Плоские солнечные коллекторы. Преимущества и недостатки. Неравномерная циркуляция

Содержание

I. Введение

II. Отбор тепла

III. Проблема герметичности

IV. Закипания гликоля

V. Преимущества и недостатки

Солнечные коллекторы преимущества и недостатки фото

I. Введение

Наиболее старым историческим примером среди солнечных коллекторов, что используются на сегодняшний день это плоский коллектор. Подавляющие количество панелей, имеют достаточно простую конструкцию, что состоит из следующих элементов:

стекло
поглотитель
медные или алюминиевые трубки
изоляция
алюминиевая рама

II. Отбор тепла

Во всех коллекторах этой категории применяется принцип отбора тепла, который базируется на прямом потоке. Разницу меж типами коллекторов предоставлена на фотографии 2, полученной из тепловизионной камере для потока панели арфы (мы видим, что параллельно подключенные три плоских коллектора.) Благодаря правильному потоку жидкости, нежели у коллектора по центру. В установках с плоскими коллекторами, этот тип конструкции приводит к уменьшению теплоотдачи в центральных коллекторах, что уменьшает эффективность всей установки. Разница в потоке между крайними коллекторами и центральными есть, как правильно значащей и часто есть десятикратной разницей на больших установках.

Здесь нужно отметить несколько предложений про пользу и сравнительный эффект использования показателей предоставленных в сертификатах, таких как «Solar Keymark». Сертификат определяет, среди другого, показатели эффективности одного солнечного коллектора на основе стандартов EN 12975-1 и EN 12975-2. Простое преобразование выхода одного солнечного коллектора на выход большой установки (выход коллектора плоский = выход одного коллектора, умноженный на количество коллекторов), безусловно, это не отвечает действительности через пример неравномерного потока в солнечных коллекторах этого типа.

Эту структуру питались улучшить путем введения так званой двойной арфы. Вместо одностороннего потока в коллекторе было введено противотока. С одной стороны это решение влияет на боле равномерный поток, но и с другой стороны, это приводит к отдельным трудностям в установках вентиляции и к более высокому опору потока, что генерирует требование для больших насосов и увеличивает стоимость использования для инвестора. Однако это не меняет факт неравномерности потока в отдельных коллекторах данной батареи.

Другим решением, основанным на технологии прямого потока, есть меандровый плоский пластинчатый коллектор, то есть теплопринимательной трубкой, под поверхностью абсорбера. Это конструкция, которая предотвращает неравномерному потоку, так что тепло от солнечного коллектора равномерно распределяется по всей поверхности абсорбера. Как и в случае с коллекторами с так званой «Двойной арфой» характеризуются высокой стойкостью к потоку и повышенной сложности к вентиляции установки. Подобно до коллектора с двойной арфой, это не исключает явления неравномерного потока в отдельных коллекторах группы.

III. Проблема герметичности

Общим недостатком плоских коллекторов является проблема герметичности коллектора, дополнительно созданными дополнительными отверстиями, которые скидают конденсат водяной пары, что имеется в воздухе. Плоский коллектор поддается 24-часовым циклам аспирации воздуха и водяной пары и их раздела. Это связано с повышением температуры коллектора на протяжении дня и снижения температуры в ночи.

Увеличение объема воздуха и водяной пары при повышении температуры предопределяет негерметичность конструкции плоского пластинчатого коллектора (если коллектор, плотно закрытый, если температура повышается, тогда коллектор будет разорван). Повышение температуры также генерирует испарения водяной пары в коллекторе, который повышается в фазе конденсации ночью. Конденсат оседает на испарительный теплообменник, а также на коллекторную трубу. На протяжении дня, когда температура растет, конденсация испаряется и сначала оседает на стекле коллектора. Это распространенное и частое явление. Засорение стекла и абсорбера значительно снижает эффективность плоского коллектора.

Вся ситуация усложняется этим, что в плоские коллекторы попадает органика (например: пыль, компоненты дыма и т.п.), которые поступают во внутреннее пространство плоского коллектора, и оседает на поглощающую пластину и коллекторную трубку. Это приводит созданию пленки, что блокирует солнечную активность, которая в ограниченном количестве в крайних случаях вообще не проникает в поглотитель.

