≡× MENU

• داخلی
• ویندوز
• دیوارها
• پروژه ها
• ساختمان ها

سیستم گرمایش خورشیدی. گرمایش خورشیدی انرژی خورشیدی در سیستم های گرمایشی

بوم شناسی مصرف: بیشتر سال ما مجبوریم برای گرم کردن خانه هایمان پول خرج کنیم. در چنین شرایطی، هر کمکی مفید خواهد بود. انرژی خورشیدی برای این اهداف عالی است: کاملاً سازگار با محیط زیست و رایگان.

بیشتر سال ما مجبوریم برای گرم کردن خانه هایمان پول خرج کنیم. در چنین شرایطی، هر کمکی مفید خواهد بود. انرژی خورشیدی برای این اهداف عالی است: کاملاً سازگار با محیط زیست و رایگان. فن آوری های مدرناجازه گرمایش خورشیدی یک خانه خصوصی را نه تنها در مناطق جنوبی، بلکه در داخل منطقه میانی.

آنچه فناوری های مدرن می توانند ارائه دهند

به طور متوسط ​​1 متر مربع از سطح زمین 161 وات انرژی خورشیدی در ساعت دریافت می کند. البته در خط استوا این رقم چندین برابر قطب شمال خواهد بود. علاوه بر این، چگالی تابش خورشید به زمان سال بستگی دارد. در منطقه مسکو، شدت تابش خورشیدی در دسامبر-ژانویه بیش از پنج برابر از ماه مه-ژوئیه متفاوت است. با این حال سیستم های مدرنآنقدر موثر هستند که می توانند تقریباً در هر نقطه از زمین کار کنند.

چالش مصرف انرژی تابش خورشیدیبا حداکثر بازده به دو صورت حل می شود: گرمایش مستقیم در کلکتورهای حرارتی و باتری های فتوولتائیک خورشیدی.

پنل های خورشیدی ابتدا انرژی پرتوهای خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کنند، سپس آن را از طریق یک سیستم خاص به مصرف کنندگان منتقل می کنند، به عنوان مثال یک دیگ برقی.

کلکتورهای حرارتی هنگامی که توسط اشعه خورشید گرم می شوند، خنک کننده سیستم های گرمایش و تامین آب گرم را گرم می کنند.

کلکتورهای حرارتی در انواع مختلفی از جمله باز و سیستم های بسته، طرح های تخت و کروی، کلکتورهای نیمکره ای، متمرکز کننده ها و بسیاری گزینه های دیگر.

انرژی حرارتی به دست آمده از کلکتورهای خورشیدی برای گرمایش استفاده می شود آب گرمیا خنک کننده سیستم گرمایشی

اگرچه پیشرفت های واضحی در توسعه راه حل هایی برای برداشت، ذخیره و استفاده از انرژی خورشیدی صورت گرفته است، اما مزایا و معایبی وجود دارد.

کارایی گرمایش خورشیدیدر عرض های جغرافیایی ما بسیار کم است، که با تعداد ناکافی روزهای آفتابی برای عملکرد منظم سیستم توضیح داده می شود.

مزایا و معایب استفاده از انرژی خورشیدی

بارزترین مزیت استفاده از انرژی خورشیدی در دسترس بودن جهانی آن است. در واقع، حتی در تاریک ترین و ابری ترین هوا، انرژی خورشیدی قابل جمع آوری و استفاده است.

مزیت دوم آلایندگی صفر است. در واقع دوستدار محیط زیست ترین و ظاهر طبیعیانرژی پنل های خورشیدی و کلکتورها صدا تولید نمی کنند. در بیشتر موارد بدون اشغال بر روی پشت بام ساختمان ها نصب می شوند منطقه قابل استفادهمنطقه حومه شهر

معایب مربوط به استفاده از انرژی خورشیدی تغییرپذیری روشنایی است. در زمان تاریکروز چیزی برای جمع آوری وجود دارد، وضعیت با این واقعیت که اوج تشدید شده است فصل گرمادر کوتاه ترین ساعات روز سال می افتد.

یکی از معایب قابل توجه گرمایش مبتنی بر استفاده از کلکتورهای خورشیدی عدم توانایی انباشتگی است. انرژی حرارتی. فقط مخزن انبساط در مدار گنجانده شده است

نظارت بر تمیزی نوری پانل ها ضروری است.

علاوه بر این، نمی توان گفت که بهره برداری از یک سیستم انرژی خورشیدی کاملاً رایگان است.

کلکتورهای خورشیدی باز

یک کلکتور خورشیدی باز محافظت نشده است تاثیرات خارجیسیستمی از لوله ها که از طریق آن مایع خنک کننده مستقیماً توسط خورشید گرم می شود. از آب، گاز، هوا و ضد یخ به عنوان خنک کننده استفاده می شود. لوله ها یا به شکل سیم پیچ به پانل نگهدارنده ثابت می شوند یا در ردیف های موازی به لوله خروجی متصل می شوند.

کلکتورهای خورشیدی نوع باز قادر به مقابله با گرمایش یک خانه خصوصی نیستند. به دلیل نداشتن عایق، مایع خنک کننده به سرعت خنک می شود. آنها در تابستان عمدتاً برای گرم کردن آب در دوش ها یا استخرهای شنا استفاده می شوند.

کلکتورهای باز معمولاً عایق ندارند. طراحی بسیار ساده است، بنابراین هزینه پایینی دارد و اغلب به طور مستقل ساخته می شود.

به دلیل نداشتن عایق، عملا انرژی دریافتی از خورشید را ذخیره نمی کنند و بازده پایینی دارند. آنها عمدتا در استفاده می شوند دوره تابستانبرای گرم کردن آب در استخرهای شنا یا دوش های تابستانی. نصب در مناطق آفتابی و گرم با اختلاف کمی در دمای هوای محیط و آب گرم. آنها فقط در هوای آفتابی و بدون باد خوب کار می کنند.

ساده ترین کلکتور خورشیدی با سینک حرارتی ساخته شده از یک سیم پیچ لوله های پلیمری، تامین آب گرم شده در ویلا را برای آبیاری و نیازهای خانگی تضمین می کند

کلکتورهای خورشیدی لوله ای

کلکتورهای خورشیدی لوله‌ای از لوله‌های مجزا جمع‌آوری می‌شوند که از طریق آنها آب، گاز یا بخار جریان می‌یابد. این یکی از انواع سیستم های خورشیدی باز است. با این حال، خنک کننده در حال حاضر بسیار بهتر از منفی خارجی محافظت می شود. به خصوص در تاسیسات خلاء طراحی شده مانند قمقمه.

هر لوله به طور جداگانه و موازی با یکدیگر به سیستم متصل می شود. اگر یکی از لوله ها خراب شود، به راحتی می توان آن را با یک لوله جدید جایگزین کرد. کل ساختار را می توان مستقیماً روی سقف ساختمان مونتاژ کرد که نصب را بسیار ساده می کند.

کلکتور لوله ای ساختاری مدولار دارد. عنصر اصلی یک لوله خلاء است

مزیت قابل توجه کلکتورهای خورشیدی لوله ای این است شکل استوانه ایعناصر اصلی که به لطف آنها تابش خورشیدی در تمام طول روز بدون استفاده از سیستم های گران قیمت برای ردیابی حرکت نور جذب می شود.

یک پوشش چند لایه خاص نوعی تله نوری برای نور خورشید ایجاد می کند. نمودار تا حدی دیواره بیرونی فلاسک خلاء را نشان می دهد که پرتوها را به دیواره های فلاسک داخلی منعکس می کند.

بر اساس طراحی لوله ها، کلکتورهای خورشیدی پر و کواکسیال متمایز می شوند.

لوله کواکسیال یک ظرف Diaur یا یک قمقمه آشنا است. ساخته شده از دو فلاسک که هوا بین آنها تخلیه می شود. روشن سطح داخلیفلاسک داخلی با یک پوشش بسیار انتخابی پوشانده شده است که به طور موثر انرژی خورشیدی را جذب می کند.

انرژی حرارتی از لایه انتخابی داخلی به لوله حرارتی یا مبدل حرارتی داخلی منتقل می شود صفحات آلومینیومی. در این مرحله از دست دادن حرارت ناخواسته رخ می دهد.

لوله پر است سیلندر شیشه ایبا جاذب پر در داخل.

برای عایق حرارتی خوب، هوا از لوله تخلیه شده است. انتقال حرارت از جاذب بدون تلفات صورت می گیرد، بنابراین راندمان لوله های پر بالاتر است.

با توجه به روش انتقال حرارت، دو سیستم وجود دارد: جریان مستقیم و با لوله حرارتی.

لوله حرارتی یک ظرف مهر و موم شده با مایعی است که به راحتی تبخیر می شود.

