Solfanger

En solfanger eller solfanger er en hvilken som helst enhet designet for å samle (samle) energien som mottas fra solen og heve temperaturen (termisk nivå) til en væske med tanke på bruken. Samlerne er delt inn i to store grupper: lavtemperaturkollektorer, grunnleggende brukt i boligvarmesystemer, varmtvanns- og svømmebassengoppvarming, og høytemperaturkollektorer, som består av speil som konsentrerer solenergi, og som vanligvis brukes til å produsere dampen som beveger en turbin for generering av elektrisk energi .

Typer

Lavtemperatursamlere

De er de som for en moderat investering gjør det mulig å skaffe termisk energi til vanlig bruk i konstruksjonen.

Flat solfanger

Også kalt termisk solcellepanel består det av en flat overflate som går gjennom, innebygd eller limt, et rør som vannet som skal varmes opp går gjennom. Hele overflaten (panelet) og røret er eller er malt svart, noe som absorberer solstråling. Det er to grunnleggende typer

Samlernes ytelse avhenger av flere faktorer. Naturligvis fra mengden solskinn (soltimer og geografisk plassering, mer eller mindre solskinn) og riktig plassering av samleren (orientering, helling og fravær av elementer som skygger dem); Selv om boksen er termisk isolert, har den tap til utemiljøet, tap som øker jo kaldere omgivelsesluften er og jo høyere temperatur på varmebæreren (større temperaturforskjell med utsiden), så jo lavere temperatur, jo bedre ytelsen arbeidstemperaturen. Jo høyere temperatur på kollektorplaten er, jo mer energisk vil strålingen være, og jo mer gjennomsiktighet vil glasset ha foran seg, og dermed redusere effektiviteten til kollektoren. The Collector fungerer etter drivhuseffekten, som ikke akkurat er hva Wikipedia-artikkelen med det navnet kaller den, men snarere den som ble kalt på den måten før og som ble produsert i de såkalte drivhusene eller kalde ovnene, i botaniske hager . . Et drivhus består av en lukket bygning med innglassing, hvor interiøret varmes opp fordi glasset har en selektiv effekt på stråling; det er det samme prinsippet som kan oppleves når man setter seg inn i en bil parkert i solen om sommeren. Synlig lys varmer opp kollektorplaten som igjen blir utsender av langbølget stråling . Glass fungerer som et filter for visse bølgelengder av sollys: det lar først og fremst synlig lys passere gjennom, og er lite gjennomsiktig for infrarød stråling med lengre bølgelengder, slik at, til tross for transmisjonstapene — glass er en god termisk leder —, innkapslingen av boksen og derfor væsken som sirkulerer gjennom kanalene, varmes opp over utetemperaturen. Gitt enkelheten til denne typen samlere, er det mange undervarianter både i former og materialer; Konseptuelt er en enkel slange sammenrullet og malt svart i hovedsak en ubeskyttet flat solfanger, men problemet er at når den varmes opp inne i slangen, slutter vannet å motta varmen som kommer fra solen. Det vil si at den første måleren er veldig effektiv, men den andre litt mindre og så videre til det punktet hvor vannet allerede er så varmt at varmen som kommer fra solen går tapt til luften som er kaldere enn det forvarmede vannet som forårsaker at følgende målere er det ikke lenger varmetilskudd fra vannet. Egentlig kjennetegnes en god bar solfanger ved å ha to hoder (rør med større diameter, plassert i endene av oppsamleren) og en flerrørskropp (mange rør med mindre diameter parallelt) som fungerer med effektiviteten til de første meterne. av den kveilte slangen, ved å koble kollektorer parallelt oppnår vi samme effektivitet i hver av dem og derfor en stor effektivitet. I mange tilfeller vil det oppnås bedre effektivitet enn med en beskyttet samler fordi i dette tilfellet reflekterer glassdekselet solstråling og ifølge laboratorieundersøkelser går rundt 21 % av solvarmen tapt bare for å passere gjennom det gjennomsiktige dekselet på grunn av refleksjon og absorpsjon (Når dette dekselet er skittent, kan dette tapet være mye høyere). I tempererte klimaer kan effektiviteten til dette nakne utstyret nå verdier nær 80 %, og en mindre og mye billigere solfangeroverflate er nødvendig. Det er også viktig å kommentere at vannet i bassengene er svært etsende og ødelegger de beskyttede og ubeskyttede metallfangerne, mens de nakne plastsolfangerne har mye lengre levetid og ikke byr på dette korrosjonsproblemet. Evakuert røroppsamler

