КПД солнечного коллектора

  1. Лабораторные испытания солнечных коллекторов
  2. Оптическая эффективность солнечного коллектора
  3. Диаграмма эффективности солнечного коллектора
  4. Коэффициенты тепловых потерь а1 и а2
  5. Тепловая эффективность и тепловая эффективность плоского и вакуумного коллектора
  6. От чего зависит эффективность работы солнечного коллектора?

Солнечные коллекторы обеспечивают самые низкие затраты на получение солнечной энергии, которая напрямую преобразуется в полезное тепло. Эффективность работы солнечного коллектора в типичном диапазоне рабочих температур, как правило, составляет от 50 до 70%. Верхним пределом эффективности коллектора является величина так называемого оптическая эффективность, которая определяется во время лабораторных испытаний в соответствии со стандартом PN-EN 12975.

В случае солнечных коллекторов эффективность в зависимости от условий эксплуатации может быть определена на основе 3 основных параметров, которые представлены в сертификатах Solar Keymark (доступны на solarkeymark.org). Параметры относятся к поверхности апертуры, то есть к активной солнечной поверхности солнечного коллектора:

Параметры, включенные в сертификат Solar Keymark: оптическая эффективность (η0), коэффициент линейных тепловых потерь (a1), коэффициент нелинейных тепловых потерь (a2). Температура застоя солнечного коллектора (tstg) также является важным параметром.

Лабораторные испытания солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы проходят широкий спектр испытаний, определяющих их характерные рабочие параметры, а также проверяют устойчивость к экстремальным условиям работы. Исследования проводятся в нескольких аккредитованных лабораториях по всему миру в соответствии с установленными правилами (группа стандартов EN 12975). Исследования обычно проводятся в закрытых помещениях независимо от внешних условий. Максимальная суммарная интенсивность солнечного излучения составляет 1000 Вт / м2, а температура воздуха - 30 ° С. Солнечные коллекторы Hewalex были испытаны в европейских лабораториях еще в 1995 году (Bundesforschungs- und Prüfzentrum Arsenal, Австрия), а сертификаты Solar Keymark были получены с 2007 года.

Оптическая эффективность солнечного коллектора

Это самая большая эффективность, которую может достичь солнечный коллектор - это определено в лабораторных испытаниях. Оптическая эффективность (eta 0) на практике не достигается, так как она определяется при отсутствии потерь тепла в солнечном коллекторе, что означает, что температура поглотителя должна быть равна температуре наружного воздуха. Таким образом, оптическая эффективность связана с конструкцией солнечного коллектора, поэтому она описывает, какая часть солнечного излучения достигает поглотителя. Это включает, среди прочего, потери солнечного излучения, проходящего через стекло и отражающегося от поверхности поглотителя.

Эффективность солнечного коллектора в значительной степени зависит от разности температур между поглотителем и окружающей средой. Разница температур обычно указывается в градусах Кельвина, например, 60 ° C и 25 ° C, разница составляет 35 К.

Диаграмма эффективности солнечного коллектора

На основе трех параметров: коэффициентов оптической эффективности и тепловых потерь a1 и a2 создается диаграмма эффективности солнечного коллектора. На его основе можно определить эффективность работы коллектора в заданных условиях эксплуатации, а также сравнить различные типы плоских и вакуумных коллекторов. Мгновенная эффективность определяется по формуле, содержащей значение оптической эффективности h0, коэффициенты тепловых потерь a1 и a2, разность температур (поглотитель-окружение) ΔT и солнечный свет, например.

