Воздушные солнечные коллекторы: эффективность-стоимость, изготовление, применение
 

Доброго всем здоровья!

Предлагаю обсудить вопрос использования солнечных коллекторов для отопления.

Наиболее целесообразно для отопления, на мой взгляд использование плоского воздухонагревательного коллектора.

почему не трубчатого вакуумного? - дорогой он и в свете последующих цифр будет сильно уступать плоскому по стоимости произведенного тепла.

почему не водонагревательного? - потому, что при разумных (в плане цены и технологичности) реализациях системы передачи тепла в дом температура его рабочей поверхности должна быть выше, чем у воздухонагревательного на 20-40 градусов. Более высокая температура рабочей поверхности (особенно в отопительный сезон) обеспечит более высокие теплопотери.

Есть смысл эти моменты подвергнуть сомнению, тогда постепенно углубляясь в суть вопроса мы придем к пониманию и возможно обнаружим нестандартные и полезные решения.

Цифры, графики, расчеты и прочие дела пойдут в следующих постах (чтобы читабельно и усвояемо было).

Итак, во что обойдется киловатт*час тепла, полученного от солнечного коллектора в отопительный сезон.

Чтобы ответить на вопрос решил провести расчеты, для которых задался некоторыми исходными данными.

сначала о коллекторе:

- выдумал некую стандартную конструкцию с размерами приемника 1,1х2,2 метра, корпус на 15 мм шире приемника во все стороны
остекление одинарное с оконным стеклом,
зазор между стеклом и приемником 20 мм
приемник - металлический лист 0,5 мм оребренный с обратной стороны
высота ребер 20 мм, шаг 27,5 мм
сзади утеплитель, эквивалентный 50 мм пенопласта
рабочая поверхность приемника "имеет" селективное покрытие
(коэффициент поглощения в видимом диапазоне 0,9, коэффициент излучения в тепловом ИК диапазоне - 0,1)

- провел расчет теплопотерь в различных режимах работы
температуры окружающего воздуха от -36 до + 14 градусов
температуры рабочей (приемной) проверхности - от +35 до +120 градусов

Расчеты проводил в SolidWorks FlowSimulation (который пришлось для этого освоить)

в результате получились такие характеристики (которые потом были превращены в эмпирическую формулу).

З.Ы. Значения мощностей теплопотерь не удельные, а для площади 2,42 м2

Далее посчитал теплопередающую способность оребренной стороны приемника в зависимости от температур и расходов воздуха.

Совместив этот расчет с расчетом из предыдущего поста получил такую расчетную табличку, которая в зависимости от исходных данных


(мощность прямого излучения, угол освещения, мощность рассеянного излучения, температура воздуха на улице, температура воздуха на подаче)

позволяет получить значение температуры воздуха на выходе из коллектора, и соответственной тепловую мощность коллектора.


(не забываем в екселе в сервис-параметры-вычисления ставить галочку "итерации", данные вводить в желтых полях)

Следующим этапом попытался определить параметры солнечного излучения для коллектора (сколько, когда, под каким углом и в течение каких промежутков времени).

Перелопатил кучу сайтов с архивами погоды, данными по инсоляции и прочей околостоящей ерунды, в результате получил следующее:

Данные по инсоляции взяты для средней полосы России и широта, соответствует Курску. (считал, что коллектор усановлен под оптимальным углом к горизонту и направлен на юг)

Итого получилось 144 квт*ч за отопительный сезон с одного коллектора площадью 2,42 м2.

Маловато будет..... маловато.

Вот теперь давайте прикинем, сколько труда и времени и материалов должен стоить такой коллектор, чтобы был смысл его городить.

Есть у меня еще чего сказать, в частности по поводу технологии нанесения селективного покрытия, но это потом. А сейчас вопросы, предложения критика и т.д.

Вот это больше всего и интересует !

А энерго-экономические показатели полюбому будут грустными, покуда угле-газо-электро-солярка не вздорожает, как ей и предначертано.

Не знаю......я вот нечего не считал,взял собрал: http://windpower-russia.ru/forum/sho...0&postcount=13 ,и когда солнышко есть - греюсь:P

Согласен, дешево и сердито.
Но не все окна выходят на юг а с тех, что выходят на юг - много не нагреешься.

Если конструкцию такого типа размещать на улице, то зимой при таких температурах потери тепла будут слишком большие, отсюда необходимость вентилятора и селективного покрытия.

Добавлено через 9 минут
Только что возникла идея.....
Если подобные воздухонагревательные коллекторы сразу делать в виде внешней стороны стены, для которой сразу при строительстве предусмотреть слой теплоизоляции и вентиляционные каналы, то отпадает необходимость в некоторых конструктивных элементах (например несущее основание, кожух).

И всё должно получиться существенно дешевле и и если закрыть такой байдой всю стену, то выработка тепла получится вполне существенной.

Понятно, что идея стара. Многие крепят множество коллекторов на всю стену, однако не встречал, чтобы стена дома изначально была использована в качестве элемента коллектора.

Наверно с повышением цен на энергоносители-от этого никуда не деться!У меня и сейчас такая мысль есть(но пристроить к стене).Многие соседи обкладывают дома пенопластом - вот сли что то придумать и туда добавить такой "обогрев":scratch_one-s_head:

Вот для такого варианта нужно научиться делать оребренные панели с селективным покрытием достаточно большой площади.

И еще, воздух должен обдувать панель с обратной стороны, а между остеклением и панелью он должен быть неподвижен (кроме естественного теплового движения) - иначе сразу половина тепла пойдет на улицу.

