CAMru.org
 СДЕЛАЙ_САМ =
= Природа* + Еда + Строительство + Энергетика
* (окружающая среда, "экология")
авторские права: CC ("копилефт лицензия")
оглавление сайта CAMru.orgоглавление вебсайта
фотографии с комментариями на Envirociety.org
 

 
 
 
 

Оптимальная установка для летнего времени трубчатых вакуумных или плоских солнечных коллекторов-нагревателей
Vacuum tube or flat solar collectors optimal position for summertime

Содержание статьи:
Схемы суточной освещенности солнечных коллекторов летом,
или как достичь экономии при нагревании воды энергией солнца.
НАСА как источник информации об оптимальных углах наклона солнечных коллекторов.

Как правило, летом солнечное тепло используется для горячего водоснабжения сезонных объектов или обеспечения теплом технологических процессов - например, летних лагерей, кемпингов, установок для сушки лекарственных трав, сельхозпродукции, и т.п.

Если тепловая энергия нужна летом, то самый невыгодный вариант - это плоский или трубчатый вакуумный коллектор, установленный наклонно. Но именно этот вариант чаще всего рекламируется для летнего получения горячей воды. Понятно, что продавцам выгоднее продать неинформированному покупателю более дорогостоящий (на единицу полезного результата) товар. Обман покупателей солнечных коллекторов прежде всего в том, что покупателю не говорят (и уж тем более не пишут), сколько среднестатистически он реально получит тепловой энергии, купив данную модель солнечного коллектора в данной комплектации.

Рассмотрим различные варианты установки углов наклона неподвижных солнечных коллекторов. Для упрощения задачи примем, что солнечный коллектор - это некая чёрная плоскость.
(В реальности всё намного сложнее. Параметры плоских солнечных коллекторов сильно зависят от типа стекла, гладкое или призматичное, формы оптического рисунка. А трубчатые вакуумные коллекторы имеют сложную геометрию из ряда круглых трубок.)

Для лета более экономно и эффективно - использвание коллекторов следующих типов (в порядке увеличения экономичности - стоимости тепловой энергии):
горизонтальный плоский солнечный коллектор;
"чёрная бочка на крыше";
горизонтальный трубчатый вакуумированный солнечный коллектор;
следящий за солнцем коллектор-концентратор с приёмником света большого сечения.
Обоснование этого ряда экономичности тепловых солнечных коллекторов (соотношения количества получаемой энергии и стоимости солнечного коллектора) будет дано в последующих статьях.

В средних широтах солнечный коллектор, который отслеживает положение солнца, более целесообразен для получения тепла от солнечной энергии во все времена года, кроме двух месяцев наиболее короткого светового дня - в сравнении с плоскими и трубчатыми солнечными коллекторами. Причина - в середине зимы за день угловое перемещение солнца, когда оно достаточно высоко над горизонтом, составляет всего около 45-60 градусов. При столь малом угловом перемещении не выгодно усложнять конструкцию - делать вращающейся рефлектор-концентратор или целиком солнечный коллектор. Проще применить или вакуумный солнечный коллектор, или даже просто плоский коллектор (см. статью "Солнечные коллекторы для нагрева воды и отопления дома", часть 1 - "Общие сведения об использовании энергии солнечного света в устройствах для нагрева" и "Типы солнечных коллекторов-нагревателей").

Ниже показана схема суточной освещенности наклонных солнечных коллекторов. Для простоты восприятия на схеме указано местное астрономическое время, которое может отличаться от государственного времени на величину сдвиг на "летнее время" (обычно 1 час), плюс-минус 30-60 минут, зависящих от местоположения местности в часовом поясе, плюс (возможны) государственные постоянные "временные поправки".

Схема 1.
Освещённость наклонного плоского солнечного коллектора летом втечение светового дня.

(разрез плоского солнечного коллектора, вид сверху)


на схеме:
Сечение солнечного коллектора - чёрная жирная линия в центре.
Суточное перемещение солнца - окружность разделена на 16 частей, через 1/4 прямого угла или 1,5 часа.
Ширина*, с которой солнечные лучи падают на солнечный коллектор в данный час дня - желтые полосы.
* - учитывая угол солнца над горизонтом в данный час и угол установки солнечного коллектора можно рассчитать площадь площадки, перпендикулярной солнечным лучам - с которой солнечный коллектор собирает прямое солнечное излучение.
На схеме указано астрономическое время.

В летние месяцы, а точнее с даты весеннего равноденствия до осеннего равноденствия, угол между точкой восхода солнца и точкой захода солнца больше 180 градусов. То есть, если установить наклонно плоский солнечный коллектор в средних широтах, то летом несколько часов солнце будет его освещать с обратной (теплоизолированной) стороны с почти нулевой выработкой тепла.

Схема 2.
Период времени эффективной работы наклонного плоского солнечного коллектора летом втечение светового дня.

