Охрана окружающей среды. Известно, что в солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, установленный перпендикулярно солнечным лучам

РАСЧЕТ Гелеоколлектора

Известно, что в солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, установленный перпендикулярно солнечным лучам, падает от 800 до 1000 Ватт солнечной тепловой энергии (в зависимости от состояния атмосферы).

Представим некий условный солнечный коллектор, площадью в 1 м². Сторона обращенная к солнцу является черной матовой и имеет практически 100%-е поглощение тепла. Обратная (теневая сторона) имеет утепление- 12 см плиты минераловатные. Подсчитаем потери тепла, происходящие на теневой стороне. Коэффициент теплопередачи минеральной ваты равен 0,035 Вт/м*град.

Зная толщину и предположив, что разница температур на противоположных сторонах материала – в пределах 50 градусов, высчитаем теплопотери:

0,05/0,12 × 50 = 20 Вт.

Такие же приблизительно потери ожидаются со стороны торцов и труб, то есть суммарное количество составит 40 Вт.
Безоблачным небо бывает редко, кроме того следует учитывать влияние налета грязи на коллекторе. Поэтому для расчета будет брать поток энергии равным 800 Вт/м².

Вода, используемая в качестве теплоносителя в плоских солнечных коллекторах, обладает теплоемкостью, равной 4200 Дж/кг × град или 1,16 Вт/ кг × град. Это означает, что для того, чтобы повысить температуру одного литра воды на один градус, потребуется затратить 1,16 Вт энергии.
Учитывая эти расчеты, получаем следующую величину для нашей модели солнечного коллектора 1 м² площади:

800/1,16 = 689,65.

Округляем для удобства до 700 /кг × град. Это выражение обозначает количество воды, которое можно нагреть в коллекторе (модель площадью 1 м²) в течение часа. Учитывая, что вода до подогрева имеет температуру около 10 °С, разница температур составляет 70 – 10 = 60 °С. Количество тепла для подогрева воды необходимо следующее:

W=Q × V × Tp = 1,16 × 4410× 60 = 107,18 кВт энергии.

Разделив W на количество солнечной энергии, приходящейся на 1 м² поверхности в данной местности (данные гидрометцентров), получим площадь коллектора:

107,18/2,97=36,09 м²

Используя энергию солнца, гелиосистемы позволяют ежегодно экономить традиционное топливо:
- до 75% - для горячего водоснабжения (ГВС) при круглогодичном использовании;
- до 95% - для ГВС при сезонном использовании;
- до 50% - для целей отопления;
- до 80% - для целей дежурного отопления.

Основным достоинством солнечной энергетики является общедоступность и неисчерпаемость источника энергии (Солнца).

В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м², достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в любом (независимо от широты) месте, около 1 000 Вт/м². Для оценки ресурса солнечной энергии, приходящей на единицу поверхности, применяются различные показатели. Обычно используется значение среднегодового, среднемесячного и суточное количество энергии, которое измеряется в кВт*ч/м².

Практическая задача, стоящая перед разработчиками и создателями различного вида солнечных установок, состоит в том, чтобы наиболее эффективно "собрать" этот поток энергии и преобразовать его в нужный вид энергии (теплоту, электроэнергию) при наименьших затратах на установку. Простейшим и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев бытовой воды в так называемых плоских солнечных коллекторах.

Преобразование солнечной энергии в электрическую и тепловую энергию происходит за счет солнечных батарей и коллекторов. Получение электроэнергии с помощью солнечных батарей не несет вредную нагрузку на окружающую среду, а само оборудование солнечных электростанций обходится без дорогостоящего обслуживания.
Солнечная батарея является источником электрического тока, который генерируется при воздействии солнечного излучения на фотоэлектрические преобразователи. В состав солнечных батарей не входят движущие части, поэтому они обладают высокой надежностью. Кроме этого во время практически неограниченного срока службы солнечных батарей отсутствуют какие-то крупные поломки, а их обслуживание заключается в удалении пыли с зеркал фотоэлементов. Солнечные батареи имеют низкий коэффициент полезного действия, но за счет модульного типа конструкций можно построить установки на различное напряжение и любую мощность, а применение современных аккумуляторов позволяет накапливать производимую электроэнергию, которая потом расходуется в ночное время суток или в ненастную погоду.

Солнечные коллекторы разного типа позволяют получить тепловую энергию, которая в первую очередь используется для приготовления горячей воды, что особенно актуально в летний период года, когда наблюдается максимальная солнечная активность и максимальное потребление горячей воды. Кроме этого в отдельных случаях при построении комбинированных котельных установок тепло от солнечных коллекторов частично можно использовать в различных системах отопления, например, при работе котельной установки в переходные периоды года. Такой подход позволяет существенно повысить эффективность котельной установки в целом.

Солнечная водонагревательная установка СВУ состоит из солнечного коллектора и теплообменника-аккумулятора. Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель (специальный антифриз). Теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдает затем тепловую энергию воде через теплообменник, (обычно вмонтированный в бак-аккумулятор, но может быть и отдельным). В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до момента ее использования, поэтому он должен иметь хорошую теплоизоляцию. В первом контуре, где расположен солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя. В бак-аккумулятор может устанавливаться электрический нагреватель-дублер. В случае понижения температуры в баке-аккумуляторе ниже установленной (продолжительная пасмурная погода или малое количество часов солнечного сияния зимой) нагреватель-дублер автоматически включается и догревает воду до заданной температуры. Очень часто солнечные нагреватели используют совместно с другими источниками тепла - газовыми, жидкотопливными, пеллетными и т.п. бойлерами.

Солнечные установки сезонного действия с использованием солнечных коллекторов могут непосредственно нагревать воду в баке-аккумуляторе.

Основным достоинством солнечной батареи, как и солнечной энергетики вообще, является общедоступность и неисчерпаемость источника энергии (Солнца). Теоретически признанная экологическая безопасность солнечных батарей увеличивает число потенциальных потребителей солнечной энергии. Солнечные батареи практически не изнашиваются, поскольку не содержат движущихся частей и крайне редко выходят из строя.

Длительный срок службы без ухудшения эксплуатационных характеристик - 25 лет и более, что подтверждено многолетней практикой использования.

Рисунок 8.1 –Солнечный коллектор

Используя энергию солнца, гелиосистемы позволяют ежегодно экономить традиционное топливо:
- до 75% - для горячего водоснабжения (ГВС) при круглогодичном использовании;
- до 95% - для ГВС при сезонном использовании;
- до 50% - для целей отопления;
- до 80% - для целей дежурного отопления.

Использование солнечной энергии может быть полезно в нескольких отношениях.Во-первых, при замене ею ископаемого топлива уменьшается загрязнение воздуха и воды. Во-вторых, замена ископаемого топлива означает сокращение импорта топлива, особенно нефти. Наконец, солнечные источники могут обеспечить нам некоторую защиту, уменьшая нашу зависимость от бесперебойного снабжения топливом.

Дата добавления: 2015-06-27