слънчеви колектори

Слънчевите колектори с 360° абсорбер усвояват по най-добрият начин , целогодишно падащата слънчева радиация. За да се оползотвори по-голямата част от слънчевата енергия е разработена цилидрична конструкция на колектора (фиг.1), която посреща слънчевите лъчи при такъв ъгъл на падане , че през целият ден е осигурено директно огряване на колектора , като веднага отбелязваме , 360° абсорбер използува в по-голяма степен и дифузната слънчева радиация поради големият приемен ъгъл, която е 60% съставна от общото слънчево греене в сумрачно и облачно време.

Технологични предимства на вакуум-тръбните колектори пред колекторите с плосък фронт – масово предлагани на българският пазар.
Каква е разликата между плоските и вакуум-тръбни колектори? Основния елемент на слънчевата система е колектора. Съществуват много видове колектори, но най-разпространени са плоските (доминиращи на Българският пазар) и вакуум- Плоски колектори могат да бъдат произведени от различни материали, като мед, алуминий, желязо или пластмаса. Обикновено имат черна повърхност, боядисана или селективна, нанесена чрез галванизация или изпарение във вакуум. Селективните колектори имат по-добра абсорбция на топлина и по-малки загуби. Изолацията на колекторите е важна, защото намалява загубите към околната среда. Повечето от тях са покрити със стъкло или друг прозрачен материал. Слънчевата енергия преминава през прозрачното покритие и загрява абсорбера на колектора. Във вградените в абсорбера тръби циркулира вода или специален флуид. Топлоносителят може да се движи гравитачно или с помощта на помпа. Поради спецификата на технологията им, плоските колектори могат да работят ефективно само в периода от м. май до м. септември.Вакуум-тръбните колектори имат абсорбери, които са монтирани в стъклена тръба, от която е евакуиран въздуха и е създаден вакуум. Както при плоските колектори, слънчевата енергия загрява течността в абсорбера и се трансферира към битовата вода.

Кратко въведение във вакуум-тръбната технoлогия.
Вакуум тръбната технология е качествен скок, коренна промяна в техническите и технологични основи на съвременното производство на слънчеви колектори за гореща вода, отопление и климатизация.Слънчевият панел е изграден от множество стъклени модули. Всеки модул е изработен от две различни по диаметър концентрични боросиликатни тръби. Пространството между двете тръби е в пълен вакуум, което възпрепятства излъчването на топлина в пространството.Така, при ясен и слънчев ден, температурата във вътрешната част достига до 350 ?С. Високата целогодишна ефективност се дължи и на ултравиолетовия и инфрачервения спектър на светлината, преминаващ и през облаците, който също се поглъща и превръща в използваема топлинна енергия не само през ясен ден, а и през студено, дъждовно и облачно време.Изцяло стъклената конструкция на този колектор е съществена за бъдещия му успех. Боросиликатното стъкло е единственият материал, при който дегазацията на горещата повърхност е достатъчно ниска за да поддържа вакуум. Външната страна на модула е стъклена и пропуска 98.9% слънчевите лъчи.Тъй като вакуумирането подлага външния и вътрешния цилиндър на свиване, тези модули са твърде здрави за дебелината на стъклото си. Доказано е, че издържа на градушка с диаметър на зърното 30 мм. Селективната повърхност кондензира слънчевото лъчение във вътрешната тръба то се нанася от външната страна на вътрешната тръба чрез изпарение във вакуум.Oбобщено , принципът на действие на изобретените вакуум-тръбни соларно-енергийни системи е в концепцията за абсорбиране на слънчевото електромагнитно лъчение. Естествената слънчева радиация навлиза в стратосферата с константна плътност от около 1370 ? 2100 W/ м2. с доминиращ спектрален състав в оптичния диапазон с дължина на вълната от 370 до около 820 nm. Слънчевата радиация (захваната в вакуумните компоненти на системата) се уплътнява първично. Този процес се реализира от вакуумните блокове на соларната двукомпонентна инсталация. От тях се пренасочва, като уплътнен топлинен поток, чрез фреонови тръби към блок с наземно базирани термо-акумплатори (бойлери, басейни и т.н.). Последните са свързани, чрез арматуро-проводи, с няколко типа енергийни приемници и енерго-преобразуватели.

