Güneş kollektörleri: çeşitleri, çalışma prensibi, sistem tasarımı
Isı pompaları Güneş tarafından ısıtılan toprak, su veya havadan enerji çekebilir. Kazanlar yakıtın yanması sırasında açığa çıkan ısıyı kullanır, bu da aynı zamanda Dünya'nın uzun evrimi sırasında güneş enerjisinin dönüşümünün bir ürünüdür. Güneş kollektörleri bir anlamda benzersizdir: doğrudan güneşten enerji alırlar.
Sıcak su için suyu ısıtmak veya evinizi ısıtmak için yarın tamamen ücretsiz olarak kullanabilmek için bugün hala güneş kollektörleri satın almak için para harcamanız gerekiyor. Bu tür ekipmanların önemli maliyeti göz önüne alındığında, seçim yaparken hata yapmamak çok önemlidir. Bu nedenle, güneş kolektörlerinin özellikleri ve çalışmalarının nüansları hakkında en azından genel fikirler almalısınız.
İçindekiler:
Güneş kolektörlerini kullanmanın özellikleri
Güneş kollektörlerini diğer ısı jeneratörleri türlerinden ayıran ana özelliği, çalışmalarının döngüsel doğasıdır. Güneş yok - termal enerji yok. Sonuç olarak, bu tür kurulumlar geceleri pasiftir.
Ortalama günlük ısı üretimi doğrudan gündüz saatlerinin uzunluğuna bağlıdır. İkincisi, öncelikle bölgenin coğrafi enlemi ve ikincisi yılın zamanına göre belirlenir. Güneşlenme zirvesinin kuzey yarımkürede düştüğü yaz döneminde, toplayıcı maksimum verimlilikle çalışacaktır. Kış aylarında verimliliği düşer ve Aralık-Ocak aylarında minimum seviyeye ulaşır.
Kışın, güneş kolektörlerinin verimliliği sadece gün ışığı saatlerinin azalması nedeniyle değil, aynı zamanda güneş ışığı insidans açısındaki bir değişiklik nedeniyle de azalır. Isı tedarik sistemine katkısı hesaplanırken, güneş kolektörünün yıl içindeki performansındaki dalgalanmalar dikkate alınmalıdır.
Güneş kolektörünün verimliliğini etkileyebilecek diğer bir faktör de bölgenin iklim özellikleridir. Ülkemizin topraklarında, yılda 200 günden fazla bir süre boyunca güneşin kalın bir bulut tabakasının arkasında veya bir sis perdesinin arkasında saklandığı birçok yer var. Bulutlu havalarda, güneş ışını kollektörünün performansı sıfıra düşmez, çünkü dağınık güneş ışığını yakalayabilir, ancak önemli ölçüde azalır.
Güneş kollektörlerinin çalışma prensibi ve çeşitleri
Güneş kolektörünün cihazı ve çalışma prensibi hakkında birkaç kelime söylemenin zamanı geldi. Tasarımının ana unsuru, kendisine kaynaklı bir boruya sahip bir bakır plaka olan bir adsorberdir. Üzerine düşen güneş ışığının ısısını emen plaka (ve onunla boru) hızla ısınır. Bu ısı, borudan dolaşan sıvı soğutucuya aktarılır ve bu da onu sistem üzerinden daha da taşır.
Fiziksel bedenin güneş ışınlarını emme veya yansıtma yeteneği, her şeyden önce, yüzeyinin doğasına bağlıdır. Örneğin, bir ayna yüzeyi ışığı ve ısıyı mükemmel bir şekilde yansıtır, ancak aksine siyah emer. Bu yüzden adsorberin bakır plakasına siyah bir kaplama uygulanır (en basit seçenek siyah boyadır).
Güneş kolektörünün çalışma prensibi
1. Güneş kolektörü.
2. Tampon tankı.
3. Sıcak su.
4. Soğuk su.
5. Denetleyici.
6. Isı değiştirici.
7. Pompa.
8. Sıcak akış.
9. Soğuk akış.
Adsorberi kaplayan uygun cam seçimi ile güneşten alınan ısı miktarını arttırmak mümkündür. Normal cam yeterince şeffaf değildir.Buna ek olarak, üzerine düşen güneş ışığının bir kısmını yansıtan parlama. Güneş kolektörlerinde, kural olarak, düşük demir içeriğine sahip, şeffaflığını artıran özel cam kullanmaya çalışırlar. Yüzeyden yansıyan ışığın fraksiyonunu azaltmak için cama yansıtıcı olmayan bir kaplama uygulanır. Ve böylece camın verimini de azaltan toz ve nem toplayıcıya girmez, kasa kapatılır ve hatta bazen inert gazla doldurulur.
