Войти
Солнечные водонагреватели установлены в Испании Солнечный водонагреватель (SWH ) - это нагрев воды за счет солнечного света с использованием солнечного теплового коллектора. Доступны различные конфигурации по разной цене, чтобы обеспечить решения для разных климатов и широт. SWH широко используются в жилых и некоторых промышленных помещениях.
Солнечный коллектор нагревает рабочую жидкость, которая поступает в систему хранения для дальнейшего использования. SWH бывают активными (с накачкой) и пассивными (конвекция ). Они используют только воду или и воду, и рабочую жидкость. Они обогреваются напрямую или через светоконцентрирующие зеркала. Они работают автономно или как гибриды с электрическими или газовыми обогревателями. В крупномасштабных установках зеркала могут концентрировать солнечный свет в меньший коллектор.
По состоянию на 2017 год общая тепловая мощность солнечной горячей воды (ГВС) составляет 472 ГВт, и на рынке доминируют Китай, США и Турция. Барбадос, Австрия, Кипр, Израиль и Греция являются страны-лидеры по мощности на человека.
Реклама солнечного водонагревателя относящийся к 1902 г. солнечный двигатель Фрэнка Шумана на мартовской обложке 1916 г. Хьюго Гернсбака Экспериментатор по электричеству Записи солнечных коллекторов в США датируются более ранним периодом. 1900 г., включающий танк, окрашенный в черный цвет, установленный на крыше. В 1896 году Кларенс Кемп из Балтимора заключил резервуар в деревянный ящик, создав таким образом первый «водонагреватель периодического действия», который известен сегодня. Фрэнк Шуман построил первую в мире солнечную тепловую электростанцию в Маади, Египет, используя параболические желоба для питания двигателя мощностью от 45 до 52 киловатт (от 60 до 70 лошадиных сил). который перекачивает 23 000 литров (6000 галлонов США) воды в минуту из реки Нил на прилегающие хлопковые поля.
Плоские коллекторы для солнечного нагрева воды использовались во Флориде и Южной Калифорнии в 1920-х годах. Интерес к Северной Америке вырос после 1960 года, но особенно после нефтяного кризиса 1973 года.
Солнечная энергия используется в Австралии, Канаде, Китае, Германия, Индия, Израиль, Япония, Португалия, Румыния, Испания, Соединенное Королевство и Соединенные Штаты.
Пассивные (термосифон ) солнечные водонагреватели на крыше в Иерусалим Израиль, Кипр и Греция являются лидерами в использовании солнечных водонагревательных систем, обслуживающих 30–40% домов.
Плоские солнечные системы были усовершенствованы и использовались на в большом масштабе в Израиле. В 1950-х годах из-за нехватки топлива правительство запретило нагревать воду с 22:00 до 6:00. Леви Йиссар построил первый прототип израильского солнечного водонагревателя, а в 1953 году основал компанию NerYah, первого в Израиле коммерческого производителя солнечной энергии для нагрева воды. К 1967 году солнечные водонагреватели использовались 20% населения. После энергетического кризиса 1970-х годов в 1980 году Израиль потребовал установить солнечные водонагреватели во всех новых домах (за исключением высоких башен с недостаточной площадью крыши). В результате Израиль стал мировым лидером в использовании солнечной энергии на душу населения: 85% домашних хозяйств используют солнечные тепловые системы (3% от первичного национального потребления энергии), что, по оценкам, сэкономит стране 2 миллиона баррелей (320 000 м3) нефти в год.
В 2005 году Испания стала первой страной в мире, которая потребовала установки фотоэлектрических генераторов электроэнергии в новых зданиях, а вторая (после Израиля) потребовала установки солнечной энергии. системы водяного отопления, в 2006 г.
Новые солнечные установки для горячего водоснабжения в 2007 г. во всем мире После 1960 г. системы начали продаваться в Японии.
В Австралии есть множество национальных а также государственными и нормативными актами для солнечной энергии, начиная с MRET в 1997 году.
Солнечные водонагревательные системы популярны в Китае, где базовые модели начинаются от 1500 юаней (235 долларов США), что составляет около 80%. меньше, чем в западных странах для данного размера коллектора. По крайней мере, у 30 миллионов китайских семей есть один. Популярность обусловлена эффективными вакуумными трубками, которые позволяют нагревателям работать даже в сером небе и при температурах значительно ниже нуля.
Тип, сложность и размер солнечного водонагревателя Система в основном определяется:
Минимальные требования к системе обычно определяются количеством или температурой горячей воды, необходимой зимой, когда температура воды на выходе системы и на входе обычно минимальна. Максимальная мощность системы определяется необходимостью предотвращения чрезмерного нагрева воды в системе.
Меры по защите от замерзания предотвращают повреждение системы из-за расширения замерзающей переносящей жидкости. Системы слива сливают перекачиваемую жидкость из системы при остановке насоса. Во многих непрямых системах используется антифриз (например, пропиленгликоль ) в теплоносителе.