Производители плоских коллекторов в большинстве случаев пытаются, хотя частично скрыть это явление, путем массового использования призматического стекла и пользователь, не знаком с этой проблемой, не может пояснить постепенное снижение эффективности установки. Принудительное прохождение циркуляции за счет использования вентиляционных отверстий в раме плоского коллектора приводит к образованию дополнительных тепловых потерь, охлаждение коллектора и увеличения проникновения микро-загрязнителей из атмосферы. Недостаток этой конструкции является естественным и эго невозможно устранить.

Все пластинчатые коллекторы имеют абсорбер, что работает в зоне повышенных температур водяной пары и воздуха. Чем выше температура коллектора, тем более вероятность повреждения абсорбера.

Влияние атмосферных условий и влияние этих факторов на плоский солнечный коллектор, поглотитель предоставляется еще одной фундаментальной проблемой такой конструкции. Парадоксально, но повышение эффективности параметров плоского коллектора приводит к его более высоким температурам, что повышает вероятность повреждения поглотителями при эксплуатации через химические реакции со смесью воздуха, пары и других образований (например, пыль аэрозоли, бактерии, грибковые споры, клещи, насекомые и т.п.), которые всасываются, во внутренний объем коллектора на протяжении цикла день-ночь. На рисунке 3 показанный пример типичной установки, где происходит повреждение поглотителя, что возникает в результате вышесказанных факторов.

IV. Закипание гликоля

Прямой поток теплоносителя из плоских коллекторов создает еще одну проблему: запекания гликоля в чрезвычайных ситуациях (перегрев). Плоские коллекторы демонстрируют температуру стагнации до 200 ° С, например Центр солнечной энергии в Дании и Датский технологический институт показали, что при температурах не выше 180 ° С гликоль и добавки, содержащиеся в нем, постоянно запекаются в капиллярных трубах (диаметр 3-10 мм ) [5]. Что важно, в отчете четко указано формирования этого типа блокировок в газовой фазе (водяной пар диффузно смешивается с парами гликоля и антикоррозийными добавками) с участием катализатора, такого как медь или алюминий. Показано, что установление коллекторов "вверх дном" в дополнение к маркетингового трюка ничего не меняет в результате возникновения газовой фазы кристаллизации. Для простоты ситуацию можно сравнить с венами и «плохим» холестерином в организме человека, накапливается в них. Проблема растет со временем эксплуатации, а фактор, ускоряющий блокировки коллекторной трубы - это температура (чем она выше, тем быстрее происходит блокировка).

Закипание гликоля в солнечном коллекторе фото

V. Преимущества и недостатки

При поиске преимуществ плоской конструкции коллекторов следует отметить их низкую цену по сравнению с более технически продвинутыми солнечными коллекторами. Однако в связи с тем, что солнечный коллектор является лишь частью установки, его доля в общей стоимости солнечной установки является относительно небольшой и достигает примерно 30-40% от стоимости установки, с установкой "под ключ". Итак, время возвращения из установки с плоскими пластинчатыми коллекторами дольше, чем, например, от той же установки с вакуумными коллекторами. Теоретическая преимущество низких начальных инвестиционных затрат переходит в другой недостаток длительного времени возврата всей инвестиции Ниже приведены примеры преимуществ и недостатков плоских коллекторов [1-5]:

Преимущества

простая и незамысловатая конструкция
высокая теоретическая эффективность достигает около 84%
снижение стоимости по сравнению с вакуумными коллекторами

Недостатки

отсутствие герметичности
потери тепла для испарения конденсата в утренний старт колектора
позднее, чем в вакуумных коллекторах, из-за необходимости преодоления собственных потерь
отсутствие изоляции на стороне панели покрытия - значительные потери тепла
прогрессивное увеличение оптического фильтра на внутренней поверхности стекла и поверхности абсорбера в виде слоя, оставшегося после испарения пылевого конденсата - значительные потери эффективности коллектора при длительной эксплуатации
дополнительные конвекционные потери тепла, вызванные использованием вентиляционных отверстий в нижней и верхней части корпуса
ухудшение поглощающих слоев вследствие атмосферных условий: изменения температуры, влажности и напряжений материала
отсутствие устойчивости коллектора к ветровому воздействию уже выше 4 м / с
отсутствие способности эффективно генерировать тепло в низких солнечных условиях (ниже 300 Вт / м2) и в то же время температура окружающей среды ниже примерно 8 o C (собственные потери превышают мощность приема тепла)
самая низкая в группе фототермическая коллекторов средняя годовая эффективность в условиях украинского расположения и климата
плоский поглотитель - нет возможности "пассивно следовать за солнцем"
высокие аэродинамические нагрузки для коллекторов, расположенных на плоских поверхностях