Tüm bu hilelere rağmen, güneş kolektörlerinin verimliliği, tasarımlarındaki kusurlardan dolayı hala% 100'den uzaktır. Isıtmalı adsorbe plakası, alınan ısının bir kısmını çevreye yayar, temas halindeki havayı ısıtır. Isı kaybını en aza indirmek için, adsorbanın yalıtılması gerekir. Adsorbanın etkili bir ısı yalıtımı yöntemi araştırması, mühendislerin en yaygın olanları düz ve boru şeklindeki vakumlu olan çeşitli güneş kollektörleri oluşturmasına yol açtı.
Düz güneş kollektörleri
Düz güneş kollektörleri.
Düz bir güneş kolektörünün tasarımı son derece basittir: yukarıdan camla kaplı metal bir kutudur. Vücudun alt ve duvarlarının ısı yalıtımı için kural olarak mineral yün kullanılır. Bu seçenek idealden uzaktır, çünkü kanalın içindeki hava vasıtasıyla adsorberden cama ısı transferi hariç tutulmaz. Kollektör içindeki ve dışındaki sıcaklıktaki büyük farkla, ısı kaybı oldukça önemlidir. Sonuç olarak, ilkbahar ve yaz aylarında mükemmel çalışan düz bir güneş kolektörü, kışın son derece verimsiz hale gelir.
Düz güneş kolektör cihazı
1. Giriş borusu.
2. Koruyucu cam.
3. Emilim tabakası.
4. Alüminyum çerçeve.
5. Bakır borular.
6. Isı yalıtkanı.
7. Çıkış borusu.
Vakumlu Güneş Kollektörleri
Vakum tüplü güneş kolektörleri.
Vakumlu güneş kolektörü, çok sayıda nispeten ince cam tüpten oluşan bir paneldir. Her birinin içinde bir adsorber var. Gaz (hava) ile ısı transferini hariç tutmak için tüpler boşaltılır. Adsorbanların yakınında gaz eksikliği nedeniyle, vakum toplayıcıları soğuk havalarda bile düşük ısı kaybı ile karakterizedir.
Vakum manifold cihazı
1. Isı yalıtımı.
2. Isı eşanjörü gövdesi.
3. Isı değiştirici (toplayıcı)
4. Mühürlü mantar.
5. Vakum tüpü.
6. Kondenser.
7. Emici plaka.
8. Çalışma sıvısı ile ısı borusu.
Güneş kolektörleri için uygulamalar
Güneş kollektörlerinin yanı sıra diğer ısı jeneratörlerinin temel amacı binaları ısıtmak ve sıcak su temin sistemi için su hazırlamaktır. Belirli bir işlevi yerine getirmek için hangi tip güneş kolektörlerinin en uygun olduğunu bulmak için kalır.
Düz güneş kolektörleri, bulduğumuz gibi, ilkbahar-yaz döneminde iyi performansla ayırt edilir, ancak kışın etkisizdir. Bundan sonuç olarak, onları soğuk havaların başlamasıyla tam olarak ortaya çıkan ihtiyaç için ısıtma için kullanmak pratik değildir. Ancak bu, bu ekipman için hiç iş olmadığı anlamına gelmez.
Düz toplayıcıların tartışılmaz bir avantajı vardır - vakum modellerinden önemli ölçüde daha ucuzdur, bu nedenle güneş enerjisini sadece yaz aylarında kullanmanın planlandığı durumlarda, bunları satın almak mantıklıdır. Düz güneş kolektörleri yaz aylarında sıcak su için su hazırlama görevi ile mükemmel bir şekilde baş eder. Daha da sıklıkla açık havuzlarda rahat bir su sıcaklığına kadar ısıtmak için kullanılırlar.
Tübüler vakum manifoldları daha çok yönlüdür. Kış soğuklarının ortaya çıkmasıyla, performansları düz modellerde olduğu gibi önemli ölçüde azalmaz, bu da yıl boyunca kullanılabilecekleri anlamına gelir.Bu, bu tür güneş kolektörlerini sadece sıcak su temini için değil, aynı zamanda ısıtma sisteminde de kullanmayı mümkün kılar.
Düz ve vakumlu güneş kolektörlerinin karşılaştırılması.
