Постановка задачи
1) Изучение особенностей эксплуатации солнечных коллекторов(СК) в северных условиях(г.Стокгольм)
2)Изучение особенностей частей системы СК
3)Сравнение двух типов СК
4)Проверка заявленных производителем характеристик
5)Мониторинг глобального излучения с цель определения возможных режимов работы СК и установления кпд коллекторов
Объекты изучения
Трубчатый вакуумный коллектор
Плоский алюминиевый коллектор
Измерительная система
Для решения поставленных задач был создан стенд состоящий 2 модулей вакуумных СК, 1 модуля плоского СК, сенсора глобального излучения (см. приложение 1), двух изолированных танков-акамуляторов (термосы), изолированные шланги соединения, датчиков температуры теплоносителя и воздуха, 2 циркуляционных насосов.
Коллекторы были установлены на южной вертикальной стене на высоте 5 этажа. Для сбора данных с датчиков и управления цирк. насосами были использованы 2 универсальных I/O модуля NI-USB 6008. Автоматизированная измерительная система была написана с системе Labview.
Результаты
Сколько энергии доступно с 1 кв.м.
● В солнечный безоблачный зимний день можно получить 3 кВтч с 1 кв.м. солнцеприемной площади (эффективная площадь). Столько же энергии можно получить с «идеального» СК
● В солнечный безоблачный весенний день можно получить 5 кВтч с 1 кв.м. солнцеприемной площади
● В полностью пасмурный день (плотная облачность) можно получить 0,25 кВтч с 1 кв.м. солнцеприемной площади. Эта энергия практически не может быть утилизирована СК.
|
|
● В среднем теоретически возможно получить 1 кВтч с 1 кв.м. зимой и 2,5 кВтч с 1 кв.м. летом для Стокгольма.
Особенности эксплуатации коллекторов.
● Стагнационная температура
Стагнационная температура – температура коллектора при остановленной циркуляции (т.е. когда энергия из СК не извлекается). Стагнационная температура ваак. СК может быть больше 200 ° С т.к. вакуум является лучшим изолятором.
|
|
Даже при температуре наружного воздуха -10 ° С температура внутри ваак. СК поднимается выше 100 ° С, в то же время температура плоского СК была 15° С. Стагнационная темп. СК является также максимальной температурой до которой система может нагреться.
● Трубки соединений контура
Трубки контура СК должны быть изготовлены желательно из меди или другого материала, выдерживающего температуры в 200 ° С. При внештатной ситуации (прорыв контура, поломка циркуляционного насоса) соединения коллекторов легко могут прогреваться до 200 ° С и это не должно приводить к расплавлению соединений и нарушению герметичности контура. Особые меры должны быть приняты для ограничения давления в контуре СЛ, особенно при внештатных остановках циркуляционного насоса, когда весь теплоноситель может испариться что приведет к повышению давления в контуре и возможному разрыву. Здесь могут быть применены две принципиально различные схемы. Первая предполагает использование расширительных танков и клапанов, ограничителей давления. Обычно давление устанавливается на 3 атмосферы. При таких условиях контур может нагреваться до температур больше 100° С. Другое возможное решение – это контур с открытым расширительным танком, расположенном в наивысшей точке контура. Такой способ был использован на стенде (см рис ХХХ). При такой конфигурации испаренный теплоноситель уходит через открытый танк, а температура контура СК не может быть больше 100 ° С.
|
|
● Система управления
Система управления СК представляет, в самом простом варианте, термостат с двумя температурными датчиками. Один температурный датчик устанавливается на выходе одного из СК, а другой в акамуляционном танке. Как только температура на выходе из коллектора выше например на 4 ° С температуры в танке, термостат стартует циркуляционный насос подогретыт теплоноситель поступает в танк (через теплообменник или без него).
● Изоляция контура
Теплоизоляция контура является наиважнейшим фактором, также важным как и конструкция самого коллектора, а в некоторых случаях даже более важным. КПД СЛ напрямую зависит от качества изоляции контура. Для изоляции контура на стенде был использован «упаковочный пенно-целофан» с толщенной изоляционного слоя 10 мм на наружных соединениях и 5 мм на внутренних(остекленный балкон). Измерения теплопотерь показали что при разнице температур в 50 градусов(темп.наружного воздуха -10 ° С а контура +40 ° С) на теплопотери приходится в 5 раз больше энергии, чем полезной энергии доходящей до танка-акамулятора. Для контуров большой мощности необходимо использовать высококачественный теплоизолятор, выдерживающий температуры больше 100 ° С.
|
|
Результаты измерений
● Доступная энергия
Доступная энергия за световой день 2012-03-03 с 1 кв.м. солнцеприемной площади доступно 5,25 кВтч энергии (интеграл графика глобального излучения)
