за, против и кому это нужно / Хабр

Привет, Хабр! Меня зовут Ярослав Медокс, в Сбертехе я занимаюсь технологиями корпоративно-инвестиционного бизнеса. В этой заметке пойдет речь о вполне обычном подмосковном загородном доме, ставшем по прихоти его хозяина полигоном для проверки солнечной энергетики.

В 2008 году мне посчастливилось приобрести дом в СНТ в ближнем Подмосковье. В процессе обживания оказалось, что электричество регулярно отключают на разные, в основном небольшие, промежутки времени. Это доставляло заметные неудобства, так как в доме все электрическое, газа нет. А когда всё электрическое, например, отопление или приготовление пищи, то для полноценной жизни нужна довольно большая пиковая мощность. Ну, скажем, не менее 6 кВт. В качестве резервного источника питания сразу приходит в голову генератор. Однако, генератор такой мощности – сооружение громоздкое, громкое и неприятно пахнущее, поэтому рассматривался как альтернативный источник лишь на случай длительных отключений электричества.

А пока обеспечить комфортное пребывания в загородном доме было решено с помощью инвертора и аккумуляторов. Т.е. сделать этакий UPS, но на весь дом. На первый взгляд, задача довольно простая.

Однако, чем дальше в лес, тем больше дров, как говорится. Поскольку бесперебойное питание на такую пиковую мощность – удовольствие недешёвое, пришлось внимательно изучить тему, чтобы не ошибиться. Например, выбрать тип аккумуляторов, определить минимальную емкость, выбрать тип инвертора. И если с аккумуляторами все более-менее понятно, то инверторов существует множество, включая российские. Здесь сделаю небольшое отступление. Помимо регулярных отключений электричества, каждый дом в посёлке был очень ограничен в максимальной мощности, которую можно получить от сети. И тогда возникла идея: на время пиковых нагрузок переключаться на инвертор и не зависеть от нестабильной сети 220В.

Так, помимо мощности, синусоидальной формы выходного напряжения, автоматического перезапуска, появилось требование автоматического переключения на инвертор при превышении порогового значения потребляемой мощности. Круг устройств резко сузился. Оказалось, что на нашем рынке есть едва ли не единственная модель (2010 год), которая не просто переключается на генерацию, а умеет поддерживать сеть, т.е. складывать получаемую от сети мощность с инвертируемой. Это модель Xantrex XW. Это не инвертор, а произведение искусства: у него два входа 220В – сеть и генератор с автоматическим вводом генератора, у него масса настроек для аккумуляторов, различных пороговых значений. Есть функция load shave, продажа энергии обратно в сеть и множество других полезных особенностей. Но, главное, этот инвертор изначально рассматривается как центр системы энергоснабжения дома, и этот центр может брать энергию не только от сети и генератора, но и от альтернативных источников — от солнца, ветра, миниГЭС и т.д.

Для этого в систему добавляются соответствующие преобразователи энергии и контроллеры, объединяющиеся в проприетарную сеть Xanbus и работающие совместно.

В общем, как полагается системно мыслящему IT-специалисту, выбор сделан в пользу самого «навороченного» инвертора Xantrex XW6048 и четырех последовательно соединенных 200 А*ч AGM-аккумуляторов. Это и решение задачи в моменте и задел на будущее, а для этого денег не жалко. И именно в этот момент появление солнечных панелей на крыше стало лишь вопросом времени, а не вопросом «надо или не надо?». Этому способствовала также удачная конфигурация крыши: наклон около 45 градусов и ориентация на юг. Впрочем, бензиновый генератор появился все-таки раньше 🙂 Надо заметить, что за несколько лет генератор запускался всего пару раз, большинство отключений электроэнергии парировались инвертором с аккумуляторами. А для максимального комфорта был сделан контроллер автоматического запуска генератора на базе Arduino и простая релейная автоматика отключения нерезервируемых нагрузок (например, беседки на участке или полотенцесушителя). Все это было установлено в 2010г.

Но, как уже сказано, появление солнечных панелей было предопределено. И в 2014 году появились 6 320-ти ваттных монокристаллических панелей ФСМ-320М.
Их легко найти в Интернете. Суммарная установленная мощность таким образом – 1920 Вт.

Как вы помните, гибридный инвертор умеет складывать энергию от сети и от аккумуляторов, поэтому максимальная потребляемая мощность не обязана совпадать с максимальной мощностью панелей. Кроме панелей с проводами, соединителями, предохранителями, понадобился, конечно, и MPPT -контроллер*, из той же линейки оборудования, но уже под крылом Schneider Electric. Он, в свою очередь связан по Xanbus с инвертором и обеспечивает совместную работу устройств, автоматически уменьшая потребление от сети при наличии Солнца.

Рисунок 1 Сравнение энергии полученной от Солнца и от сети 220В. Период февраль-декабрь 2016г.

Вот некоторые цифры. Заметная выработка энергии начинается в феврале и длится до октября. На столбчатой диаграмме — статистика за 2016 год (кроме января). Оранжевым цветом показано, сколько получено энергии (Вт.ч) от Солнца, а голубым — сколько от сети. Очевидно, что перейти на Солнце невозможно даже летом. Однако если в доме есть газ, то наиболее энергоемкие процессы: отопление, ГВС и приготовление пищи можно исключить из общего баланса.

Тогда летом можно прожить полностью на солнечном электричестве.

Еще некоторые цифры. В пиках получаемая от Солнца мощность может доходить до 2200 Вт, это бывает, как правило, в прохладную, но солнечную погоду, например, в апреле или на рубеже лета и осени. За день удается собрать до 12 кВт.ч электроэнергии максимум, при этом пиковая мощность редко превышает 1600 Вт. Следует также заметить, что, если аккумуляторы заряжены, а нагрузка в доме небольшая, потенциал Солнца будет недоиспользован. За границей разрешают продавать излишек энергии в сеть, тем самым используя солнечные панели на 100%. Остается надеяться, что аналогичная практика будет легализована и у нас, тогда это даст хороший толчок развитию солнечной энергетики.

Так или иначе, но с появлением солнечных панелей периодические короткие отключения сетевого электричества стали больше не страшны. Вообще при наличии подобной системы с альтернативным источником и аккумуляторами, достаточно иметь дополнительно маломощный резервный генератор, например на 1.

5 кВт, который обеспечивает подзарядку батарей и минимальное потребление в доме. А пики могут покрываться инвертором от аккумуляторов.

Однако, солнечное электричество – это не единственный способ получения энергии от Солнца. Есть и более эффективный, а именно – сбор солнечного тепла с помощью специальных коллекторов. Они очень распространены в южно-европейских странах. Особенно привлекательным этот способ становится, если нет газа для отопления и приготовления горячей воды. С помощью коллекторов тепло можно получать напрямую, без дополнительных преобразований. Основные типы коллекторов – вакуумные и плоские. Вакуумные сохраняют работоспособность зимой, плоские — дешевле и лучше работают летом. Остается решить какие выбрать и вообще решиться на установку. Почитав отзывы о работе разных солнечных коллекторов и систем на их основе, решился-таки установить подобную систему. Поскольку солнечная энергия для меня не является вопросом зимнего выживания, выбрал плоские коллекторы российского производства ЯSolar.

Два коллектора расположились на крыше рядом с солнечными панелями в 2015 году. По данным производителя мощность таких коллекторов около 1.5 кВт, т.е. установленная мощность получилась около 3 кВт. Вышло даже мощнее установленных электрических солнечных панелей.

Установка солнечного коллектора более сложная задача по сравнению с солнечной панелью, так как вариантов его включения в систему теплоснабжения дома гораздо больше. Например, его можно использовать только для ГВС, или как дополнительный источник тепла в системе отопления. Возможны различные промежуточные варианты. И при этом необходимо исключить замерзание системы зимой, а также перегрев системы при слишком знойном Солнце летом. И еще нужна защита от ожогов горячей водой. Ну, и, конечно, необходимо проложить теплоизолированные трубы, установить насосную станцию и расширительный бак, подключиться к теплообменнику, установить управляющую электронику. Всю эту работу я поручил специализированной фирме. А основную схему работы определил в ходе консультаций с профессионалами.

Цель (помимо инженерного фана) простая: обеспечить экономию электроэнергии на подготовку ГВС и отопление. Напомню, газ к дому не подведен.

Рисунок 2 Согласованная схема солнечной энергоустановки.

Центральным элементом всей системы является 300-литровый бойлер для приготовления горячей воды с двумя змеевиками-теплообменниками. К нижнему теплообменнику подключены последовательно соединенные солнечные коллекторы. И это единственная «точка входа» солнечного тепла в систему отопления и ГВС дома. Солнце прогревает воду в бойлере, горячая вода поднимается вверх и отдает тепло второму, верхнему змеевику-теплообменнику, который включен последовательно в одноконтурную систему отопления дома. Таким образом, в системе отопления получилось два полностью изолированных контура – солнечный и основной, с электрическим котлом. В них залиты антифризы, причем в солнечный – специальный с широким диапазоном рабочих температур. А обмен теплом идет через воду системы ГВС. В результате, в солнечный день мы получаем и горячую воду и тепло для отопления.

А отопление требуется даже летом, например, для санузла. Попутно, за счет отбора тепла в систему отопления, решается задача защиты бойлера от перегрева. Хотя, на всякий случай предусмотрено принудительное включение рециркуляции горячей воды для сброса избыточного тепла. Забегая вперед скажу, что за время наблюдения за системой температура горячей воды не поднималась выше 60 градусов Цельсия. Получившаяся система обладает следующими свойствами:

• Интегрированы в единую систему независимые источники тепла: солнечный коллектор, электрический котел, ТЭН бойлера.
• В солнечный день сокращается потребление электричества для подогрева воды и отопления.-
• Обеспечено накопление тепла в бойлере для сглаживания работы системы отопления и для обеспечения теплом дома на время краткосрочного отключения электроэнергии. Причем это свойство актуально и зимой (когда нет Солнца), так как вода подогревается обратной магистралью системы отопления через верхний теплообменник бойлера. При выключении котла вода отдает тепло в систему отопления.
• Сокращено время прогрева дома в межсезонье. Более того, повышается средняя температура в доме в период отсутствия обитателей и выключенного отопления.
• Общая доля Солнца в энергобалансе дома выросла с 6-7% примерно до 15-20%.

Как видите, система вполне эффективна, поставленные цели достигнуты. Однако, пока все утверждения — качественные. Или базируются на измерениях, но сами измерения недоступны для сбора, анализа и использования в алгоритмах управления. Например, температуры теплоносителя в разных точках солнечного контура доступны для чтения на контроллере, управляющем циркуляционным насосом. Но, только там и доступны. Или текущая мощность и «урожай за день» солнечного электричества также доступны только внутри сети Xanbus (см. выше), и не используются для комплексного управления, увязанного с параметрами системы отопления. Эти обстоятельства подталкивают к поискам путей дальнейшего развития инженерных систем дома. Чтобы сделать жизнь в нем комфортнее, бережливее по отношению к природе. И, заодно, узнать что-то новое.

Ну а с чего начать, с постановки каких целей, уже ясно. Для начала надо научиться измерять температуры в различных точках системы отопления/ГВС, включая солнечный контур. И уже до поиска конечного решения есть понимание, что одним измерением дело не ограничится. Но, об этом в следующей статье. Пока покажу

скриншот мобильного приложения, на котором видны графики различных температур, включая график температуры теплоносителя в солнечном контуре.

Влияние ориентации, угла наклона и затенения на приём солнечных лучей

22Ноя

Выбор установки солнечной панели для горячей воды или для дополнительного отопления полностью меняет весь принцип процесса расчёта:

Ориентированная на юг и установленная под углом примерно от 30° до 45° относительно горизонтали гелиоустановка в Украине позволяет принимать за год на 1 м2 площади коллектора в среднем около 1000 кВт*ч, что соответствует энергоемкости примерно 100 литров дизельного топлива или 100 м3 природного газа. Но даже при заметных отклонениях от требуемых условий: ориентация от юго-запада до юго-востока, угол наклона от 25 до 70 градусов, солнечная система будет работать вполне эффективно. Установка под меньшим углом является оптимальной в том случае, если поверхность коллектора неудобно ориентировать на юг по техническим причинам. В этом случае гелиоустановка, расположенная под углом 30 градусов, даже при ориентации на юго-запад, с азимутом 45° еще будет обеспечивать до 95% оптимального получения солнечной энергии. И даже при ориентации на восток или запад еще можно обеспечить получение до 85% энергии, если угол наклона крыши составляет от 25° до 40°.		Схема влияния ориентации, угла наклона и затенения на принимаемую солнечную энергию
Если угол наклона плоскости коллектора больше, количество поступающей энергии в течение года будет более равномерным. Поэтому коллекторы, используемые для поддержания системы отопления, устанавливают под большим углом. Благодаря этому уменьшается количество избыточной теплоты летом, в то время как эффективность работы коллекторов в зимнее время при падении солнечных лучей под меньшим углом оптимизируется. Плоские коллекторы не следует устанавливать под углом менее 20°, поскольку в этом случае придётся чистить их от снега — исчезнет эффект самоочищения.

Угол наклона солнечного коллектора			Установка коллектора под углом относительно земли
Угол наклона (а) образуется между горизонтальной плоскостью и гелиоколлектором. При монтаже на наклонной крыше угол наклона коллектора определяется тем, на сколько крут скат крыши. Абсорбер коллектора может воспринимать максимальное количество энергии, если плоскость коллектора перпендикулярна направлению падения солнечных лучей.
Азимут поворота солнечного коллектора по компасу			Пример — поворота солнечного коллектора с азимутом 15° на восток
Азимут характеризует отклонение плоскости коллектора от южного направления; при ориентации плоскости коллектора точно на юг азимут равен нолю. Поскольку инсоляция в середине дня наиболее интенсивна, плоскость коллектора следует по возможности ориентировать на юг. Однако хорошие результаты достигаются также при отклонении от южного направления до 45 на юго-запад или юго-восток. Более значительные отклонения можно компенсировать за счет нзначительного увеличения площади поверхности коллектора.

Метки: солнечные установки

Китай Солнечный генератор энергии Производители

Технические характеристики Solar Power Generator Portable
1. Емкость: 50-20000L
2. CE, SRCC, солнечный ключ
3. Высокая эффективность

Сертификат солнечного водонагревателя

Детали солнечного водонагревателя:

«Этот вид продуктов использует эвакуированный трубчатый солнечный тепловой коллекторный трубок с тепловой трубой в качестве его поглощающего тепло элемента, поэтому его можно подключить к системе под давлением.

Эти высокопроизводительные солнечные панели для сбора тепла подходят для отопления горячей воды, бассейнов и т. Д. — даже зимой! Одна единица подходит для среднего домохозяйства (3-4 человека), и она модульная, поэтому вы можете добавить больше, если потребуется. Для 200-литрового цилиндра достаточно одной панели, но вы можете поместиться 2 или более для использования в больших количествах или для обогрева бассейнов или подогрева пола. Некоторые виды возобновляемой энергии доступны только в определенных местах, однако бесплатное солнечное отопление потенциально доступно почти для каждого дома в мире! »

Описание продукта Напорные солнечные водонагреватели / солнечный коллектор — бассейн (SRCC / Solar Keymark)
Солнечный водонагреватель / солнечный коллектор Характеристика:
1) Высокоэффективный солнечный коллектор с использованием тепловых труб, эвакуированных.
2) Возможность использования во всех климатических условиях.
3) Надежный и эффективный с двойными стеклянными солнечными трубами.
4) Медные тепловые трубы для быстрого теплообмена.
5) Простая вставка для монтажа на крыше или на уровне земли.
6) Не требует технического обслуживания.
7) Подходит для воды под давлением (до 6 бар / 87 фунтов на кв. Дюйм).
8) Корпус из нержавеющей стали с коррозионностойким покрытием.
9) Материал рамы: Нержавеющая сталь / Алюминиевый сплав / Черное покрытие
10) Коллекторы могут быть соединены последовательно, чтобы увеличить мощность нагрева воды.
11) Трубы, легко заменяемые, если они сломаны, могут использоваться со сломанными трубами.
12) Идеально подходит для коммерческих солнечных водонагревателей

Серия солнечных коллекторов SFB Технические характеристики:

Объяснение: 1. Объяснение модели: Возьмите SFB205818, например, «SFB» — это солнечные водонагреватели Sunflower серии SF-B, «20» означает, что количество трубки составляет 20 штук, «5818» означает, что вакуумная трубка имеет диаметр 1,8 метра 58 мм. 2. Выше пропускная способность ± 5%.
Модель горячего предложения SFB205818

Модель горячего предложения SFB305818

Преимущества тепловой трубы !!!

Солнечный водонагреватель с тепловой трубкой

Процесс 1. Wash:
У них никогда не бывает химического промывания. Так как внутри тепловой трубки есть примесь, которая будет наводить теплообмен.

2. Конструкция конца:
Конструкция нашего конца трубки — это специальный конус, который может противостоять замерзанию. Их конец трубки совсем другой.

3. Метод сварки:
Мы используем серебряную сварку между верхней частью и корпусом трубки, поэтому соединительная деталь является серебристой. Поскольку они используют обычную сварку, эта часть черная. Серебряная сварка может гарантировать, что верхняя часть не будет просачивать воздух после длительного теплового воздействия.