Güneş kolektörlerinin yeri
Güneş kolektörünün verimliliği doğrudan adsorbe düşen güneş ışığının miktarına bağlıdır. Bu, toplayıcının komşu binalardan, dağların yakınında bulunan ağaçlardan vb. Hiçbir zaman (veya en azından mümkün olduğunca uzun bir süre) gölgenin açık bir alanda bulunması gerektiğidir.
Büyük önem taşıyan sadece toplayıcının yeri değil, aynı zamanda oryantasyonudur. Kuzey yarım küremizin en “güneşli” tarafı güney tarafıdır, yani kollektörün “aynaları” tam olarak güneye çevrilmelidir. Bunu yapmak teknik olarak imkansızsa, yönü güney - güneybatı veya güneydoğuya mümkün olduğunca yakın seçmelisiniz.
Güneş kolektörünün eğim açısı gibi bir parametreyi göz ardı etmemek gerekir. Açının büyüklüğü, Güneş'in konumunun zirveden sapmasına bağlıdır, bu da ekipmanın çalıştırılacağı alanın coğrafi enlemi ile belirlenir. Eğim açısı doğru ayarlanmazsa, güneş ışığının önemli bir kısmı kolektör camından yansıtılacağı ve bu nedenle emiciye ulaşamayacağı için optik enerji kaybı önemli ölçüde artacaktır.
Doğru güneş kolektörü nasıl seçilir
Evinizin ısıtma sisteminin, tesislerde rahat bir sıcaklığı koruma göreviyle başa çıkmasını istiyorsanız ve musluklardan akan ılık su yerine sıcak ve aynı zamanda bir güneş kolektörü bir ısı jeneratörü olarak kullanmayı planlıyorsanız, ekipmanın gerekli gücünü önceden hesaplamanız gerekir. Bu durumda, toplayıcının amacı (sıcak su temini, ısıtma veya bunların bir kombinasyonu), nesnenin ısı talebi (ısıtılan odaların toplam alanı veya ortalama günlük sıcak su tüketimi), bölgenin iklim özellikleri ve toplayıcı kurulumunun özellikleri dahil olmak üzere çok sayıda parametrenin dikkate alınması gerekecektir.
Prensip olarak, bu tür hesaplamaları yapmak o kadar zor değildir. Her modelin performansı bilinmektedir, bu da eve ısı sağlamak için gereken toplayıcı sayısını kolayca tahmin edebileceğiniz anlamına gelir. Güneş kollektörleri üreten şirketler, arazinin coğrafi enlemine, “aynaların” eğim açısına, yönelimlerinin güneyden sapmasına vb. Bağlı olarak ekipmanın gücündeki değişiklik hakkında bilgi (ve tüketiciye sağlayabilir), gerekli değişiklikleri yapmanıza izin verir. rezervuar performansını hesaplarken.
Gerekli kolektör gücünü seçerken, üretilen kıtlık ve aşırı ısı arasında bir denge sağlamak çok önemlidir. Uzmanlar, mümkün olan maksimum toplayıcı gücüne odaklanmanızı, yani hesaplamalarda en verimli yaz sezonu için göstergeyi kullanmanızı önerir. Bu, ortalama kullanıcının ekipmanı bir marjla (yani, en soğuk ayın gücünü hesaplamak için) alma arzusuyla çelişir, böylece toplayıcıdan gelen ısı daha az güneşli sonbahar ve kış günlerinde yeterli olur.
Bununla birlikte, artan güce sahip bir güneş kolektörü seçme yolunda ilerlerseniz, performansının zirvesinde, yani sıcak güneşli havalarda ciddi bir sorunla karşılaşırsınız: tüketilenden daha fazla ısı üretilir ve bu devrenin aşırı ısınmasını ve diğer hoş olmayan sonuçları tehdit eder. . Bu sorunu çözmek için iki seçenek vardır: ya düşük güçlü bir güneş kolektörü takın ve paralel olarak yedekli ısı kaynaklarını paralel bağlayın ya da büyük bir güç rezervine sahip bir model satın alın ve ilkbahar-yaz mevsiminde aşırı ısıyı boşaltmanın yollarını sağlayın.
Sistem durgunluğu
Üretilen aşırı ısı ile ilgili problemler hakkında biraz daha konuşalım.Bu nedenle, evinizin ısıtma sistemine tamamen ısı sağlayabilecek yeterince güçlü bir güneş kolektörü taktığınızı varsayalım. Ama yaz geldi ve ısıtma ihtiyacı ortadan kayboldu. Elektrikli bir kazanın gücünü kapatabilirseniz, bir gaz kazanının yakıt beslemesini kapatın, o zaman güneş üzerinde gücümüz yoktur - çok sıcak olduğunda kapatamayız.