В некоторых прямых системах коллекторы можно опорожнять вручную, когда ожидается замерзание. Этот подход распространен в климатических условиях, где отрицательные температуры наблюдаются нечасто, но он может быть менее надежным, чем автоматическая система, поскольку полагается на оператора.
Третий тип защиты от замерзания - морозостойкость, когда водопроводные трубы низкого давления из силиконовой резины просто расширяются при замерзании. Один из таких коллекторов теперь имеет аккредитацию European Solar Keymark.
Если горячая вода не использовалась в течение дня или двух, жидкость в коллекторах и хранилищах может достигать высоких температур во всех системах без слива. Когда резервуар для хранения в системе слива достигает желаемой температуры, насосы останавливаются, прекращая процесс нагрева и таким образом предотвращая перегрев резервуара.
Некоторые активные системы намеренно охлаждают воду в накопительном баке путем циркуляции горячей воды через коллектор, когда мало солнечного света или ночью, теряя тепло. Это наиболее эффективно в прямом или тепловом водопроводе хранилищ и практически неэффективно в системах, в которых используются вакуумные трубчатые коллекторы из-за их превосходной изоляции. Любой тип коллектора может перегреться. Герметичные солнечные тепловые системы высокого давления в конечном итоге полагаются на работу клапанов сброса температуры и давления. Нагреватели низкого давления с открытой вентиляцией имеют более простые и надежные средства безопасности, как правило, открытое вентиляционное отверстие.
Простые конструкции включают простую изолированную коробку со стеклянной крышкой с плоским солнечным поглотителем из листового металла, прикрепленным к медным трубам теплообменника и темного цвета, или набор металлических трубок, окруженных вакуумированным (почти вакуумным) стеклянным цилиндром. В промышленных случаях параболическое зеркало может концентрировать солнечный свет на трубке. Тепло хранится в резервуаре для хранения горячей воды . Объем этого бака должен быть больше с системами солнечного отопления, чтобы компенсировать плохую погоду и потому, что оптимальная конечная температура для солнечного коллектора ниже, чем у обычного погружного или пламенного нагревателя. Жидким теплоносителем (HTF) для абсорбера может быть вода, но чаще (по крайней мере, в активных системах) это отдельный контур жидкости, содержащий антифриз и ингибитор коррозии подает тепло в резервуар через теплообменник (обычно змеевик из медных трубок теплообменника внутри резервуара). Медь является важным компонентом в системах солнечного нагрева и охлаждения из-за ее высокой теплопроводности, устойчивости к атмосферной и водной коррозии, герметизации и соединения пайкой и механической прочности. Медь используется как в приемниках, так и в первичных контурах (трубы и теплообменники для резервуаров с водой).
Еще одна концепция, требующая меньшего обслуживания, - это «обратный дренаж». Антифриз не требуется; вместо этого все трубы имеют наклон, чтобы вода стекала обратно в резервуар. Бак не находится под давлением и работает при атмосферном давлении. Как только насос отключается, поток меняет направление, и трубы опорожняются, прежде чем может произойти замерзание.
Как работает солнечная система горячего водоснабжения Бытовые солнечные тепловые установки делятся на две группы: пассивные (иногда называемые «компактными») и активные (иногда называемые «насосными»). Оба обычно включают в себя вспомогательный источник энергии (электрический нагревательный элемент или подключение к системе центрального отопления на газе или мазуте), который активируется, когда вода в баке опускается ниже минимальной уставки температуры, обеспечивая постоянную доступность горячей воды. Комбинация солнечного нагрева воды и резервного тепла от дымохода дровяной печи может позволить системе горячего водоснабжения работать круглый год в более прохладном климате, без необходимости удовлетворения дополнительных потребностей в тепле солнечной системы водяного отопления с помощью ископаемого топлива или электричества.
Когда солнечная система нагрева воды и система центрального горячего водоснабжения используются вместе, солнечное тепло будет концентрироваться в резервуаре предварительного нагрева, который подается в резервуар, нагретый от центрального отопления, или солнечный теплообменник заменит нижний нагревательный элемент, а верхний элемент останется для обеспечения дополнительного тепла. Однако основная потребность в центральном отоплении возникает ночью и зимой, когда солнечная энергия меньше. Поэтому солнечное нагревание воды для стирки и купания часто является лучшим применением, чем центральное отопление, потому что спрос и предложение лучше согласованы. Во многих климатических условиях солнечная система горячего водоснабжения может обеспечивать до 85% энергии для горячего водоснабжения. Это могут быть бытовые неэлектрические концентрирующие солнечные тепловые системы. Во многих странах Северной Европы комбинированные системы горячего водоснабжения и отопления помещений (солнечные комбинированные системы ) используются для обеспечения от 15 до 25% энергии для отопления дома. В сочетании с накоплением крупномасштабное солнечное отопление может обеспечить 50-97% годового потребления тепла для централизованного теплоснабжения.
