Статии от Електротехник - София

Соларни водонагреватели

Print


Всичко започва през далечната 1950 година, когато заради недостига на горива правителството въвежда ограничения в подаването на топла вода за домакинствата. Веднага находчивите граждани разрешават проблема си с помощта на соларните водонагревателни системи. През 1983 година 60% от домовете са оборудвани с такива системи. През същата година е приет закон, с който се задължават собствениците на нови жилища да ги снабдяват със соларни водонагреватели, за да получат разрешение за обитаването им. В резутат се стига до впечатляващата днес цифра от 90%.

Испания е втората в света страна /след Израел/, която задължава жилищата да бъдат оборудвани със соларни водонагреватели – това изискване влиза в сила през 2005, в добавка с изискването новите сгради да бъдат оборудвани със соларни панели, генериращи собствено електричество. Което е напълно оправдано за собствениците на имоти, доколкото Испания е страната с най-интензивно слънчево греене в Европа. Но дори и в Германия, която има много по-малко слънце, има подобен прецедент. Неотдавна ви разказахме за малкото градче Marburg, където местните власти задължават собствениците на новите сгради да ги оборудват със слънчеви инсталации.

За тези, които не разполагат с време и пари, за да отскочат до Израел и да се уверят с очите си в истинността на изнесената информация, на помощ може да дойде компютъра – потърсете в Google Earth Ерусалим и ще видите хилядите блестящи малки правоъгълничета на покривите на жилищните сгради. Също така във Flickr търсене на Ерусалим или Испания в комбинация със solar power ще ви даде като резултат огромно количество снимки, които да потвърдят информацията.

Видове соларни инсталации

Според начина на преобразуване на слънчевата енергия инсталациите се разделят на активни и пасивни. Коя ще е най-подходяща за вас и конкретното приложение? Това можете да обсъдите със специалист, който да ви даде насоки, а в този материал ще ви представим накратко и основните елементи и схеми на свързване.
Съществен момент преди инсталирането на системата е състоянието на водопроводната система в сградата. Мястото за монтаж на слънчевата инсталация е необходимо да се огрява от слънцето през целия ден. Обикновено това е покрива, но е възможно системата да се монтира и на специално приспособена за целта стойка, разположена върху или до сградата.
Основните елементи на соларната инсталация най-общо са: слънчев колектор, резервоар за съхранение на водата, топлообменник, регулираща арматура и в зависимост от вида на системата (активна или пасивна) - електрически помпи.

Принцип на действие
Преди да разгледаме отделните елементи на системата нека накратко опишем принципа й на действие. Както посочихме по-горе, тя използва енергията на слънцето, за да загрява вода или други течности, които циркулират в нея и загряват водата в топлообменника. Загрятата вода се съхранява в резервоар, подобен на електрически бойлер. В активните системи се използва и електрическа помпа, за циркулиране на водата през колекторите.
Най-общо съществуват три вида колектори: плоски, вакуумно-тръбни и концентриращи слънчевата енергия. Нека ги разгледаме накратко.
Плоският колектор е най-често използваният. Представлява алуминиев или метален корпус, който съдържа тъмна на цвят абсорбираща плоча, изработена от висококачествени медни елементи, над която преминава тръбна мрежа. За задържане на топлината, корпуса на колектора е уплътнен с минерална вата или друг изолационен материал с високи топлоизолационни свойства. Капака обикновено се изработва от термостъкло и уплътнители от термоустойчива гума. Водата циркулира в тръбната мрежа и се загрява от абсорбираната слънчева топлина.
При този тип слънчеви колектори се постига висока ефективност, КПД от порядъка на 75%. Поради спецификата на технологията им, обаче, те могат да работят ефективно само в периода от април до октомври.
Вакуумно-тръбните колектори са изградени от прозрачни, паралелно разположени стъклени тръби. Всяка тръба съдържа абсорбер със селективно покритие, който едностранно поглъща слънчевата топлина и не й позволява да се разсее. По този начин, въздухът е “затворен” вътре в тръбата, където отдава топлина на работната течност. Чрез този тип колектори се реализира максимална ефективност, в някои случаи даже > 92%. Поради по-високата си цена обаче, те са по-малко разпространени и ползвани в слънчевите инсталации за битови или промишлени приложения. Смело можем да кажем, че бъдещето им принадлежи, тъй като те могат да поглъщат не само директната, но и дифузната слънчева светлина, т.е. приложими са при облачно и неясно време.
Концентриращите слънчеви колектори имат параболична форма с огледално покритие, което фокусира слънчевата радиация върху абсорбираща тръба, по която протича работния флуид. Освен това, тези колектори са снабдени с проследяващ механизъм, така че да следват движението на слънцето. Това ги прави идеални за промишлени приложения, тъй като се постига висока и постоянна температура на работния флуид.
Резервоарът представлява бойлер за съхранение на загрятата течност. Капацитетът му зависи основно от броя на потребителите, като за всеки от тях се предвижда количество от поне 100 литра дневно. От основно значение e изолацията на бойлера, която да осигурява запазването на топлата вода за максимален период от време. Това може да е плътен полиуретан или минерална вата с високи топлосъхранителни качества. Ако бойлерът е изнесен извън сградата, тогава освен добра изолация, се налага и нанасяне на външно защитно покритие от твърд материал, който да предпазва конструкцията от различни атмосферни въздействия. То се прави от цимент, метал или пластмаса, като винаги след това се нанася и слънцезащитен слой от асфалт или боя.
В повечето случаи бойлерът има 2 входа и 2 изхода. Единия вход е за студената вода от централният водопровод, с температура около 10–15°С, а в другия постъпва загрятата от колектора или от топлообменника течност, която достига до бойлера с 45–50°С. Изходите са съответно към колектора и към водопровода за топла вода. Почти винаги на входовете и на изходите има дросел, който ограничава връщането на водата обратно.
Топлообменник. При индиректните системи за загряване на вода има разделение между колекторния и акумулиращия кръг. То се реализира с топлообменен апарат от типа течност-течност, като в колекторния кръг се използва незамръзваща течност. Топлообменникът внася допълнително термично съпротивление по пътя на отвеждане на топлинната енергия и влияе върху топлинният КПД на системата. Освен термично, топло-обменникът внася и физическо съпротивление, което налага наличието на помпа. Топлообменният апарат също така трябва да бъде добре изолиран, за да се доведат до минимум топлинните загуби.