در داخل لوله حرارتی مایعی وجود دارد که به راحتی تبخیر می شود و گرما را از آن دریافت می کند دیوار داخلیفلاسک یا از جاذب پر. تحت تأثیر دما، مایع به صورت بخار می جوشد و بالا می رود. پس از انتقال گرما به خنک کننده گرمایش یا آب گرم، بخار به مایع متراکم شده و به سمت پایین جریان می یابد.

آب اغلب به عنوان یک مایع تبخیر آسان در فشار کم استفاده می شود.

یک سیستم یک بار عبور از یک لوله U شکل استفاده می کند که آب یا مایع گرم کننده از طریق آن در گردش است.

نیمی از لوله U شکل برای خنک کننده سرد در نظر گرفته شده است، دومی لوله گرم شده را حذف می کند. هنگامی که گرم می شود، مایع خنک کننده منبسط می شود و وارد مخزن ذخیره می شود و گردش طبیعی را فراهم می کند. همانند سیستم های ترموتیوب، حداقل زاویهشیب باید حداقل 20⁰ باشد.

سیستم های جریان مستقیم کارآمدتر هستند زیرا بلافاصله مایع خنک کننده را گرم می کنند.

اگر سیستم های کلکتور خورشیدی برای استفاده برنامه ریزی شده است در تمام طول سال، سپس ضد یخ مخصوص به آنها پمپ می شود.

مزایا و معایب کلکتورهای لوله ای

استفاده از کلکتورهای خورشیدی لوله ای دارای مزایا و معایبی است. طراحی یک کلکتور خورشیدی لوله ای از عناصر یکسانی تشکیل شده است که جایگزینی نسبتاً آسانی دارند.

مزایا:

• اتلاف حرارت کم؛
• توانایی کار در دمای تا -30⁰С؛
• عملکرد کارآمد در طول ساعات روز؛
• عملکرد خوب در مناطق با آب و هوای معتدل و سرد؛
• باد کم، که با توانایی سیستم های لوله ای برای عبور توجیه می شود توده های هوا;
• امکان تولید دمای بالاخنک کننده

از نظر ساختاری، ساختار لوله ای دارای سطح دیافراگم محدودی است. دارای معایب زیر است:

• قادر به تمیز کردن خود از برف، یخ، یخبندان نیست.
• هزینه بالا

علیرغم هزینه بالای اولیه، کلکسیونرهای لوله ای هزینه خود را سریعتر پرداخت می کنند. عمر مفید بالایی دارند.

کلکتورهای خورشیدی بسته تخت

یک کلکتور صفحه تخت از یک قاب آلومینیومی، یک لایه جاذب خاص - یک جاذب، یک پوشش شفاف، یک خط لوله و عایق تشکیل شده است.

مس ورق سیاه شده به عنوان جاذب استفاده می شود که دارای رسانایی گرمایی ایده آل برای ایجاد سیستم های خورشیدی است. هنگامی که انرژی خورشیدی توسط یک جاذب جذب می شود، انرژی خورشیدی دریافتی به یک خنک کننده منتقل می شود که از طریق یک سیستم لوله مجاور جاذب در گردش است.

با خارج پانل بستهمحافظت شده است پوشش شفاف. از شیشه مقاوم در برابر ضربه با باند انتقال 0.4-1.8 میکرون ساخته شده است. این محدوده بیشترین تابش خورشیدی را به خود اختصاص می دهد. شیشه ضد ضربه محافظت خوبی در برابر تگرگ ایجاد می کند. در قسمت پشتی، کل پانل به طور قابل اعتماد عایق بندی شده است.

کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت با حداکثر کارایی و طراحی ساده مشخص می شوند. کارایی آنها به دلیل استفاده از جاذب افزایش می یابد. آنها قادر به جذب تابش پراکنده و مستقیم خورشید هستند

لیست مزایای پانل های تخت بسته شامل موارد زیر است:

• سادگی طراحی؛
• عملکرد خوب در مناطق با آب و هوای گرم؛
• امکان نصب در هر زاویه با دستگاه هایی برای تغییر زاویه شیب.
• توانایی خود تمیز کردن از برف و یخ زدگی؛
• قیمت پایین

کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت به ویژه در صورتی که استفاده از آنها در مرحله طراحی برنامه ریزی شده باشد، سودمند هستند. عمر مفید محصولات با کیفیت 50 سال است.

معایب عبارتند از:

• اتلاف حرارت بالا؛
• وزن سنگین؛
• باد زیاد هنگامی که پانل ها در یک زاویه نسبت به افقی قرار می گیرند.
• محدودیت های عملکرد زمانی که تغییرات دما از 40 درجه سانتی گراد بیشتر شود.

دامنه کاربرد کلکتورهای بسته بسیار گسترده تر از سیستم های خورشیدی نوع باز است. در تابستان آنها می توانند به طور کامل نیاز به آب گرم را برآورده کنند. در روزهای خنک که خدمات شهری آنها را در دوره گرمایش قرار نمی دهند، می توانند به جای بخاری های گازی و برقی کار کنند.

مقایسه مشخصات کلکتور خورشیدی

مهمترین شاخص کلکتور خورشیدی راندمان است. عملکرد مفید کلکتورهای خورشیدی با طرح های مختلف به اختلاف دما بستگی دارد. در عین حال، کلکتورهای مسطح بسیار ارزان تر از کلکتورهای لوله ای هستند.

مقادیر کارایی به کیفیت ساخت کلکتور خورشیدی بستگی دارد. هدف از نمودار نشان دادن اثربخشی استفاده از سیستم های مختلف بسته به اختلاف دما است

هنگام انتخاب کلکتور خورشیدی باید به تعدادی از پارامترهای نشان دهنده کارایی و قدرت دستگاه توجه کنید.

چندین ویژگی مهم برای کلکتورهای خورشیدی وجود دارد:

• ضریب جذب - نسبت انرژی جذب شده به کل را نشان می دهد.
• ضریب انتشار - نسبت انرژی منتقل شده به انرژی جذب شده را نشان می دهد.
• سطح کل و دیافراگم؛
• کارایی

ناحیه دیافراگم ناحیه کار کلکتور خورشیدی است. یک کلکتور صفحه تخت دارای حداکثر سطح دیافراگم است. سطح دیافراگم برابر با ناحیه جذب کننده است.

روش های اتصال به سیستم گرمایشی

از آنجایی که دستگاه های خورشیدی نمی توانند منبع انرژی پایدار و 24/7 را تامین کنند، به سیستمی مقاوم در برابر این کاستی ها نیاز است.

برای روسیه مرکزی، دستگاه های خورشیدی نمی توانند جریان پایدار انرژی را تضمین کنند، بنابراین از آنها به عنوان استفاده می شود سیستم اضافی. ادغام در سیستم گرمایش و آب گرم موجود برای کلکتور خورشیدی و باتری خورشیدی متفاوت است.

نمودار اتصال کلکتور حرارتی

بسته به هدف استفاده از کلکتور حرارتی، از سیستم های اتصال مختلفی استفاده می شود. ممکن است چندین گزینه وجود داشته باشد:

1. گزینه تابستانی برای تامین آب گرم
2. گزینه زمستانی برای گرمایش و تامین آب گرم

گزینه تابستانی ساده ترین است و حتی می تواند بدون پمپ گردش خون با استفاده از گردش طبیعی آب انجام شود.

آب در کلکتور خورشیدی گرم می شود و در اثر انبساط حرارتی وارد مخزن ذخیره یا دیگ بخار می شود. در این حالت گردش طبیعی اتفاق می افتد: به جای آب گرم، آب سرد از مخزن مکیده می شود.

در زمستان، در دمای زیر صفر، گرم کردن مستقیم آب امکان پذیر نیست. ضد یخ مخصوص از طریق یک مدار بسته به گردش در می آید و از انتقال حرارت از کلکتور به مبدل حرارتی در مخزن اطمینان حاصل می کند.

مانند هر سیستم مبتنی بر گردش طبیعیخیلی کارآمد کار نمی کند و نیاز به رعایت شیب های لازم دارد. علاوه بر این، مخزن ذخیره باید بالاتر از کلکتور خورشیدی باشد.

برای حفظ آب تا حد امکان مخزن داغباید به دقت عایق بندی شوند.

اگر واقعاً می خواهید به کارآمدترین عملکرد کلکتور خورشیدی برسید، نمودار اتصال پیچیده تر می شود.

مایع خنک کننده غیر یخبندان از طریق سیستم کلکتور خورشیدی گردش می کند. گردش اجباریپمپی را ارائه می دهد که توسط یک کنترل کننده کنترل می شود.

کنترل کننده عملکرد پمپ گردش خون را بر اساس قرائت حداقل دو مورد کنترل می کند سنسورهای دما. اولین سنسور دما را اندازه گیری می کند مخزن ذخیره سازی، دوم - روی لوله تامین خنک کننده گرم کلکتور خورشیدی. به محض اینکه دمای مخزن از دمای مایع خنک کننده بیشتر شد، کنترل کننده در کلکتور پمپ گردش خون را خاموش می کند و گردش مایع خنک کننده را در سیستم متوقف می کند.