Прямая система: ( A) Пассивная система CHS с резервуаром над коллектором. (B) Активная система с насосом и контроллером, управляемым фотоэлектрической панелью. В системах с прямым или разомкнутым контуром питьевая вода циркулирует через коллекторы. Они относительно дешевые. К недостаткам можно отнести:
Появление морозостойких конструкций расширило рынок SWH до более холодного климата. В условиях замерзания более ранние модели были повреждены, когда вода превратилась в лед, что привело к разрыву одного или нескольких компонентов.
В системах с косвенным или замкнутым контуром используется теплообменник для передачи тепла от текучей среды теплоносителя (HTF) к питьевой воде. Наиболее распространенной HTF является смесь антифриза и воды, в которой обычно используется нетоксичный пропиленгликоль. После нагрева панелей HTF попадает в теплообменник, где его тепло передается питьевой воде. Непрямые системы предлагают защиту от замерзания и, как правило, защиту от перегрева.
Пассивные системы полагаются на тепловую конвекцию или тепловые трубы для циркуляции рабочей жидкости. Пассивные системы дешевле и не требуют обслуживания или требуют минимального обслуживания, но менее эффективны. Перегрев и замерзание - серьезные проблемы.
Активные системы используют один или несколько насосов для циркуляции воды и / или нагревающей жидкости. Это позволяет использовать гораздо более широкий диапазон конфигураций системы.
Насосные системы дороже покупать и эксплуатировать. Однако они работают с более высокой эффективностью, и ими легче управлять.
Активные системы имеют контроллеры с такими функциями, как взаимодействие с резервным электрическим или газовым водонагревателем, расчет и регистрация сэкономленной энергии, функции безопасности, удаленный доступ и информативные дисплеи.
Система интегрированного коллектора-хранилища (ICS) Система интегрированного коллектора-хранилища (ICS или периодический нагреватель) использует резервуар, который действует как хранилище и как коллектор. Нагреватели периодического действия представляют собой тонкие прямолинейные резервуары со стеклянной стороной, обращенной к солнцу в полдень. Они просты и менее дорогостоящие, чем пластинчатые и трубчатые коллекторы, но при установке на крыше (для выдерживания 180–320 кг воды) могут потребоваться распорки, и они страдают от значительной потери тепла ночью, так как сбоку лицом к солнцу практически не имеют теплоизоляции и подходят только для умеренного климата.
Система конвекционного накопителя тепла (CHS) аналогична системе ICS, за исключением того, что накопительный бак и коллектор физически разделены, и передача между ними осуществляется за счет конвекции. В системах CHS обычно используются стандартные плоские или откачиваемые трубчатые коллекторы. Накопительный бак должен располагаться над коллекторами для правильной работы конвекции. Основное преимущество систем CHS по сравнению с системами ICS заключается в том, что в значительной степени предотвращаются потери тепла, так как резервуар для хранения может быть полностью изолирован. Поскольку панели расположены под накопительным баком, потеря тепла не вызывает конвекции, так как холодная вода остается в самой нижней части системы.
В системах антифриза под давлением используется смесь антифриза (почти всегда малотоксичный пропиленгликоль) и водной смеси для HTF, чтобы предотвратить повреждение от замерзания.
Хотя системы антифриза эффективны для предотвращения повреждений от замерзания, они имеют недостатки:
Система с обратным сливом - это активная непрямая система, в которой HTF (обычно чистая вода) циркулирует через коллектор с помощью насоса. Коллекторный трубопровод не находится под давлением и включает в себя открытый дренажный резервуар, который находится в кондиционируемом или частично кондиционируемом пространстве. HTF остается в сливном резервуаре, если насос не работает, и возвращается туда (опорожняя коллектор) при выключении насоса. Коллекторная система, включая трубопровод, должна сливаться под действием силы тяжести в дренажный бак. Системы слива не подвержены замерзанию или перегреву. Насос работает только тогда, когда это необходимо для сбора тепла, но не для защиты теплоносителя, повышая эффективность и сокращая расходы на перекачивание.
Планы для солнечных систем водяного отопления доступны в Интернете. Системы DIY SWH обычно дешевле коммерческих, и они используются как в развитых, так и в развивающихся странах.