4.Специальная жидкость:
Жидкость внутри трубки чрезвычайно различна, но ее трудно увидеть. Наша жидкость — это патентованная продукция с высокой эффективностью, без яда для людей. Он может поддерживать работу трубки с высокой эффективностью в течение 15 лет. Но обычно их жидкость имеет низкую эффективность и очень быстро исчезает, обычно через год вы обнаружите, что эффективность трубки значительно сократилась!

5. Перспективы:
Острая вся трубка (особенно верх и конец) совершенно другая с нашей. Я отправлю вам картину тепловой трубы. С изображением это легко выразить.

Серия солнечных тепловых коллекторов SFB и размер:

Пакет: коробка и фитинги из солнечного коллектора, солнечные стойки, солнечные батареи отдельно упаковываются в одну коробку. Картоны могут быть загружены непосредственно в контейнер.
Примечание:
1) Угол рамки может быть изменен в производстве в соответствии с местным широтным состоянием клиентов. Мы можем спроектировать подходящий угол для клиентов. 2) Мы предлагаем запасные аксессуары и трубки для вашего заказа бесплатно. 3) Мы можем предложить стойку для SFB, если нужны клиенты. 4) Мы можем изменить количество труб каждой солнечной батареи SFB Сборщик согласно запросу клиента 5) Мы можем изменить различный материал коллектор согласно требованию клиентов, SFB с стоячей рамкой.
Использование солнечного коллектора для солнечной системы отопления:

Солнечный водонагреватель под давлением для использования в проекте

Эвакуированный солнечный водонагреватель для домашнего использования

Упаковка и доставка Эвакуированный трубный солнечный водонагреватель: стандартный экспортный пакет:
Образцы загружаются в коробки фанеры.

Для товаров FCL коробки можно загружать в контейнер непосредственно от производителя солнечного водонагревателя.

Наши сервисы Sunflower определяет OEM (производителя оригинального оборудования) как предприятие или организацию, которая интегрирует настроенный или встроенный продукт Sunflower в свое собственное уникальное решение для продажи своим клиентам. Доказательством этого является то, что продукт Sunflower должен быть значительно трансформирован. OEM-партнер в первую очередь использует свой собственный логотип и фирменное наименование на своем решении и продает, продает и предоставляет техническую и гарантийную поддержку непосредственно своим клиентам.

Информация о компании
Sunflower Renewable Energy Co., Ltd. Покупатели из многих стран уже сделали это. 1st Sunflower Renewable Energy Co., Ltd является высокотехнологичным предприятием и специализируется на исследованиях и разработках солнечных продуктов. Компания осознала популярность зеленой энергии и не жалеет усилий для изучения производства и экспорта зеленых продуктов: солнечный водонагреватель, солнечная горячая вода, солнечный коллектор, плоский солнечный коллектор, солнечная панель, светодиодный светильник, солнечная батарея Кондиционер, солнечный вентилятор, солнечный водяной насос, солнечное отопление и т. Д.

У нас есть собственный завод, специализирующийся на производстве солнечных водонагревателей и солнечных возобновляемых энергоресурсов. Мы установили отношения с клиентами в разных странах. Благодаря сильным отношениям и хорошим кредитам мы тесно сотрудничаем с целью развития глобальных рынков.

Вопросы-Ответы
Термины компенсации: T / T, L / C, Paypal, западное соединение вся поддержка

Срок поставки: заказ образца 3 рабочего дня, заказ контейнера 10 рабочих дней.

Минимальное количество заказа: 1 шт.

Гарантийный срок: 8 лет

Обслуживание OEM: Поддержка (печать логотипа на коробке бесплатно)

Группа Продуктов : Тип давления Солнечные водонагреватели > Трубы Жары Солнечный Подогреватель Воды

FAQ по солнечным электростанциям | Atmosfera™. Альтернативные источники энергии. Солнце. Ветер. Вода. Земля.

В каких случаях уместно использовать ветровую установку?

Ветряную электростанцию следует использовать в местах, где имеются перебои в обеспечении электроэнергией или отсутствует централизованное электроснабжение при условии достаточного ветрового потенциала (среднегодовая скорость ветра не менее 3,5 м/с) и отсутствия высоких зданий или деревьев.

Как определить среднегодовую скорость ветра в том месте, где будет установлен ветряк?

Чтобы получить подобную информацию, требуется проведение исследования. Репрезентативные результаты можно получить только через 1 год. Имейте ввиду то, что большинство ветровых электростанций достигают своей номинальной мощности пот скорости ветра около 7-10 м/с.

Необходимо ли разрешение для установки ветряка для частных лиц?

Никаких разрешений или лицензий получать не нужно. Вы ведь не получаете разрешение на установку дизельного генератора. Тут точно та же ситуация.

Как должна быть расположена ось ветроколеса: горизонтально или вертикально? Какое оптимальное количество лопастей должен иметь ветрогенератор?

Существует множество вариантов конструкции ветровых установок, но в настоящее время 95% всех выпускаемых в мире ветрогенераторов – трехлопастные с горизонтальной осью.

Каковы основные критерии для объективного сравнения ветрогенераторов, выпускаемых различными производителями?

К таким критериям относятся: — безопасность эксплуатации ветрогенератора — коэффициент использования ветра — годовое количество энергии, вырабатываемое в год при заданной среднегодовой скорости ветра, и, соответственно, соотношение стоимости ветрогенератора к годовой выработки электроэнергии — какова необходимая периодичность сервисного обслуживания — надежность работы, характеризуемая, в частности, сроком гарантийного обслуживания — срок эксплуатации ветрогенератора — время выполнения заказа — продолжительность серийного выпуска

Чем Ваш ветрогенератор лучше других? Почему мы должны отдать предпочтение именно ему перед другими?

1. Наши ветрогенераторы успешно эксплуатируются уже свыше 11 лет, показывая надежную работу. 2. Коэффициент использования ветра составляет 51% (Для сравнения: у лучших зарубежных образцов этот коэффициент составляет 49 – 52%, отечественных – 38%)

Можно ли приобрести ветроустановку отдельно без мачты? Мачту изготовить на месте.

Да, такой вариант возможен. Но в этом случае мачта должна соответствовать требованиям нашей конструкторской документации. И в этом случае контроль за изготовлением лежит на покупателе и мы не предоставляем гарантии на ВЭУ.

Что означает следующая формулировка: «Мощность генератора составляет 800 Вт, а мощность ветроустановки – 3 кВт»?

Установленная мощность генератора ветроустановки “ВЭУ-08» — 800 Вт. Благодаря энергоблоку содержащему в себе интеллектуальное зарядное устройство (которое в свою очередь заряжает блок аккумуляторных батарей от ветрогенератор и солнечных фотоэлектрических панелей) и инвертор, максимальная выходная мощность одной системы составляет 5кВт. Системы могут быть объединены, что позволит увеличить выработку электроэнергии.

Чем нужно руководствоваться при выборе мощности ветрогенератора для загородного дома?

Для загородного дома будет достаточно ветрогенератора мощностью 1,5-6 кВт. Многое зависит от того, при какой скорости ветра ветроустановка выдает заявленную мощность, а также от скорости ветра в данном регионе. Если один ветрогенератор выдает мощность 2кВт при скорости ветра, например, 8м/с, а другой 5кВт при 12м/с, то в регионах со среднегодовой скоростью ветра до 7м/с первая установка будет вырабатывать больше электроэнергии за год. Это происходит из-за больших потерь мощности на втором ветрогенераторе при малых скоростях ветра.

Как происходит регулирование мощности ветрогенератора и что происходит с ВЭУ при высоких скоростях ветра?

Регулирование мощности ветрогенератора при скоростях ветра выше расчетной, происходит наиболее прогрессивным способом, за счет изменения угла установки лопастей с помощью компактного регулятора оборотов аэродинамического типа. Остановка ветроколеса осуществляется с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение. Эти системы являются ноу-хау и были запатентованы.

Почему скорость вращения ветроколеса Вашего ветрогенератора 320 об/мин? У других производителей этот показатель выше.

При данной скорости вращения ветроколеса энергия малых ветров используется наиболее полно. На малых оборотах аэродинамический шум от лопастей значительно ниже. Существуют ВЭУ с частотой вращения ветроколеса 400…500 об/мин и диаметром ветроколеса 4-5 м, в этой ситуации стартовая скорость работы ВЭУ значительно выше. Уровень шума также существенно возрастает.

Что означает тихоходное ветроколесо Вашего ветрогенератора?

Одной из характеристик ветрогенераторов является быстроходность ветроколеса. Она определяется соотношением скорости движения конца лопасти к расчетной скорости ветра. Для современных ветроколес эта цифра лежит в пределах от 4 до 12. При прочих равных условиях, чем больше скорость вращения ветроколеса, тем выше эта цифра. Преимущество наших ветрогенераторов, более тихоходных ветроколес, состоит в том, что они начинают работать при малых ветрах, создают меньше шума, а также износ деталей таких ВЭУ минимален.

Что происходит с ветрогенератором при штормовом ветре?

При скорости ветра более 25 м/с ветроколесо останавливается с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение, таким образом нагрузка на ветроколесо снижается. Это наиболее безопасный вариант защиты ВЭУ. Другие варианты уменьшения скорости вращения, связанные с созданием противодействующего момента за счет торможения генератором являются потенциально опасными как для ВЭУ, так и для жизни.

Как осуществляется грозовая защита?

Установка имеет соответствующее стандартам и нормативам заземление.

Какими аккумуляторными батареями Вы рекомендуете комплектовать Вашу ветроустановку?

Мы рекомендуем герметичные необслуживаемые аккумуляторные батареи с емкостью не менее 200А*час. Тип и емкость аккумуляторных батарей определяются ветровым потенциалом местности и пожеланиями заказчика.

Существуют ли какие-либо требования к месту установки аккумуляторных батарей?

Для установки аккумуляторных батарей необходимо отапливаемое вентилируемое помещение с температурой выше 0оС площадью 1 м2. Такой шкаф (по желанию заказчика) может поставляться совместно с ветрогенератором. В нем так же может быть размещен дизельный, бензиновый или газовый генератор.

Можно ли комбинировать ветрогенераторы с другими источниками энергоснабжения?

Ветрогенераторы могут быть сопряжены с солнечными батареями, а также с дизельный, бензиновый или газовый генераторами.

Зачем нужен инвертор?

Инвертор служит для преобразования постоянного тока с аккумуляторов в переменный 220(380)В 50 Гц, пригодный для подключения электроприборов.

Почему Ваши установки не имеют мультипликатора?

Мультипликатор увеличивает скорость вращения ветроколеса до скорости вращения быстроходного электрогенератора – от 1500 об/мин. Нашему электрогенератору на постоянных магнитах достаточно той скорости, с которой вращается ветроколесо – 300 об/мин.

Какой уровень шума, производимого Вашими установками?

Ветряные установки создают определенный шум, как и все источники энергии. Шумовые характеристики ветряной установки 10 кВт — примерно 40 дБА непосредственно под установкой во время работы на средних оборотах, что отвечает требованиям европейских нормативных документов. Для сравнения, шум городских дорог 70-80 дБА, а звук от работающего дизель-генератора — 90-110 дБА.

Безопасно ли жить рядом с работающим ветрогенератором?

Да, малые ветряные установки (до 100 кВт) совершенно безопасны для окружающих. Только кротов отпугивают.

Нуждается ли установка в сервисном обслуживании?

ВЭУ-08 является необслуживаемым ветрогенератором и в сервисном обслуживании не нуждается.

Какой уход требуется ветряной установке для нормальной работы?

Наши ветряные установки довольно надежны. Потребуется минимальный уход: проверка надежности закрепления лопастей, смазка движущихся частей. Проверка, не повреждены ли соединительные кабели.

Можно ли застраховать ветряную установку?

Все ветряные установки от 2 до 20 кВт продаются со страховым полисом на 1 год.

Можно ли приобрести ветрогенератор в кредит?

Такая возможность имеется, обращайтесь за консультациями к менеджеру по работе с клиентами.

Какие сроки поставки ветряной установки?

Стандартные сроки поставки ветряных установок: 60 рабочих дней после внесения предоплаты. Если продукция имеется на складе, сроки поставки сокращаются до 5 дней.

Как производится монтаж ветроустановки, какое оборудование необходимо, нужен ли подъемный кран?

Для монтажа ветрогенератора применяется специальное устройство подъема оборудования (принцип «лебедки»). Данное приспособление упрощает монтаж ветроустановки, т.к не требуется подъемный кран. Установка монтируется двумя специалистами в течении 2-3 часов. Возможны два варианта монтажа: 1. Монтаж производителем 2. Шеф-монтаж.

Какая стоимость монтажа ветряной установки (ветряной электростанции)?

Стоимость монтажа ветряного генератора зависит от многих факторов и составляет 10-20% от суммарной стоимости.

Можно ли смонтировать ветряную установку самостоятельно?

Малые ветряные установки (до 2 кВт) вполне можно смонтировать и подключить самостоятельно. Для больших ветряных электростанций, от 5 до 20 кВт, потребуется участие бригады монтажников. Чаще всего монтаж ветряной электростанции проводит организация осуществляющая продажу ветряных электростанций.

Каков порядок проектирования места для установки ветрогенератора?

Для определения подходящего участка для установки ветрогенератора возможен выезд наших специалистов на место. Данные по ветру обычно определяются по справочникам, а также анализом измерений ближайших метеостанций.

Существует ли демонстрационная площадка для практического ознакомления с работающими ветрогенераторами?

Работающие ветрогенераторы можно увидеть и получить исчерпывающую консультацию по техническим вопросам на сайте www. AVANTE.com.ua

Какая площадь необходима для установки ВЭУ?

Монтаж опоры осуществляется на фундамент, состоящий из трех бетонных блоков по 1.2 м3 каждый (высота 1,2 м, диаметр 0.9 м). В дно ям забиваются уголки — заземлители, соединяющиеся с закладными с помощью шины.

Каким образом Ваша ветроустановка ориентируется на ветер?

Горизонтальные ветряки ориентируются за счет флюгера. Ветер сам доворачивает ветрогенератор в нужную сторону. Вертикальные ветрогенераторы не нуждаются в ориентации по веру и работают при любом и даже резко изменчивом ветре. Данная разработка защищена патентным свидетельством.

Каков расчетный срок службы ветряных генераторов?

Срок службы ветряного генератора в зависимости от условий эксплуатации составляет от 15 до 25 лет.

Сказывается ли работа ветрогенераторов на работе ТВ и радиоприемников?

Нет

Чем отличается ветроагрегатор с вертикальной осью вращения (вертикальный ветрогенератор) от горизонтальной? Коковы преимущества и недостатки ветрогенераторов вертикальных?

Основные плюсы вертикальных ветрогенераторов по сравнению с горизонтальными это их бесшумность. Так же надо учитывать повышенную долговечность механизмов из за отсутствия нагрузки на вал. Следует так же учесть более слабый ветер необходимый для старта турбины (1.2м/с по сравнению с 2.5м/с у горизонтальных) Недостаток ветрикальных ветряков один — это цена. Цена вертикальных ветряных генераторов выше примерно в полтора-два раза. Вертикальные ветряные генераторы могут использоваться в городских условиях и крепиться непосредственно на здания и жилые помещения.

Как работает гелиосистема в ночное время?

Поскольку ночью отсутствует солнечное излучение, необходимое для работы солнечного коллектора, гелиосистема не способна повышать температуру в баке накопителе за счет работы коллектора. В ночное время для дополнительного нагрева может быть задействован электрический ТЭН или иной источник тепловой энергии (газовый, электрический или твердотопливный котел).

Что такое площадь апертуры и абсорбции?

Площадь апертуры это площадь с максимальной проекцией, на которую падает солнечное излучение. Площадь абсорбции рассчитывается как произведение ширины и длинны абсорбера. Для вакуумных трубчатых коллекторов с круглым абсорбером, учитывается проекция цилиндра вакуумной трубки на поверхность.

Какой расход воды на ГВС у частных лиц?

Руководствоваться нормами потребления, описанными в СНиП и ДСТУ (100 литров на человека), не всегда целесообразно, поскольку они, как правило, существенно отличаются от фактических данных. Реальное потребление составляет 50-80 л/сутки на человека, если это частные дома, или 30-50 л/сутки — если многоквартирные. Для предварительных расчетов берется величина 50 литров на человека в сутки.

Как лучше ориентировать и размещать гелиосистему относительно сторон света?

Оптимальная ориентация солнечного коллектора – строго на юг. При ориентации гелиосистемы на восточное или западное направление, производительность снижается на 20-25%.

Под каким углом устанавливаются солнечные коллекторы к горизонту?

Как правило, оптимальный угол установки солнечного коллектора для круглогодичной системы равен широте местности, где находиться объект. Для Киева это 50°. Если гелиосистема проектируется с приоритетом на летнее использование то угол установки должен быть на 10-15° меньше широты местности установки (г.Киев — 35-40°). При зимнем приоритете, соответственно, на 10-15° больше широты местности (г. Киев — 60-65°).

Возможна ли установка гелиосистемы в уже существующих зданиях с действующими системами отопления и нагрева воды, или гелиосистему можно закладывать только на этапе проектирования и устанавливать во время строительства объекта?

Гелиосистема устанавливается не только на этапе строительства объекта, но и в эксплуатируемых зданиях. Она с легкостью интегрируется в любые системы отопления и нагрева воды, работает со всеми типами водогрейных котлов, при этом, либо не требует изменений действующих тепловых схем вовсе, либо эти изменения минимальны. Нужно помнить, закладка гелиосистемы на этапе проектирования и строительства позволяет снизить стоимость монтажных работ и более эффективно реализовать тепловую схему с самого начала.