به نوبه خود، هنگامی که دمای مخزن ذخیره از مقدار تنظیم شده پایین می آید، دیگ گرمایش روشن می شود.

نمودار اتصال باتری خورشیدی

اعمال یک طرح مشابه برای اتصال باتری خورشیدی به شبکه برق وسوسه انگیز است، همانطور که در مورد یک کلکتور خورشیدی اجرا می شود و انرژی دریافت شده در طول روز را انباشته می کند. متأسفانه، برای سیستم منبع تغذیه یک خانه خصوصی، ایجاد یک بسته باتری با ظرفیت کافی بسیار گران است. بنابراین، نمودار اتصال به این شکل است.

هنگامی که قدرت جریان الکتریکی از باتری خورشیدی کاهش می یابد، واحد ATS (روشن شدن خودکار یک ذخیره) اتصال مصرف کنندگان به شبکه برق عمومی را تضمین می کند.

با پنل های خورشیدیشارژ به کنترل کننده شارژ عرضه می شود که چندین عملکرد را انجام می دهد: شارژ مجدد باتری ها را تضمین می کند و ولتاژ را تثبیت می کند. بعدی جریان الکتریکیبه اینورتر عرضه می شود که در آن جریان مستقیم 12 ولت یا 24 ولت به جریان متناوب تک فاز 220 ولت تبدیل می شود.

افسوس که شبکه های الکتریکی ما برای دریافت انرژی مناسب نیستند. به همین دلیل نمی توانید برق استخراج شده را بفروشید یا حداقل کاری کنید که کنتور در جهت مخالف بچرخد.

مزیت استفاده از پنل های خورشیدی این است که آنها بیشتر فراهم می کنند نگاه جهانیانرژی است، اما از نظر کارایی با کلکتورهای خورشیدی قابل مقایسه نیست. با این حال، دومی ها برخلاف باتری های فتوولتائیک خورشیدی، توانایی ذخیره انرژی را ندارند.

نحوه محاسبه توان کلکتور مورد نیاز

هنگام محاسبه قدرت مورد نیازکلکتورهای خورشیدی اغلب به اشتباه محاسباتی را بر اساس انرژی خورشیدی دریافتی در سردترین ماه های سال انجام می دهند.

واقعیت این است که در ماه های باقی مانده از سال کل سیستم دائماً بیش از حد گرم می شود. در تابستان، دمای مایع خنک کننده در خروجی کلکتور خورشیدی می تواند به 200 درجه سانتیگراد در هنگام گرم کردن بخار یا گاز، 120 درجه سانتیگراد برای ضد یخ، 150 درجه سانتیگراد برای آب برسد. اگر مایع خنک کننده بجوشد، تا حدی تبخیر می شود. در نتیجه باید تعویض شود.

• تامین آب گرم بیش از 70٪؛
• امنیت سیستم گرمایشبیش از 30٪ نیست.

استراحت کن گرمای مورد نیازباید تجهیزات گرمایش استاندارد تولید کند. با این وجود، با چنین شاخص هایی، به طور متوسط ​​حدود 40٪ در سال در گرمایش و تامین آب گرم صرفه جویی می شود.

توان تولید شده توسط یک لوله از سیستم خلاء بستگی دارد موقعیت جغرافیایی. میزان افت انرژی خورشیدی به ازای هر 1 متر مربع زمین در سال، تابش نور نامیده می شود. با دانستن طول و قطر لوله، می توانید دیافراگم - ناحیه جذب موثر را محاسبه کنید. باقی مانده است که ضرایب جذب و انتشار را برای محاسبه توان یک لوله در سال اعمال کنیم.

مثال محاسبه:

طول لوله استاندارد 1800 میلی متر است، طول موثر 1600 میلی متر است. قطر 58 میلی متر. دیافراگم ناحیه سایه‌دار ایجاد شده توسط لوله است. بنابراین، مساحت مستطیل سایه خواهد بود:

S = 1.6 * 0.058 = 0.0928m2

راندمان لوله میانی 80 درصد است، تابش خورشیدی برای مسکو حدود 1170 کیلووات ساعت / متر مربع در سال است. بنابراین، یک لوله در سال تولید می کند:

W = 0.0928 * 1170 * 0.8 = 86.86 کیلووات ساعت

لازم به ذکر است که این یک برآورد بسیار تقریبی است. مقدار انرژی تولید شده به جهت نصب، زاویه، میانگین دمای سالانه و غیره بستگی دارد. منتشر شده است

سیستم های حرارتی خورشیدی

4.1. طبقه بندی و عناصر اصلی سیستم های خورشیدی

سیستم های گرمایش خورشیدی سیستم هایی هستند که از تابش خورشید به عنوان منبع انرژی حرارتی استفاده می کنند. تفاوت مشخصه آنها با سایر سیستم های گرمایش با دمای پایین استفاده از یک عنصر خاص - یک گیرنده خورشیدی است که برای جذب تابش خورشیدی و تبدیل آن به انرژی حرارتی طراحی شده است.

با توجه به روش استفاده از تابش خورشیدی، سیستم های گرمایش خورشیدی با دمای پایین به دو دسته غیرفعال و فعال تقسیم می شوند.

سیستم‌های گرمایش خورشیدی غیرفعال به سیستم‌هایی گفته می‌شود که خود ساختمان یا محفظه‌های منفرد آن (ساختمان-کلکتور، دیوار-کلکتور، سقف-کلکتور و غیره) به عنوان عنصری عمل می‌کنند که تابش خورشیدی را دریافت کرده و آن را به گرما تبدیل می‌کند (شکل 4.1.1). )).

برنج. 4.1.1 سیستم گرمایش خورشیدی غیرفعال با دمای پایین "کلکتور دیواری": 1 - اشعه های خورشید; 2 - صفحه نمایش شفاف 3 - دمپر هوا 4 - هوای گرم 5- هوای خنک شده از اتاق؛ 6 - تابش حرارتی موج بلند توده دیوار. 7- سطح گیرنده تیر سیاه دیوار; 8- پرده.

سیستم های گرمایش خورشیدی با دمای پایین فعال هستند که در آنها گیرنده خورشیدی یک دستگاه مستقل مستقل است که به ساختمان مربوط نمی شود. سیستم های خورشیدی فعال را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:

بر اساس هدف (تامین آب گرم، سیستم های گرمایش، سیستم های ترکیبی برای تامین گرما و سرما)؛

بر اساس نوع خنک کننده مورد استفاده (مایع - آب، ضد یخ و هوا)؛

بر اساس مدت زمان کار (در تمام طول سال، فصلی)؛

در مورد راه حل فنی مدارها (یک، دو، چند مدار).

هوا یک خنک کننده پرکاربرد است که در کل محدوده پارامترهای عملیاتی منجمد نمی شود. هنگام استفاده از آن به عنوان خنک کننده، امکان ترکیب سیستم های گرمایشی با سیستم تهویه وجود دارد. با این حال، هوا یک خنک کننده با حرارت کم است که منجر به افزایش مصرف فلز برای نصب سیستم ها می شود گرمایش هوادر مقایسه با سیستم های آبی

آب یک خنک کننده گرما فشرده و در دسترس است. اما در دمای کمتر از 0 درجه سانتیگراد لازم است مایعات ضد یخ به آن اضافه شود. علاوه بر این، باید در نظر داشت که آب اشباع شده با اکسیژن باعث خوردگی خطوط لوله و تجهیزات می شود. اما مصرف فلز در سیستم های آب خورشیدی بسیار کمتر است که به میزان زیادی به استفاده گسترده از آنها کمک می کند.

سیستم های تامین آب گرم خورشیدی فصلی معمولا یک مداره هستند و در تابستان و ماه های انتقالی، در دوره هایی با دمای بیرونی مثبت کار می کنند. بسته به هدف شیء سرویس شده و شرایط عملیاتی، می توانند منبع گرمای اضافی داشته باشند یا بدون آن کار کنند.

سیستم های گرمایش خورشیدی ساختمان ها معمولاً دو مداره یا اغلب چند مداره هستند و خنک کننده های مختلفی را می توان برای مدارهای مختلف استفاده کرد (مثلاً در مدار خورشیدی - محلول های آبی مایعات یخ نزن، در مدارهای میانی - آب ، و در مدار مصرف کننده - هوا).

سیستم های خورشیدی ترکیبی در تمام طول سال برای تامین گرما و سرما به ساختمان ها چند مداره هستند و شامل یک منبع گرمای اضافی به شکل یک مولد حرارت سنتی است که با سوخت های فسیلی یا یک ترانسفورماتور حرارتی کار می کند.