| Характеристика | ICS (Batch) | Термосифон | Активный прямой | Активный непрямой | Дренажный | Пузырьковый насос |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Низкопрофильный ненавязчивый |  Y | Y | Y | Y | ||
| Легкий коллектор | Y | Y | Y | Y | ||
| Выдерживает морозную погоду | Y | Y | Y | Y | ||
| Низкие эксплуатационные расходы | Y | Y | Y | Y | Y | |
| Простота: без дополнительных элементов управления | Y | Y | Y | |||
| Возможность модернизации существующего магазина | Y | Y | Y | Y | ||
| Экономия места: без дополнительного резервуара для хранения | Y | Y | ||||
| Сравнение систем SWH. Источник: Основы солнечного нагрева воды --homepower.com | ||||||
Солнечные тепловые коллекторы улавливают и удерживают тепло от солнца и используют его для нагрева жидкости. Два важных физических принципа регулируют технологию солнечных тепловых коллекторов:
Плоский солнечный тепловой коллектор, вид с уровня крыши Плоские пластинчатые коллекторы являются продолжением идеи разместить коллектор в «духовом» ящике со стеклом, обращенным прямо к Солнцу. Большинство плоских коллекторов имеют две горизонтальные трубы вверху и внизу, называемые коллектором, и множество более мелких вертикальных труб, соединяющих их, называемых стояками. Стояки приварены (или подобным образом соединены) к тонким ребрам абсорбера. Жидкий теплоноситель (вода или смесь воды и антифриза) перекачивается из резервуара для горячей воды или теплообменника в нижний коллектор коллектора, и он перемещается вверх по стоякам, собирая тепло от ребер абсорбера, а затем выходит из коллектора. верхнего заголовка. Змеевидные коллекторы с плоскими пластинами немного отличаются от этой конструкции «арфы» и вместо этого используют одну трубу, которая перемещается вверх и вниз по коллектору. Однако, поскольку они не могут быть должным образом отведены от воды, змеевиковые плоские пластинчатые коллекторы не могут использоваться в системах слива.
Стекло, используемое в плоских коллекторах, почти всегда представляет собой закаленное стекло с низким содержанием железа . Такое стекло выдерживает значительный град, не разбиваясь, что является одной из причин того, что плоские коллекторы считаются наиболее прочным типом коллекторов.
Неглазурованные или формованные коллекторы аналогичны коллекторам с плоскими пластинами, за исключением того, что они не имеют теплоизоляции и физической защиты стеклянной панелью. Следовательно, эти типы коллекторов намного менее эффективны, когда температура воды превышает температуру окружающего воздуха. Для обогрева бассейнов вода, которую необходимо нагреть, часто бывает холоднее температуры окружающей среды на крыше, и в этот момент отсутствие теплоизоляции позволяет отводить дополнительное тепло из окружающей среды.
Откачиваемая трубчатый солнечный водонагреватель на крыше Вакуумные трубчатые коллекторы (ETC) - это способ уменьшить теплопотери, присущие плоским пластинам. Поскольку потери тепла из-за конвекции не могут пересекать вакуум, он образует эффективный изолирующий механизм, удерживающий тепло внутри коллекторных труб. Поскольку два плоских стеклянных листа обычно недостаточно прочны, чтобы выдерживать вакуум, вакуум создается между двумя концентрическими трубками. Обычно водяной трубопровод в ETC окружен двумя концентрическими стеклянными трубками, разделенными вакуумом, который пропускает тепло от солнца (для нагрева трубы), но ограничивает потери тепла. Внутренняя трубка покрыта термопоглотителем. Срок службы вакуума варьируется от коллектора к коллектору от 5 до 15 лет.
Плоские коллекторы обычно более эффективны, чем ETC в условиях полного солнечного света. Однако в пасмурных или очень холодных условиях выходная мощность плоских пластинчатых коллекторов немного меньше, чем у ETC. Большинство ЭТЦ изготавливаются из отожженного стекла, которое подвержено граду, что не позволяет получить частицы размером примерно с мяч для гольфа. ETCs, сделанные из «коксового стекла», имеющего зеленый оттенок, прочнее и с меньшей вероятностью потеряют свой вакуум, но эффективность немного снижается из-за уменьшения прозрачности. Благодаря своей трубчатой форме ETC могут собирать энергию от солнца в течение всего дня под низкими углами.
Один из способов питания активной системы - через фотоэлектрическая (PV) панель. Для обеспечения надлежащей производительности и долговечности насоса (постоянного тока) насос и фотоэлектрическая панель должны быть соответствующим образом согласованы. Хотя насос с фотоэлектрическим приводом не работает ночью, контроллер должен гарантировать, что насос не будет работать, когда солнце выходит, но вода в коллекторе недостаточно горячая.
Фотоэлектрические насосы обладают следующими преимуществами:
Воспроизведение медиа Пузырьковый сепаратор системы пузырькового насоса Пузырьковый насос (также известный как насос гейзера) подходит как для плоских панелей, так и для вакуумных трубчатых систем. В системе пузырьковых насосов замкнутый контур HTF находится под пониженным давлением, что заставляет жидкость закипать при низкой температуре, поскольку солнце нагревает ее. Пузырьки пара образуют гейзер, вызывая восходящий поток. Пузырьки отделяются от горячей текучей среды и конденсируются в самой высокой точке контура, после чего текучая среда течет вниз к теплообменнику из-за разницы в уровнях текучей среды. HTF обычно поступает в теплообменник при 70 ° C и возвращается в циркуляционный насос при 50 ° C. Перекачивание обычно начинается при температуре около 50 ° C и увеличивается с восходом солнца до достижения равновесия.