Sistemin durgunluğu, güneş kolektörlerinin ana potansiyel sorunlarından biridir. Kolektör devresinden yetersiz ısı alınırsa, soğutucu aşırı ısınır. Belirli bir anda, ikincisi kaynar, bu da devre boyunca dolaşımının kesilmesine yol açacaktır. Soğutucu soğuduğunda ve yoğunlaştığında, sistem çalışmaya devam edecektir. Bununla birlikte, tüm soğutucu tiplerinden uzak bir şekilde, bir sıvı durumdan bir gaz haline geçişi sakin bir şekilde aktarın veya tam tersi. Bazıları aşırı ısınmanın bir sonucu olarak, devrenin daha fazla çalışmasını imkansız hale getiren jöle benzeri bir kıvam elde eder.
Sadece toplayıcı tarafından üretilen ısının kararlı bir şekilde uzaklaştırılması durgunluğun önlenmesine yardımcı olacaktır. Ekipmanın gücünün hesaplanması doğru yapılırsa, sorun olasılığı neredeyse sıfırdır.
Bununla birlikte, bu durumda bile, mücbir sebep durumlarının meydana gelmesi hariç tutulmaz, bu nedenle, aşırı ısınmaya karşı korunmanın yolları önceden öngörülmelidir:
1. Sıcak su birikimi için bir rezerv tankı kurulması. Sıcak su besleme sisteminin ana tankındaki su ayarlanan maksimum değere ulaştıysa ve güneş kolektörü ısı sağlamaya devam ederse, anahtarlama otomatik olarak gerçekleşecek ve su rezerv tankında zaten ısınmaya başlayacaktır. Oluşturulan ılık su stoğu, bulutlu havalarda daha sonra ev ihtiyaçları için kullanılabilir.
2. Havuzda ısıtılmış su. Havuzlu ev sahipleri (önemli değil, iç veya dış mekan), aşırı ısıyı yönlendirmek için harika bir fırsata sahiptir. Havuzun hacmi, herhangi bir ev depolama cihazının hacminden kıyaslanamayacak kadar fazladır, bu da içindeki suyun artık ısıyı ememeyeceği kadar ısınmayacağı anlamına gelir.
3. Sıcak suyu boşaltın. Aşırı ısı harcayabilme yeteneğinin yokluğunda, sıcak su için ısıtılmış suyu depolama tankından küçük porsiyonlarda küçük kanalizasyonlara kolayca boşaltabilirsiniz. Depoya giren soğuk su, devreden ısıyı çıkarmaya devam edecek olan tüm hacmin sıcaklığını düşürecektir.
4. Fanlı harici ısı eşanjörü. Güneş kolektörü yüksek bir kapasiteye sahipse, aşırı ısı da çok büyük olabilir. Bu durumda, sistem soğutucu ile doldurulmuş ek bir devre ile donatılmıştır. Bu ek devre sisteme bir fan ile donatılmış ve binanın dışına monte edilmiş bir ısı eşanjörü vasıtasıyla bağlanır. Aşırı ısınma riski varsa, fazla ısı ek devreye girer ve ısı eşanjöründen havaya "serbest bırakılır".
5. Isının zemine boşaltılması. Evdeki güneş kolektörüne ek olarak bir toprak ısı pompası varsa, kuyuya aşırı ısı gönderilebilir. Bu durumda, iki problemi aynı anda çözersiniz: bir yandan, kolektör devresini aşırı ısınmadan korur ve diğer yandan kış aylarında bitmiş topraktaki ısı rezervini geri yüklersiniz.
6. Direkt güneş ışığından güneş kolektörü izolasyonu. Bu yöntem teknik olarak en basit yöntemlerden biridir. Tabii ki, çatıya tırmanmak ve toplayıcıyı manuel olarak perdelemek buna değmez - zor ve güvensizdir. Panjur gibi uzaktan kumandalı bir ekran takmak çok daha mantıklıdır. Ekran kontrol ünitesini kontrolöre bile bağlayabilirsiniz - devredeki sıcaklık tehlikeli bir şekilde yükselirse, toplayıcı otomatik olarak kapanacaktır.