یک نمودار شماتیک از سیستم گرمایش خورشیدی در شکل 4.1.2 نشان داده شده است. این شامل سه مدار گردش خون است:

مدار اول، متشکل از کلکتورهای خورشیدی 1، پمپ گردش خون 8 و مبدل حرارتی مایع 3.

مدار دوم، متشکل از یک مخزن ذخیره 2، یک پمپ گردش خون 8 و یک مبدل حرارتی 3.

مدار سوم، متشکل از یک مخزن ذخیره 2، یک پمپ گردش خون 8، یک مبدل حرارتی آب-هوا (هیتر) 5.

برنج. 4.1.2. نمودار شماتیک سیستم گرمایش خورشیدی: 1 – کلکتور خورشیدی. 2 - مخزن ذخیره سازی 3 – مبدل حرارتی 4 – ساختمان؛ 5 – بخاری؛ 6 – پشتیبان گیری از سیستم گرمایشی 7 – پشتیبان سیستم تامین آب گرم؛ 8 – پمپ سیرکولاسیون 9 – پنکه

سیستم گرمایش خورشیدی به شرح زیر عمل می کند. خنک کننده (ضد یخ) مدار دریافت کننده گرما، با گرم شدن در کلکتورهای خورشیدی 1، وارد مبدل حرارتی 3 می شود، جایی که گرمای ضد یخ به آب در حال گردش در فضای بین لوله مبدل حرارتی 3 در زیر منتقل می شود. عملکرد پمپ 8 مدار ثانویه. آب گرم شده وارد مخزن ذخیره 2 می شود. از مخزن ذخیره آب توسط پمپ آب گرم 8 گرفته شده و در صورت نیاز به دمای مورد نیاز در پشتیبان 7 آورده شده و وارد سیستم آب گرم ساختمان می شود. مخزن ذخیره از منبع آب شارژ می شود.

برای گرم کردن، آب از مخزن ذخیره 2 توسط پمپ مدار سوم 8 به بخاری 5 می رسد که هوا با کمک فن 9 از آن عبور می کند و هنگام گرم شدن وارد ساختمان می شود 4. در غیاب خورشیدی. تابش یا کمبود انرژی حرارتی تولید شده توسط کلکتورهای خورشیدی، پشتیبان 6 روشن می شود.

انتخاب و چیدمان عناصر سیستم گرمایش خورشیدی در هر مورد خاص با توجه به عوامل اقلیمی، هدف تاسیسات، رژیم مصرف گرما و شاخص های اقتصادی تعیین می شود.

4.2. گیرنده های خورشیدی متمرکز

گیرنده های خورشیدی متمرکز آینه های کروی یا سهمی (شکل 4.2.1) هستند که از فلز صیقلی ساخته شده اند که در کانون آن یک عنصر دریافت کننده گرما (دیگ خورشیدی) قرار می گیرد که مایع خنک کننده از طریق آن به گردش در می آید. از آب یا مایعات غیر یخ زده به عنوان خنک کننده استفاده می شود. هنگام استفاده از آب به عنوان خنک کننده در شب و در دوره های سرد، سیستم باید برای جلوگیری از یخ زدن آن تخلیه شود.

برای اطمینان از راندمان بالای فرآیند جذب و تبدیل تابش خورشیدی، گیرنده خورشیدی متمرکز باید به طور مداوم به سمت خورشید هدایت شود. برای این منظور گیرنده خورشیدی مجهز به سیستم ردیابی شامل حسگر جهت به خورشید، واحد تبدیل سیگنال الکترونیکی و موتور الکتریکی با گیربکس برای چرخش ساختار گیرنده خورشیدی در دو صفحه است.

برنج. 4.2.1. گیرنده های خورشیدی متمرکز: الف – متمرکز کننده سهموی. ب – متمرکز کننده استوانه ای سهمی. 1 - اشعه خورشید؛ 2 – المنت دریافت کننده گرما (کلکتور خورشیدی). 3 - آینه 4 – مکانیزم درایو سیستم ردیابی 5- خطوط لوله تامین و تخلیه مایع خنک کننده.

مزیت سیستم های با گیرنده های خورشیدی متمرکز، توانایی تولید گرما در دمای نسبتاً بالا (تا 100 درجه سانتیگراد) و حتی بخار است. معایب شامل هزینه بالای ساختار است. نیاز به تمیز کردن مداوم سطوح بازتابنده از گرد و غبار؛ فقط در ساعات روز کار کنید و بنابراین نیاز به باتری های بزرگ است. هزینه های انرژی زیادی برای هدایت سیستم ردیابی خورشیدی، متناسب با انرژی تولید شده. این کاستی ها مانع می شود کاربرد گستردهسیستم های گرمایش خورشیدی با دمای پایین فعال با گیرنده های خورشیدی متمرکز. اخیراً از گیرنده های خورشیدی تخت بیشتر برای سیستم های گرمایش خورشیدی با دمای پایین استفاده می شود.

4.3. کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت

کلکتور خورشیدی تخت دستگاهی با پانل جذب کننده پیکربندی تخت و عایق شفاف صاف برای جذب انرژی تابش خورشید و تبدیل آن به گرما است.

کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت (شکل 4.3.1) از یک پوشش شیشه ای یا پلاستیکی (تک، دوتایی، سه تایی)، یک پانل دریافت کننده گرما با رنگ مشکی در سمت رو به خورشید، عایق در سمت عقب و یک محفظه تشکیل شده است. فلز، پلاستیک، شیشه، چوب).

برنج. 4.3.1. کلکتور خورشیدی تخت: 1 - اشعه خورشید. 2 - لعاب کاری؛ 3 - بدن؛ 4 – سطح دریافت کننده گرما 5 – عایق حرارتی 6 - مهر و موم 7 - تابش موج بلند صفحه دریافت کننده گرما.

هر ورق فلزی یا پلاستیکی با کانال های خنک کننده را می توان به عنوان پانل دریافت گرما استفاده کرد. پانل های دریافت کننده حرارت از آلومینیوم یا فولاد در دو نوع ورق لوله و پانل های مهر شده (لوله در ورق) ساخته می شوند. پانل های پلاستیکی به دلیل شکنندگی و پیری سریع تحت تاثیر نور خورشید و همچنین رسانایی حرارتی کم، کاربرد زیادی ندارند.

تحت تأثیر تابش خورشیدی، پانل های دریافت کننده گرما تا دمای 70-80 درجه سانتیگراد گرم می شوند و از دمای محیط فراتر می روند که منجر به افزایش انتقال حرارت همرفتی پانل در محیط زیستو تابش خود به آسمان. برای دستیابی به دمای خنک‌کننده بالاتر، سطح صفحه با لایه‌های انتخابی طیفی پوشانده می‌شود که به طور فعال تابش موج کوتاه خورشید را جذب می‌کنند و تابش حرارتی خود را در قسمت موج بلند طیف کاهش می‌دهند. چنین طرح هایی بر اساس "نیکل سیاه"، "کروم سیاه"، اکسید مس روی آلومینیوم، اکسید مس روی مس و دیگران گران هستند (هزینه آنها اغلب با هزینه خود پانل دریافت کننده گرما قابل مقایسه است). راه دیگر برای بهبود عملکرد کلکتورهای صفحه تخت، ایجاد خلاء بین پانل دریافت کننده گرما و عایق شفاف برای کاهش تلفات حرارتی (کلکتورهای خورشیدی نسل چهارم) است.

تجربه در بهره برداری از تاسیسات خورشیدی مبتنی بر کلکتورهای خورشیدی تعدادی از معایب قابل توجه این سیستم ها را آشکار کرده است. اول از همه، این هزینه بالای کلکتورها است. افزایش راندمان عملکرد آنها از طریق پوشش های انتخابی، افزایش شفافیت لعاب، تخلیه و همچنین نصب سیستم خنک کننده از نظر اقتصادی زیان آور است. یک نقطه ضعف قابل توجه نیاز به تمیز کردن مکرر شیشه از گرد و غبار است که عملاً استفاده از کلکتور در مناطق صنعتی را حذف می کند. در طول کارکرد طولانی مدت کلکتورهای خورشیدی، به ویژه در شرایط زمستانی، خرابی مکرر آنها به دلیل انبساط ناهموار مناطق روشن و تاریک شیشه به دلیل نقض یکپارچگی لعاب مشاهده می شود. همچنین درصد زیادی از کلکتورها در هنگام حمل و نقل و نصب خراب می شوند. یکی از معایب قابل توجه سیستم عامل های دارای کلکتور، بارگذاری ناهموار در طول سال و روز است. تجربه کارکرد کلکتورها در اروپا و بخش اروپایی روسیه با نسبت بالایی از تابش پراکنده (تا 50٪) عدم امکان ایجاد یک سیستم تامین آب گرم و گرمایش مستقل در تمام طول سال را نشان داده است. تمام سیستم های خورشیدی با کلکتورهای خورشیدی در عرض های جغرافیایی متوسط ​​نیاز به نصب مخازن ذخیره سازی با حجم زیاد و گنجاندن یک منبع انرژی اضافی در سیستم دارند که باعث کاهش اثر اقتصادی استفاده از آنها می شود. در این راستا، استفاده از آنها در مناطقی با شدت متوسط ​​تابش خورشیدی (نه کمتر از 300 وات بر متر مربع) توصیه می شود.