Дифференциальный контроллер определяет разницу температур между водой, выходящей из солнечного коллектора, и водой в накопительном баке рядом с теплообменником. Контроллер запускает насос, когда вода в коллекторе становится на 8–10 ° C теплее, чем вода в резервуаре, и останавливает его, когда разница температур достигает 3–5 ° C. Это гарантирует, что накопленная вода всегда нагревается при работе насоса, и предотвращает частые циклы включения и выключения насоса. (В прямых системах насос может срабатывать с разницей около 4 ° C, потому что у них нет теплообменника.)
Самый простой коллектор - это металлический бак, заполненный водой, в солнечную погоду. место. Солнце нагревает бак. Так работали первые системы. Такая установка была бы неэффективной из-за эффекта равновесия: как только начинается нагрев резервуара и воды, полученное тепло теряется в окружающей среде, и это продолжается до тех пор, пока вода в резервуаре не достигнет температуры окружающей среды. Задача состоит в том, чтобы ограничить потери тепла.
ICS или коллекторы периодического действия уменьшают тепловые потери. путем теплоизоляции резервуара. Это достигается за счет помещения резервуара в коробку со стеклянным верхом, которая позволяет солнечному теплу достигать резервуара для воды. Остальные стенки ящика теплоизолированы, что снижает конвекцию и излучение. Коробка также может иметь светоотражающую поверхность внутри. Это отражает тепло, потерянное из бака, обратно в бак. Проще говоря, солнечный водонагреватель ICS можно рассматривать как резервуар для воды, который был заключен в своего рода «духовку», которая сохраняет тепло от солнца, а также тепло воды в резервуаре. Использование ящика не исключает потери тепла из бака в окружающую среду, но в значительной степени снижает эти потери.
Стандартные коллекторы ICS имеют характеристику, которая сильно ограничивает эффективность коллектора: небольшое отношение поверхности к объему. Поскольку количество тепла, которое резервуар может поглощать от солнца, в значительной степени зависит от поверхности резервуара, непосредственно подвергающейся воздействию солнца, отсюда следует, что размер поверхности определяет степень, до которой вода может быть нагрета солнцем. Цилиндрические объекты, такие как резервуар в коллекторе ICS, по своей природе имеют малое отношение поверхности к объему. Коллекторы пытаются увеличить это соотношение для эффективного нагрева воды. Варианты этой базовой конструкции включают коллекторы, которые сочетают в себе меньшие емкости для воды и технологию откачанных стеклянных трубок, тип системы ICS, известный как коллектор партии вакуумированных пробирок (ETB).
ETSC могут быть более полезными, чем другие солнечные коллекторы в зимний период. ETC могут использоваться для отопления и охлаждения в таких отраслях, как фармацевтическая и фармацевтическая, бумажная, кожаная и текстильная, а также для жилых домов, больниц, домов престарелых, отелей, бассейнов и т. Д.
ETC может работать в диапазон температур от средней до высокой для солнечной горячей воды, плавательного бассейна, кондиционирования воздуха и солнечной плиты.
Более высокий диапазон рабочих температур ETC (до 200 ° C (392 ° F)) делает их пригодными для промышленных применений, таких как производство пара, тепловые двигатели и солнечная сушка.
Системы покрытия плавучих бассейнов и отдельные STC используются для подогрева бассейна.
Системы покрытия бассейнов, будь то сплошные листы или плавающие диски, действуют как изоляция и уменьшают потери тепла. Большая часть тепла теряется из-за испарения, а использование укрытия замедляет испарение.
STC для использования воды в неглубоких бассейнах часто делают из пластика. Бассейн вода вызывает умеренную коррозию из-за хлора. Вода циркулирует через панели с помощью существующего фильтра бассейна или дополнительного насоса. В мягких условиях неглазурованные пластиковые коллекторы более эффективны в качестве прямой системы. В холодной или ветреной среде вакуумные трубы или плоские пластины в непрямой конфигурации используются вместе с теплообменником. Это снижает коррозию. Достаточно простой регулятор перепада температуры используется для направления воды к панелям или теплообменнику либо путем поворота клапана, либо с помощью насоса. Как только вода в бассейне достигнет необходимой температуры, используется переключающий клапан для возврата воды непосредственно в бассейн без нагрева. Многие системы сконфигурированы как системы обратного слива, когда вода стекает в бассейн, когда водяной насос выключен.
Панели коллектора обычно монтируются на ближайшей крыше или устанавливаются на земле на наклонной стойке. Из-за небольшой разницы температур между воздухом и водой панели часто представляют собой коллекторы или неглазурованные плоские коллекторы. Простое практическое правило для требуемой площади панелей - это 50% площади поверхности бассейна. Это для территорий, где бассейны используются только в летний сезон. Добавление солнечных коллекторов к обычному открытому бассейну в холодном климате, как правило, может продлить комфортное использование бассейна на месяцы и более, если используется изолирующее покрытие для бассейна. При 100% -ном покрытии большинство солнечных систем горячего водоснабжения способны нагревать бассейн от 4 ° C для бассейна, защищенного от ветра, до 10 ° C для бассейна, защищенного от ветра, постоянно покрытого солнечной батареей. одеяло для бассейна.