Что такое режим стагнации, почему он происходит, как влияет на систему?

Стагнация (фр. stagnation, от лат. stagno — делаю неподвижным, останавливаю; лат. stagnum — стоячая вода). Режим, при котором прекращается проток теплоносителя по контуру гелиосистемы. Отсутствие расхода в гелиоконтуре может возникнуть по нескольким причинам:

• отсутствует электроснабжение на циркуляционном насосе (до 30 минут), при высокой солнечной активности.
• выход из строя циркуляционного насоса.
• засорение контура сторонними элементами.
• воздушная пробка в контуре.
• разгерметизация контура, низкое давление.
• не правильно настроенный или вышедший из строя контроллер.
• действия третьих сил (например, случайное перекрытие запорной арматуры на контуре).

При высокой солнечной инсоляции, отсутствие расхода, приводит к росту температуры коллектора до наступления теплового равновесия, когда выработка тепловой энергии соответствует тепловым потерям в текущий момент времени, при этом, как правило, температура стагнации намного превышает температуру кипения теплоносителя. Режим стагнации в гелиосистеме, сопровождается повышением давления и ростом температуры (в зависимости от коллектора и может достигать 250С). При высокой температуре, теплоноситель в коллекторе начинает превращаться в пар. При этом, возникающее избыточное давление компенсируемое расширительным баком, который обязательно устанавливается в любой системе с закрытым контуром. Солнечные коллекторы от компании ATMOSFERA и другие компоненты гелиосистем рассчитаны на работу при высоких температурах в режиме стагнации. Но следует учесть, что при многократно перегреве теплоносителя может деградировать (вплоть до образования твердых фракций), его химический состав меняется и приводит к менее эффективной работе системы или выходу ее из строя. При частых режимах стагнации особенно тщательно нужно следить за состоянием и характеристиками теплоносителя. Для предотвращения наступления режима стагнации часто используют системы утилизации избыточного тепла. Фаза процесса стагнации описаны ниже:

I фаза – Температурное расширение теплоносителя Данная фаза продолжается то начала первичного парообразование, рост давления в системе происходит за счет температурного расширения теплоносителя (для пропиленгликоля 8,48%). Давление при этом повышается на 1 Атм.

II фаза — Парообразование теплоносителя Температура теплоносителя достигает температуры кипения (зависит от давления в системе). Образуется пар, давление возрастает еще на 1 Атм.

III фаза — Кипение теплоносителя в коллекторе Обильное парообразование, до полного вытеснение жидкого теплоносителя из теплообменника коллектора. Сопровождается ростом давления и температуры.

IV фаза — Режим устойчивого перегрева Собственно режим стагнации – режим теплового равновесия. Тепловые потери на коллекторе равны производительности коллектора.

V фаза — Режим конденсации Температура паровой смеси опускается (на коллектор поступает меньше солнечной энергии – затенение, изменение условий окружающей среды) и достигает температуры конденсации (температуры фазового перехода), теплоноситель переходи опять в жидкое состояние.

Как влияет снег на производительность гелиосистемы?

Вакуумные коллекторы имеют преимущество — очень низкие теплопотери, что дает возможность улавливать и собирать тепло даже при экстремально низких температурах (до -30С°). Но в случае со снегом это играет свою отрицательную роль — ввиду низких теплопотерь снег на трубках оттаивает очень плохо. Однако, вакуумный солнечный коллектор прозрачен для снега, так как между трубками есть расстояние в несколько сантиметров. Вакуумные солнечные коллекторы могут быть засыпаны снегом только в периоды сильного снегопада с налипанием мокрого снега, что случается достаточно редко. Проблема решается грамотным монтажом, чисткой или установкой дополнительных систем оттаивания снега. Плоские коллекторы за счет собственных конвективных потерь самоочищаются от снега — снег тает на поверхности коллектора.

Гелиосистемы предназначены для небольших или крупных потребителей тепловой энергии? Можно ли использовать гелиосистемы для больших объемов воды, которые используются в многоквартирных жилых домах, школах, гостиницах, бассейнах?

Конечно! Гелиосистема – универсальна, она идеально подходит, как для частного коттеджного строительства, так и для объектов с большими тепловыми нагрузками. Мощность гелиосистемы, легко регулируется, она прямо пропорциональна количеству солнечных коллекторов в системе – чем их больше, тем больше произведенной тепловой энергии на выходе, это позволяет подобрать систему под любой объект с любым потреблением. Срок окупаемости объектов с большим потреблением значительно меньше, поскольку в таких системах дополнительного оборудования меньше, а генерирующего (солнечные коллекторы) больше.

До какой температуры нагревает воду гелиосистема?

Производительность гелиосистемы зависит от многих условий: окружающей среды (поступление солнечной энергии, влажность, сила ветра, температура) и применяемого оборудования (технические параметры солнечных коллекторов, изоляции трубопровода, размещение в пространстве и т.д.), поэтому для каждого конкретного случая она будет отличаться. Если говорить о среднестатистических данных для территории Украины, то в тепловое время года — с мая по сентябрь гелиосистема может быть основным источником нагрева воды и подогревать воду до температуры 55°C  — 60°C (при необходимости может довести воду до кипения). В зимний период гелиосистема служит источником предварительного нагрева с температурой нагрева до 30°C.

Какие коллекторы более эффективны, вакуумные или плоские?

К счастью (или к сожалению) однозначного ответа на этот вопрос нет. Производительность каждого коллектора зависит, не только от его технических параметров (оптического КПД, и 2-х температурных коэффициентов), но и от притока солнечной радиации, температуры окружающей среды и теплоносителя внутри коллектора. Именно поэтому, сравнивать коллекторы между собой корректно только при конкретных условиях окружающей среды. Вакуумный коллектор более производителен при использовании в зимнее время года и в целом в круглогодичном цикле, в то же время в летний период (при небольших перепадах температур) плоский коллектор может показывать более высокую эффективность. Наряду с более низкой стоимостью плоский коллектор является идеальным решением при замещении сезонных нагрузок в летний период года (в летних лагерях, базах отдыха, санаториях и т. д.), а вакуумный коллектор, если нужен больший уровень комфорта при круглогодичном цикле.

Может ли гелиосистема обеспечить 100% потребности в горячем водоснабжении и отоплении для жилья?

К сожалению нет. Гелиосистема может заместить 100% потребности в горячей воде с мая по сентябрь, в зимнее время эта величина будет составлять 30-40%. В течении года замещение гелиосистемой потребности в ГВС может достигать 70-75%. Это связано с тем, что в первую очередь производительность гелиосистемы зависит от притока солнечного излучения, которое меняется, как в течении дня, так и течении года. При этом разница между зимней и летней солнечной активностью составляет 5 раз. Следует помнить, что увеличение количества коллекторов в гелиосистеме в зимнее время не приведет к росту температуры, поскольку в этот период года преобладает рассеянное излучение. В тоже время летом (когда преобладает прямое излучение) не пропорциональная система, в которой потребление существенно меньше производительности коллекторов, накладывает дополнительные требования к системе утилизации тепла во избежание закипания теплоносителя внутри коллекторов.

Эффективна ли гелиосистема в зимнее время?

Конечно! Гелиосистемы работают даже при очень низких температурах — до -30°C если используется теплоноситель на основе пропиленгликоля, и до -50°C если на основе глицерина. Естественно, производительность гелиосистемы в зимнее время снижается (в той или иной мере в зависимости от конструкции и применяемого оборудования), но они не теряют своей работоспособности и продолжают нагревать воду.

Работает ли гелиосистема при рассеянном солнечном излучении, при облачной погоде?

Селективное (поглощающее) покрытие солнечного коллектора улавливает широкий спектр солнечного излучения, от ультрафиолетового до инфракрасного, эта особенность позволяет работать коллектору даже при рассеянном излучении и вырабатывать тепловую энергию даже при пасмурной погоде.

Каков срок службы и гарантии на гелиосистемы?

Срок службы гелиосистем составляет от 25 до 50 лет. При этом гарантия на солнечные коллекторы составляет до 15 лет. Такие длительные сроки эксплуатации и гарантии на гелиосистемы обусловлены применением только качественных комплектующих от ведущих мировых производителей. Более полную информацию по условиям и срокам гарантийных обязательств на все комплектующие вы можете получить в соответствующем пункте гарантийного талона.

Из чего состоит гелиосистема, какие основные узлы?

1. Коллекторное поле, из вакуумных или плоских коллекторов
2. Рама для солнечных коллекторов
3. Воздухоотводчик
4. Насосная группа
5. Бак накопитель (косвенного нагрева)
6. Расширительный бак
7. Термосмесительный клапан
8. Теплоноситель
9. Контроллер
10. Соединитель коллекторов

Что такое солнечная радиация и солнечная инсоляция?

Это тождественные понятия. Солнечная радиация — это энергия излучения, испускаемого солнцем в результате реакции ядерного синтеза. Следует отметить, что данный термин является калькой с английского (Solar radiation) и является синонимом «солнечной инсоляции». Солнечная инсоляция — облучение поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией) или поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность. Инсоляцией называют облучение поверхности, пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент времени центр солнечного диска. Измеряется в Вт×час/м².

Что такое солнечная постоянная?

Солнечная константа (или солнечная постоянная) — это количество солнечного электромагнитного излучения (солнечной радиации) на единицу площади, измеренной на внешней поверхности земной атмосферы, перпендикулярной к лучам, на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца. Солнечная постоянная включает в себя все виды солнечного излучения, а не только видимый свет. По данным внеатмосферных измерений, солнечная постоянная составляет 1367 Вт×час/м². Солнечная постоянная не является неизменной во времени величиной. Известно, что на её значение влияют два основных фактора: расстояние между Землей и Солнцем, изменяющееся в течение года по причине эллиптичности орбиты Земли (годичная вариация 6,9% — от 1,412 кВт/м² в начале января до 1,321 кВт/м² в начале июля).

Что такое солнечный коллектор?

Солнечный коллектор является основной частью гелиосистемы, и предназначен для преобразования поглощенного солнечного излучения в тепловую энергию.

Что такое боросиликатное стекло и почему оно применяется в солнечных коллекторах?

У боросиликатного стекла коэффициент теплового расширения очень мал. Это позволяет стеклу не трескаться при резких изменениях температуры. Этим обусловлено его применение в гелиотехнике, где необходима термическая стойкость, поскольку суточные перепады температур на коллекторе могут достигать 250 °C.

Зачем нужно бариевое напыление на трубках вакуумных коллекторов?

Бариевое напыление, находящееся в нижней части вакуумной трубки служит для индикации наличия вакуума между колбами. Барий (Ba, атомный номер 56) это редкоземельный элемент в чистом виде, практически, не встречается, поскольку мгновенно окисляется под воздействием кислорода. При наличии вакуума между колбами бариевое напыление имеет зеркальный стальной оттенок, при разгерметизации трубки и попадании воздуха, бариевое напыление выпадает в осадок и становится мутновато-молочного оттенка.

Нуждается ли гелиосистема в периодическом техобслуживании?

Компания ATMOSFERA рекомендует проводить ежегодный сервисный осмотр и диагностику гелиосистем (впрочем, как и любых других инженерных систем, установленных на вашем объекте). Диагностика включает в себя проверку работоспособности всех элементов системы, проверку герметичности контуров, отработку алгоритмов управления, при необходимости замену расходных частей. Особое внимание необходимо уделить элементам с ограниченным сроком эксплуатации. Например, магниевые аноды в баках накопителях, как правило, меняют раз в год (частота зависит от характеристик воды). Также следует обратить внимание на теплоноситель гелиоконтура — в зависимости от режимов эксплуатации его замена требуется каждые 5-7 лет.

Какой срок окупаемости гелиосистем?

На текущий момент, срок окупаемости гелиосистем составляет от 3 лет. Эта величина зависит не только от производительности системы, ее стоимости, и режима ее использования, но и от потребителя, который ее использует. Поскольку стоимость энергоресурсов для юридических и физических лиц отличаться в 3-5 раз, естественно, при прочих равных условиях (размера системы и места установки) срок окупаемости гелиосистемы, установленной для юридического лица, будет в 3-5 раз меньше, нежели для физического. Чем больше гелиосистема, тем меньше в процентном соотношении нужно дополнительного оборудования (трубы, изоляция, баки накопители), соответственно, срок окупаемости уменьшается.

Существует ли упрощенный алгоритм примерного расчета затрат на установку солнечной водонагревательной системы?

В разделе «Коммерческие предложения» вы можете ознакомиться с предварительными предложениями для различных типов систем с различным потреблением тепла. Из представленного списка систем вы сможете выбрать самый подходящий именно для вас вариант. Для более точного расчета системы, с учетом особенностей вашего объекта, вы можете заполнить опросный лист, и в течении суток наши менеджеры подготовят для вас персонализированное предложение.

Можете ли вы дать координаты ваших клиентов, у которых уже установлено ваше оборудование? Мы хотели бы получить отзывы от пользователей ваших солнечных водонагревателей.

Политика нашей компании не предусматривает передачу третьим лицам информации о наших клиентах, эта информация строго конфиденциальна. Это правило продиктовано многолетним опытом и действует во избежание причинения беспокойства и лишних хлопот нашим клиентам. В тоже время, понимая интерес, мы стараемся организовать в каждом регионе несколько объектов с возможностью их посещения или получения объема данных о работе системы. Всю необходимую информацию и условия уточняйте у региональных дилеров и представительств компании ATMOSFERA.

Насколько прочны вакуумные и плоские коллекторы?

В конструкции вакуумных и плоских солнечных коллекторов применяются ударопрочные и боросиликатные стекла. Коллекторы предназначены для эксплуатации в условиях внешней окружающей среды и выдерживают высокие механические воздействия вплоть до попадания града диаметром 40 мм.

Как влияет загрязнение и обледенение на производительность гелиосистемы?

Действительно, мощность гелиосистемы может снижаться на 5-7% в зависимости от степени загрязненности поверхности солнечного коллектора грязью, пылью или смогом. При полном обледенении производительность падает на 25%. Однако, эти потери производительности носят кратковременный характер, поскольку солнечный коллектор самоочищается в условиях окружающей среды (дождь, снег, ветер) и не требует дополнительных действий по своей очистке. В тоже время, никаких ограничений по дополнительной очистке солнечных коллекторов нет, и она безусловно положительно скажется на производительности солнечной системы.

Какие есть способы утилизации избыточного тепла?

Лучшим способом утилизации тепла служит правильно спроектированная система с отсутствием этого самого избытка тепла. Также, существуют аппаратные решения (функция «выходной день») и алгоритмы работы контроллера, которые позволяют сбрасывать тепло в ночное время непосредственно через гелиоконтур. Помимо этого можно использовать дополнительные конструктивные элементы системы:

Что такое солнечный инвертор?

Солнечный (или фотоэлектрический) инвертор — это устройство, преобразующее постоянный ток в переменный. Постоянный ток может подаваться на инвертор с аккумуляторных батарей (автономные инверторы) или солнечных панелей (сетевые инверторы). Получаемый с инвертора переменный ток может использоваться как непосредственно для энергоснабжения потребителей (бытового или промышленного оборудования), так и для передачи в энергосеть общего пользования (например, для продажи по зеленому тарифу). Компания Атмосфера представляет широкий ассортимент сетевых, автономных и гибридных инверторов для фотоэлектрических станций от ведущих мировых производителей.

Что такое фотомодуль?

Фотомодуль – специальное полупроводниковое устройство, выполняющее преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию. Компания Атмосфера поставляет широкий ассортимент кристаллических фотомодулей от ведущих мировых производителей.

Что лучше поликристалл или монокристалл?

Теоретический КПД монокристаллического фотоэлемента выше чем у поликристаллического, но общий КПД фотомодуля отличается от КПД фотоэлемента и на него влияет качество сборки. Поэтому у одного производителя эффективно поликристаллических фотомодулей не сильно отличается от эффективности монокристаллических.

Тонконпленочные фотоэлементы лучше работают в пасмурную погоду, правда ли это?

Больших различий в выработке тонкопленочных и кристаллических элементов при пасмурной погоде нет, но рабочие напряжения тонкопленочных фотомодулей выше и даже при пасмурной погоде напряжение на тонкопленочных фотомодулях будет выше минимального рабочего напряжения системы. Это значит, что в то время когда система с кристаллическими фотомодулями отключится из-за недостатка напряжения – система на тонкопленочных фотомодулях продолжит работать.

Могу ли я полностью обеспечить свой дом электроэнергией от солнечных панелей?

Увы, приток солнечной энергии на фотомодули не постоянен во времени и для обеспечения гарантированного электроснабжения всех потребителей необходимо установить фотомодули с запасом для обеспечение требуемой зимней выработки и добавить к системе аккумуляторы. Стоимость такой станции для среднего домохозяйства составит десятки тысяч долларов и при условии отключения от электросети станция имеет шансы не окупится. Компания Атмосфера предлагает полностью автономные станции для электропитания объектов к которым нет возможности провести электричество, резервные станции для аварийного электропитания и сетевые станции для экономии электроэнергии и продажи ее в сеть по зеленому тарифу.

Из чего состоят солнечные электростанции?

Основными компонентами солнечных электростанций являются фотомодули, вырабатывающие постоянный ток и инверторы, преобразующие постоянный ток в переменный. Для автономных и резервных станций необходимы аккумуляторные батареи для накопления электрической энергии и контроллеры заряда управляющие процессом заряда АКБ.