فرصت های بالقوه برای استفاده از انرژی خورشیدی در اوکراین

در قلمرو اوکراین، انرژی تابش خورشیدی برای یک ساعت نور سالانه به طور متوسط ​​4 کیلووات ∙ ساعت در هر متر مربع است (در روزهای تابستان - تا 6 - 6.5 کیلو وات ∙ ساعت)، یعنی حدود 1.5 هزار کیلووات ∙ ساعت در سال برای هر متر مربع این تقریباً مشابه اروپای مرکزی است، جایی که بیشترین استفاده از انرژی خورشیدی است.

اوکراین علاوه بر شرایط آب و هوایی مطلوب، دارای پرسنل علمی بسیار ماهر در زمینه استفاده از انرژی خورشیدی است. پس از بازگشت پروفسور بویکو بی.تی. از یونسکو، جایی که او سرپرستی برنامه بین المللی یونسکو در استفاده از انرژی خورشیدی (1973-1979) را بر عهده داشت، فعالیت های علمی و سازمانی فشرده ای را در موسسه پلی تکنیک خارکف (دانشگاه ملی فنی فعلی) آغاز کرد. - KhPI) در توسعه یک جهت علمی و آموزشی جدید علم مواد برای انرژی خورشیدی. قبلاً در سال 1983 ، مطابق با دستور وزارت آموزش عالی اتحاد جماهیر شوروی N 885 مورخ 13 ژوئیه 1983 ، برای اولین بار در تمرین آموزش عالی در اتحاد جماهیر شوروی ، مؤسسه پلی تکنیک خارکف شروع به آموزش مهندسان فیزیکدان با یک مشخصات در زمینه علم مواد برای انرژی خورشیدی در تخصص "فیزیک فلزات". این پایه و اساس ایجاد بخش فارغ التحصیلی "علوم مواد فیزیکی برای الکترونیک و انرژی خورشیدی" (PMEG) را در سال 1988 گذاشت. دپارتمان FMEG با همکاری موسسه تحقیقاتی فناوری مهندسی ابزار (خارکوف)، در چارچوب برنامه فضایی اوکراین، در ایجاد سلول های خورشیدی سیلیکونی با کارایی شرکت کرد. 13 - 14 درصد برای فضاپیمای اوکراینی.

از سال 1994، دپارتمان FMEG، با حمایت دانشگاه اشتوتگارت و جامعه اروپایی، و همچنین دانشگاه فنی زوریخ و انجمن علمی ملی سوئیس، به طور فعال در تحقیقات علمی در زمینه توسعه سلول های فتوولتائیک فیلم شرکت داشته است.

دکترای علوم فنی B.I. کازانجان
موسسه انرژی مسکو
(دانشگاه فنی)، روسیه
مجله انرژی، شماره 12، 1384.

1. مقدمه.

دلایل اصلی که بشریت را بر آن داشت تا در توسعه صنعتی در مقیاس بزرگ منابع انرژی تجدیدپذیر شرکت کند:
-تغییرات اقلیمی ناشی از افزایش میزان CO2 در جو؛
وابستگی شدید بسیاری از کشورهای توسعه یافته به ویژه کشورهای اروپایی به واردات سوخت.
- ذخایر محدود سوخت آلی در زمین.
امضای اخیر پروتکل کیوتو توسط اکثر کشورهای توسعه یافته جهان، توسعه شتابان فناوری هایی را در دستور کار قرار داده است که به کاهش انتشار CO2 در محیط زیست کمک می کند. انگیزه توسعه این فناوری ها نه تنها آگاهی از تهدید تغییرات آب و هوایی و زیان های اقتصادی ناشی از آن است، بلکه این واقعیت است که سهمیه های انتشار گازهای گلخانه ای به کالایی با ارزش بسیار واقعی تبدیل شده است. یکی از فناوری هایی که می تواند مصرف سوخت فسیلی را کاهش دهد و انتشار CO2 را کاهش دهد، تولید گرمای کم درجه برای سیستم های تامین آب گرم، گرمایش، تهویه مطبوع، فناوری و سایر نیازها با استفاده از انرژی خورشیدی است. در حال حاضر بیش از 40 درصد از انرژی اولیه مصرف شده توسط بشر دقیقاً به این نیازها اختصاص دارد و در این بخش است که فناوری های انرژی خورشیدی بالغ ترین و از نظر اقتصادی قابل قبول برای طیف گسترده ای از مردم هستند. استفاده عملی. برای بسیاری از کشورها، استفاده از سیستم های گرمایش خورشیدی نیز راهی برای کاهش وابستگی اقتصاد به سوخت های فسیلی وارداتی است. این وظیفه به ویژه برای کشورهای اتحادیه اروپا که اقتصاد آنها در حال حاضر 50 درصد به واردات منابع انرژی فسیلی وابسته است مهم است و تا سال 2020 این وابستگی ممکن است به 70 درصد افزایش یابد که تهدیدی برای استقلال اقتصادی این منطقه است.

2. مقیاس استفاده از سیستم های گرمایش خورشیدی

در مورد مقیاس استفاده مدرنانرژی خورشیدی برای تامین حرارت مورد نیاز توسط آمار زیر مشهود است.
مساحت کل کلکتورهای خورشیدی نصب شده در کشورهای اتحادیه اروپا تا پایان سال 2004 به 13960000 متر مربع رسید و در جهان از 150000000 متر مربع فراتر رفت. افزایش سالانه مساحت کلکتورهای خورشیدی در اروپا به طور متوسط ​​​​12٪ است و در برخی کشورها به سطح 20-30٪ یا بیشتر می رسد. از نظر تعداد کلکسیونر در هر هزار نفر، قبرس رهبر جهان است، جایی که 90 درصد خانه ها مجهز به تاسیسات خورشیدی هستند (615.7 متر مربع کلکتور خورشیدی در هر هزار نفر وجود دارد)، پس از آن اسرائیل، یونان و اتریش قرار دارند. رهبر مطلق در زمینه کلکتورهای نصب شده در اروپا آلمان است - 47٪، پس از آن یونان - 14٪، اتریش - 12٪، اسپانیا - 6٪، ایتالیا - 4٪، فرانسه - 3٪. کشورهای اروپاییرهبران بلامنازع در توسعه فن آوری های جدید برای سیستم های گرمایش خورشیدی هستند، اما در میزان راه اندازی تاسیسات خورشیدی جدید بسیار عقب تر از چین هستند. داده های آماری در مورد افزایش تعداد کلکتورهای خورشیدی راه اندازی شده در جهان بر اساس نتایج سال 2004 توزیع زیر را نشان می دهد: چین - 78٪، اروپا - 9٪، ترکیه و اسرائیل - 8٪، سایر کشورها - 5٪.
توسط ارزیابی تخصصی ESTIF (فدراسیون صنایع حرارتی خورشیدی اروپا) پتانسیل فنی و اقتصادی برای استفاده از کلکتورهای خورشیدی در سیستم های گرمایشی تنها در کشورهای اتحادیه اروپا بیش از 1.4 میلیارد متر مربع است که قادر به تولید بیش از 680000 گیگاوات ساعت انرژی حرارتی در سال است. از برنامه های آینده نزدیک می توان به نصب 100000000 متر مربع کلکتور در این منطقه تا سال 2010 اشاره کرد.

3. کلکتور خورشیدی عنصر کلیدی سیستم گرمایش خورشیدی است

کلکتور خورشیدی جزء اصلی هر سیستم گرمایش خورشیدی است. اینجاست که انرژی خورشیدی به گرما تبدیل می شود. کارایی کل سیستم گرمایش خورشیدی و شاخص های اقتصادی آن به برتری فنی و هزینه آن بستگی دارد.
به طور عمده دو نوع کلکتور خورشیدی در سیستم های تامین حرارت مورد استفاده قرار می گیرد: تخت و خلاء.

کلکتور خورشیدی تخت از یک محفظه، یک حصار شفاف، یک جاذب و عایق حرارتی تشکیل شده است (شکل 1).