Программа анализа активной солнечной энергии может использоваться для оптимизации солнечной системы обогрева бассейна до ее строительства.
Прачечная в Калифорнии с панелями на крыше, обеспечивающими горячую воду для стирки Количество тепла, доставляемого солнечной системой нагрева воды, зависит, прежде всего, от количества тепло, излучаемое солнцем в определенном месте (инсоляция ). В тропиках инсоляция может быть относительно высокой, например. 7 кВтч / м² в день по сравнению, например, с 3,2 кВтч / м² в день в регионах с умеренным климатом . Даже на одной и той же широте средняя инсоляция может сильно варьироваться от места к месту из-за различий в местных погодных условиях и количества облачности. Для оценки инсоляции на объекте доступны калькуляторы.
Ниже приведена таблица, которая дает приблизительное представление о технических характеристиках и энергии, которые можно ожидать от солнечной системы водяного отопления площадью около 2 м площади поглотителя коллектора, демонстрируя две вакуумные трубки и три плоские солнечные системы водяного отопления. Используется сертификационная информация или цифры, рассчитанные на основе этих данных. В двух нижних строках приведены оценки суточного производства энергии (кВтч / день) для тропического и умеренного сценария. Эти оценки предназначены для нагрева воды на 50 ° C выше температуры окружающей среды.
В большинстве солнечных водонагревательных систем выход энергии линейно масштабируется с площадью поверхности коллектора.
| Ежедневное производство энергии (кВт т.ч) пяти гелиосистем. Обе системы эвакуационных труб, используемые ниже, имеют по 20 труб. | |||||||
| Технология | Плоская пластина | Плоская пластина | Плоская пластина | ETC | ETC | ||
| Конфигурация | Прямой активный | Термосифонный | Косвенный активный | Косвенный активный | Прямой активный | ||
| Общий размер (м) | 2,49 | 1,98 | 1,87 | 2,85 | 2,97 | ||
| Размер поглотителя (м) | 2,21 | 1,98 | 1,72 | 2,85 | 2,96 | ||
| Максимальный КПД | 0,68 | 0.74 | 0.61 | 0.57 | 0.46 | ||
| Energy production (kWh/day):. – Insolation 3.2 kWh/m/day (temperate ). – eg Zurich, Switzerland | 5.3 | 3.9 | 3.3 | 4.8 | 4.0 | ||
| – Insolation 6.5 kWh/m/day (tropical). – e.g. Phoenix, USA | 11.2 | 8.8 | 7.1 | 9.9 | 8.4 | ||
The figures are fairly similar between the above collectors, yielding some 4 kWh/day in a temperate climate and some 8 kWh/day in a tropical climate when using a collector with a 2 m absorber. In the temperate scenario this is sufficient to heat 200 litres of water by some 17 °C. In the tropical scenario the equivalent heating would be by some 33 °C. Many thermosiphon systems have comparable energy outputэквивалентным активным системам. Эффективность вакуумных трубчатых коллекторов несколько ниже, чем у плоских пластинчатых коллекторов, потому что поглотители уже, чем трубы, и между ними есть пространство, что приводит к значительно большему проценту неактивной общей площади коллектора. Некоторые методы сравнения рассчитывают эффективность вакуумированных трубчатых коллекторов на основе фактической площади поглотителя, а не занимаемого пространства, как это сделано в приведенной выше таблице. Эффективность снижается при более высоких температурах.
В солнечных, теплых местах, где защита от замерзания не требуется, солнечный водонагреватель ICS (периодического действия) может быть рентабельным. В более высоких широтах требования к конструкции для холодной погоды увеличивают сложность и стоимость системы. Это увеличивает начальные затраты, но не увеличивает затраты на жизненный цикл. Поэтому самым важным соображением являются большие первоначальные финансовые затраты на солнечные системы водяного отопления. На компенсацию этих расходов могут уйти годы. Срок окупаемости больше в условиях умеренного климата. Поскольку солнечная энергия бесплатна, эксплуатационные расходы небольшие. В более высоких широтах солнечные обогреватели могут быть менее эффективными из-за более низкой инсоляции, что может потребовать более крупных систем и / или систем с двойным обогревом. В некоторых странах государственные стимулы могут быть значительными.