Мощность фотомодуля это сколько он выработает в час?

Теоретически, мощность фотомодуля это произведение напряжения в точке максимальной мощности на ток в точке максимальной мощности. На практике это мгновенное значение, которое можно получить из фотомодуля при идеальных условиях.

Сколько выработает фотомодуль?

Приблизительная годовая выработка 1Вт кристаллического фотомодуля составит 1кВт*ч, 1Вт тонкопленочного фотомодуля – 1,3кВт*ч. Более точные данные и детализацию за определенный период времени можно получить используя специализированное ПО.

Работает ли это?

Да! Тепловой насос просто транспортирует тепло из одного места в другое. Ваш холодильник работает по такому же принципу. Если Вы поставите бутылку с водой в холодильник, через некоторое время, она охладится. Притронувшись к задней стенке холодильника, и Вы почувствуете тепло, которое холодильник забрал у бутылки. Используя этот же принцип, тепловой насос перемещает тепло из земли в Ваш дом, а Солнце снова восстанавливает это тепло.

Как тепло перемещает из моего участка в дом?

Земля имеет свойство впитывать солнечное тепло. Это тепло извлекается из коллектора, уложенного на Вашем участке. Вода с незамерзающей жидкостью циркулирует в коллекторе, абсорбируя тепло из окружающего его грунта. Коллектор в доме подсоединен к тепловому насосу, который передает тепло в систему отопления и нагревает бытовую воду.

Если температура в коллекторе понизится ниже нуля, тепловой насос не будет работать и извлекать тепло?

Нет, при нуле замерзает вода. Тепловая энергия есть во всем, температура чего выше -273 °C. Геотермальный тепловой насос будет работать вплоть до -10 °C в коллекторе. В Украине укладка горизонтального коллектора на глубину около метра есть оптимальной.

Какой тип установки мне выбрать?

Доступная площадь возле здания определяет метод поглощения тепла. Коллектор может быть уложен в грунт или погружен в скважину. Также он может быть уложен на дно водоёма. Если места для горизонтальной укладки недостаточно и бурить очень дорого, можно установить воздушный тепловой насос. Его эффективность ниже, но установить его можно где угодно.

Насколько эффективен тепловой насос?

Тепловой насос функционирует от электросети, используя затраченную энергию гораздо эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Значение КПД у него в несколько раз больше единицы. Например, расходуя 1 кВт электроэнергии, Вы получите 3-4 кВт тепла. Таким образом, получаете 2-3 кВт тепла бесплатно из окружающей среды.

Где в доме нужно размещать тепловой насос?

Можно размещать в подсобном помещении, кладовке, подвале, или даже в гараже.

Насколько он шумен?

Тепловой насос шумит как обычный бытовой холодильник.

Какой тип отопления выбрать?

Можно использовать как радиаторную систему, так и напольное отопление. Наиболее эффективным сочетанием является тепловой насос с напольным отоплением. В таком случае КПД будет максимально возможным. В коммерческих зданиях тепловой насос лучше подключить к системе воздушного распределения.

Будет ли он отапливать в самое холодное время года?

Да. Тысячи этих систем были установлены в разных точках Европы, в том числе и в Скандинавии, где зимы очень суровые. Мы спланируем наиболее подходящую систему для Вас.

Можно ли получить необходимое количество горячей воды?

Мы сделаем правильный подбор исходя из пикового количества потребляемой горячей воды в самый холодный день в году. Тепловые насосы производят не такую горячую воду как газовые котлы. Вместо производства горячей воды, которой можно обжечься, Вам нужно будет добавлять меньше холодной воды, чем Вы привыкли. Цель в том, чтобы не вырабатывать слишком горячую воду и таким образом экономить Ваши деньги. Ведь выработка неадекватно горячей воды приводит к уменьшению эффекта теплового насоса.

Можно использовать тепловой насос в качестве кондиционера летом?

Да. Можно приобрести тепловой насос с блоком охлаждения, что абсолютно уберет потребность в кондиционировании и горячей воде в летний период. Технически это реализуется с помощью фанкойлов или приточной вентиляции.

Могу ли я отапливать бассейн?

Да. Мы можем разработать установку с подогревом бассейна.

Сэкономит ли это мне деньги?

Да, сравнивая с любой топливной системой, тепловой насос в несколько раз экономичнее в эксплуатации.

В чем экологическая безопасность теплового насоса?

Насос не производит вредных выбросов, воздейстие коллектора минимально, хладагент R407C, циркулирующий в агрегате, нетоксичен и безвреден для озонового слоя.

Откуда тепловой насос извлекает тепло ?

Солнце – мощнейший источник энергии, оно нагревает воздух, воду, земную поверхность и глубины. Тепловой насос извлекает эту накопленную солнечную энергию.

Как производится управление работой теплового насоса?

Системный мониторинг реализуется микропроцессорными средствами автоматики, автоматизированная система управления обеспечивает безопасный и эффективный режим работы теплового насоса и дополнительного оборудования. Подробное описание функций можно найти в инструкциях пользователей.

Что можно сказать о надежности системы?

Срок эксплуатации земляного коллектора зависит от уровня кислотности почвы и может достигать 50-100 лет, при повышенном же «pH» — приблизительно 30 лет. Непосредственно в самой установке единственной движущей частью является компрессор, срок службы которого составляет 15 лет, и который можно легко и дешево заменить по истечении срока его эксплуатации.

Насколько сложно обслуживание установки?

В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют специальных навыков и описаны в инструкциях к конкретным моделям.

Как дизайн установки вписывается в интерьер дома?

Тепловой насос компактен — серийные установки имеют размер 600x600x1650 и 600x600x850 мм. По желанию заказчика корпус может быть выполнен в дереве.

Совместим ли тепловой насос с уже имеющейся в наличии у заказчика отопительной системой?

Тепловой насос совместим с практически любой циркуляционной теплопроводной отопительной системой, независимо от вида котла.

On-line калькулятор расчета работы солнечной электростанции

On-line калькулятор солнечной, ветровой и тепловой энергии

Выберите месторасположение объекта, воспользовавшись поиском по названию города или передвигая метку на карте. Введите параметры солнечных панелей, ветрогенераторов, воздушных и/или тепловых коллекторов.

Для расчета солнечных панелей и ветрогенераторов укажите среднесуточное потребление (кВт·ч/сутки) или воспользуйтесь «калькулятором» средней нагрузки, расположенным под картой, справа. Рассчитайте время автономной работы системы, задав данные ёмкости и напряжения аккумуляторных батарей.

Для расчёта тепловой энергии или объема горячей воды выберите тип и количество солнечных коллекторов.

Вы можете воспользоваться подсказками, расположенными под калькулятором или обратиться за помощью в расчётах к нашим специалистам по телефону +7(812)903-28-88, [email protected].

Как подобрать комплектацию солнечной и/или ветровой электростанции?

1. Мы рекомендуем начать с расчёта необходимого количества энергии или суточного потребления вашего дома/объекта в кВт*ч/сутки. Эти данные можно получить, списав с электросчетчика или рассчитать в калькуляторе средней нагрузки, справа под картой. Обратите внимание, что данные средней нагрузки в летний и зимний период могут отличаться. Рекомендуем заполнить оба показателя. На графике появятся две прямые: синяя линия указывает зимнее потребление, красная – летнее.

2. Выберите регион установки, для этого используйте «поиск города по названию» или двигайте метку на карте. Инсоляция в разных регионах может значительно отличаться.

3. Выберите тип и количество солнечных панелей в соответствии с суточным потреблением вашего объекта. На графике появится кривая жёлтого цвета, она показывает выработку выбранного вами солнечного массива, при условии ориентации его строго на юг и соблюдении рекомендуемого угла наклона (зенитный угол).

4. Чтобы увидеть количество энергии, вырабатываемое панелями в разные месяцы года – наведите курсор на точку на графике, над интересующим вас месяцем. Получить данные вырабатываемой энергии в разрезе всего года можно в нижнем, общем графике «Суммарная выработка электроэнергии», для этого достаточно нажать закладку «Среднемесячная выработка, кВт*ч».

5. Подберите необходимую ёмкость аккумуляторных батарей, для этого справа под картой выбирайте желаемую ёмкость аккумуляторов и их напряжение. Время автономной работы системы (часов) с выбранным массивом аккумуляторов и при указанной суточной нагрузке высветится ниже.

6. Обратите внимание, что в большинстве случаев перекрыть зимнее (ноябрь-февраль) потребление сложно. Поэтому для зимней эксплуатации используют резервные источники энергии, при полном отсутствии сети это может быть ветрогенератор или топливный генератор.

7. Чтобы добавить к вашей резервной системе ветрогенератор откройте вкладку «Расчет энергии, вырабатываемой ветрогенераторами». Выберите количество и модель ветрогенератра, высоту мачты и окружающий ландшафт. На графике появится голубая кривая, отображающая выработку ветрогенератора в кВт*ч. Чтобы увидеть количество энергии, вырабатываемое в определенные месяцы года – наведите курсор на точку на графике, над интересующим вас месяцем. Получить данные вырабатываемой энергии в разрезе всего года можно в нижнем, общем графике «Суммарная выработка электроэнергии», для этого достаточно нажать закладку «Среднемесячная выработка, кВт*ч». Обратите внимание, что в нижнем графике «Суммарная выработка электроэнергии» отображаются общие данные как солнечной, так и ветровой системы в сумме.

Как подобрать тип и количество водяных солнечных коллекторов?

Объем горячей воды, получаемой от того или иного водного солнечного коллектора можно рассчитать, открыв вкладку «Расчет энергии, вырабатываемой водяными солнечными коллекторами».

Выберите модель и количество коллекторов и укажите угол наклона коллектора в графе «зенитный угол». На графике появится жёлтая кривая, указывающая количество воды в литрах нагреваемой в сутки в различные месяцы года. Температура нагрева 25°С.

Как рассчитать количество тепловой энергии и выбрать воздушный солнечный коллектор?

Для расчета объема нагреваемого солнечным коллектором воздуха откройте вкладку «Расчёт энергии, вырабатываемой воздушными солнечными коллекторами» выберите модель и количество коллекторов. Обязательно укажите угол наклона коллектора в графе «зенитный угол». Для моделей с креплением на стену установите значение 90.

На графике появится желтая кривая, отображающая объем горячего воздуха в м³/сутки при нагреве на 44°С.

Обратите внимание, что полученные при расчетах данные приблизительные. On-line калькулятор в своих расчётах опирается на базы данных о инсоляции на земной поверхности в разных точках земного шара. Период наблюдения, учтённый в базе данных инсоляции земной поверхности — чуть более двадцати лет. Фактическая выработка энергии может отличаться из года в год, и зависит от инсоляции в конкретном периоде. К тому же данные калькулятора предполагают расположение источников тепловой и электрической энергии (солнечных панелей и коллекторов) строго на юг!

🔋 Солнечный генератор энергии для дома: виды, схема подключения | Альтернатива24

Солнечный генератор

Преобразователь тепловой энергии – это устройство для получения тока (или тепла) и его накопления. Благодаря этому прибору, можно обеспечить питание оборудования, вне зависимости от климатических условий и температуры окружающей среды. Наилучшее место расположения для такой конструкции – крыша, где коэффициент освещения максимальный.

Работа генератора обеспечивается циркуляцией теплоносителя (воды или антифриза) в замкнутом контуре. Она возникает при трансформации солнечной энергии в тепловую. Жидкость нагревается и двигается, передавая энергию на аккумулятор.

Конструкция солнечного генератора

Есть несколько видов коллекторов солнечной энергии, которые используются в промышленных масштабах и в быту. Их главная особенность – необходимость высокой освещенности. Преимущества установки, которая имеет возможность накапливать ресурсы – отсутствие привязки ко времени суток. Днем энергия вырабатывается под воздействием лучей, накапливается и реализуется, а ночью используется резерв.

Установку для преобразования альтернативной энергии можно купить или собрать самостоятельно.

Главные детали генератора:

·фотопреобразователь или коллектор;

·трубки с теплоносителем;

·бак-аккумулятор;

·насос;

·контур теплообмена.

Если температура может опуститься до критической, и есть риск замерзания жидкости в коллекторе, необходимо установить нагреватель. Он активируется только по требованию. Для нормального функционирования нужно обеспечить постоянный мониторинг работы установки, чтобы исключить возможность сбоев и неполадок.

Есть несколько видов генераторов энергии Солнца с теплоносителем:

·плоский;

·воздушный;

·вакуумный.

Плоский преобразователь имеет вид пластины, толщиной до 4х сантиметров. Сверху устанавливается лист, выкрашенный черной краской, которая поглощает солнечные лучи. Основа этой установки – теплоемный металл. Благодаря своим свойствам, он генерирует максимальное количество излучения, что способствует нагреванию жидкости. Для циркуляции теплоносителя в конструкцию устанавливается трубка-змеевик. Чтобы минимизировать потерю тепла, можно добавить слой закаленного стекла, благодаря которому создается парниковый эффект.

Вакуумный генератор работает по иному принципу, конструкция очень сильно отличается. Главная часть системы – герметичные трубки с теплоносителем, которые соединены с теплосборником. Они имеют высокоселективное покрытие, благодаря чему поверхность поглощает максимальное количество солнечных лучей.

Колба состоит из двустенного стекла, в пространстве между стенками есть вакуум, который минимизирует теплопотери. Оно покрыто специальным адсорбирующем слоем, который поглощает лучи Солнца, способствуя нагреванию. Внутри находится жидкость и медный тепловой канал. Теплосборник в этой установке может быть другого вида – перьевой, состоящий из одностенной колбы и сердечника.

Циркуляция жидкости происходит при передаче тепла от жидкости, которая находится в колбе в теплоноситель сердечника. Колба соединена с двумя трубами – для холодной (приточной) и теплой (отточной) жидкости из контура. Каждый солнечный генератор необходимо соединить с теплосборником, благодаря которому теплая жидкость не будет возвращаться назад. Для постоянной циркуляции необходимо установить насос. Чаще всего для сохранения тепла используется бак-бойлер, который состоит из спиральных трубок, манометра, клапана давления, крана для регулировки уровня воды. Конструкцию можно оснастить электронагревателем.

Воздушный коллектор работает по похожему принципу, но для передачи тепла используется воздух. Он может двигаться как естественным образом, когда при нагревании газ расширяется и циркулирует, или принудительным методом, с помощью вентилятора – панели для поглощения солнечных лучей, покрашенной в черный цвет, с ребристой поверхностью.

Можно сделать автономную систему отопления, которая при необходимости, самостоятельно переключается с электрического на солнечный обогрев. Это отличная идея для мест, где климатические условия нестабильны и невозможно пользоваться только одним видом теплообеспечения.

Генераторы, использующие солнечные батареи

Используя коллектор солнечных лучей, можно накапливать не только тепло, но и электроэнергию. Для этого устанавливается панель с кремниевыми пластинками, где импульс лучей преобразовывается в ток. Эта конструкция состоит из фотопреобразователя, контактов для проведения энергии, инвертора, аккумулятора.

Преобразование лучей получается благодаря p-n-переходу электронов в кремниевой пластинке. Она состоит из двух слоев. Первый, верхний, содержит атомы кремния с пятью, а нижний –тремя электронами. Учитывая, что в стандартных условиях он имеет валентность 4, электроны двигаются к свободным орбиталям, благодаря чему образуется постоянный ток. Но для его использования необходимо переменное напряжение, для преобразования которого используется инвертор. После прохождения через устройство энергия накапливается в аккумуляторе.

Преимущества и недостатки генератора солнечной энергии

Использование этого устройства – это новое слово в энергетике. Благодаря оборудованию, которое трансформирует импульсы фотонов в тепло- или электроэнергию, можно получить независимость от коммунальных служб. Этот источник можно по праву считать неисчерпаемым.

Генераторы альтернативной энергии не загрязняют окружающую среду, являются экологически чистыми. Имея подобную установку в мобильном состоянии, можно получить доступ к электроэнергии при любых условиях: в дороге, на пикнике, в походе или путешествии.

Установка солнечного генератора – дорогое удовольствие. Можно создать источник энергии самостоятельно, но это не снизит его себестоимость. Самым дорогостоящим, но и эффективным будет генератор на солнечных батареях с кремниевой пластинкой. При использовании этого оборудования в нестабильных климатических условиях, есть возможность поломки из-за замерзания. Чтобы предотвратить риск повреждения, нужно обеспечить постоянный мониторинг работы установки, ее автоматическое отключение.

Несмотря на наличие недостатков, генератор солнечной энергии – отличная возможность получать электроэнергию самостоятельно, установив небольшую станцию. Ее установка окупается с годами, поэтому можно смело вложить некоторые сбережения на подобное энергообеспечение.

Многие прогрессивные страны делают огромные ставки на альтернативные естественные источники энергии, вкладывая ресурсы в их развитие. К сожалению, в России подобная сфера менее развита, из-за дороговизны строительства систем. В данный момент максимальная доля энергообеспечения приходится на ТЭЦ, которые загрязняют окружающую среду, но имеют большой КПД. Ученые прогнозируют прорыв в развитии энергетического потребления в России лишь на 2020-2030 год.