شکل 1 طراحی معمولیکلکتور خورشیدی تخت

محفظه ساختار اصلی پشتیبانی است، یک حصار شفاف اجازه می دهد تا تابش خورشیدی به کلکتور وارد شود، جذب کننده را از قرار گرفتن در معرض محافظت می کند. محیط خارجیو تلفات حرارتی از سمت جلوی کلکتور را کاهش می دهد. جاذب تابش خورشید را جذب می کند و گرما را از طریق لوله های متصل به سطح دریافت کننده گرما به مایع خنک کننده منتقل می کند. عایق حرارتیتلفات حرارتی از سطوح عقب و کناری کلکتور را کاهش می دهد.
سطح دریافت کننده گرما جذب کننده دارای یک پوشش انتخابی است که دارای ضریب جذب بالایی در نواحی مرئی و مادون قرمز نزدیک طیف خورشیدی است و ضریب پایینتابش در ناحیه طیفی مربوط به دمای عملیاتی کلکتور. بهترین کلکتورهای مدرن دارای ضریب جذب در محدوده 94-95٪، ضریب انتشار 3-8٪ و راندمان در محدوده دمای کاری معمولی برای سیستم های گرمایشی بیش از 50٪ است به ندرت در کلکتورهای مدرن به دلیل تلفات زیاد تشعشع استفاده می شود. شکل 2 نمونه هایی از کلکتورهای مدرن صفحه تخت را نشان می دهد.

در کلکتورهای خلاء (شکل 3) هر عنصر جاذب در یک لوله شیشه ای جداگانه قرار می گیرد که در داخل آن خلاء ایجاد می شود که به دلیل آن اتلاف حرارت ناشی از همرفت و هدایت حرارتی هوا تقریباً به طور کامل سرکوب می شود. پوشش انتخابی روی سطح جاذب اجازه می دهد تا تلفات تشعشع را به حداقل برساند. در نتیجه، راندمان کلکتور خلاء به طور قابل توجهی بالاتر از کلکتور مسطح است، اما هزینه آن بسیار بالاتر است.

الف ب

شکل 2 کلکتورهای خورشیدی تخت

الف) شرکت واگنر، ب) شرکت فرون

الف ب

شکل 3 منیفولد خلاء ویسمن
الف) نمای کلی، ب) نمودار سیم کشی

3. نمودارهای حرارتی سیستم های گرمایش خورشیدی

در عمل جهانی، سیستم های گرمایش خورشیدی کوچک رایج ترین هستند. به عنوان یک قاعده، چنین سیستم هایی شامل کلکتورهای خورشیدی با مساحت 2-8 متر مربع، مخزن باتری، که توسط مساحت کلکتورهای مورد استفاده، پمپ گردش خون یا پمپ ها (بسته به نوع مدار حرارتی) و موارد دیگر تعیین می شود. تجهیزات کمکی. در سیستم های کوچک، به دلیل همرفت طبیعی (اصل ترموسیفون) می توان گردش مایع خنک کننده بین کلکتور و مخزن ذخیره را بدون پمپ انجام داد. در این حالت مخزن ذخیره باید بالای کلکتور قرار گیرد. ساده ترین نوع چنین تاسیساتی یک کلکتور جفت شده با یک مخزن انباشته کننده است که در انتهای بالایی کلکتور قرار دارد (شکل 4). سیستم هایی از این نوع معمولا برای تامین آب گرم در خانه های کوچک یک خانواده کلبه ای استفاده می شود.

شکل 4 ترموسیفون منظومه شمسیتامین حرارت

در شکل شکل 5 نمونه ای از یک سیستم فعال را نشان می دهد اندازه بزرگتر، که در آن مخزن باتری در زیر کلکتورها قرار دارد و مایع خنک کننده با استفاده از پمپ به گردش در می آید. چنین سیستم هایی هم برای تامین آب گرم و هم برای گرمایش استفاده می شود. به عنوان یک قاعده، در سیستم های فعال درگیر در پوشش بخشی از بار گرمایش، یک منبع گرمای پشتیبان با استفاده از برق یا گاز ارائه می شود. .

شکل 5 نمودار حرارتیسیستم آب گرم و گرمایش خورشیدی فعال

یک پدیده نسبتا جدید در عمل استفاده از گرمایش خورشیدی سیستم های بزرگی هستند که قادر به تامین نیازهای تامین آب گرم و گرمایش هستند ساختمان های آپارتمانییا کل مناطق مسکونی چنین سیستم هایی از ذخیره گرمای روزانه یا فصلی استفاده می کنند.
انباشت روزانه توانایی کارکرد سیستم را با استفاده از گرمای انباشته برای چند روز، فصلی - برای چندین ماه فرض می کند.
برای انباشت گرمای فصلی، بزرگ تانک های زیرزمینی، پر از آب است که تمام گرمای اضافی دریافتی از کلکتورها در طول تابستان به داخل آن ریخته می شود. یکی دیگر از گزینه‌های انباشت فصلی، گرم کردن خاک با استفاده از چاه‌هایی با لوله‌هایی است که از طریق آن آب گرمی که از کلکتورها می‌آید به گردش در می‌آید.

جدول 1 پارامترهای اصلی سیستم های خورشیدی بزرگ با ذخیره گرمای روزانه و فصلی را در مقایسه با یک سیستم خورشیدی کوچک برای یک خانه تک خانواده نشان می دهد.

نوع سیستم
مساحت کلکسیونر به ازای هر نفر متر مربع / نفر
حجم انباشتگر حرارتی، l/m2col
سهم بار تامین آب گرم تحت پوشش انرژی خورشیدی %
نسبت کل بار تحت پوشش انرژی خورشیدی
هزینه گرمای حاصل از انرژی خورشیدی برای شرایط آلمان یورو/کیلووات ساعت

سیستم های گرمایش به شرح زیر تقسیم می شوند: غیرفعال (به فصل 5 مراجعه کنید). فعال، که بیشتر از کلکتورهای خورشیدی مایع و مخازن ذخیره سازی استفاده می کنند. ترکیب شده است.

سیستم های گرمایش هوا در خارج از کشور گسترش یافته است، جایی که از سازه های ساختمانی یا یک لایه پشتی سنگ ویژه در زیر آن به عنوان باتری استفاده می شود. در کشور ما، مؤسسه فیزیکوتکنیکی آکادمی علوم UzSSR و TbilZNIIEP در این راستا کار می کنند، اما نتایج کار به وضوح کافی نیست و هیچ راه حل ثابتی ایجاد نشده است، اگرچه سیستم های هوایی از نظر تئوری کارآمدتر از سیستم‌های مایع، که در آن‌ها خود سیستم گرمایش پانل تابشی یا با دمای بالا با دستگاه‌های گرمایش معمولی است. در کشور ما ساختمان‌هایی با سیستم‌های مایع توسط IVTAN، موسسه فیزیک‌تکنیکی آکادمی علوم UzSSR، TashZNIIEP، TbilZNIIEP، KievZNIIEP و و غیرهو در برخی موارد برپا می شود.

حجم زیادی از اطلاعات در مورد سیستم های گرمایش خورشیدی فعال در کتابی که در سال 1980 منتشر شده است آورده شده است. در زیر دو ساختمان مسکونی منفرد توسعه یافته توسط KievZNIIEP، ساخته و آزمایش شده را شرح می دهد سیستم های خودمختارگرمایش خورشیدی: با سیستم گرمایش پانل تابشی با دمای پایین (یک ساختمان مسکونی در روستای Kolesnoye، منطقه اودسا) و با یک پمپ حرارتی (یک ساختمان مسکونی در روستای Bucuria، SSR مولداوی).

هنگام توسعه یک سیستم گرمایش خورشیدی برای یک ساختمان مسکونی در روستا. Kolesnoye، تعدادی از تغییرات در بخش معماری و ساخت و ساز خانه (پروژه UkrNIIPgrazhdanselskstroy) با هدف تطبیق آن با نیازهای گرمایش خورشیدی انجام شد: سنگ تراشی موثر با عایق برای دیوارهای خارجی و شیشه سه گانه دهانه های پنجره استفاده شد. کویل های سیستم گرمایش با سقف های کف ترکیب می شوند. یک زیرزمین برای قرار دادن تجهیزات ارائه شده است. انجام شد عایق اضافیبازیابی گرمای اتاق زیر شیروانی و هوای خروجی

از نظر چیدمان معماری، خانه در دو سطح طراحی شده است. در طبقه همکف یک جلو وجود دارد، اتاق مشترک، اتاق خواب، آشپزخانه، حمام و انباری و در طبقه دوم دو اتاق خواب و حمام، اجاق برقی برای پخت و پز وجود دارد. تجهیزات سیستم گرمایش خورشیدی (به جز کلکتورها) در زیرزمین قرار دارد. این سیستم توسط آبگرمکن های برقی پشتیبانی می شود که اجازه می دهد یک انرژی ورودی واحد به ساختمان وارد شود و کیفیت راحت مسکن را بهبود بخشد.