En evakuert rørsolfanger består av en serie dobbeltveggede glassrør; mellomkammeret er under vakuum. Det er tre systemer:

  • Direkte strømning: væsken sirkulerer gjennom rørene, som i flate samlere.
  • Indirekte strømning med varmerør : [ 1 ] varme fordamper en væske i røret, og denne overfører sin energi ved å kondensere i enden. og varmebæreren går gjennom det indre røret
  • Indirekte strømning uten varmerør Forskjellen med den forrige er at den er laget av 100 % borosilikatglass, og unngår bruk av kobber, som reduserer kostnadene enda mer, og øker ytelsen med 30 % i forhold til glassrør Vakuum med varme -Rør. [ referanse nødvendig ]

Høytemperatursamlere

  • Solkonsentrator : væsken varmes opp til høy temperatur av parabolske speil . De kan være:
    • Lineære systemer (sylindrisk arrangement): væsken varmes opp ved å passere gjennom et rør plassert ved parabelens fokus
    • Punktsystemer (sfærisk arrangement): formet som en omdreiningsparaboloid , brukt til å konsentrere strålingen mer og dermed oppnå høyere temperaturer når infrastrukturen har begrensede dimensjoner.
  • Flate speil eller lineære Fresnel-linser , [ 2 ] med samme funksjon som lineære solkonsentratorer.

Svært høy temperatur samlere

Noen ganger kalt solovn , er de systemer for å oppnå svært høye temperaturer. Tidligere ble den laget med faste parabolske konsentratorer ( Odeillo solar ovn ) og for tiden er den laget med felt av flate styrbare speil som retter deres refleksjon og konsentrerer den på et enkelt punkt plassert på et tårn, der det genereres vanndamp som vanligvis tjener til å produsere strøm.

Sammendragstabell over samlertyper

Bevegelse samlertype Bilde absorpsjonstype konsentrasjonsforhold Veiledende felt for driftstemperaturer (ºC)
Stasjonær flat solfanger Flat 1 30-80
Stasjonær vakuumrørsamler Flat 1 50-200
Stasjonær - Sporing på én akse Sammensatt parabolsamler Rørformet 1-15 60-300
En akse sporing Lineær Fresnel-reflektor - Rørformet 10-40 60-250
En akse sporing sylindrisk samler - Rørformet 10-40 60-300
En akse sporing parabolsk samler - Rørformet 10-40 60-400
To-akset sporing parabolsk tallerkenreflektor - Punktlig 600-2000 100-1500
To-akset sporing Heliostat feltsamler Punktlig 300-1500 150-2000

Applikasjoner

Solfangere har flere bruksområder, blant annet: klargjøring av varmt vann for sanitær bruk, oppvarming av svømmebassenger, oppvarming, solkjøling, skape damp, matlaging, sterilisering, pasteurisering, avsalting, vask, tørking, toning, blant annet, både innenlands. og industrielt.

Avhengig av årstiden, både i eneboliger og i bygninger, kan solvarmeinstallasjoner gi mellom 30 % og 100 % av varmtvannet som kreves, med årlige gjennomsnitt rundt 40-100 % (avhengig av geografisk område) ), så de trenger støtte fra konvensjonelle varmtvannsproduksjonssystemer. [ 3 ]

Brukt til oppvarming, er de kun indikert for lavtemperatursystemer, for eksempel gulvvarme , hvor de brukes til tider da det ikke er mye oppvarming nødvendig. I praksis er det ikke økonomisk lønnsomt å dimensjonere installasjonen for forbruksreduksjoner på over 30 %. Problemet med å bruke det til oppvarming er at på dager da oppvarmingsbehovet er større, synker inntaket og ytelsen til solfangerne. Mens når panelene er mer effektive, er oppvarmingsbehovet mindre.