Видове слънчеви нагревателни инсталации
Както посочихме по-горе, слънчевите инсталации могат най-общо да се разделят на активни и пасивни. При активните системи се използват електрически помпи за циркулиране на работния флуид. Количеството на произведената топла вода, зависи от типа на инсталацията, постъпващото количеството слънчева енергия, начина на инсталиране и ъгъла на наклон. Слънчевата инсталация трябва да се ориентира в диапазон от югоизток-юг-югозапад и да се наклони под ъгъл спрямо хоризонталната равнина. Този ъгъл трябва да е близък до перпендикулярната посока към слънцето.
Слънчевите нагревателни системи могат също така да бъдат “с отворен кръг” (директни) или “със затворен кръг” (пасивни). При системите с отворен кръг нагряваната вода циркулира направо през колектора. При втория вид системи, водата се загрява топлообменник, в който циркулира вода и/или работен флуид (антифриз) през слънчевия колектор.

Активни нагревателни системи
При този тип системи се използват помпи, вентили и регулатори за циркулиране на водата през колекторите. Тези инсталации са по-ефективни от пасивните, въпреки по-високата си цена. Освен това те са подходящи и за модернизиране и подновяване, тъй като резервоара за съхранение на водата не е задължително да е близо до колекторите. Тези системи са лесни за поддръжка, но са неподходящи за работа с тежка или кисела вода (рН<7), br=""> По-разпространени, за битово ползване са активните нагревателни системи със затворен кръг. При тях, чрез помпа се извършва циркулация и нагряване на антифризна смес през колекторите. Топлообменика отдава топлина на работния флуид, който се съхранява в резервоар.
Тези системи са подходящи за използване и при по-ниски температури на околната среда, тъй като антифриза няма да замръзне и повреди системата, а резервоара може да се инсталира във вътрешно помещение. Все пак е необходимо периодично да се проверява нивото на антифриза в системата и изцяло да се подменя всеки 3–5 години.
Помпите в слънчевите инсталации са с ниска мощност и даже могат да са срещнат разработки на соларни системи, работещи с DC-помпи, захранвани директно от малки фотоволтаични (PV) панели. Фотоволтаичните панели преобразуват слънчевата енергия в електричество. Подобни системи са ефективни и лесни за поддръжка и контрол.

Пасивни слънчеви инсталации
При пасивните слънчеви инсталации работния флуид се придвижва през нагревателната система без помпа. В тези системи няма електрически компоненти и това ги прави надеждни, лесни за поддръжка и с по-дълъг живот на експлоатация.
Най-простата пасивна система се състои от един или няколко резервоара за съхранение, поставени в изолиран отвътре корпус и прозрачен капак. Тези инсталации са подходящи за монтаж, както на покрива, така и на стойка до сградата. При някои разновидности на системата върху резервоара се нанася селективно покритие.
През зимата, тези системи трябва или да се защитят от замръзване или просто да се източат и да не се ползват. Дори при една добре проектирана система има уязвими места. Това са тръбите прокарани в незащитени помещения. Ако тези тръби се изолират добре, то топлината от резервоара ще ги предпазва от замръзване. Разбира се, за прокарване на инсталацията могат да се използват и пластмасови тръби, които не се пукат при замръзване.

Термосифонови инсталации
Този тип слънчеви нагревателни системи използват явлението на естествена конвекция, или свойството на горещата вода да се изкачва, и така да циркулира непрекъснато между слънчевия колектор и резервоара. Тук, резервоара трябва задължително да се монтира над колектора. При нагряване на водата, нейното относително тегло намалява и тя по естествен път се покачва в резервоара. Междувременно охладената под дадена температура вода от резервоара, протича надолу по тръбите на колектора, до най-долната му част. Инсталирането на резервоара от горната страна на колектора прави възможно възникването на явлението на термосифона.
Тези системи са надеждни и относително евтини, но тъй като резервоарите за вода са доста тежки, трябва добре да се прецени дали покривната конструкция може да издържи на тежестта им. Инсталацията може да се защити от замръзване с използване на антифриз, който да циркулира през топлообменник, в затворен кръг.

 

 
Copyright 2011. Free joomla templates |photoshop brushes