Лекция №3

Наибольшее значение сейчас имеют солнечные водонагревательные установки (СВУ) на основе коллекторов солнечной энергии (КСЭ).

Показано, что капитальные вложения в каждый кВт получаемый прямым преобразованием солнечной энергии в тепловую в 4,4 раза меньше, чем для ветроэнергетических установок (ВЭУ) такой же мощностью и в 22 раза меньше, чем при использовании фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) такой же мощностью.

В Европе к 2010г будет нагреваться ~ 10 млн. м³ воды в год на основе СВУ.

Наиболее выгодно СВУ с точки зрения эффективности и экономической выгоды.

СВУ может применяться не только на юге, но и там, где много солнечных дней (например в Бурятии 173 солнечных дня в году).

Анализ, проведенный учеными для определения возможности нагрева воды в КСЭ в течении одного дня до температуры приемлемой потребителю (45⁰С) для следующих условий: площадь КСЭ – 1 м²; емкость бака аккумулятора – 3 м³; температура – 45⁰С.

Для этих условий вероятность получения горячей воды Р_вер = 70…90%.

Стоимость 1 м² КСЭ в России примерно 100 долларов.

Наибольшее распространение КСЭ получили в южных странах: Израиль (80% домов), Кипр (0,5 м² на одного жителя).

Характеристики эффективности ксэ

Главным показателем эффективности КСЭ является КПД:

где Q_к – теплопроизводительность коллектора, Вт∙ч;

Е_к – количество солнечной энергии поступающей на 1 м площади поверхности КСЭ, Вт·ч/м²;

А – площадь поверхности абсорбера, м².

где m – массовый расход, кг/с.

КПД коллектора:

где η_о – эффективный оптический КПД;

К_кт – эффективный КПД теплопотерь;

Т₁ – температура теплоносителя на входе в коллектор;

Т_в – температура наружного воздуха;

I_к – интенсивность потока солнечной энергии, поступающей на поверхность КСЭ, Вт/м².

Наиболее сильное влияние на величину η_к оказывает:

1) метеорологические параметры (интенсивность потока солнечной энергии I_к, температура наружного воздуха Т_в);

2) конструктивные характеристики КСЭ и свойства лучепоглатительной способности абсорбера (толщина листа верхней поверхности, коэффициент тепловой изоляции, шаг труб, число слоев остекления и ее пропускная способность);

3) рабочие параметры КСЭ (расход теплоносителя и его температуры на входе в КСЭ).

При сравнении различных материалов для абсорбера выявляется, что с увеличением произведения толщины листа δ на его теплопроводность λ, η_к увеличивается.

При δ = 1 мм:

	Cu	Al	Сталь	Пластмасса
λ	390	205	45	0,6	Вт/м2∙К
ηк	52	50	48	22	%

Влияние метеофакторов:

I	ηк
300 Вт/м2	32%
1000 Вт/м2	59%

Средняя величина К_тп от 5,5 до 7 Вт/м²·К, η_о = 0,78…0,8