Технологични предимства на вакуум-тръбните колектори пред колекторите с плосък фронт – масово предлагани на българският пазар.
Повишеното ефективно работно време (на ефективен енерго-добив и експлоатация считано както денонощно, средно-месечно и средно-годишно), така и поради ниските загуби на поглъщане на пряката соларна радиация (инсолацията) попадащи винаги в оптимален ъгъл от близо 90? спрямо покривното стъкло на вакуумният модул.
1. Изключително ефективна топлинна преобразувана мощност. Загубите в термоприемника на соларния модул са над 330 пъти по-малки от тези при класическите плоски колектори.
2. Високата температура до 400 ?С на топлопреносния флуид и възможността за пряко изработване на електроенергия в “цикъла на Ренкин” с помощта на модифицирана парна машина, куплирана с многостепенна парна турбина и електрогенератор, са предимства, които никой друг тип масов плосък слънчев колектор не притежава.
3. Относително ниски капиталовложения на единица топлинна мощност, добита от Слънцето.
4. Пълна екологична съвместимост на инсталацията за добив не само на топлина, но и за добив на електроенергия.
5. Независимост от външни енергоносители на потребителя.
Каква е разликата между плоските и вакуум-тръбни колектори? Основния елемент на слънчевата система е колектора. Съществуват много видове колектори, но най-разпространени са плоските (доминиращи на Българският пазар) и вакуум- Плоски колектори могат да бъдат произведени от различни материали, като мед, алуминий, желязо или пластмаса. Обикновено имат черна повърхност, боядисана или селективна, нанесена чрез галванизация или изпарение във вакуум. Селективните колектори имат по-добра абсорбция на топлина и по-малки загуби. Изолацията на колекторите е важна, защото намалява загубите към околната среда. Повечето от тях са покрити със стъкло или друг прозрачен материал. Слънчевата енергия преминава през прозрачното покритие и загрява абсорбера на колектора. Във вградените в абсорбера тръби циркулира вода или специален флуид. Топлоносителят може да се движи гравитачно или с помощта на помпа. Слънчевите колектори,осигуряващи топлина за различни приложения ,могат да се разделят съобразно температурата , с която трябва да подават топлинна енергия .

ПРОЕКТИРАНЕТО на слънчев колектор означава да се направи опит за оптимизирането на интегрална стойност H за експлотационният му срок:

H= as G – U ( T , Ta , p ),

където as е коефицентът на слънчево поглъщане , G- слънчевият поток в равнината на абсорбера [ W*m-2 ] , Т-работна температура на абсорбера(?C ) , Ta –околна температура(?C ), U- линеен коефицент на топлинни загуби , разделен на as – коефицент на прозрачност на всяко стъклено покритие - ?o .
Да се проектира за каквото и да е приложение , с подходящата надежност на практика е твърде сложно, и обикновенно колекторите се конструират за работа в определени температурни интервали , съответстващи на предполагаемите цели.Такива са нискотемпераатурните колектори (под 40 ?C-плоски обикновенни ), среднотемпературните (под 60 oC плоски селективни ) , високотемпературните (под 200 ?C вакуум-тръбни ) и свръвисокотемпературните колектори (над 200 ?C вакуум-тръбни с рефлектори). Тези колектори са изброени по реда на нарастваща сложност.
Селективните ПОВЪРХНОСТИ- Селективните абсорбери , значително намаляват загубата на топлина .Принципът, на чиято основа дейсвуват те е прост – телата с различни температури излъчват енергия в различни спектри.Тези спектри се припокриват едва-едва и е трудно осъществимо , създаването на повърхност , която силно да поглъща при дължина на вълната на слънчевата светлина т.е. добър абсорбер и слабо да отразява. .Действащи по този начин повърхнини се наричат селективни абсорбери , Най-разпространеното днес покритие е електролитно образуваното частично хромово покритие , върху черен никел , даващо възможност за коефициенти на слънчево поглъщане , по-високи от 0.95 , и термо излъчвателни способности , по-ниски от 0.15.
Реалните с възможности на селективните повърхности се реализират при вакуумираните колектори.В един такъв колектор конвекционните загуби и загубите от топлопроводност с наличието на газ в-у поглъщата повърхност , фактически се елиминират чрез намаляване на налягането на конвекционера под една милионна част от атмосферата.Единствената загуба е излъчвателната – от абсорбера .