і вкладення. Я ще не можу це рекомендувати для будинків. Ніхто не хоче часткового вирішення проблеми, всі думають на 100% відмовитися від газу.

Це реально, якщо побудувати станцію, яка буде повністю покривати потреби будинку. Це чотири з половиною ряду сонячних колекторів і акумулятор (контейнер) на 160 тонн води. У багатьох і землі немає, щоб це все розташувати. Одна секція забезпечує дачу гарячою водою на п'ять місяців.

- Для опалення це не практично, але десь можна застосувати?

- Я рекомендую сонячні колектори не для обігріву будинку, а для підігріву води. Особливо для невеликих підприємств, ферм, літніх баз відпочинку.

Просте підключення і мінімум турбот. Дев'ять секцій забезпечать гарячою водою душову кабіну для 20-30 осіб. Влітку такий ряд дає 1200 кВт * год, в рік - 8500 кВт * год. На людину потрібно 50-100 кВт * год. Для такого проекту окупність виходить менше року, якщо порівнювати з електричним бойлером.

- Це може бути вигідно для організацій, де потрібно багато води, а як щодо дрібних користувачів?

- У мене на дачі стоїть одна секція. Вона забезпечує гарячу подачу п'ять місяців в році, з травня по вересень. Мені більше і не треба, тому що там ніхто не живе. Там немає електричного бойлера або газу. Секція повністю забезпечує цей будиночок.

Перед встановленням зверніть увагу 10 м. Шлангів і бак на 60 л. Там без насоса все працює. Гаряча вода йде в душову, на кухню і в вуличний умивальник. Я не витрачаю електрику. Коштує одна секція з установкою 3-4 тис. Грн., Як і бойлер.

- Користуватися енергією Сонця придумали не Ви, на ринку є багато пропозицій. У чому винахід?

- Це чисто моя розробка. Аналоги є, на деякі я дорівнював. Основна новизна - вартість. Можна купити німецькі аналоги, але вони в 20-30 разів дорожче.

- Напевно, вони і ефективніше?

- Певною мірою, і то завдяки дорогим матеріалами, які я не застосовую. Однак навіть взимку, в мороз, я можу закип'ятити воду Сонцем. В акумуляторі 3,5 тонни води. Швидкість охолодження - 1-2 градуси в добу. Зараз температура води - 40-50 градусів. Один сонячний день взимку підігріває її на 20-25 градусів.

Тобто цикл з кількох погожих днів нагріє воду до температури кипіння, але я її переганяю в будинок, коли вона досягає 60 градусів. Сенсу немає кип'ятити.

- А якщо такого циклу з сонячних днів не буде?

- Безумовно, без Сонця нікуди. Грудень і січень - найсприятливіші для підігріву води. Взагалі ж сонячні періоди - з середини лютого до кінця жовтня. Зараз - мертвий період. Однак, повторюся, за один сонячний день навіть взимку всі мої 58 кв. м. дзеркал підвищують температуру в резервуарі на 20-25 градусів.

- На одному з відео Ви розповідаєте, що сонцем можна обігріти весь Київ.

- Безумовно. Я розробив такий проект на 152 сторінках. Повне забезпечення теплом міста від сонця - не утопія. Це вже працює в світі. Як приклад я взяв данське місто Воєнс. Реалізація цього проекту обійшлася 16 млн євро.

- Однак Google говорить, що в Воєнс 7600 жителів, а в Києві - понад 3 млн.

- Так, Києву треба станцію в тисячу разів більш продуктивну. Якщо спиратися на мої сонячні колектори, а вони в десять разів дешевше датських, то проект буде коштувати 2 млрд євро. Тоді Київ матиме опалення взимку і гарячу воду цілий рік.

Для цього потрібно 2 млн. Рядів по дев'ять секцій. Сонячна станція займе територію 200 кв. км. Це менше 1% Київської області. Будувати можна за 30-40 км. від міста. Так можна здешевити квитанції киян за опалення більш ніж удвічі.

- Ви вірите в реалізацію такого проекту?

- Це тільки красивий проект. Нехай він буде закликом до дії. Можна довго нарікати на високі тарифи, а можна щось робити. Звичайно, в Києві цього ніхто робити не буде. Там і земля "золота". Зате можна пробувати в малих містах.

Тим, хто почне, буде важко. Якщо мер заявить, що він Сонцем буде опалювати місто, то його просто не оберуть. Але в Данії це роблять. І у нас реально. Все одно рано чи пізно до цього прийдемо. За Сонцем - майбутнє.

- На відео Ви докладно розповідаєте, як зробити такі сонячні колектори. Чому не патентуєте винахід?

- Звичайно, я хочу на цьому заробляти. Я продаю свої секції, вже реалізував 20 штук. Купували і підприємці, які тепер самі думають, не виробляти їх на продаж. Але Ви маєте рацію: я все показую. Дуже сильна мотивація робити корисні справи.

Хочу допомогти нашій країні стати енергонезалежною і нарешті від'єднатися від газпромівської труби. Я розсилаю безкоштовно креслення всім, хто попросить. Якщо це піде в маси, то енергетична незалежність стане хоча б трохи ближче.

Джерело: www.kramola.info

Канал Сергія Юрко в YouTube доступний за адресою youtube.com/channel/UCV-AUPKwT-xAfCdYyz2c5Q

На цьому поки що закриваю тему Сонячний водонагрівач, щоб згодом неодноразово до неї повернутися. Адже життя на Землі існує завдяки Сонцю, і потрібно вчитися використовувати Сонце з максимальною користь для себе!

Запрошую всіх висловлюватися в Коментарях. Критику та обмін досвідом схвалюю і вітаю. В особливо хороших коментарі зберігаю посилання на сайт автора!

І не забувайте, будь ласка, натискати на кнопки соціальних мереж, які розташовані під текстом кожної сторінки сайту.
продовження тут ...