В настоящее время мир в большой степени зависит от угля, нефти и природного газа, чтобы удовлетворить его энергетические потребности. Однако, использование этих источников энергии оказывает значительное влияние на нашу среду. Кроме того, эти ресурсы не возобновляемы, то есть, они не будут доступны всегда. Поскольку их поставки истощаются, они станут слишком дорогими, и также окажут разрушительное влияние на окружающую среду.

Полезные видео по теме:

Источник: https://eco-energetics.com/solar-energy/solnechnyj-generator-energii-dlya-doma-vidy-shema-podklyucheniya#/

Солнечная тепловая электростанция — Energy Education

Рисунок 1. Солнечная тепловая электростанция в Испании. ^[1]

Солнечные тепловые электростанции — это электростанции, которые используют энергию Солнца для нагрева жидкости до высокой температуры. Затем эта жидкость передает свое тепло воде, которая затем становится перегретым паром. Затем этот пар используется для вращения турбин на электростанции, и эта механическая энергия преобразуется в электричество генератором. Этот тип генерации по существу аналогичен производству электроэнергии, в котором используется ископаемое топливо, но вместо сжигания ископаемого топлива нагревается пар с использованием солнечного света. ^[2] В этих системах используются солнечные коллекторы, которые концентрируют солнечные лучи в одной точке для достижения подходящей высокой температуры.

Существует два типа систем для сбора и хранения солнечной радиации: пассивные системы и активные системы. Солнечные тепловые электростанции считаются активными системами. ^[3] Эти установки спроектированы для работы с использованием только солнечной энергии, но большинство установок могут использовать сжигание ископаемого топлива для увеличения выработки, когда это необходимо. ^[2]

Виды растений

Несмотря на то, что существует несколько различных типов солнечных тепловых электростанций, все они одинаковы в том, что в них используются зеркала для отражения и концентрации солнечного света на точке.В этот момент солнечная энергия собирается и преобразуется в тепловую энергию, которая создает пар и запускает генератор. Это создает электричество.

Параболические желоба

основной артикул

Рисунок 2. Коллекторы с параболическим желобом. ^[4]

Эти желоба, также известные как коллекторы линейного фокуса, состоят из длинного отражателя параболической формы, который концентрирует падающий солнечный свет на трубе, идущей вниз по желобу. Коллекторы иногда используют одноосную систему слежения за Солнцем, чтобы отслеживать Солнце по небу, когда оно движется с востока на запад, чтобы гарантировать, что на зеркала всегда падает максимальная солнечная энергия.Приемная труба в центре может достигать температуры выше 400 ° C, поскольку желоб фокусирует Солнце с интенсивностью в 30-100 раз больше его нормальной. ^[2]

Эти желоба выстроены рядами на солнечном поле. Жидкий теплоноситель нагревается, когда он проходит по трубам в параболическом желобе. Затем эта жидкость возвращается в теплообменники в центральном месте, где тепло передается воде, образуя перегретый пар высокого давления. Затем этот пар приводит в движение турбину, чтобы привести в действие генератор и вырабатывать электричество.Затем теплоноситель охлаждается и возвращается через солнечное поле. ^[2]

Параболические блюда

основная статья

Рисунок 3. Параболический сборщик посуды. ^[5]

Это большие параболические тарелки, использующие двигатели для отслеживания Солнца. Это гарантирует, что они всегда получают максимально возможное количество поступающего солнечного излучения, которое затем концентрируется в фокусе антенны. Эти тарелки могут концентрировать солнечный свет намного лучше, чем параболические желоба, а температура жидкости, проходящей через них, может достигать 750 ° C. ^[2]

В этих системах двигатель Стирлинга преобразует тепло в механическую энергию, сжимая рабочую жидкость в холодном состоянии и позволяя нагретой жидкости расширяться наружу в поршне или перемещаться через турбину. Затем генератор преобразует эту механическую энергию в электричество. ^[2]

Солнечные башни

основная статья

Рисунок 4. Солнечная башня. ^[6]

Башни солнечной энергии — это большие башни, которые действуют как центральный приемник солнечной энергии.Они стоят посреди большого массива зеркал, которые концентрируют солнечный свет на точке в башне. Это большое количество плоских зеркал, отслеживающих солнце, известно как гелиостаты. В градирне установлен теплообменник, в котором нагревается теплоноситель. Тепло, сконцентрированное в этой точке, может быть в 1500 раз сильнее падающего солнечного света. ^[2] Затем горячая жидкость используется для создания пара для запуска турбины и генератора, вырабатывающих электричество. Одним из недостатков этих башен является то, что они должны быть очень большими, чтобы быть экономичными.

Преимущества и недостатки

Поскольку эти системы могут генерировать пар с такими высокими температурами, преобразование тепловой энергии в электричество более эффективно. Кроме того, эти электростанции решают проблему неспособности эффективно хранить электроэнергию, имея вместо этого возможность накапливать тепло. Хранение тепла более эффективно и рентабельно, чем хранение электроэнергии.

Кроме того, эти станции могут производить управляемую энергию базовой нагрузки, что важно, поскольку это означает, что эти станции производят надежное количество энергии и могут включаться или запускаться по желанию, удовлетворяя потребности общества в энергии. ^[7] В дополнение к этому, солнечные тепловые электростанции представляют собой тип технологии производства электроэнергии, который чище, чем производство электроэнергии с использованием ископаемого топлива. Таким образом, это одни из самых чистых вариантов выработки электроэнергии. Несмотря на это, все еще существуют связанные с этим экологические последствия, поскольку анализ полного жизненного цикла может показать все связанные выбросы углекислого газа, связанные со строительством этих заводов. Однако выбросы все еще намного ниже, чем выбросы, связанные с установками, работающими на ископаемом топливе.

К числу недостатков можно отнести большой участок земли, необходимый для эффективной работы этих заводов. Кроме того, потребность этих заводов в воде также может рассматриваться как проблема, поскольку для производства достаточного количества пара требуются большие объемы воды. ^[8] Последним потенциальным воздействием использования больших фокусирующих зеркал является вредное воздействие этих растений на птиц. Птиц, которые летят на пути сфокусированных лучей Солнца, можно сжечь. Согласно некоторым сообщениям о гибели птиц на таких электростанциях, как эти, погибает примерно одна птица каждые две минуты. ^[9]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Проект солнечного термоэлектрического генератора (СТЭГ)

Серия

/ Номер отчета:

2013 Ричард Дж. И Марта Д. Денман Исследовательский форум бакалавриата. 18-й

Аннотация:

В мире, где ископаемое топливо преобладает в качестве источников энергии, потребность в экономически и коммерчески жизнеспособном возобновляемом источнике энергии является острой.Процессы, посредством которых образуются ископаемые виды топлива, не происходят достаточно быстро, чтобы восполнить их источники для удовлетворения потребностей общества, а при сжигании ископаемого топлива образуется двуокись углерода, парниковый газ, связанный с глобальным потеплением. Солнечная энергия зарекомендовала себя как многообещающая альтернатива: в этой области преобладают фотоэлектрические элементы в потребительском масштабе и солнечная тепловая энергия в масштабах предприятий. Тем не менее, солнечные тепловые системы обладают врожденным преимуществом в том, что они используют все длины волн падающего излучения, а не только свет.В этом исследовании термоэлектричество рассматривается как жизнеспособный вариант для небольших солнечных тепловых систем. Термоэлектрики основаны на эффекте Зеебека, утверждающем, что напряжение индуцируется, когда градиент температуры применяется к стыкам двух различных материалов; В случае солнечного термоэлектрического генератора (СТЭГ) горячая сторона является поглотителем солнечной энергии, а холодная сторона — теплоотводом. Это исследование предлагает спроектировать, построить и испытать прототип СТЭГ, чтобы внести свой вклад в дальнейшее развитие СТЭГ как разумных источников солнечной тепловой энергии для потребительского рынка.Процесс проектирования включал расчет и оптимизацию баланса энергии в поглотителе, минимизацию потерь тепла, анализ теплопередачи через термоэлектрические элементы и анализ системы электроснабжения. Процесс тестирования включал сборку системы, измерение баланса тепла и тепловых потерь, а также измерение электроэнергии, генерируемой термоэлектрическим модулем, подключенным к переменным резистивным нагрузкам, чтобы в конечном итоге измерить эффективность STEG. Литература предполагает, что STEG может достигать 5.Эффективность 2% при работе в вакууме без оптической концентрации, хотя этот STEG достиг максимальной эффективности только приблизительно 0,03%, так как откачанная среда не использовалась.

Описание:

Инженерное дело: 3-е место (Исследовательский форум Денмана Университета штата Огайо)

Академическая специальность:

Академическая специальность: Машиностроение

Solar Thermal использует солнечную энергию как для отопления, так и для выработки электроэнергии. Солнечная тепловая энергия бесплатна

Solar Thermal — использование тепловой энергии солнца

Солнечная тепловая технология включает три различных метода преобразования солнечной энергии для использования.Первый метод собирает энергию солнца для нагрева воды или воздуха для непосредственного использования в солнечном отоплении дома. Второй метод используется крупными энергокомпаниями для косвенного производства электроэнергии за счет концентрированной солнечной тепловой энергии. Третий метод, известный как пассивная солнечная энергия, использует энергоэффективность и конструкцию здания для регулирования количества получаемой солнечной энергии для регулирования его температуры.

Коммунальные весы для солнечной энергии — Сельское хозяйство Солнечная энергия

Как солнечная тепловая энергия преобразуется в электричество?

Солнечные электростанции или тепловые солнечные фермы косвенно вырабатывают электроэнергию, когда тепло от солнечных тепловых коллекторов превращает воду или расплавленную соль в пар.Как и на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, этот пар вращает турбины, питающие электрические генераторы.

Как солнечные тепловые электростанции собирают тепло для производства электроэнергии?

1) Солнечная башня: В окружении гелиостатов, которые представляют собой специальные зеркала, отслеживающие солнце, солнечная башня собирает солнечную энергию. Центральный ресивер наверху башни собирает и накапливает тепло в специальных жидких солях, которые транспортируются из башни в парогенератор.

2) Параболические желоба: Этот тип системы использует форму параболы для усиления тепла и сбора его от солнца в любое время дня.Через эту систему проходят трубки, заполненные специальной жидкостью. По мере того, как специальная жидкость проходит мимо, она нагревается и по существу «собирает» тепло. Жидкость передает тепло воде, которая превращается в пар и приводит в действие генератор.

3) Отражатель Fresnal: Вместо нагрева жидкости этот механизм непосредственно нагревает воду. Он делает это эффективно за счет повышения атмосферного давления. Пар создается для питания турбин.

4) Солнечная тарелка: Они движутся вместе с солнцем, собирая тепло в течение всего дня.Посуда с зеркалами отражает солнечный свет на точку фокусировки. Они преобразуют это тепло в механическую энергию, нагревая сжатую жидкость. Горячая сжатая жидкость расширяется и приводит в действие поршень, создавая электричество.

Теги: солнечный терморегулятор, солнечная тепловая энергия, солнечные тепловые системы своими руками, накопительные баки солнечные тепловые, солнечное тепловое электричество, солнечный тепловой генератор, солнечная тепловая энергия, солнечная тепловая энергия

Солнечная энергия для вашего дома

Солнечная энергия — это наиболее распространенный вид солнечной энергии.Простой процесс нагрева воды солнцем используется в более теплом и солнечном климате мира. В большинстве домов есть резервуары для хранения воды, окрашенные в черный цвет для поглощения солнечного тепла. Вода используется для душа, стирки и других бытовых нужд. Это не сложно, но работает. И это бесплатно. США были крупным потребителем солнечного нагрева воды, пока газовое нагревание воды не стало популярным. Солнечное термальное водонагревание теперь широко возвращается из-за экологических проблем и очень выгодного сравнения затрат.

Солнечный водонагреватель

Самый экономичный способ реализации солнечного тепла — это использование солнечного водонагревателя. Поскольку большая часть энергии в домашних условиях используется для нагрева воды для душа, стирки или мытья посуды, бесплатное нагревание воды на солнце — отличный способ сэкономить деньги. Солнечные водонагреватели не производят электричество — они просто собирают тепло от солнца и хранят его в резервуаре для последующего использования. Солнечное отопление работает так же, как шланг на заднем дворе, когда он подвергается воздействию солнечного света в течение нескольких часов.Вода становится очень горячей — обычно поднимается на 10 градусов за час солнечного света. Эти системы также довольно просты в механическом отношении. Монтажник солнечной энергии, который реализует эти типы систем солнечной тепловой энергии, имеет опыт работы в области водоснабжения.

Солнечное термальное водонагревание также является отличным способом обогрева вашего бассейна и спа.

Солнечная тепловая энергия — горячий воздух

Еще одно чрезвычайно простое использование солнечного тепла для вашего дома — это солнечный коллектор горячего воздуха. Солнечный коллектор из тонкого металла, окрашенный в черный цвет, крепится к стене дома, и воздух циркулирует через него с помощью вентилятора.Посмотрите видео о профессионально изготовленном солнечном коллекторе горячего воздуха, сделанном из использованных банок из-под газировки, на странице DIY solar.

Как работает солнечная тепловая энергия

Есть два типа солнечных тепловых систем: пассивные и активные. Пассивная система не требует оборудования, например, когда внутри вашего автомобиля накапливается тепло, когда он припаркован на солнце. Активная система требует некоторого способа поглощения и сбора солнечной радиации, а затем ее сохранения.

Солнечные тепловые электростанции — это активные системы, и хотя существует несколько типов, есть несколько основных общих черт: зеркала отражают и концентрируют солнечный свет, а приемники собирают эту солнечную энергию и преобразуют ее в тепловую энергию.Затем можно использовать генератор для производства электроэнергии из этой тепловой энергии.

Самый распространенный тип солнечных тепловых электростанций, в том числе электростанции в пустыне Мохаве в Калифорнии, используют параболический желоб конструкции для сбора солнечного излучения. Эти коллекторы известны как системы линейных концентраторов, и самые большие из них способны вырабатывать 80 мегаватт электроэнергии [источник: Министерство энергетики США]. Они имеют форму хаф-пайпа, который можно увидеть на сноуборде или скейтборде, и имеют линейные параболические отражатели, покрытые более чем

0 зеркал, выровненных с севера на юг и способных поворачиваться, чтобы следовать за солнцем, когда оно движется на восток. на запад днем.Из-за своей формы установки этого типа могут достигать рабочих температур около 750 градусов F (400 градусов C), концентрируя солнечные лучи с интенсивностью в 30-100 раз по сравнению с их нормальной интенсивностью на теплоносителях или трубах, заполненных водой / паром [источник : Управление энергетической информации]. Горячая жидкость используется для производства пара, а затем пар вращает турбину, которая приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество.

Хотя конструкции с параболическими желобами могут работать на полную мощность как солнечные электростанции, они чаще используются в качестве гибридных солнечных батарей и ископаемых видов топлива, добавляя возможность использования ископаемых видов топлива в качестве резервных.

Башенные солнечные электростанции — это еще один тип солнечных тепловых систем. В вышках питания используются тысячи гелиостатов , которые представляют собой большие плоские зеркала, отслеживающие солнце, для фокусировки и концентрации солнечного излучения на одном установленном на башне приемнике. Как и в параболических желобах, теплоноситель или вода / пар нагреваются в приемнике (однако силовые башни способны концентрировать солнечную энергию в 1500 раз), в конечном итоге преобразовываются в пар и используются для производства электроэнергии с помощью турбины и генератор.

Конструкции силовых башен все еще находятся в разработке, но когда-нибудь их можно будет реализовать в виде подключенных к сети электростанций, производящих около 200 мегаватт электроэнергии на одну башню.

Третья система — солнечная тарелка / двигатель . По сравнению с параболическим желобом и силовыми мачтами, тарелочные системы производятся небольшими партиями (от 3 до 25 киловатт). Есть два основных компонента: солнечный концентратор (тарелка) и блок преобразования энергии (двигатель / генератор). Блюдо направлено и отслеживает солнце и собирает солнечную энергию; он способен сконцентрировать эту энергию примерно в 2000 раз.Между тарелкой и двигателем находится термоприемник, представляющий собой серию трубок, заполненных охлаждающей жидкостью (например, водородом или гелием). Он поглощает концентрированную солнечную энергию от тарелки, преобразует ее в тепло и отправляет это тепло в двигатель, где оно превращается в электричество.

Исследование солнечной гибридной электрической / тепловой системы с концентратором излучения и термоэлектрическим генератором

Проведено экспериментальное исследование солнечной концентрирующей системы на основе термоэлектрических генераторов (ТЭГ).Система включала электрогенерирующий блок с 6 последовательно соединенными ТЭГ, использующими традиционный полупроводниковый материал Bi ₂ Te ₃ , который освещался концентрированным солнечным излучением с одной стороны и охлаждался проточной водой с другой стороны. Использовался концентратор слежения за солнцем с мозаичным набором зеркал; его ориентация на Солнце обеспечивалась двумя парами датчиков излучения, дифференциальным усилителем и двумя серводвигателями. Горячая сторона ТЭГ в полдень имеет температуру около 200 ° C, а холодная сторона — около 50 ° C.Система охлаждения термосифона была разработана для поглощения тепла, проходящего через ТЭГ, и обеспечения оптимальных условий работы. Система вырабатывает 20 Вт электрической энергии и 200 Вт тепловой энергии, хранящейся в воде с температурой около 50 ° C. Изученную гибридную систему можно рассматривать как альтернативу фотоэлектрическим / тепловым системам, особенно в странах с обильным солнечным излучением, таких как Мексика, Китай и Индия.