Диаграмма оптической эффективности солнечного коллектора Hewalex KS2000 TLP для инсоляции Eg = 1000 Вт / м2

Если бы теплоизоляция коллектора была настолько совершенной, что потери тепла были бы равны нулю, график эффективности имел бы горизонтальный ход, то есть эффективность работы независимо от поглотителя и температуры окружающей среды всегда была бы равна и равна оптической эффективности. «Нулевой» КПД солнечного коллектора достигается, когда тепловые потери эквивалентны тепловому КПД. Такая ситуация возникает при отсутствии отвода тепла от солнечного коллектора. Так называемое состояние застоя называется состоянием теплового баланса. Температура застоя (tstg) определяет температуру поглотителя, которая будет возникать при отсутствии тепла, для солнечного света 1000 Вт / м2 при температуре наружного воздуха 30 ° C. Чем выше температура застоя, тем лучше структура солнечного коллектора - больший доступ солнечного излучения к поглотителю и меньшие потери тепла в окружающую среду.

Коэффициенты тепловых потерь а1 и а2

Чем выше значение коэффициента тепловых потерь a1, тем больше наклон кривой эффективности. Солнечный коллектор затем получит меньшую мощность, когда температура поглотителя явно выше, чем температура наружного воздуха. В свою очередь, чем выше значение коэффициента тепловых потерь a2, тем эффективнее будет выпуклая кривая. Коллектор может затем характеризоваться высокой эффективностью при более низких температурах поглотителя, но терять его при повышении температуры поглотителя.

Тепловая эффективность и тепловая эффективность плоского и вакуумного коллектора

Вакуумные коллекторы с одностенными вакуумными трубками, которые характеризуются высокой оптической эффективностью, и, следовательно, в широком спектре работ они могут достигать более высокой эффективности по сравнению с плоскими коллекторами. Обычные вакуумные коллекторы с двухтрубными вакуумными трубками характеризуются низким оптическим КПД от 50 до 70%. Доступ солнечного излучения к поглотителю затруднен двумя слоями стекла. Теплоизоляция такого коллектора более эффективна, чем теплоизоляция с плоской пластиной, но эффективность может быть выше только в узком диапазоне. На практике солнечный коллектор чаще всего работает в диапазоне температур не более 60 К (например, поглотитель 90 ° С и наружный воздух 30 ° С). В этом отношении эффективность вакуумных коллекторов с двухстенными трубами будет ниже или максимально сопоставима с эффективностью плоских коллекторов.

Диаграмма солнечной эффективности для солнечного света Eg = 1000 Вт / м2 показывает различия в эффективности между вакуумными коллекторными трубками с 2-стеночными трубками и вакуумным коллектором Premium, который представляет собой коллектор Thermomax DF 400, предлагаемый Hewalex. Область, заполненная цветом, представляет диапазон эффективности для плоских коллекторов. предлагается Hewalex, где верхний предел определяется планшетным коллектором KS2000 TLP и нижним коллектором KS2100 T AC. В основном объеме работ (<60 К) эффективность плоских коллекторов обычно выше, чем эффективность популярных вакуумных коллекторов с 2-трубными трубами.

От чего зависит эффективность работы солнечного коллектора?

Эффективность солнечного коллектора строго зависит от рабочих параметров, которые влияют на его тепловые потери. Это означает, прежде всего, что эффект от работы будет тем выгоднее, чем ниже температура поглотителя (и разница температур между поглотителем и окружающей средой). Наиболее благоприятный эффект получают солнечные коллекторы, работающие в низкотемпературных системах, в частности, для нагрева воды в бассейне.

Сравнение эффективности и тепловой эффективности плоского коллектора Hewalex KS2000 TLP для инсоляции Eg = 1000 Вт / м2 и температуры воздуха 30 ° C. Значения указаны для температур абсорбера 50 ° С и 80 ° С. Разница в эффективности и удельной теплоемкости для двух рабочих случаев составляет около 18%. Рекомендуется поддерживать низкие температуры горячей водопроводной воды или отопительной воды в системе отопления здания. Поэтому соответствующий выбор солнечной установки играет важную роль в обеспечении эффективного сбора тепла от солнечных коллекторов, обеспечивая высокую эффективность их работы. Среди прочего, это относится к выбору подходящего размера накопительного нагревателя, но также подходит для нужд поверхности солнечных коллекторов.

От чего зависит эффективность работы солнечного коллектора?