К факторам стоимости (положительным и отрицательным) относятся:
Срок окупаемости может сильно варьироваться в зависимости от региональных условий, дополнительные расходы из-за необходимости защиты от замерзания коллекторов, использования горячей воды в домашних условиях и т. д. Например, в центральной и южной Флориде период окупаемости может легко составить 7 лет или меньше, чем 12,6 лет, указанные в диаграмме для США.
| Затраты и сроки окупаемости бытовых систем SWH с экономией 200 кВтч / месяц (по данным 2010 г.), без затрат на техническое обслуживание, субсидий и затрат на установку | |||||||
| Страна | Валюта | Стоимость системы | Субсидия (%) | Фактическая стоимость | Стоимость электроэнергии / кВтч | Экономия электроэнергии в месяц | Срок окупаемости (г) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Бразилия | BRL | 2500 | 0 | 2500 | 0,25 | 50 | 4,2 |
 Южная Африка | ZAR | 14000 | 15 | 11900 | 0.9 | 180 | 5.5 |
 Австралия | AUD | 5000 | 40 | 3000 | 0,18 | 36 | 6,9 |
 Бельгия | EUR | 4000 | 50 | 2000 | 0,1 | 20 | 8,3 |
 United Штаты | долларов США | 5000 | 30 | 3500 | 0,1158 | 23,16 | 12,6 |
 Соединенное Королевство | фунтов стерлингов | 4800 | 0 | 4800 | 0,11 | 22 | 18,2 |
Срок окупаемости меньше при большей инсоляции. Однако даже в регионах с умеренным климатом солнечное нагревание воды является рентабельным. Срок окупаемости фотоэлектрических систем исторически был намного дольше. Затраты и срок окупаемости будут короче, если не требуется дополнительная / резервная система. тем самым продлевая срок окупаемости такой системы.
Австралия использует систему кредитов на возобновляемые источники энергии на основе национальных целей в области возобновляемых источников энергии.
Инициатива Toront o Solar Neighborhoods Initiative предлагает субсидии на покупку солнечных водонагревателей.
Источник энергии в Активной системе SWH определяет степень, в которой система образования углерода в атмосфере во время работы. Активные солнечные тепловые системы, которые используют электрическую сеть для прокачки жидкости через панели, называются «низкоуглеродными солнечными батареями». В большинстве систем насос снижает экономию энергии примерно на 8% и экономию от солнечной энергии примерно на 20%. Однако насосы малой мощности работают с мощностью 1-20 Вт. Если предположить, что панель солнечного коллектора вырабатывает 4 кВтч / день, а насос работает с перебоями от электросети в течение 6 часов в течение 12-часового солнечного дня, такой насос может быть снижен примерно до 3% тепла. произведено.
Однако в активных солнечных тепловых системах с питанием от солнечных батарей обычно используются фотоэлектрические панели мощностью 5–30 Вт и небольшой маломощный мембранный насос или центробежный насос для циркуляции воды. Это снижает производственный углеродный и энергетический след.
Альтернативные неэлектрические насосные системы могут использовать тепловое расширение и фазовые превращения жидкостей и газов.
Признанные стандарты сообщества для надежных и количественных оценок жизненного цикла (LCA). LCA рассматривает финансовые и экологические затраты на приобретение сырья, производство, транспортировку, использование, обслуживание и утилизацию оборудования. Элементы включают:
Что касается потребления энергии, около 60% идет в резервуар, а 30% - в коллектор (термосифонный плоский пластина в этом случае). В Италии 11 гигаджоулей электроэнергии используется для производства оборудования SWH, причем около 35% идет на резервуар, а еще 35% - на коллектор. Основное влияние, связанное с энергетикой, - это выбросы. Энергия, используемая в производстве, восстанавливается в течение первых 2–3 лет использования (в южной Европе).
Для сравнения, в Великобритании срок окупаемости энергии составляет всего 2 года. Эта цифра относится к системе прямого подключения, модернизированной к существующему водонагревателю, с фотоэлектрическим насосом, морозостойкой и апертурой 2,8 кв. Для достижения окупаемости энергии, согласно тому же сравнительному исследованию, фотоэлектрической установке потребовалось около 5 лет для достижения окупаемости энергии.
Что касается выбросов CO 2, большая часть сэкономленных выбросов зависит от степени использования газа или электричества в качестве дополнения к солнцу. Используя 99-балльную систему экологических индикаторов в качестве критерия (т. Е. Годовой нагрузки на среду среднего европейского жителя) в Греции. Этот расчет предполагает, что солнечная система обеспечивает половину потребности домашнего хозяйства в горячей воде. Но поскольку выбросы метана (CH 4) от топливного цикла природного газа значительно превосходят парниковое воздействие CO 2, чистые выбросы парниковых газов (CO 2 e) от Газовые системы Чем солнечные нагреватели лучше, чем солнечные нагреватели.
Испытательная система в Италии произвела около 700 кг CO 2, учитывая все компоненты производства, использования и утилизации. После жидкого замены теплоносителя (на основе гликоля) техническое обслуживание было определено как деятельность, требующая больших затрат на выбросы. Однако затраты на выбросы окупились примерно за два года использования оборудования.
В Австралии также были восстановлены выбросы жизненного цикла. Испытанная система SWH имела около 20% электрического воздействия водонагревателя и вдвое меньше воздействия газового водонагревателя.
Анализируя их более низкую ударную нагрузку, модифицированную морозостойкую солнечную водонагревательную систему, Allen et al. (qv) сообщил о воздействии производственного CO 2 на 337 кг, что примерно вдвое меньше воздействия на окружающую среду, описанного в Ardente et al. (qv) исследование.