1. Введение

Солнечные гибридные электрические / тепловые системы, использующие фотоэлектрические (PV) панели в сочетании с теплоотводом, заполненным водой / воздухом, были спроектированы и исследованы во многих лабораториях в течение последних трех десятилетий [1–10] и в настоящее время являются широко используется во всем мире (Англия, Канада, Китай, Греция, Индия и др.).Были проведены некоторые исследования [11–16] возможностей использования термоэлектрических генераторов (ТЭГ) в солнечных гибридных системах, и сделан вывод о том, что ТЭГ могут успешно использоваться в этих системах вместо фотоэлектрических панелей или вместе с ними. Существенное повышение эффективности термоэлектрического преобразования было достигнуто за последнее десятилетие [17–19], что весьма благоприятно для применения такого рода ТЭГ. С традиционным термоэлектрическим материалом Bi ₂ Te ₃ максимальный электрический КПД, который может быть получен в такой системе, составляет 5% [16].

Чавес-Урбиола и др. [14] исследовали различные варианты построения гибридных систем преобразования солнечной энергии с использованием ТЭГ. Они показали, что эти системы могут быть эффективными (и экономичными в случае промышленного производства) даже при использовании материалов и устройств, которые уже доступны на рынке, особенно в странах с высокой солнечной инсоляцией (Мексика, Китай, Индия и т. Д.) . Ниже описывается конструкция и детальное экспериментальное исследование одной из гибридных систем, проанализированных в упомянутой выше работе [14], а именно системы с концентратором солнечного излучения, ТЭГ и водонаполненным теплоотводом.Циркуляция воды обеспечивалась термосифонным эффектом. Эксперименты проводились в Керетаро, Мексика, на 20 ° северной широты, в марте 2012 года.

2. Описание гибридной системы

Схема системы показана на рисунке 1, где поток солнечного излучения (1) равен концентрируется мозаичным зеркалом (2) на электрическом / тепловом генерирующем блоке (3) (детали ТЭГ показаны на рисунке 2), состоящем из поглотителя излучения (нагревательной пластины), массива ТЭГ и охлаждающей пластины, которая находится в прямом контакт с медными трубками, циркулирующими в воде.Водяной контур термосифона включает в себя термобак-накопитель (4) с трубками для входа и выхода воды.

Блок концентрации излучения состоял из 55 плоских зеркал, каждое из которых имеет размер, равный размеру массива ТЭГ (8 × 12 см ² ), обеспечивая соотношение концентраций (количество зеркал, сфокусированных на нагревателе). пластины, умноженной на эффективность отражения зеркала) ~ 52, с учетом эффективности отражения 0,95. Зеркала располагались по параболической кривой с фокусом над нагревательной пластиной сборки ТЭГ; для достижения этого эффекта рассчитывался угол наклона каждого зеркала.Блок (держатель зеркала) был прикреплен к 2-осевой системе слежения за солнцем (подробнее см. [20]), оснащенной 2 парами датчиков излучения, расположенными таким образом, что разница в фотоотклике в каждой паре равна нулю, если Держатель зеркала ориентирован на солнце, обеспечивая максимальную освещенность нагревательной плиты поглотителя. Разница в фотоответе увеличивается с дезориентацией (сигнал дезориентации). Этот разностный сигнал подается на микроконтроллер PIC16F877, который контролирует систему с помощью двух редукторных серводвигателей.

Массив ТЭГ включает 6 генерирующих элементов типа ТГМ-127-1.4-2.5 на основе Bi ₂ Te ₃ (производство Криотерм, Санкт-Петербург, Россия; каждый элемент 4 × 4 × 0,5 см ³ ). Электрические характеристики элементов при различных температурах эксплуатации приведены в предыдущей публикации [14].

3. Расчет термосифонного контура

Для термосифонных солнечных водонагревателей расход циркулирующей воды обычно рассчитывается путем приравнивания напора и напора трения.Напор вызван градиентами плотности в контуре, а напор трения — трением в системе водопровода.

Из-за высокого давления в термосифоне возникает поток. Этот поток в коллекторе обусловлен разницей в весе столба горячей воды в возвратной трубе, проходящей через коллектор, и столба холодной жидкости во входной трубе. Температурные условия определяются температурой жидкости на входе и температурой внутренней поверхности горячей трубы; изменения плотности воды вдоль коллектора при расчетах предполагаются линейными [21].Желаемая максимальная температура в охлаждающей плите должна быть около.

Представьте себе открытую петлю термосифона как U-образную трубку, содержащую жидкость, один столбец которой заполнен горячей жидкостью, а другой — холодной. Разница в высоте,, возникает из-за разницы в плотности. Если вместо U-образной трубы используется замкнутый контур, это приводит к движущей силе, которая создает поток в контуре.

Уравнения неразрывности при статическом равновесии в случае U-образной трубы могут быть выражены следующим образом: и соответствующий напор которая является функцией температуры и общей высоты колонн.Мы можем переписать (2) как функцию плотностей холодной и горячей сторон и с учетом общей длины:

Для определения тепловых движущих сил необходимо учитывать значения и. Используя желаемые значения и получается мм.

Напор трения, расход и коэффициент конвекции взаимосвязаны, но они также зависят от нескольких физических параметров, которые необходимо определить, таких как тип трубопровода, материалы и длина трубы, среди прочего.

Используя уравнение Бернулли, можно провести анализ сохранения энергии. Для системы труб [21], где и — входное и выходное давление, и — высота, и — соответствующие скорости потока, в единицах энергии можно записать следующее: где — добавленная энергия, — это вычтенная энергия, — потеря энергии (напор на трение), — ускорение свободного падения и — удельный вес жидкости.

С другой стороны, необходимо включить уравнение Дарси для трения напора: где — длина трубопровода, а — его диаметр, зависящий от расхода.Поскольку коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса для ламинарного течения [21] для термосифонной системы напор равен напору трения, вызывая потерю энергии

Как следствие, необходимо учитывать потери энергии из-за трения (большие потери из-за трения и незначительные потери из-за изменений размера и направления пути потока) в контуре.

Тогда фрикционный напор может быть выражен для этого случая через коэффициент трения и расход. Первый член соответствует сумме потерь на входе и выходе, где обычно используется оценочный коэффициент трения для систем такого типа [21].Принимая во внимание ламинарный поток и уравновешивая тепловую приводную головку с фрикционной головкой, получаем

Решая (9) для мм, получается расход м / с.

После определения расхода можно рассчитать коэффициент конвекции [21]. Для ламинарной области круглой трубы и температуры соответствующее среднее число Нуссельта равно

Для тепловой длины m условие выполняется, и коэффициент конвекции можно рассчитать как

После определения и мы можем принять их в качестве начальных значений при проектировании теплообменника, которое начинается с компьютерного моделирования.

4. Конструкция теплообменника для электрической / тепловой генераторной установки

Для определения оптимальной конфигурации теплообменника было предложено и оценено несколько конфигураций с использованием коммерческого программного обеспечения метода конечных элементов (FEM) (COMSOL Multiphysics 4.2a) . Для расхода использовалось полученное ранее значение:. Температура охлаждающей пластины не должна превышать, и плита должна находиться поблизости. Солнечная энергия, преобразуемая в тепло в горячей плите, составляет около 200 Вт на площади 0.08 × 0,12 м ² , в соответствии с массивом 2 × 3 элементов ТЭГ.

Теплообменник был спроектирован как можно более простой — плоская пластина, прикрепленная к промышленным трубам. На рисунке 3 представлены результаты моделирования для нескольких конфигураций, изменяющих такие параметры, как расположение горячей пластины, диаметр трубы, массив труб и сварочный материал, среди прочего. На этом же рисунке моделирование с рисунков 3 (a) — 3 (c) выполнено для диаметра 1 дюйм, а с рисунков 3 (d) до 3 (f) — для медной трубы типа K диаметром 3/4 дюйма в соответствии с по стандарту ASTM B-88.Красные области — самые горячие, а синие — самые холодные, в соответствии со справочной полосой в правой части каждой модели.

После оценки широкого диапазона конфигураций были выбраны и оценены два варианта, которые наилучшим образом соответствуют условиям, и результаты показаны на рисунке 4. Однодюймовая медная труба типа K [21] была использована в (a), получая максимальное значение в центре поверхности (красная зона). Для случая (b) была выбрана труба типа K диаметром 3/4 дюйма, что привело к более равномерному распределению максимального значения по центру поверхности.Таким образом, для эксперимента был выбран вариант (б).

5. Результаты экспериментов

Фактическая исследуемая система показана на фотографии на рисунке 5. Положения термопар обозначены красными и синими точками. Красные точки также указывают на место впрыска чернил, что дает представление о фактическом расходе воды. Как видно на изображении, термоэлектрическая сборка освещается концентрационным блоком.

Результаты электрических и тепловых характеристик системы представлены на рисунках 6 и 7.Для оценки эффективности системы (как электрической, так и тепловой) интенсивность солнечного излучения была принята равной 950 Вт / м, что соответствует прямой нормальной освещенности (DNI) в Керетаро, Мексика, на 20 ° северной широты, в момент равноденствия. пора года. Во-первых, электроэнергия, вырабатываемая системой в дневное время, показана на рисунке 6. Измерения проводились с согласованной нагрузкой, поэтому представленные данные дают максимальную доступную мощность. Можно видеть, что средняя мощность составляла 20 Вт, что давало 120 Втч электроэнергии с 10:00 до 16:00 (общая энергия, полученная в течение дня, составляла 175 Втч).Эти результаты соответствуют максимальному электрическому КПД системы 5%, что хорошо согласуется с оценками, сделанными в [14], и с результатами моделирования [16].

На рисунке 7 представлены тепловые характеристики гибридной системы. Средняя температура в резервуаре горячей воды была примерно такой, что достаточно для бытового применения. Изменения термического КПД, наблюдаемые во время эксперимента, составляют в среднем 50%, что выше, чем у традиционных фотоэлектрических / тепловых систем.Соответствующая тепловая мощность составляет 200 Вт, что дает 1,2 кВт-ч энергии за 6 часов с 10:00 до 16:00. Также можно видеть, что расход коррелирует с тепловым КПД — более высокий расход сопровождается более высоким КПД, хотя температура воды в баке ниже.

Оценка рентабельности, сделанная в нашей предыдущей публикации для исследуемой гибридной системы [14], показала, что при промышленном производстве (в количестве сотен систем) стоимость производства электроэнергии может составлять 3-4 доллара США за ватт. пик, который почти равен стоимости энергии, вырабатываемой фотоэлектрическими панелями.Это контрастирует с типичным случаем, когда стоимость производства энергии в гибридных системах обычно на 50% выше, чем в отдельных устройствах. Стоимость тепловой энергии в нашей системе с ТЭГами ниже, чем в традиционных фотоэлектрических / тепловых системах из-за большей тепловой мощности.

6. Выводы

Работа спроектированной гибридной системы в условиях Керетаро, Мексика, во время равноденствия, показала, что электрический КПД системы составляет 5%, а тепловой КПД — 50% при расчетной стоимости электрической энергии. Производство энергии практически не отличается от традиционных фотоэлектрических / тепловых систем.Таким образом, мы делаем вывод, что гибридная солнечная система с концентратором и термоэлектрическим генератором, даже с существующими компонентами, может рассматриваться как разумная альтернатива традиционной электрической / тепловой солнечной гибридной системе. Принимая во внимание быстрый прогресс в разработке новых наноструктурированных и высокоэффективных термоэлектрических материалов, можно ожидать, что в ближайшем будущем характеристики систем на основе ТЭГ могут превзойти традиционные солнечные гибридные системы, в частности, в солнечно-солнечных батареях. богатые регионы, имеющие относительно низкую широту.

Номенклатура

Давление на выходе, м 9028 9028 9028 9028 :

:	Эффективное проходное сечение трубопровода, м
:	Удельная теплоемкость, Дж / кг ·
:	Диаметр трубопровода, м	Напор (тепловая приводная головка), м
:	Коэффициент трения
:	Плотность, м / с
:	Высота, м
: Добавленная энергия	: Добавленная энергия к жидкости, Дж
:	Высота столба холодной жидкости, м
:	Средний коэффициент конвекции, Вт / м ·
:	Высота столба горячей жидкости, м
:	Высота трения внутри трубопровода, м
:	Энергия, отводимая в жидкость, Дж
:	Коэффициент трения 902 87
:	Теплопроводность, Вт / мК
:	Длина трубопровода, м
:	Эквивалентная длина трубопровода малых потерь, м
: длина термоэлемента	: , м
:	Массовый расход, кг / с
:	Среднее число Нуссельта
:	Давление на входе, Н / м
:
:	Число Прандтля
:	Тепловой поток, Вт
:	Потребляемая солнечная энергия, Вт
:			9028 Передача тепла в проточную воду Вт
:	Число Рейнольдса
:	Температура на выходе в теплоносителе системы отопления труба,
:	Температура жидкости на входе в трубу отопления,
:	Температура внутренней поверхности горячей трубы,
:	Скорость потока внутри трубы, м / с
:	Скорость жидкости на входе, м / с
:	Скорость жидкости на выходе, м / с
:	Высота на входе, м
:	Высота на выходе, м
:	Тепловой КПД
:	Плотность жидкости, кг / м
:	Плотность холодной жидкости, кг / м
Плотность горячей жидкости, кг / м
:	Удельный вес жидкости, Н / м
:	Динамическая вязкость, кг / м · с.

Конфликт интересов

Ни один из авторов данной работы не имеет прямых или косвенных финансовых отношений с коммерческой принадлежностью «COMSOL Multiphysics 4.2a», что может привести к конфликту интересов любого рода для любого из авторов.

Благодарности

Авторы выражают благодарность КОНАСИТ за финансовую поддержку проекта и докторскую степень. стипендия Э. А. Чавеса-Урбиолы. Они также хотели бы поблагодарить доктора Майка Болдрика из Корпуса мира США за рецензию на статью.

(PDF) Концентрированные солнечные термоэлектрические генераторы

k

eff; h

¼

kT

h



1 þ zT þ

ffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffi

9000

000

2

ð

T

h

 T

c

Þ

1 



T

h

T

000

000

0009

!

k

г

¼

2  2

ffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffi

1 þ zT

p

zT

(A.20)

Мы можем изучить зависимость k

eff, h

от zT и T

h

со следующим графиком

:

Благодарности

LLB поддерживалось Министерством обороны (DoD)

через программу стипендий для выпускников

Национальной оборонной науки и инженерии (NDSEG). GJS благодарит

за поддержку Лаборатории реактивного движения. EST благодарит

Научно-технический центр NSF по исследованиям материалов по адресу

CSM (награда NSF-MRSEC DMR0820518) за финансирование.Мы

благодарим Андрея Закутаева за его идеи и обсуждения.

Ссылки

1 Р. Марголис, К. Коггесхолл и Дж. Зубой, SunShot Vision Study, США

Министерство энергетики, 2012.

2 Г. Дж. Снайдер и Э. С. Тоберер, Сложные термоэлектрические материалы,

Nat. Матер., 2008, 7, 105–114.

3 C. Дерево, Материалы для термоэлектрического преобразования энергии, Rep. Prog.

Phys., 1988, 51, 459–539.

4 А. Дж. Миннич, М. С.Дрессельхаус, З. Ф. Рен и Г. Чен, Bulk

наноструктурированные термоэлектрические материалы: текущие исследования и перспективы

, Energy Environ. Наук, 2009, 2, 466–479.

5 C. J. Vineis, A. Shakouri, A. Majumdar и M. G. Kanatzidis,

Наноструктурированные термоэлектрики: большой выигрыш в эффективности за счет небольших

элементов, Adv. Матер., 2010, 22, 3970–3980.

6 С. К. Букс, Ж.-П. Флериал и Р. Б. Канер, Наноструктурированные материалы

для термоэлектрических применений, Chem.Commun., 2010, 46, 8311–

8324.

7 E. S. Toberer, A. F. May и G. J. Snyder, Zintl Chemistry for

, проектирование высокоэффективных термоэлектрических материалов, Chem. Матер.,

2010, 22, 624–634.

8 T. Caillat и др., Состояние прогресса в разработке сегментированных термоэлектрических пар с высокой эффективностью

Технологии для космоса, 2012 г.

9 AD LaLonde, YZ Pei and GJ Snyder, Reevaluation из

PbTe

1x

I

x

в качестве высокоэффективного термоэлектрического материала n-типа,

Energy Environ.Наук, 2011, 4, 2090–2096.

10 RH Liu и др., Скуттерудиты p-типа R

x

M

y

Fe

3

CoSb

12

(R, M ¼ Ba, 9000d

) , и Yb): эффективность двойного заполнения для термического снижения проводимости решетки

, Интерметаллики, 2011, 19, 1747–1751.

11 А. Ф. Мэй, Дж. П. Флериал и Г. Дж. Снайдер, Оптимизация термоэлектрической эффективности

в La

3x

Te

4

посредством замены Yb, Chem.Матер., 2010, 22,

2995–2999.

12 Y. Z. Pei, A. LaLonde, S. Iwanaga и G. J. Snyder, High

термоэлектрический показатель качества в PbTe с преобладанием тяжелых дырок,

Energy Environ. Наук, 2011, 4, 2085–2089.

13 Б. Пудель и др., Высокие термоэлектрические характеристики наноструктурированных сплавов теллурида висмута и сурьмы

, Science, 2008, 320, 634–638.