For å varme opp rom kan andre typer solfangere brukes, for eksempel den som sirkulerer luft mellom metallplater som er malt svart inneholdt i en enhet som ligner på de lukkede solfangerne beskrevet ovenfor, men spesielt designet for det (isolert boks dekket med glass, men tykkere ), som gir direkte oppvarming uten de operasjonelle risikoene som vannet utgjør (men med mindre effektivitet, på grunn av den lavere varmebærende kapasiteten til luften siden luften vanligvis er skitnere, og siden den ikke sirkulerer i en lukket krets, skitner glasset).

Bruk av solfangere er spesielt egnet for oppvarming av svømmebasseng, [ 3 ] fordi den lave arbeidstemperaturen som kreves tillater jevne typer solfangere uten beskyttelsesglass, noe som i stor grad reduserer både kostnadene og miljøbelastningen ved installasjonen. I tillegg trenger de ikke akkumulator siden det er bassengvannet i seg selv som fungerer som sådan. Når det gjelder innendørsbassenger som fungerer om vinteren, sparer det energi og i utendørsbassenger gjør det at badesesongen kan forlenges ved å ha vannet varmere.

Solfangeren kan også brukes til kjøling ved hjelp av varmeveksler. Denne applikasjonen bruker egenskapene til en gass for å kunne absorbere og transportere varme. Derfor, hvis vi fordamper vann og deretter bruker det til å utveksle varme, vil vi se at vanndampen vil samle varmen som vi ønsker å fjerne.

Til industriell bruk kan vi bruke høytemperatursamlere for å produsere vanndamp som vi kan bruke som kjele, slik at dampen beveger den motoren vi ønsker, for eksempel for å generere elektrisitet. Selv om denne metoden for å generere elektrisitet ikke er så mye brukt som et solcellepanel kan være, er det en god måte å generere elektrisitet fra konvensjonelle energier, siden den ikke produserer forurensninger og kan produsere det samme arbeidet som kull i disse anleggene.

Installasjon

Installasjonen av en solfanger er relativt enkel hvis du tar hensyn til flere faktorer:

  • Orienteringen av platen må rettes mot sør med en toleranse på ±10º på den nordlige halvkule, og mot nord på den sørlige halvkule. Dette for å kunne utnytte soloppgangen og solnedgangen i større grad.
  • De må ha en helning over horisontalen lik breddegraden til stedet; også med ±10º toleranse.
  • Ikke undervurder vindens kraft - ankeret må ikke bare støtte vekten, men også krefter i motsatt retning
  • Ikke glem et ekspansjonskar
  • Termosensoren må være så nær kollektorvannutløpet som mulig for å oppnå maksimal temperatur .

Ytelsen til samlerne forbedrer jo lavere termisk gap, det vil si forskjellen i temperatur mellom den og utsiden. Derfor reduseres effektiviteten når arbeidstemperaturen øker, og når utetemperaturen synker — siden overføringstapene i glasset øker —.

Reguleringen av et varmtvannsproduksjonssystem , som nødvendigvis må være ved akkumulering, gjøres ved hjelp av en enhet som kalles en differensiell termostat. To termiske prober , en plassert ved varmtvannsutløpet til kollektorene og den andre i akkumuleringstanken, sender målingene sine til termostaten; når den bekrefter at utløpstemperaturen til solfangeren er høyere enn tanken, starter den varmeoverføringssirkulasjonspumpen, ellers stopper den.