Все соответствующие участники Лара Целевой показатель по возобновляемым источникам энергии и схема возобновляемых источников энергии соответствуют вышеуказанным законам.
Солнечная система горячего водоснабжения, установленная недорогим жилом в муниципалитете Куга, Южная Африка | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 |  Китай | 55,5 | 67,9 | 84,0 | 105,0 | 101,5 | 117,6 | - | - | 262,3 |
| – |  EU | 11,2 | 13,5 | 15,5 | 20,0 | 22,8 | 23,5 | 25,6 | 29,7 | 31,4 |
| 2 | США | 1,6 | 1,8 | 1,7 | 2,0 | 14,4 | 15,3 | - | - | 16,8 |
| 3 |  Германия | – | – | – | 7,8 | 8,9 | 9,8 | 10,5 | 11,4 | 12,1 |
| 4 |  Турция | 5,7 | 6,6 | 7,1 | 7,5 | 8,4 | 9,3 | - | - | 11,0 |
| 5 | Австралия | 1,2 | 1,3 | 1,2 | 1,3 | 5,0 | 5,8 | - | - | 5,8 |
| 6 | Бразилия | 1,6 | 2,2 | 2,5 | 2,4 | 3,7 | 4,3 | - | - | 6,7 |
| 7 |  Япония | 5,0 | 4,7 | 4,9 | 4,1 | 4,3 | 4,0 | - | - | 3,2 |
| 8 |  Австрия | – | – | – | 2,5 | 3,0 | 3,2 | 2,8 | 3,4 | 3,5 |
| 9 |  Греция | – | – | – | 2,7 | 2,9 | 2,9 | 2, 9 | 2,9 | 2,9 |
| 10 |  Израиль | 3,3 | 3,8 | 3, 5 | 2,6 | 2,8 | 2,9 | - | - | 2,9 |
| Весь мир (GW th) | 88 | 105 | 126 | 149 | 172 | 196 | - | - | - |
| # | Страна | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Германия | 7,766 | 9,036 | 9,831 | 10,496 | 11,416 | 12,055 |
| 2 | Австрия | 2,268 | 3,031 | 3,227 | 2,792 | 3,448 | 3,538 |
| 3 | Греция | 2708 | 2,853 | 2,855 | 2,861 | 2,885 | 2,915 |
| 4 |  Италия | 1,124 | 1,410 | 1,753 | 2,152 | 2,380 | 2,590 |
| 5 |  Испания | 988 | 1,306 | 1,543 | 1,659 | 2,075 | 2,238 |
| 6 |  Франция | 1,137 | 1,287 | 1,470 | 1,277 | 1,691 | 1,802 |
| 7 |  Польша | 254 | 357 | 459 | 637 | 848 | 1,040 |
| 8 |  Португалия | 223 | 395 | 526 | 547 | 677 | 717 |
| 9 |  Чешская Республика | 116 | 148 | 216 | 265 | 625 | 681 |
| 10 |  Швейцария | 416 | 538 | 627 | - | - | - |
| 11 |  Нидерланды | 254 | 285 | 313 | 332 | 605 | 616 |
| 12 |  Дания | 293 | 339 | 379 | 409 | 499 | 550 |
| 13 |  Кипр | 485 | 490 | 491 | 499 | 486 | 476 |
| 14 | UK | 270 | 333 | 374 | 460 | 455 | 475 |
| 15 | Бельгия | 188 | 204 | 230 | 226 | 334 | 374 |
| 16 |  Швеция | 202 | 217 | 227 | 236 | 337 | 342 |
| 17 |  Ирландия | 52 | 85 | 106 | 111 | 177 | 196 |
| 18 |  Словения | 96 | 111 | 116 | 123 | 142 | 148 |
| 19 |  Венгрия | 18 | 59 | 105 | 120 | 125 | 137 |
| 20 |  Словакия | 67 | 73 | 84 | 100 | 108 | 113 |
| 21 |  Румыния * | 66 | 80 | 73 | 74 | 93 | 110 |
| 22 |  Болгария * | 22 | 56 | 74 | 81 | 58 | 59 |
| 23 |  Мальта * | 25 | 29 | 32 | 36 | 34 | 35 |
| 24 |  Финляндия * | 18 | 20 | 23 | 23 | 30 | 33 |
| 25 |  Люксембург * | 16 | 19 | 22 | 25 | 23 | 27 |
| 26 |  Эстония * | 1 | 1 | 1 | 3 | 10 | 12 |
| 27 |  Латвия * | 1 | 1 | 1 | 3 | 10 | 12 |
| 28 |  Литва * | 1 | 2 | 2 | 3 | 6 | 8 |
| Всего | EU27 + Sw (GW th) | 19,08 | 21,60 | 23,49 | 25,55 | 29,66 | 31,39 |
| * = оценка, = Франция в целом | |||||||
Портал возобновляемой энергии 
Энергетический портал  | На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с Солнечный водонагреватель. |