14 X. Ши и др., Многонаполненные скуттерудиты: высокая термоэлектрическая характеристика

достоинств за счет раздельной оптимизации электрических и тепловых

транспортных средств (том 133, стр. 7837, 2011), Дж.Являюсь. Chem. Soc., 2012, 134,

2842.

15 XA Yan, et al., Экспериментальные исследования анизотропных термоэлектрических свойств и структур Bi n-типа

2

Te

2.7

Se

0.3

, Nano Lett., 2010, 10,

3373–3378.

16 J. Paik, E. Brandon, T. Caillat, R. Ewell and J. Fleurial, Life Testing

of Yb

14

MnSb

11

для высокопроизводительных термоэлектрических пар,

Proceedings of Ядерные и новые космические технологии, 2011 г.

17 Г. Чен, Теоретическая эффективность солнечной термоэлектрической энергии

генераторы, J. Appl. Phys., 2011, 109, 104908.

18 Г. Сала, Д. Пачон и И. Антон, Тестирование, оценка и спецификация компонентов и систем концентратора PV

: классификация концентраторов PV

, Институт солнечной энергии, Политехнический институт University of

Madrid., Madrid, Spain, 2002.

19 SA Kalogirou, Солнечные тепловые коллекторы и их применение, Prog.

Энергия сгорания.Наук, 2004, 30, с. 231–295.

20 М. Гарсия, Л. Марройо, Э. Лоренцо и М. Перес, Загрязнение и др.

Оптические потери в солнечных фотоэлектрических установках в Наварре, Prog.

Фотогальваника, 2010, 19, 211–217.

21 Н. П. Сержант, О. Пинкон, М. Агравал и П. Пьюманс, Разработка широкоугольных солнечных селективных поглотителей

с использованием апериодических пакетов металл-диэлектрик

, Опт. Экспресс, 2009, 17, 22800–22812.

22 К. Кеннеди, Обзор средне- и высокотемпературных селективных солнечных поглотителей

, Отчет №NREL / TP-520-32167, 2002.

23 М. К. Хедаяти и др., Дизайн идеального черного поглотителя на видимых частотах

с использованием плазмонных метаматериалов, Adv. Mater., 2011, 23,

5410.

24 C. Линь Х., Черн Р. Л., Линь Х. Ю., Поляризационно-независимые

широкополосные почти идеальные поглотители в видимом режиме, Опт.

Экспресс, 2011, 19, 415–424.

25 Х. Сай, Х. Югами, Ю. Канамори и К. Хейн, Солнечные селективные поглотители

на основе двумерных поверхностных решеток W с

субмикронными периодами для высокотемпературного фототермического преобразования,

Sol.Energy Mater. Sol. Cells, 2003, 79, 35–49.

26 Э. Вестон, Аппарат для использования солнечной лучистой энергии, 1888 г., Патент

№ 389, 124.

27 Э. Уэстон, Искусство использования солнечной лучистой энергии, 1888 г., Патент № 389,

125.

28 ML Severy, Аппарат для выработки электроэнергии за счет солнечного тепла, 1894,

Патент № 527, 379.

29 ML Severy, Аппарат для монтажа и эксплуатации термобатарей,

1894, Патент № 527, 377.

30 W. W. Coblentz, Тепловой генератор, 1913 г., патент № 1077, 219.

31 M. Telkes, Солнечные термоэлектрические генераторы, J. Appl. Phys., 1954, 25,

13.

32 D. Kraemer, et al., Высокоэффективные плоские солнечные термоэлектрические генераторы

с высокой тепловой концентрацией, Nat. Матер., 2011, 10,

532–538.

33 Дж. Чен, Термодинамический анализ термоэлектрического генератора

, работающего от солнечной энергии, J. Appl. Phys., 1996, 79, 2717–2721.

34 С. А. Омер и Д. Г. Инфилд, Оптимизация конструкции термоэлектрических

устройств для производства солнечной энергии, Sol. Energy Mater. Sol. Cells,

1998, 53, 67–82.

35 К. Сулебка, Высокотемпературный солнечный термоэлектрический генератор, Прил.

Энергия, 1979, 5, 53–59.

36 Х. Шеррер, Л. Вихор, Б. Ленуар, А. Даушер и П. Пойнас, Термоэлектрический генератор Solar

на основе скуттерудитов, J. Power Sources,

2003, 115, 141–148.

37 Р. Аматия и Р. Дж. Рам, Солнечный термоэлектрический генератор для

микроэнергетических приложений, J. Electron. Mater., 2010, 39, 1735–

1740.

38 А. Новиков, Повышение эффективности солнечной термоэлектрической батареи

, J. Eng. Phys. Теплофизика, 2001, 74,6.

39 К. Сутер, П. Томес, А. Вайденкафф и А. Стейнфельд, Теплообмен

и геометрический анализ термоэлектрических преобразователей, приводимых в действие концентрированным солнечным излучением

, Материалы, 2010, 3, 2735–2752.

40 К. Макэнани, Д. Кремер, З. Ф. Рен и Г. Чен, Моделирование концентрирующих солнечных термоэлектрических генераторов

, J. Appl. Phys., 2011,

110.

41 П. В. Бриджмен, Замечание о принципе детальной балансировки, Phys.

Ред., 1928, 31.

9066 | Energy Environ. Sci., 2012, 5, 9055–9067 Этот журнал ª Королевское химическое общество, 2012 г.

Загружен Горной школой Колорадо 18 октября 2012 г.

Опубликован 31 августа 2012 г. на сайте http: // pubs.rsc.org | doi: 10.1039 / C2EE22248E

Обзор солнечных, тепловых и термоэлектрических гибридных систем для выработки электроэнергии и отопления | Международный журнал низкоуглеродных технологий

Аннотация

Солнечная энергия — это возобновляемый источник тепла, свободно и широко доступный повсюду в течение года. Тепловые трубки — очень эффективные и пассивные устройства теплопередачи. Коллектор с солнечными тепловыми трубками хорошо работает при высоких температурах. Термоэлектричество можно использовать для производства электроэнергии и обеспечения охлаждения и обогрева.Комбинация солнечного коллектора с тепловыми трубками с термоэлектрическими модулями может обеспечить очень полезное устройство для одновременного производства электроэнергии и нагрева горячей воды. Такие гибридные системы могут предлагать небольшие, мобильные, переносные и автономные системы электроснабжения и отопления для малых предприятий или бытовых приложений. В этой статье дается обзор некоторых работ, проведенных над гибридной системой солнечная энергия / тепловая труба / термоэлектрическая система.

1 ВВЕДЕНИЕ

Солнечная энергия — это возобновляемый источник тепла, который свободно и широко доступен во всем мире и круглый год.Гелиоустановки можно разделить на солнечные тепловые или солнечные фотоэлектрические (PV). Имеется множество текстов по теме солнечной энергии [1, 2].

Тепловые трубки (HP) — это очень эффективные и пассивные устройства теплопередачи, которые способны передавать большое количество тепла на большие расстояния с небольшими перепадами температур между источником тепла и радиатором. ТНВД состоит из герметичной медной трубы, вакуумируемой и заполненной определенным количеством рабочей жидкости.В трубе есть три отдельных участка. Секция испарителя отделена от секции конденсатора короткой адиабатической секцией. Тепло, приложенное к испарительной секции трубы, заставляет жидкость закипать внутри и испаряться, забирая скрытую теплоту испарения. Пар перемещается внутри герметичной трубы в секцию конденсатора, где он конденсируется, отдавая свою скрытую теплоту конденсации. Затем конденсат транспортируется обратно в секцию испарителя самотеком или через встроенные внутри фитили.Таким образом, тепло передается от испарителя к конденсаторной секции трубы. Подробные обзоры HP можно найти в Справочниках [3–6].

Термоэлектрик (TE) — это прямое преобразование разницы температур, возникающей между стыками двух разнородных материалов, в электричество. Это известно как эффект Зеебека и приписывается Томасу Зеебеку в девятнадцатом веке. Его применение иногда называют генерацией электроэнергии TE (TEG). Позже Пельтье показал, что верно обратное.Путем приложения напряжения или пропускания тока через два разнородных материала между ними создается температурный градиент. Горячая поверхность, контактирующая с холодным спаем ТЭ, будет охлаждаться, а , наоборот, , холодная поверхность, контактирующая с горячим спаем, будет нагреваться. Этот эффект можно использовать в системах обогрева и охлаждения тепловых насосов TE cooler (TEC). Некоторые полезные ссылки можно найти в Справочниках [7, 8].

Типичная гибридная система солнечная энергия / HP / TE (SHPTE) состоит из солнечного коллектора HP с модулем TE, подключенным на конце конденсатора, как показано на рисунке 1a.Модуль TE охлаждается рубашкой с водяным охлаждением или ребристым радиатором с воздушным охлаждением. Для получения высоких температур солнечный коллектор обычно представляет собой солнечный коллектор высокого давления с вакуумной трубкой (ETHPSC). Вид с торца типичного блока ETHPSC показан на рисунке 1b. Стеклянная оболочка состоит из двух концентрических стеклянных трубок с селективным поверхностным покрытием, нанесенным на внешнюю поверхность внутренней трубки. Из трубок откачивают воздух и закрывают их концы. Это снижает потери тепла в окружающую среду и обеспечивает высокую производительность устройства.Медный HP меньшего диаметра подвешен в центре вакуумированных стеклянных трубок и удерживается на месте заранее сформированным алюминиевым ребром, обернутым вокруг него и прижимающимся к внутренней поверхности стеклянной трубки. Ребро плотно прилегает к внутренней поверхности стекла и передает солнечное тепло на ВД. Испарительная секция ВД поглощает падающее солнечное тепло и передает его в конденсаторную секцию. Модуль TE расположен вокруг конденсаторной секции HP и находится в непосредственном контакте с ней.Для подачи горячей воды предусмотрена рубашка с водяным охлаждением. Для воздушного охлаждения над модулем TE предусмотрены обычные ребристые радиаторы. Ожидается, что вода обеспечит более эффективное охлаждение, чем естественная или принудительная циркуляция воздуха. Разница температур, создаваемая на двух поверхностях модуля TE, производит мощность постоянного тока. Таким образом, система может одновременно обеспечивать как электроэнергию, так и тепловое тепло. Устройство компактно, бесшумно, не требует обслуживания и не наносит вреда окружающей среде.Основные недостатки — низкая эффективность преобразования и высокие капитальные затраты. Прогресс в исследованиях и разработка новых материалов из ТЭ снизили затраты и привели к повышенному вниманию к ТЭГ из промышленных отходов тепла или солнечной энергии. Низкая эффективность преобразования не будет серьезным недостатком, поскольку источник солнечной энергии бесплатный.

Рис. 1.

Типичная гибридная система солнечной энергии / HP / TE. (а) вид в разрезе, (б) вид с торца солнечного коллектора.

Рисунок 1.

Типичная гибридная система солнечной энергии / HP / TE.(а) вид в разрезе, (б) вид с торца солнечного коллектора.

Варианты, включающие гибриды с обычными плоскими солнечными тепловыми коллекторами или солнечными фотоэлектрическими модулями и ТЕ-модулями, показаны на Рисунке 2. Гибрид солнечного тепла / ТЭ показан на Рисунке 2a для выработки электроэнергии. Солнечный коллектор обеспечивает температуру спая на горячей стороне, а радиаторы с воздушным или водяным охлаждением обеспечивают температуру холодного спая для поддержания требуемого перепада температур для модуля ТЭГ для генерации напряжения TE, В _TE .Гибрид, включающий солнечные фотоэлектрические модули для питания теплового насоса TEC для охлаждения или обогрева, показан на рисунке 2b. В режиме теплового насоса TEC солнечные фотоэлементы используются для генерации первичной энергии постоянного тока, В _PV , которая напрямую подается на модули TEC для охлаждения / нагрева.

Рисунок 2.

Гибридные системы Solar / TE. (а) Солнечная энергия / ТЭГ, (б) Солнечная энергия / охлаждение тепловым насосом.

Рисунок 2.

Гибридные системы Solar / TE. (а) Солнечная энергия / ТЭГ, (б) Солнечная энергия / охлаждение тепловым насосом.

Общие описания и обзоры гибридных фотоэлектрических / тепловых систем представлены Риффатом и Ма [9] и Си и др. . [10]. Последний представил обзор тепловых технологий, работающих на солнечной энергии, и их приложений для охлаждения и производства электроэнергии. Они заявили, что, хотя они могут использоваться в самых разных областях, они могут использоваться только в ограниченных приложениях, таких как аэрокосмическая, военная или в случаях, когда стоимость не принимается во внимание из-за их низкого коэффициента полезного действия (COP).

2 ГИБРИДНАЯ СИСТЕМА СОЛНЕЧНОЙ / TE

Чавес-Урбиола и др. . [11] исследовали возможность использования модулей ТЭГ для выработки электроэнергии. Они предложили четыре гибридные солнечные фотоэлектрические / тепловые системы, как показано на рисунке 3. Первая система включала массив фотоэлементов, размещенных над другим массивом модулей ТЭГ. Отвод тепла с водяным охлаждением внизу обеспечивал охлаждение задней части модулей ТЭГ, как показано на рисунке 3a. Вторая система состояла из концентратора слежения за солнечным светом, размещенного над массивом модулей ТЭГ, которые охлаждались с помощью теплоотводов с водяным или воздушным охлаждением (рис. 3b).Третья система (рис. 3c) была похожа на второе предложение, но с фотоэлектрической батареей, размещенной над модулями ТЭГ, и солнечным концентратором наверху. Последняя система очень похожа на третью, но с фотоэлектрической батареей, размещенной над солнечным концентратором (рис. 3d). Они представили теоретическое моделирование с использованием результатов, полученных в ходе экспериментов по определению характеристик ТЭГ, и пришли к выводу, что гибридные солнечные фотоэлектрические / тепловые системы можно считать полезными и экономичными, особенно в странах с высокой инсоляцией.

Рисунок 3.

Гибридные солнечные фотоэлектрические / тепловые системы (Чавес-Урбиола [11]).

Рисунок 3.

Гибридные солнечные фотоэлектрические / тепловые системы (Чавес-Урбиола [11]).

Чен [12] рассмотрел термодинамическую модель, включающую четыре необратимости, используемые для исследования оптимальных характеристик электрического генератора с солнечным приводом, и представил некоторые общие рабочие характеристики, чтобы заложить основу для дальнейших исследований системы. Чен и др. . [13] численно исследовали характеристики ТЭГ с солнечным излучением, падающим на горячую поверхность, и с ребристым радиатором с воздушным охлаждением на холодной поверхности, как показано на рисунке 2a.Их прогнозы предполагали, что выходная мощность ТЭГ увеличивается с увеличением солнечной концентрации и что предпочтительнее водяное охлаждение системы ТЭГ.

Омер и Инфилд [14] представили теоретическую модель устройства ТЭГ, разработанную для геометрической оптимизации ТЭ и прогнозирования характеристик в режиме ТЭГ. Они сравнили характеристики коммерческого ТЕ-модуля с тремя другими конструкциями модулей, основанными на оптимальной длине термоэлемента и с улучшенными контактными слоями. Сравнение показало, что характеристики коммерческого модуля были хуже, чем у модулей оптимальной длины.Результаты подчеркнули важность использования устройств с улучшенными контактными слоями. В более позднем исследовании Омер и Инфельд [15] представили процедуру проектирования и анализ тепловых характеристик двухступенчатого концентратора солнечной энергии, подходящего для комбинированного производства тепла и ТЭГ. Система показана на рисунке 4. Концентратор первой ступени состоит из первичного одноосного параболического желобного концентратора, а вторая ступень — составного параболического концентратора, установленного в фокусе первой. Модуль TE крепился к пластине поглотителя, закрепленной в фокусе вторичного концентратора.К холодной стороне ТЕ модуля была установлена ​​охлаждающая трубка для отвода отработанного тепла и поддержания высокого температурного градиента в ТЕ. Конструкция была разработана с учетом несоосности трекинга. Моделирование было выполнено с использованием вычислительного гидродинамического моделирования, а лабораторная система была протестирована с использованием симулятора солнечного излучения. Результаты показали, что смещение до 4 ° можно допустить без значительного снижения теплового КПД.

Рис. 4.

Двухступенчатая система солнечного концентратора / ТЭ гибридная (Омер и Инфельд [15]).

Рис. 4.

Двухступенчатая система солнечного концентратора / ТЭ гибридная (Омер и Инфельд [15]).

Ван Сарк [16] разработал простую модель для определения эффективности гибридной солнечной фотоэлектрической / TE-системы, как показано на рисунке 2a. Их результаты моделирования с использованием TRANSYS 14.1 показали, что добавление модуля ТЭГ в задней части солнечного фотоэлектрического модуля может привести к повышению эффективности на 8–23% в зависимости от типа интеграции модуля.

Саидур и др. . [17] описали этапы разработки и продемонстрировали производительность обычного коммерчески доступного холодильника TE мощностью 22 Вт с автономной солнечной фотоэлектрической системой, как показано на рисунке 2b, и предложили внести определенные изменения в конструкцию фотоэлектрической системы и рабочие режимы TEC

Дай и др. .[18] представили экспериментальные результаты, полученные для их холодильной системы TEC с солнечным фотоэлектрическим приводом, тип которой показан на рис. 2b. Холодильник приводился в движение 0,8 мс солнечных элементов, подключенных к аккумуляторной батарее 100 Ач для ночной работы и солнечным фотоэлементам в дневное время. Их результаты показали, что холодильник может поддерживать температуру 5 ° C с COP ∼0,3.