سیستم گرمایش خورشیدی برای یک ساختمان مسکونی (شکل 4.1)متشکل از ازسه مدار: گردش دریافت گرما ومدارهای تامین آب گرم و گرمایش اولین آنها شامل آبگرمکن های خورشیدییک مبدل حرارتی کویل مخزن ذخیره، یک پمپ سیرکولاسیون و یک مبدل حرارتی لوله در لوله برای کارکرد سیستم در تابستان در حالت گردش طبیعی. تجهیزات توسط یک سیستم خط لوله با اتصالات، ابزار دقیق و دستگاه های اتوماسیون متصل می شوند. مخزن ذخیره با ظرفیت 16 متر مکعب شامل یک مبدل حرارتی کویل دو بخش با مساحت 4.6 متر مربع برای خنک کننده مدار گردش و یک مبدل حرارتی تک بخش با سطح 1.2 متر مربع برای گرم است. سیستم تامین آب ظرفیت گرمایی یک مخزن با دمای آب +45 درجه سانتیگراد یک نیاز گرمایشی سه روزه را برای یک ساختمان مسکونی فراهم می کند. مبدل حرارتی "لوله در لوله" با مساحت 1.25 متر مربع در زیر برجستگی سقف خانه قرار دارد.

مدار گرمایش از دو بخش متصل به سری تشکیل شده است: یک بخش تابشی پانل با پانل های گرمایش جریان که عملکرد سیستم را در حالت اولیه با اختلاف دمای آب 45 ... 35 درجه سانتیگراد تضمین می کند و یک لوله تک لوله عمودی با کنوکتورهای نوع "راحتی" که گرمایش اوج بار سیستم را با اختلاف دمای آب 75 ... 70 درجه سانتیگراد فراهم می کنند. کویل های لوله پانل گرمایش در گچ و لایه تکمیلی پانل های سقفی توخالی گرد تعبیه شده است. کنوکتورها زیر پنجره ها نصب می شوند. گردش خون در سیستم گرمایشی تحریک کننده است. اوج گرمایش آب توسط یک آبگرمکن برقی جریانی EPV-2 با توان 10 کیلو وات انجام می شود. همچنین به عنوان پشتیبان برای سیستم گرمایش عمل می کند.

مدار تامین آب گرم شامل یک مبدل حرارتی تعبیه شده در مخزن ذخیره سازی و دومین آبگرمکن برقی لحظه ای به عنوان یک سیستم نزدیکتر و پشتیبان است.

در طول دوره گرمایش، گرما از کلکتورها توسط مایع خنک کننده (محلول آبی 45٪ اتیلن گلیکول) به آب موجود در مخزن ذخیره می شود که توسط یک پمپ به کویل های پانل گرمایشی فرستاده می شود و سپس به مخزن ذخیره بازگردانده می شود. .

دمای هوای مورد نیاز خانه توسط رگولاتور اتوماتیک RPT-2 با روشن و خاموش کردن آبگرمکن برقی در قسمت کنوکتور سیستم گرمایش حفظ می شود.

در تابستان، این سیستم نیازهای تامین آب گرم را از مبدل حرارتی "لوله در لوله" با گردش طبیعی مایع خنک کننده در مدار دریافت گرما برآورده می کند. انتقال به گردش انگیزشی با استفاده از تنظیم کننده دیفرانسیل الکترونیکی RPT-2 انجام می شود.

سیستم گرمایش خورشیدی یک ساختمان مسکونی چهار اتاقه در روستا. Bucuria از SSR مولداوی توسط موسسه Moldgiprograzhdanselstroy تحت نظارت علمی KievZNIIEP طراحی شده است.

ساختمان مسکونی - نوع مانسارد. در طبقه همکف یک اتاق مشترک، یک آشپزخانه، یک رختشویخانه و یک اتاق خدمات و در طبقه دوم سه اتاق خواب وجود دارد. در زیرزمین یک گاراژ و یک انبار برای نصب سیستم گرمایش خورشیدی وجود دارد. خانه مسدود شده است ساخت و ساز، که شامل آشپزخانه تابستانی، دوش، سایبان، موجودی و کارگاه.

سیستم گرمایش خورشیدی خودمختار (شکل. 4.2) یک نصب پمپ حرارتی خورشیدی ترکیبی است که برای تامین نیازهای گرمایشی (تلفات حرارتی محاسبه شده خانه 11 کیلووات است) و تامین آب گرم در طول سال طراحی شده است. کمبود گرما و گرمای خورشیدی از کمپرسور تاسیسات پمپ حرارتی با گرمایش الکتریکی پوشش داده می شود. این سیستم از چهار مدار تشکیل شده است: مدارهای گردشی دریافت کننده گرما، مدارهای پمپ حرارتی، گرمایش و تامین آب گرم.

تجهیزات مدار دریافت گرما شامل کلکتورهای خورشیدی، مبدل حرارتی لوله در لوله و مخزن ذخیره با ظرفیت 16 متر مکعب با مبدل حرارتی داخلی با مساحت 6 متر مربع است. کلکتورهای خورشیدی طراحی شده توسط KievZNIIEP با شیشه دو لایه به مساحت 70 متر مربع در یک قاب در شیب جنوبی سقف خانه با زاویه 55 درجه نسبت به افق قرار می گیرند. 45 به عنوان خنک کننده استفاده شد % محلول آبیاتیلن گلیکول مبدل حرارتی در زیر برآمدگی سقف قرار دارد و بقیه تجهیزات در آن قرار دارند زیرزمینخانه ها

یک واحد کمپرسور-کندانسور به عنوان واحد پمپ حرارتی عمل می کند. واحد تبرید AK1-9 با ظرفیت گرمایش 11.5 کیلو وات و توان مصرفی 4.5 کیلو وات. عامل کار نصب پمپ حرارتی فریون-12 است. کمپرسور یک کمپرسور پیستونی بدون مهر و موم است، کندانسور و اواپراتور پوسته و لوله با خنک کننده آب هستند.

تجهیزات مدار گرمایش شامل یک پمپ گردش خون، وسایل گرمایشیآبگرمکن برقی لحظه ای EPV-2 نوع "Comfort" به عنوان نزدیکتر و پشتیبان. تجهیزات مدار تامین آب گرم شامل آبگرمکن خازنی (0.4 متر مکعب) از نوع STD با سطح مبدل حرارتی 0.47 متر مربع و بخاری برقی انتهایی BAS-10/M 4-04 با توان 1 کیلو وات می باشد. پمپ های گردش خونهمه مدارها - نوع TsVT، بدون مهر و موم، عمودی، کم نویز، بدون پایه.

سیستم به صورت زیر عمل می کند. مایع خنک کننده گرما را از کلکتورها به آب در مخزن ذخیره و فریون در اواپراتور منتقل می کند پمپ حرارتی. فریون بخار پس از فشرده شدن در کمپرسور، در کندانسور متراکم می شود و در نتیجه آب موجود در سیستم گرمایش را گرم می کند و آب لوله کشیدر سیستم تامین آب گرم

در صورت عدم تابش تابش خورشید و مصرف گرمای ذخیره شده در مخزن ذخیره، واحد پمپ حرارتی خاموش می شود و تامین گرمای خانه به طور کامل از آبگرمکن های برقی (دیگ های برقی) انجام می شود. در زمستان، واحد پمپ حرارتی فقط در یک سطح معین از دمای هوای منفی بیرون (نه کمتر از - 7 درجه سانتیگراد) کار می کند تا از یخ زدن آب در مخزن ذخیره جلوگیری شود. در تابستان، سیستم تامین آب گرم عمدتاً از طریق گردش طبیعی مایع خنک کننده از طریق مبدل حرارتی "لوله در لوله" تامین می شود. در نتیجه اجرای حالت‌های عملیاتی مختلف، نصب پمپ حرارتی خورشیدی ترکیبی اجازه می‌دهد تا حدود 40 GJ/سال در گرما صرفه‌جویی شود (نتایج عملیاتی این تاسیسات در فصل 8 آورده شده است).

ترکیب انرژی خورشیدی و پمپ های حرارتی نیز در تجهیزات مهندسی توسعه یافته توسط TsNIIEP منعکس شده است

برنج. 4.3. نمودار شماتیک سیستم تامین حرارت در گلندژیک 1 - کلکتور خورشیدی; 2 - گرم کردن مجدد مبدل حرارتی با مایع خنک کننده از مدار کندانسور پمپ حرارتی؛ 3 - گرم کردن مجدد مبدل حرارتی با مایع خنک کننده از شبکه گرمایش. 4 - پمپ مدار کندانسور؛ 5 - پمپ حرارتی؛ 6 - پمپ مدار اواپراتور؛ 7 - مبدل حرارتی برای گرم کردن (خنک کردن) آب در مدار اواپراتور (کندانسور). 8 - مبدل حرارتی برای منبع گرمایش آب (خام)؛ 9 - پمپ آب گرم؛ 10 - مخازن باتری؛ 11 - مبدل حرارتی مدار خورشیدی؛ 12 - پمپ مدار خورشیدی

پروژه تامین گرما برای مجموعه هتل "ساحل دوستانه" در گلندژیک (شکل 4.3).