Det er viktig at temperaturen på tanken aldri overstiger temperaturen til kokende vann, som det må sørges for tilstrekkelig utstyr for. Det er svært viktig i installasjoner av leiegårder, der de høyeste utetemperaturene og flere soltimer (større ytelse av samlerne) faller sammen med sommeren og derfor med naboenes ferier, noe som fører til lavere vannforbruk.

Innen installasjon av paneler for sanitær termiske systemer kan vi bestemme to typer installasjonssystemer som gir hver sin strømningsstyring, pluss en blandet som inneholder begge modellene. De er:

  • Serie : I denne modellen vil vi ha lavere vannføringer, mindre strekninger og kortere ruter til lavere installasjons- og driftspris. Det vil imidlertid generere mer varme og lavere ytelse. Denne assosiasjonen av panelene har den fordelen at utløpstemperaturen til ett panel vil være innløpstemperaturen til det neste, og legge til de genererte temperaturene.
  • Parallell : Dette systemet har høyere utbytte, men vil kreve lengre og større rør. Bruk av retensjonsventiler vil være nødvendig for å balansere fallhøyde. I denne assosiasjonen vil strømmen tilsvare lastekapasiteten til alle tilhørende paneler, men temperaturen som genereres vil være jevn, det vil si at vi alltid vil presentere samme temperatur.

Utsikter for bruk i oppvarming

Det anslås at 80 % av energiforbruket til en bolig produseres i form av lavtemperatur varmtvann (varme og varmtvann). [ 4 ]

Flate solfangere er ikke teknologisk komplekse, så deres utviklingsrom er svært begrenset. Imidlertid klarer de for tiden å fange opp rundt 98 % av energien som mottas fra solen (sammenlign med 15-20 % av vanlige solcellepaneler ).

For eksempel, i Mexico by oppnås 15 MJ/dag/m² om sommeren og 8-10 MJ/dag/m² om vinteren. [ referanse nødvendig ]

Selv om bruken av dem til oppvarming frem til slutten av 2006 var økonomisk diskutabel og deres levedyktighet var avhengig av statlige subsidier, utgjør de i dag, og hovedsakelig på grunn av økningen i oljeprisen, en interessant investering.

Imidlertid er hovedhindringen som denne teknologien må overvinne den knappe bruken gjennom året: den årlige etterspørselen etter oppvarming, i motsetning til varmt vann, er ikke jevnt fordelt, men er konsentrert i de kaldeste månedene, som de også sammenfaller med de med mindre. sollys. Av denne grunn forblir varmepanelene inaktive det meste av året, noe som gjør det vanskelig å amortisere dem over tid og produserer et overskudd av termisk energi som må forsvinne på en eller annen måte. Derfor, selv om de er tilgjengelige for kjøling, hvis de ikke forsvinner ordentlig, kan overskuddsvarme ødelegge kollektorene, så de må utstyres med forebyggende systemer som små eksterne radiatorer, som øker kostnadene ved installasjonen. Den massive bruken av solvarmepaneler vil derfor avhenge av vår evne til å gi dem bruk om sommeren, for eksempel til kjøling.

Forskrifter

For testene av solfangere brukes standarden EN 12975 . [ 5 ]

Se også

Referanser

  1. ^ "Solenergi med vakuumrør" . Hentet 3. februar 2009 . 
  2. ^ "Kompakt lineær Fresnel-reflektor " . Arkivert fra originalen 13. april 2011 . Hentet 10. februar 2009 . 
  3. ↑ a b I tabell 2.1 i DB-HE 4 i den spanske tekniske bygningsloven, er minimum årlige gjennomsnittlige solenergibidrag til produksjon av varmtvann fastsatt ; avhengig av størrelsen på installasjonen og klimasonen varierer de mellom 30 og 70 %. Tabell 2.2 viser minimumsbidrag for innendørsbasseng.
  4. ↑ Rosa Mo. hvordan lage et solcellepanel Hvordan lage en . Hentet 15. mars 2018 . 
  5. ↑ Forstå EN 12975.

Eksterne lenker

https://web.archive.org/web/20190824181348/https://www.caladorsolar.website/