Ченг и др. . [19] исследовали солнечную фотоэлектрическую / тепловую систему, предназначенную для охлаждения помещения. Их модель состояла из монокристаллической пластины фотоэлемента (120 × 120 мм × 24 г), установленной наверху канала водяного охлаждения с двумя модулями ТЕС (930 × 30 мм) внизу, как показано на рисунке 5.Канал водяного охлаждения выполнен с одним водяным каналом змеевидной формы. Три медные пластины были помещены между фотоэлементами, водяным каналом и модулями ТЕС, как показано. Поверх сборки была установлена ​​пластиковая пленка для защиты от атмосферных воздействий. Для моделирования солнечного излучения использовались галогенные лампы мощностью 500 Вт. Температура охлаждающей воды на входе регулировалась на уровне 24 ° C с помощью водяной бани с постоянной температурой. Были проведены эксперименты по изучению эффективности охлаждения системы. Они показали, что увеличенный расход охлаждающей воды приводит к более высокому тепловому КПД и позволяет создать разницу температур в 16 раз.2 ° C между температурой окружающей среды и комнатной температурой.

Рисунок 5.

Гибридная система

Solar / TE (Cheng et al . [19]).

Рисунок 5.

Гибридная система Solar / TE (Cheng et al . [19]).

3 ГИБРИДНАЯ СИСТЕМА СОЛНЕЧНОЙ / HP / TE

Он и др. . [20] представили аналитическую модель гибридной системы SHPTE в условиях стационарного солнечного облучения, аналогичную показанной на рисунке 1. Модель состояла в основном из ETHPSC с TE-модулем, прикрепленным к конденсаторному концу HP.Конденсатор или отвод тепла в их модели показан на рисунке 6. Тепло может отводиться через два охлаждающих канала, установленных над конденсатором. Один из охлаждающих каналов включает в себя прикрепленные к нему ребра, улучшающие теплопередачу. Медная пластина была прикреплена к концу конденсатора ВД, контактирующему с ТЕ-модулем. Другой канал охлаждения ребер не имел. При необходимости с модулем TE или без него можно получить три различных режима работы: выработка электроэнергии и нагрев жидкости.В одном из своих режимов моделирования они показали, что энергоэффективность 3,35% может быть достигнута при солнечной радиации 1 кВт / м ² . Для достижения максимальной энергоэффективности согласованное сопротивление нагрузки немного больше внутреннего сопротивления ТЕ-модуля. В более позднем исследовании He et al . [21] представили экспериментальное и аналитическое исследование своей системы SHPTE для одновременного производства электроэнергии и нагрева воды для заданного солнечного излучения, температуры окружающей среды и воды, а также свойств TE.В своем анализе они применили модель сосредоточенной емкости для своих HP и предположили квазистационарное состояние. Их экспериментальные результаты хорошо коррелировали с результатами моделирования, и они показали, что при солнечной радиации 600 Вт / м ² , вода 45 ° C вместе с тепловым КПД 55% и электрическим КПД 1% может быть получена.

Рисунок 6. Модель

Solar / HP / TE (He и др. . [20]).

Рисунок 6. Модель

Solar / HP / TE (He et al .[20]).

Чжан и др. . [22] исследовали производительность гибридной системы SHPTE, аналогичной показанной на рисунке 1, для одновременного производства электроэнергии и горячей воды. Они представили теоретическую модель для прогнозирования теплового и электрического КПД системы на основе термодинамического баланса тепла и энергии. В их пилотном эксперименте было выработано 0,19 кВтч электроэнергии и ~ 300 л горячей воды при температуре 55 ° C с пиковым солнечным излучением <1 кВт.

Электрическая мощность гибридной системы может быть увеличена за счет использования большего количества ТЕ-модулей, например, путем обертывания цилиндрического конца ТЭ модулями цилиндрической формы или путем обертывания цилиндрического конца многогранными поверхностями, обработанными на нем, до которых плоские Модули TE могут быть присоединены.

Miljkovic и Wang [23] представили основанную на энергии модель гибридной системы SHPTE, аналогичную показанной на рис. 1, с подходом сети теплового сопротивления для определения тепловых характеристик. Они рассмотрели систему, показанную на рисунке 7, где параболическое зеркало с желобом фокусировало солнечную энергию на вакуумированную стеклянную трубку с селективной поверхностью, нанесенной на внутреннюю часть трубки. В стеклянную трубку вставлялся чистый HP. TE-модуль цилиндрической формы, установленный над испарительной секцией HP. Горячая поверхность ТЕ-модуля контактирует с селективной поверхностью стеклянной трубки.Модуль TE находится в контакте с испарительной секцией ВД, и тепло отводится от ВД к так называемому «нижнему циклу». Их моделирование показало, что эффективность системы до 52,6% может быть достигнута при концентрации солнечного излучения 100 солнц и температуре нижнего цикла 776 К. Производительность сильно зависела от концентрации солнечного излучения и температуры конденсатора. Наиболее полезными были бы экспериментальные данные для оценки его переходных характеристик в реальных погодных условиях эксплуатации.

Рисунок 7.

Вид с торца гибридной системы солнечной энергии / HP / TE с параболическим концентратором (Miljkovic and Wang [23]).

Рис. 7.

Вид с торца гибридной системы солнечной энергии / HP / TE с параболическим концентратором (Miljkovic and Wang [23]).

Банда и др. . [24–26] исследовали производительность гибридной системы солнечной энергии / высокого давления для выработки электроэнергии и нагрева горячей воды, как показано на рисунке 8. Их система состояла из массива HP, размещенных на плоской алюминиевой пластине. Фотоэлементы были ламинированы поверх HP.Вместо использования концентрических вакуумных тепловых трубок из стеклянных трубок они использовали плоский лист стекла для защиты от атмосферных воздействий. Тепло отводилось охлаждающей водой, протекающей по коллектору конденсатора. Они представили динамическую модель гибридной системы и сопоставили результаты моделирования с экспериментальным исследованием. Они получили среднюю тепловую и электрическую отдачу 277 и 62 Вт / м ² , соответственно. Было бы очень интересно провести сравнение между этой системой, использующей фотоэлементы, и системой, использующей модули TE.

Рис. 8.

Гибридная система солнечных панелей / HP (Gang et al . [24–26]).

Рис. 8.

Гибридная система солнечной фотоэлектрической / HP (Gang et al . [24–26]).

He и др. . [27] предложили гибридную солнечную систему PV / HP / TE для охлаждения помещений летом и отопления зимой, как показано на рисунке 9. Летом устройство TE работает как тепловой насос TEC, электрически управляемый солнечными фотоэлектрическими модулями. Ребристый теплообменник в качестве радиатора охлаждает комнату, а тепло отводится в систему теплообмена с горячей водой для производства горячей воды.Зимой напряжение, подаваемое на TE, меняется на противоположное, и солнечная фотоэлектрическая система / система HP обеспечивает как источник энергии, так и источник тепла для модуля TE. Их смоделированный летний режим работы с 0,5 м ² солнечной панели показывает комнатные условия 17 ° C, а 18,5 л горячей воды можно нагреть до 9 ° C с COP устройства TE выше 0,45. Система ШПТЭ, исследованная предыдущими исследователями [20–22], была основана на однопроходном течении охлаждающей воды в радиаторе. Поскольку повышение температуры воды для каждого прохода невелико, термический КПД нельзя было точно оценить.Гибридная система, включающая теплоаккумулятор для горячей воды, позволит провести сравнение дневной производительности двух солнечных систем водяного отопления. Преимущество гибридной системы для одновременного производства электроэнергии и нагрева воды было бы более очевидным.

Рисунок 9.

Гибридная система

Solar PV / HP / TE (He et al . [27]).

Рис. 9.

Гибридная система солнечных панелей PV / HP / TE (He и др. . [27]).

Хаттаб и Шенави [28] исследовали возможность использования гибридного солнечного теплового / ТЭ генератора, аналогичного показанному на рисунке 2а, для управления небольшим ТЭО.Они рассматривали возможность нагрева алюминиевого блока путем отражения на него солнечной энергии с помощью плоских солнечных концентраторов. Затем блок горячего солнечного нагрева используется для обеспечения горячего спая ТЕ-модуля.

Лесаж и др. . [29] исследовали термоЭДС одиночного модуля ТЕ по отношению к сопротивлению электрической нагрузки для получения оптимальной электрической нагрузки для пикового производства электроэнергии. В своем первом эксперименте они определили характеристики имеющихся в продаже модулей Bi ₂ Te ₃ при электрическом нагреве на одной поверхности и принудительном воздушном охлаждении на другой стороне для выработки электроэнергии.Они пришли к выводу, что согласование нагрузки не совпадает с пиковой выработкой мощности, аналогично тому, что обнаружил He [20]. Их второй эксперимент с комбинацией солнечного тепла HP / TE / ребра, подобный рисунку 2a, продемонстрировал, что согласование электрической нагрузки может привести к выходной мощности ТЭГ, которая будет на 8–16% ниже пиковой термоэдс.

Рокендорф и др. . [30] сравнили теоретические характеристики гибридной системы солнечной энергии / HP / TE для выработки электроэнергии и производства горячей воды с солнечной фотоэлектрической системой, размещенной над обычным плоским солнечным коллектором, а также для производства электроэнергии и производства горячей воды.Они пришли к выводу, что солнечная фотоэлектрическая система горячего водоснабжения имеет много преимуществ по сравнению с системой SHPTE из-за стоимости и производительности.

Сяо и др. . [31] установили трехмерную конечно-элементную модель ТЕ-модулей и предложили системы с многоступенчатыми моделями, состоящими из низко- и среднетемпературных ТЕ-модулей. Их результат показал, что общая эффективность преобразования 10,5% на основе трехступенчатых ТЕ-модулей может быть достигнута.

4 ЦЕЛИ НА БУДУЩИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ СИСТЕМЫ ШПТЭ

Из обзора литературы видно, что тепловой КПД гибрида SHPTE сопоставим и ненамного ниже, чем полученный при нынешнем применении ETHPSC для солнечного нагрева воды.Однако его электрический КПД невелик, менее нескольких процентов. В настоящее время, поскольку TE-модули довольно дороги, гибридная система не кажется коммерчески привлекательной, хотя солнечная энергия бесплатна. Приветствуются будущие исследования для разработки новых ТЕ-материалов, чтобы снизить стоимость ТЕ-модулей. Также необходимы исследования для определения эффективности использования составных модулей TE. В соответствии с этим, конструкция системы, включающая в себя TE и радиаторы, должна быть доработана для повышения общей эффективности преобразования.Было проведено очень мало работы по определению производительности системы на основе фактических погодных условий. Необходимо провести дополнительные работы, исходя из реальных погодных условий эксплуатации.

5 ВЫВОДЫ

Из проведенного обзора литературы видно, что было проведено очень мало исследований по моделированию и экспериментальным характеристикам гибрида SHPTE в реальных погодных условиях для одновременного производства электроэнергии и производства горячей воды.Приветствуется проведение дальнейших исследований, поскольку откачанный солнечный коллектор высокого давления, модули TE и радиаторы легко доступны в продаже. Такие системы предлагают небольшие, мобильные, мобильные и автономные системы электроснабжения и отопления.

ССЫЛКИ

1

Даффи

JA

,

Beckman

WA

.

Солнечная инженерия тепловых процессов

. 3-е изд.

Wiley

,

2006

,2

Kalogirou

SA

.

Инженерия солнечной энергетики

.

Elsevier

,

2009

,3

Рей и Кью

.

Тепловые трубки

.

Elsevier

,

2007

.4

Faghri

A

.

Тепловая труба: наука и технологии

.

Тейлор и Фрэнсис

,

1995

,5

Петерсон

GP

.

Знакомство с тепловыми трубками

.

Wiley

,

1994

,6

Faghri

A

.

Тепловые трубы: обзор, возможности и проблемы

.

Передние тепловые трубки

2014

;

5

:

1

—

47

,7

Роу

DM

.

Справочник по термоэлектричеству CRC

.

CRC Press

,

1995

,8

Rowe

DM

.

Руководство по термоэлектричеству от макросов до нано

.

CRC Press

,

2006

,9

Riffat

SB

,

Ma

X

.

Термодинамика: обзор существующих и потенциальных приложений

.

Appl Therm Energy

2003

;

23

:

913

—

35

.10

Xi

H

,

Luo

L

,

Fraisse

G

.

Разработка и применение термоэлектрических технологий на основе солнечной энергии

.

Renew Sust Energy Ред.

2007

;

11

:

923

—

36

.11

Чавес-Урбиола

EA

,

Воробьев

YV

,

Bulat

LP

.

Солнечные гибридные системы с термоэлектрическими генераторами

.

Sol Energy

2012

;

86

:

369

—

78

.12

Чен

Дж

.

Термодинамический анализ термоэлектрического генератора на солнечной энергии

.

J Appl Phys

1996

;

79

:

2717

—

21

.13

Chen

WH

,

Wang

CC

,

Hung

CI

et al. .

Моделирование и моделирование для проектирования теплового концентрированного солнечного термоэлектрического генератора

.

Энергетика

2014

;

64

:

287

—

97

,14

Omer

SA

,

Infeld

DG

.

Оптимизация конструкции термоэлектрических устройств для солнечной энергетики

.

Sol Energy Mater Sol Cell

1998

;

53

:

67

—

82

.15

Omer

SA

,

Infeld

DG

.

Проектирование и тепловой анализ двухступенчатого солнечного концентратора для комбинированного производства тепла и термоэлектрической энергии

.

Energy Convers Manag

2000

;

41

:

737

—

56

,16

Van Sark

WGJHM

.

Возможность создания гибридов фотоэлектрических и термоэлектрических

.

Appl Energy

2011

;

88

:

2785

—

90

,17

Saidur

R

,

Masjuki

HH

,

Hasanuzzam

M

et al. .

Исследование производительности термоэлектрического холодильника на солнечной энергии

.

Int J Mech Mater Eng

2008

;

3

:

7

—

16

,18

Dai

YJ

,

Wang

RZ

,

Ni

L

.

Экспериментальное исследование термоэлектрического холодильника, управляемого солнечными элементами

.

Renew Energy

2003

;

28

:

949

—

59

,19

Cheng

TS

,

Cheng

CH

,

Huang

ZZ

и др. .

Разработка энергосберегающего модуля за счет комбинации солнечных элементов и термоэлектрических охладителей для экологичного строительства

.

Energy

2011

;

36

:

133

—

40

.20

He

W

,

Su

YH

,

Riffat

SB

et al. .

Параметрический анализ конструкции и производительности блока термоэлектрического генератора с солнечными тепловыми трубками

.

Appl Energy

2011

;

88

:

5083

—

9

,21

He

W

,

Su

YH

,

Wang

YQ

et al. .

Исследование интеграции термоэлектрических модулей с солнечными коллекторами с вакуумными тепловыми трубками

.

Renew Energy

2012

;

37

:

142

—

9

.22

Zhang

M

,

Miao

L

,

Kang

YP

et al. .

Эффективные и недорогие солнечные термоэлектрические когенераторы, состоящие из вакуумных трубчатых солнечных коллекторов и термоэлектрических модулей

.

Appl Energy

2013

;

109

:

51

—

9

,23

Милькович

N

,

Ван

EN

.

Моделирование и оптимизация гибридных солнечных термоэлектрических систем с термосифонами

.

Sol Energy

2111

;

85

:

2843

—

55

.24

Gang

P

,

Huide

F

,

Jie

J

et al. .

Годовой анализ PV / T систем с тепловыми трубками для производства горячей воды и электроэнергии

.

Energy Convers Manag

2013

;

56

:

8

—

21

.25

Gang

P

,

Huide

F

,

Huijuan

Z

et al. .

Исследование производительности и параметрический анализ новой фотоэлектрической системы с тепловыми трубками

.

Energy

2012

;

37

:

384

—

95

.26

Gang

P

,

Huide

F

,

Tao

Z

et al. .

Численное и экспериментальное исследование PV / T системы с тепловыми трубками

.

Sol Energy

2011

;

85

:

911

—

21

.27

He

W

,

Zhou

J

,

Hou

J

et al. .

Теоретическое и экспериментальное исследование термоэлектрической системы охлаждения и нагрева, работающей от солнечной энергии

.

Appl Energy

2013

;

107

:

89

—

97

,28

Хаттаб

Нью-Мексико

,

Эль-Шенави

ET

.

Оптимальная работа термоэлектрического охладителя с приводом от солнечного термоэлектрического генератора

.

Energy Convers Manag

2006

;

47

:

407

—

26

,29

Lesage

FJ

,

Pelletier

R

,

Fournier

L

et al. .

Оптимальная электрическая нагрузка для пиковой мощности термоэлектрического модуля с солнечной батареей

.

Energy Convers Manag

2013

;

74

:

51

—

9

.30

Rockendorf

G

,

Sillman

R

,

Podlowski

L

et al. .

Sol Energy

1999

;

67

:

227

—

37

.31

Сяо

J

,

Ян

T

,

Li

P

и др. .

Тепловое проектирование и управление для оптимизации работы солнечного термоэлектрического генератора

.

Appl Energy

2012

;

93

:

33

—

8

.

© Автор, 2015. Опубликовано Oxford University Press.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/), которая разрешает некоммерческое повторное использование, распространение, и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинала.

No related posts.