اساس نصب پمپ حرارتی خورشیدی از: کلکتورهای خورشیدی تخت به مساحت 690 متر مربع و سه عدد تولید انبوه تشکیل شده است. ماشین های تبرید MKT 220-2-0، در حالت پمپ حرارتی کار می کند. تولید گرمای سالانه تخمین زده شده حدود 21000 GJ است که شامل 1470 GJ از تاسیسات خورشیدی است.

آب دریا منبع گرمایی با درجه پایین برای پمپ های حرارتی است. برای اطمینان از عملکرد بدون خوردگی و بدون رسوب سطوح گرمایش کلکتورها، خطوط لوله و کندانسورها، آنها را با آب نرم شده و هوادهی شده از شبکه گرمایش پر می کنند. در مقایسه با طرح تامین حرارت سنتی از دیگ بخار، استفاده از منابع گرمای غیر سنتی -

خورشید و آب دریا، به شما اجازه می دهد تا حدود 500 تن معمولی صرفه جویی کنید. سوخت / سال

یکی دیگر از نمونه های معمول استفاده از منابع انرژی جدید، پروژه تامین گرما برای یک خانه مسکونی با استفاده از خانه است

نصب پمپ حرارتی خورشیدی این پروژه در تمام طول سال نیازهای گرمایشی و تامین آب گرم یک خانه مسکونی از نوع اتاق زیر شیروانی با مساحت 55 متر مربع را برآورده می کند. منبع حرارتی با درجه پایین برای پمپ حرارتی خاک است. اثر اقتصادی برآورد شده از اجرای سیستم حداقل 300 روبل است. در هر آپارتمان در مقایسه با گزینه سنتی تامین گرما از یک دستگاه سوخت جامد.

بر اساس استفاده از نیروگاه های خورشیدی، مشکلات گرمایش، سرمایش و تامین آب گرم ساختمان های مسکونی، اداری، تاسیسات صنعتی و کشاورزی قابل حل است. تاسیسات خورشیدی دارای طبقه بندی زیر هستند:

• بر اساس هدف: سیستم های تامین آب گرم؛ سیستم های گرمایشی؛ تاسیسات ترکیبی برای تامین گرما و سرما؛
• بر اساس نوع خنک کننده مورد استفاده: مایع؛ هوا؛
• بر اساس مدت زمان کار: در تمام طول سال؛ فصلی؛
• با توجه به راه حل فنی مدار: تک مدار. دو مدار؛ چند مداری

متداول ترین خنک کننده های مورد استفاده در سیستم های گرمایش خورشیدی مایعات (آب، محلول اتیلن گلیکول، مواد آلی) و هوا هستند. هر کدام از آنها مزایا و معایب خاصی دارند. هوا یخ نمی زند، ایجاد نمی کند مشکلات بزرگمرتبط با نشت و خوردگی تجهیزات. با این حال، به دلیل چگالی کم و ظرفیت گرمایی هوا، اندازه تاسیسات هوا و مصرف برق برای پمپاژ خنک کننده بیشتر از سیستم های مایع است. بنابراین، مایعات در اکثر سیستم های حرارتی خورشیدی در حال کار ترجیح داده می شوند. برای نیازهای مسکن و جمعی، خنک کننده اصلی آب است.

هنگام کار با کلکتورهای خورشیدی در دوره هایی با دمای بیرونی منفی، لازم است یا از ضد یخ به عنوان خنک کننده استفاده شود یا به نحوی از یخ زدگی مایع خنک کننده جلوگیری شود (مثلاً با تخلیه به موقع آب، گرم کردن آن، عایق کاری کلکتور خورشیدی).

خانه های روستایی، ساختمان های چند طبقه و آپارتمانی، آسایشگاه ها، بیمارستان ها و سایر امکانات را می توان به واحدهای تامین آب گرم خورشیدی در تمام طول سال با منبع گرمای پشتیبان مجهز کرد. تأسیسات فصلی، مانند تأسیسات دوش برای کمپ های پیشگام، پانسیون ها، تأسیسات سیار برای زمین شناسان، سازندگان، چوپان ها، معمولاً در تابستان و ماه های انتقالی سال، در دوره هایی با دمای بیرونی مثبت کار می کنند. آنها بسته به نوع شی و شرایط عملیاتی می توانند منبع گرمای پشتیبان داشته باشند یا بدون آن کار کنند.

هزینه واحدهای تامین آب گرم خورشیدی می تواند از 5 تا 15 درصد هزینه تاسیسات متغیر باشد و بستگی به شرایط آب و هوایی، هزینه تجهیزات و درجه توسعه آن.

در تاسیسات خورشیدی که برای سیستم های گرمایشی در نظر گرفته شده اند، از مایعات و هوا به عنوان خنک کننده استفاده می شود. در سیستم های خورشیدی چند مداره، خنک کننده های مختلفی را می توان در مدارهای مختلف استفاده کرد (مثلاً آب در مدار خورشیدی، هوا در مدار توزیع). در کشور ما، تاسیسات آب خورشیدی برای تامین گرما رایج است.

سطح کلکتورهای خورشیدی مورد نیاز برای سیستم های گرمایشی معمولاً 5-3 برابر سطح کلکتورهای سیستم های آب گرم است، بنابراین میزان استفاده از این سیستم ها به ویژه در تابستان کمتر است. هزینه نصب سیستم گرمایشی می تواند 15 تا 35 درصد هزینه ملک باشد.

سیستم های ترکیبی ممکن است شامل تاسیسات در تمام طول سال برای تامین گرمایش و تامین آب گرم و همچنین تاسیساتی باشد که در حالت پمپ حرارتی و لوله حرارتی برای اهداف گرمایش و سرمایش کار می کنند. این سیستم ها هنوز به طور گسترده در صنعت استفاده نمی شوند.

چگالی شار تابش خورشیدی که به سطح کلکتور می رسد تا حد زیادی مهندسی حرارتی و شاخص های فنی و اقتصادی سیستم های گرمایش خورشیدی را تعیین می کند.

چگالی شار تابش خورشیدی در طول روز و در طول سال متفاوت است. این یکی از ویژگی های مشخصهسیستم هایی که از انرژی خورشیدی استفاده می کنند و هنگام انجام محاسبات مهندسی خاص تاسیسات خورشیدی، مسئله انتخاب مقدار محاسبه شده E تعیین کننده است.

به عنوان یک نمودار طراحی برای یک سیستم گرمایش خورشیدی، نمودار ارائه شده در شکل 3.3 را در نظر بگیرید که امکان در نظر گرفتن ویژگی های عملیاتی سیستم های مختلف را فراهم می کند. کلکتور خورشیدی 1 انرژی تابش خورشیدی را به گرما تبدیل می کند که از طریق مبدل حرارتی 3 به مخزن ذخیره 2 منتقل می شود. می توان مبدل حرارتی را در مخزن باتری. گردش مایع خنک کننده توسط یک پمپ تامین می شود. خنک کننده گرم شده وارد سیستم های تامین آب گرم و گرمایش می شود. در صورت کمبود یا عدم وجود تابش خورشیدی، منبع گرمای پشتیبان برای تامین آب گرم یا گرمایش روشن می شود.

شکل 3.3. نمودار سیستم گرمایش خورشیدی: 1 - کلکتورهای خورشیدی. 2 - مخزن ذخیره آب گرم; 3 - مبدل حرارتی; 4 - ساختمان با گرمایش از کف; 5 - پشتیبان (منبع انرژی اضافی)؛ 6 - منظومه شمسی غیرفعال; 7 - باتری سنگریزه; 8 - دمپرها; 9 - فن 10 - جریان هوای گرمبه داخل ساختمان؛ 11- تامین هوای بازچرخانی از ساختمان

سیستم گرمایش خورشیدی از کلکتورهای خورشیدی نسل جدید "رادوگا" از NPP "Konkurent" با ویژگی های حرارتی بهبود یافته به دلیل استفاده استفاده می کند. پوشش انتخابیروی یک پانل جاذب حرارت ساخته شده از فولاد ضد زنگو یک پوشش شفاف ساخته شده از شیشه ای با دوام با ویژگی های نوری بالا.

این سیستم از موارد زیر به عنوان خنک کننده استفاده می کند: آب در دمای مثبت یا ضد یخ در طول دوره گرمایش (مدار خورشیدی)، آب (مدار دوم گرمایش از کف) و هوا (مدار سوم گرمایش خورشیدی هوا).

یک دیگ بخار الکتریکی به عنوان منبع پشتیبان استفاده شد.

افزایش کارایی سیستم های تامین انرژی خورشیدی را می توان از طریق استفاده از روش های مختلفانباشت انرژی حرارتی، ترکیب منطقی سیستم‌های خورشیدی با دیگ‌خانه‌های حرارتی و واحدهای پمپ حرارتی، ترکیبی از سیستم‌های توسعه فعال و غیرفعال وسیله موثرو روش های کنترل خودکار