Тепловые стационарные устройства
Солнечная энергия используется для отопления жилых помещений, для подогрева и опреснения воды, регулирования микроклимата. В системах, предназначенных для выполнения данных функций (тепловых стационарных устройствах), используются так называемые солнечные коллекторы, имеющие в своем составе плоские или трубчатые теплообменники, в которых циркулирует жидкий теплоноситель. Солнечный коллектор с трубчатым теплообменником может иметь следующую конструкцию (рис. 50):
Рис.50. Солнечный коллектор с трубчатым теплообменником
В черном ящике под двойным стеклом располагаются трубы, по которым циркулирует теплоноситель; нагрев его возможен до 60-80 0С. Один квадратный метр такого нагревателя дает до 70 л горячей воды в день. Экономия – до 700 кг угля в год.
Широкое распространение получили коллекторы с плоскими теплообменниками (рис. 51).
Стекло Поглощающее
покрытие
Тепловая изоляция
Рис.51. Солнечный коллектор с плоскими теплообменниками
Эффективность системы зависит от качества зачернения поверхности теплообменника. В настоящее время используют специальные покрытия, эффективно поглощающие солнечное излучение и позволяющие подогревать теплоноситель до 100 0С. При наличии вакуумной изоляции достигается температура теплоносителя выше 150 0С.
В Швеции солнечные нагреватели площадью 30000 м2 используются для нагревания воды, которая летом закачивается в подземную пещеру и хранится там для использования зимой в системах отопления 550 жилых домов. Потери тепла в процессе хранения в первый год составили 70%, через 10 лет, после нагрева пород, потери не более 28%. Объем используемой воды около 100000 м3.
В России, в районах Нечерноземья, среднее значение суммарной солнечной радиации, поступающей за сутки на 20 м2 горизонтальной поверхности, составляет 200-240 Дж. Этого достаточно для отопления дома с полезной площадью 60 м2. Однако здесь более уместно пока говорить о сезонной эксплуатации солнечной энергии.
Опыт показывает, что для условий сезонной эксплуатации в средней полосе России наиболее подходящей является воздушная система теплоснабжения, при которой в солнечном коллекторе нагревается воздух (теплоноситель), и затем этот воздух по воздуховодам подается в помещение. Предусматривается 3 режима работы системы:
1 – отопление от коллектора;
2 – аккумулирование тепловой энергии;
3 – отопление от аккумулятора.
В холодные солнечные дни нагретый в коллекторе воздух поднимается в помещение и циркулирует в нем в результате естественной конвекции. В ясные теплые дни горячий воздух из коллектора с помощью вентилятора прокачивается через тепловой аккумулятор – слой гравия – и заряжает его. Для ночного отопления и при пасмурной погоде воздух из помещения прогоняется через тепловой аккумулятор и возвращается в комнаты уже подогретым.
Понятно, что такая гелиосистема лишь частично обеспечивает потребность в отоплении, но, тем не менее, сезонная экономия топлива за счет комплексного использования энергии может достигать 50%.
Важной проблемой для отдельных регионов планеты является производство питьевой воды. При этом для большинства из них особенно перспективно в этих целях использование солнечной энергии.
Простейшей оросительной системой является резервуар с водой, помещенный в теплоизолированную емкость с наклонной стеклянной крышей (рис.52).
Резервуар выполнен в виде теплоизолированного и зачерненного изнутри сосуда, дно которого заливается соленой водой или водой, требующей очистки. Солнечные лучи, проходя через стеклянную поверхность, поглощаются зачерненными поверхностями сосуда. В результате происходит нагрев воды и ее испарение. Водяные пары конденсируются на прозрачной крыше емкости, имеющей температуру, близкую к температуре наружной среды.
Солнечные опреснители широко применяются в районах, где особенно ощущается дефицит в пресной воде при достаточных запасах засоленных вод.
Необходимо отметить, что, несмотря на техническую простоту данных систем, стоимость опреснения в них пока примерно в 5 раз дороже, чем опреснение традиционными методами.
Солнечная печь
Сильная концентрация солнечного излучения в фокусе большого параболического зеркала позволяет получить очень высокие (до 3800 0С) температуры, трудно достижимые другими способами. Этот способ используется для плавления тугоплавких веществ, вплоть до вольфрама и углерода, в солнечных печах (рис. 53).
Данные устройства не только экологически чистые, но и не загрязняют посторонними примесями находящиеся в них вещества.
7
55 5
6
2 3 1 8 4
Рис.52. Солнечный опреснитель
1 – исходная вода; 2 – выход опресненной воды; 3 – вход исходной воды;
4 – выпуск воды с повышенным содержанием соли или примесей; 5 – пар;
6 – пленка конденсата; 7 – стеклянная крышка; 8 – тепловая изоляция.
Гелиостаты
Фокальная зона
Концен-
тратор
Рис.53. Солнечная печь с горизонтальными параболическими
концентраторами
Наиболее мощные солнечные печи установлены в Армении (до 3000 0С) и во Франции (до 3800 0С).
Солнечные тепловые электростанции с паровым циклом
Солнечные тепловые электростанции (СТЭС) с паровым циклом работают как обычные тепловые электростанции; нагрев воды до 250-400 0С производится в солнечном котле, кото-
рый устанавливается на башне высотой 70-120 м (рис. 54).
Башня
Градирня
Тепловой аккумулятор
Парогенератор
Турбогенератор
Гелио-
статы
Рис.54. Гелиостатная электростанция с паровым циклом
и тепловым аккумулятором
На котел направляются солнечные лучи, отраженные от нескольких тысяч зеркал-гелио-статов площадью 25-40 м2 каждое. Положение гелиостатов относительно Солнца поддерживается оптимальным с помощью ЭВМ.
В ряде случаев в качестве теплоносителя используют не воду, а расплав солей. Это удобнее, т.к. расплавленные соли не создают высокого давления, как пар при высокой температуре.
СТЭС оборудуются тепловыми аккумуляторами, чтобы они могли работать в ночное время. По этой причине тепловая мощность солнечного котла должна быть в 2-3 раза больше тепловой мощности турбины.
Подобные системы эксплуатируются в странах СНГ, в США, Франции.
Гелиоаэродинамическая (парниковая) солнечная электростанция
В гелиоаэродинамических СЭС энергию вырабатывает электрогенератор с вертикальной воздушной турбиной, расположенной в основании трубы-башни высотой до 200 м (рис. 55).
Для вращения лопастей турбины используется поток горячего воздуха, который нагревается в расположенном вокруг трубы парнике.
Подобная установка мощностью 100 кВт сооружена во Франции. Помимо выработки электроэнергии парниковая СЭС может использоваться для «продувки» загазованных автотранспортом кварталов больших городов.
Дата добавления: 2015-07-30; просмотров: 660;