7. Soğutma suyu tahliyesi. Bu yöntem kardinal olarak kabul edilebilir, ancak aynı zamanda oldukça basittir. Aşırı ısınma riski varsa, soğutucu bir pompadan sistem devresine entegre edilmiş özel bir tanka boşaltılır.Koşullar tekrar uygun hale geldiğinde, pompa soğutucuyu devreye geri döndürecek ve toplayıcı geri yüklenecektir.
Diğer sistem bileşenleri
Güneşin yaydığı ısıyı toplamak yeterli değildir. Hala taşımak, biriktirmek, tüketicilere aktarmak, tüm bu süreçleri kontrol etmek vb. Gereklidir. Bu, çatıda bulunan toplayıcılara ek olarak, sistemin daha az fark edilebilir, ancak daha az önemli olmayan birçok başka bileşen içerdiği anlamına gelir. Sadece bazılarına odaklanalım.
ısı transfer maddesi
Kollektör devresindeki soğutucu akışkanın fonksiyonu su veya donmayan bir sıvı ile gerçekleştirilebilir.
Suyun, güneş kollektörlerinde soğutucu olarak kullanılmasına bazı kısıtlamalar getiren bir takım dezavantajları vardır:
- İlk olarak, donma sıcaklıklarında donar. Donmuş soğutma sıvısı devrenin borularını kırmaz, soğuk hava yaklaşımı ile boşaltılması gerekir, bu da kışın toplayıcıdan küçük miktarlarda termal enerji bile almayacağınız anlamına gelir.
- İkincisi, çok yüksek olmayan bir kaynama noktası yaz aylarında sık sık durgunluğa neden olabilir.
Donmayan sıvı, suyun aksine, önemli ölçüde daha düşük bir donma noktasına ve benzersiz bir şekilde daha yüksek bir kaynama noktasına sahiptir, bu da bir soğutucu olarak kullanılmasının rahatlığını artırır. Bununla birlikte, yüksek sıcaklıklarda, “donmayan” geri dönüşü olmayan değişikliklere uğrayabilir, bu nedenle aşırı aşırı ısınmadan korunmalıdır.
Güneş sistemleri için uyarlanmış pompa
Soğutucu akışkanın kolektör devresi boyunca zorunlu sirkülasyonunu sağlamak için, güneş sistemlerine uyarlanmış bir pompaya ihtiyaç vardır.
DHW ısı eşanjörü
Güneş kolektörü devresinden sıcak su beslemesinde kullanılan suya veya ısıtma sisteminin ısıtma ortamına ısı transferi bir ısı eşanjörü vasıtasıyla gerçekleştirilir. Kural olarak, sıcak su birikimi için, zaten yerleşik bir ısı eşanjörüne sahip büyük bir tank kullanılır. İki veya daha fazla ısı eşanjörüne sahip tankların kullanılması mantıklıdır: bu sadece güneş kolektöründen değil, aynı zamanda diğer kaynaklardan (gaz veya elektrikli kazan, ısı pompası, vb.) Isı almanızı sağlar.
otomasyon
Böyle karmaşık bir sistem, süreci kontrol eden ve kontrol eden otomasyon olmadan yapamaz. Kontrolör, toplayıcının çalışmasını otomatikleştirmenizi sağlar: devredeki ve depolama tankındaki sıcaklığı analiz eder, soğutma sıvısının devre boyunca hareketinden sorumlu pompayı ve valfleri kontrol eder. Devredeki soğutma sıvısı aşırı ısınırsa ve tanktaki su aşırı ısınırsa, kontrolör ısıyı alternatif bir soğutucuya, ek bir su tankına veya bir dış hava ısı eşanjörüne bırakma komutu verecektir.
Gün ışığı saatlerinin sonunda, depolama tankındaki suyun sıcaklığı, kolektör devresindeki soğutma sıvısının sıcaklığını aşarsa, otomasyon, soğutucunun devre boyunca dolaşımını durduracak, böylece biriken ısı toplayıcının kendisinden atmosfere salınmayacaktır. Modern kontrolörler, sistemin çalışmasını uzaktan izlemeyi ve gerekirse ayarlamalar yapmayı mümkün kılar.
Bugün bir güneş kolektörü ve piyasada çalışması için gerekli bileşenleri bulmak zor olmayacak. Ayrı olarak satın alınan elemanlardan bir sistem kurmak oldukça mümkündür. Bununla birlikte, üreticiler bir toplayıcı, pompalar, depolama tankları, kontrol otomasyonu vb. İçeren hazır kitler sunar. Böyle bir kitin satın alınması sadece zamandan tasarruf etmekle kalmaz, aynı zamanda sistemin performansının bir garantisidir.
