Про эффективность разных типов солнечного коллекторов

Энергия солнца и ветра

Про эффективность разных типов солнечного коллекторов

Сравнение видов солнечных коллекторов по эффективности

В данной статье мы попытаемся изложить основные формулы для расчёта солнечного коллектора (СК), максимально простым языком. Солнечный коллектор (водонагреватель) предназначен для преобразования солнечного излучения в тепло для нагрева жидкого теплоносителя или просто воды.

В первую очередь нас интересует КПД, или Эффективность, т.е. какую часть от мощности падающего солнечного излучения, коллектор способен преобразовать в нагрев теплоносителя.

Стандартный график для полезной мощности приведен на рис.1.
  1. Вакуумный солнечный коллектор
  2. Плоский солнечный коллектор
  3. Открытая светопоглощающая поверхность

Ось Х : -дельта Т (dT ) разница между температурами окружающей среды и теплоносителя в солнечном коллекторе.

Ось Y: Q (Полезная_мощность_коллектора от ( dT )) или КПД.

Это стандартный вид графика эффективности для любых солнечных водонагревателей.

Любой солнечный коллектор характеризуется сложной функцией тепловых потерь P от dT . Но любую функцию можно с любой точностью аппроксимировать рядом Фурье на заданном отрезке.

Institute fur Solarenergieforscung GmbH сертифицирующий все Солнечные коллектора в Германии, предлагает так и сделать, но не с бесконечной точностью, а оставить только первые два члена разложения: a1 и a2.

Формула Полезной_мощности_коллектора Q от ( dT ) приобретает понятный вид.

Q= G"( & )*K(& )*(R- a1* dT - a2*(dT)^2)

G- Мощность падающего излучения перпендикулярно плоскости Солнечного коллектора G" = G*cos(&) - Мощность при угле падения &.

K(& )- IAM (Incidence Angle Modifier) -Коэффициент учитывающий потери в мощности солнечного излучения в зависимости от угла падения. Обычно приводится значение для угла &=50º.

К(50º ) около 0.92

К(70º ) около 0.55

К(50º ) около 1.42

К(70º ) около 1.50
R - апертурный коэффициент, учитывающий рабочию площадь абсорбера и потери на прозрачности светопропускающего покрытия.
Примечание: У вакуумного коллектора K(& ) растёт с отклонением от нормали, за счёт цилиндрической формы абсорбера, компенсируя уменьшение мощности G*cos(&).

dT - разница между температурами окружающей среды и теплоносителя в Солнечном Коллекторе.

a2 - теплопотери излучением.

a1, около 4 Ватт/(m^2*T)

a2, около 0.015 Ватт/(m^2*T^2)

a1, около 1.8 Ватт/(m^2*T)

a2, около 0.005 Ватт/(m^2*T^2)

Теперь вернёмся к нашему графику.

Вторая точка - это пересечение с осью Х- температура стагнации при Q =0.

Из за наличия - a2*(dT)^2, график не прямая линия соединяющая макс мощность и температуру стагнации, а парабола загибающаяся вниз.

Теперь, имея формулу полезной мощности, мы можем её наглядно проанализировать и понять, что с чем связано и от чего как зависит.

Как и на что влияют компоненты плоских солнечных коллекторов для нагрева воды

Температура стагнации

Температура стагнациив в основном определяется характеристиками селективного покрытия. Связано это с тем, что существенный вклад в тепловые потери солнечного коллектора при максимальных температурах, вносит член a2*(dT)^2, ответственный за переизлучение. В экспериментах можно не пропуская воду, просто измерив температуру стагнации, оценить качество селективного покрытия.

Прозрачность светопропускающего покрытия

Прозрачность светопропускающего покрытия солнечному излучению поднимает весь график выше , увеличивая КПД , за счёт большего пропускания энергии вовнутрь солнечного коллектора.

Количество стёкол

Уменьшает максимальную мощность при dT =0, но и уменьшает наклон графика, что может быть более выгодно при больших dT . Может повышать температуру стагнации.

Качество и количество утепления корпуса

- не влияет на максимальную мощность, но уменьшает наклон графика и увеличивает температуру стагнации.

Абсорбер

Поглощающий абсорбер медь, алюминий, сталь или полимеры. При замене медного абсорбера на иной из другого материала, происходит увеличение температуры внутри коллектора при той же температуре теплоносителя, за счёт меньшей скорости теплообмена. Большая температура внутри солнечного водонагревателя увеличивает тепловые потери и теплопроводностью, и излучением, уменьшая эффективность. Температура стагнации может не изменяться, однако максимальная мощность и полезная мощность сползают вниз по оси Y. Мы как бы смещаемся по оси Х, ( dT ) вдоль графика при медном абсорбере, как показано на Рис.2.

Поделиться статьёй с друзьями:

Другие статьи раздела "Советы, идеи, решения":

  1. 19.07.13 Про эффективность разных типов солнечного коллекторов
  2. 18.07.13 Солнечные коллекторы для нагрева воды фирмы Derya (Турция)
  3. 30.06.13 Как солнечные модули работают при пасмурной погоде?
  4. 28.06.13 Солнечный водонагреватель своими руками
  5. 23.06.13 Как сделать самодельный ветрогенератор для дома
Страница: 01 02 03 04 05 06 07 08 09