(разрез плоского солнечного коллектора, вид сверху)


на схеме:
Сечение солнечного коллектора - чёрная жирная линия в центре.
Суточное перемещение солнца - окружность разделена на 16 частей, через 1/4 прямого угла или 1,5 часа.
Ширина, с которой солнечные лучи падают на солнечный коллектор в данный час дня - желтые полосы.
Ширина, с которой солнечные лучи не падают на солнечный коллектор в данный час дня - серо-синие полосы.
На схеме указано астрономическое время.

Из схемы видно, что наклонный плоский коллектор или коллектор из вакуумных труб с панелью-подложкой летом в солнечную погоду работает приблизительно 1/3 длительности светового дня. То есть, в этом случае солнечная тепловая энергия стоит в 3 раза дороже, чем могла бы быть. Или для обеспечения требуемого количества горячей воды нужна в 3 раза меньшая площадь солнечных коллекторов. Или солнечная система горячего водоснабжения стоит в 3 раза дороже. (На выбор.)
По вопросу экономичности солнечных коллекторов-нагревателей см. также статью Экономическая эффективность солнечных тепловых панелей в течение летних месяцев
и Таблицу 1 "Сколько полезной тепловой энергии мы получим от солнечных коллекторов." из подраздела "Солнечное отопление и горячее водоснабжение зимой"

Наклонное положение особенно невыгодно, если наблюдается погода, когда прямой солнечный свет (самый мощный) есть только 2-3 часа после восхода солнца (или наоборот, вечером), а остальное время - туман или облачность в южном направлениии. Например, в марте-начале апреля туман с залива болгарский приморский город Варна накрывает через 2-4 часа после восхода солнца, или летом, около полудня, после прогрева поверхности, начинают образовываться кучевые облака.

Схема 3.
Яркость неба, покрытого мощной или многослойной сплошной облачностью.

На схеме указано астрономическое время.


При облачной погоде самая яркая область неба обычно находится около вертикали - на наикратчайшем пути рассеянного света через облака. Поэтому даже при сильной облачности тень в течение всего светового дня наблюдается под предметами - например, под автомобилем - но не сбоку.

Горизонтально-расположенный солнечный коллектор освещается солнцем круглый день, а если день облачный, то он принимает солнечный свет из области зенита - обычно самой яркой части небосвода.

Горизонтальная поверхность (или слегка наклонная к югу - 5-10 градусов), по данным из таблицы Monthly Averaged Radiation Incident On An Equator-Pointed Tilted Surface (kWh/m2/day) [Среднемесячная радиационная ситуация для экваториально-ориентированной наклонной поверхности] NASA Langley Distributed Active Archive Center (DAAC) - ссылка: Atmospheric Science Data Center (Центр научных данных об атмосфере) - в районе с координатами 43 градуса северной широты 27 градусов восточной долготы (Latitude 43 / Longitude 27):
количество энергии на 1 квадратный метр горизонтальной поверхности в день составляет с апреля по сентябрь включительно от 4,12 киловатт-часов в сентябре до 6,08 киловатт-часов в июле.

Но для установленных горизонтально или под малым наклоном (5-10 градусов) плоских солнечных коллекторов увеличивается загрязнение и опасность от града. К тому же плоские коллекторы хуже, чем вакуумные трубы, используют косой солнечный свет и рассеянную радиацию.

Вероятно, оптимальным решением для получения солнечной тепловой энергии (из серийно производимых солнечных коллекторов) летом является трубчатый горизонтальный солнечный коллектор на отражающей поверхности. С двумя оговорками - отражатель должен находиться на довольно большом расстоянии от трубок - для того, чтобы его можно было мыть и убирать различный растительный мусор. Размеры отражателя должны быть больше, чем размеры рамки, в которой установлены вакуумированные трубы - приблизительно в 1,5 раза.

И всё же, почему для летнего снабжения горячей водой упорно пытаются продавать наклонные солнечные коллекторы с бачком-накопителем? Циркуляционный насос стоит всего 50 евро, а горизонтальная установка солнечного коллектора экономит как минимум 700 евро...

2008

См. также Часть 3 "Солнечное отопление и горячее водоснабжение зимой" статьи "Солнечные коллекторы для нагрева воды и отопления дома".

 

постоянный интернет-адрес этой статьи
"Оптимальная установка для летнего времени трубчатых вакуумных или плоских солнечных коллекторов-нагревателей"
http://camru.org/articles/solar_collector_optimal_position_for_summertime.html

 

 
 
 
 

 
фотографии с комментариями на Envirociety.org
 
оглавление сайтаоглавление сайта
CAMru.org
 
 


 
 
| о CAMru.org | | единомышленникам | | созидательные (креативные) мнения и идеи | | cвя3b |
 
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 License.
CAMru.org, 2008