Самый простой способ сделать селективное покрытие - это оксидирование меди.
Было дело я проводил эксперименты и сравнивал параметры нагрева просто черной поверхности с оксидированной медью - разница ощутимая. Где-то остались результаты замеров, вечером посмотрю - выложу.

Оксидирование меди я делал кухонным способом:
горячий раствор средства для чистки труб (т.к. чистой щелочи не было) с добавлением перекиси водорода (медицинской) - всё это на отполированную медную поверхность наливал тонким слоем, главное не давать всей этой смеси, находящейся на поверхности остыть (держать температуру 80-90 градусов).
есть нюанс - в процессе оксидирования ионы меди попадают в раствор и разлагают перекись, в результате активный кислород улетучивается, процесс прекращается. В общем делать оксидирование за 3-4 захода со сменой раствора и ополаскиванием поверхности.
В результате получается черное глянцевое покрытие, достаточно прочное.
Можете легко попробовать на любом куске меди, предварительно отполировав и промыв поверхность.

А при термическом оксидировании - покрытия не получается - оксид моментально сползает при остывании.

Более быстрое оксидирование получается если вместо средства для чистки труб использовать щелочь, а вместо перекиси водорода - персульфат аммония. И то и другое продается в радиомагазинах как средства для работы с печатными платами.

Нудно еще проверить, как покрытие будет себя вести при температурах до 200 градусов и как реагирует на влажный воздух, в общем долговечность покрытия требует проверки.

Чтобы всю приемную поверхность на делать медную, думаю оптимальным вариантом будет наклеивание медной фольги на основу панели (сталь, алюминий) и последующая обработка поверхности.

Калькулятор солнечной радиации для Европы- http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php

Селективное покрытие для абсорбера- http://www.dampney.com/Products/Prod...p?ProductID=28

Материалы для моего коллектора ( http://windpower-russia.ru/forum/showthread.php?t=554) обошлись в 250 левов (5000 рублей) без пива :drinks: !
Площадь поверхности банок свыше 4м², что лучше чем у плоского коллектора. После двух месяцев пользования вполне доволен. Даже перестал замечать. Есть солнце-есть тепло. Комфортнее будет если сделать гравийно-галечный аккумулятор и увеличить площадь коллектора. Думаю вполне возможно обеспечить дом теплом и горячей водой круглый год.

Удачи !

Калькулятор воздушного потока: http://www.calculatoredge.com/optica...air%20flow.htm

Удачи !

Думаю, что нужно более подробно рассмотреть технологии нанесения и свойства селективных покрытий.

Итак, что можно найти в сети по ним:

По этой ссылке http://www.dampney.com/Products/Prod...p?ProductID=28
покрытие получается с поглощательной способностью 0,96 и излучательной 0,52 , соответственно степень селективности у него 0,96/0,52=1,85. Т.е не стоит и заморачиваться, любая черная краска не намного хуже будет.

Здесь: https://sites.google.com/site/selectivecover/issues
добрые молодцы продают некие реактивы, позволяющие нанести непонятным способом покрытие со степенью селективности 8-16
По этой ссылке можно сказать, что похоже на развод, поскольку не описания технологии ни принципа нет, зато есть информация о том, что можно наносить кистью, валиком, распылителем либо электролитически, что как-то не вяжется между собой.

Более-менее внушающие доверия источники говорят о том, чтобы покрытие имело максимальную селективность - оно должно:
1. наноситься на полированную металлическую поверхность (алюминий, медь, никель);
2. быть практически черным в видимом диапазоне;
3. быть практически прозрачным в инфракрасном диапазоне

Из известных таких покрытий - это:
1. тонкие пленки из полупроводников на металлической подложке
1. тонкие пленки оксидов и других химических соединение (меди, хрома, никеля) на металлической подложке

Достаточно достоверные данные есть по покрытию "черный хром" на алюминиевой подложке, но его в кустарных условиях практически не получить, хотя его характеристики по всей видимости лучшие.
Вложение 8796
из того, что можно сделать самостоятельно - это оксид меди на полированной медной подложке, но данных по селективности нигде не найти. Можно найти только оптические характеристики в видимом диапазоне.
Вложение 8797
В общем нужно искать оптимальный способ нанесения покрытия и ставить эксперимент для сравнения.

Не совсем понятно, для чего он нужен?

Для измерения скорости потока в коллекторе. На некоторых вентиляторах-кубические футы в минуту, на других- кубические метры в час. Где-то читал, что оптимальная скорость воздушного потока в коллекторе-10м/сек.

С уважением, Gog.

Теперь понятно.
Скорость воздушного потока 10 м/с может быть оптимальна для одной конструкции и и совсем неподходящая для другой.

Для той конструкции, которую я обсчитывал, оптимальную скорость можно найти в той программе, которая в 3-м сообщении,
а вот для того, чтобы определить оптимальные параметры потока в коллекторе из банок надо еще помозговать, чем сейчас занимаюсь.
Сейчас идет расчет движения воздуха через 10 последовательно соединенных банок, думаю часа через 2 расчет закончится, тогда можно будет сказать о сопротивлении такого канала (предварительно получается больше 100 Па при расходе 5 литров в секунду через 1 канал).

К сожалению давно пива не пил, поэтому банок под рукой нет, чтобы снять точные размеры. поэтому этот расчет плюс-минус пол лаптя...

gogogov,если не затруднит - можете набросать эскиз части канала в разрезе, в том числе место соединения банок (самое узкое место)? Хочу более-менее точно прикинуть.

Самые узкие места, это отверстия с обеих сторон-D40мм. Длина банки-168мм, диаметр-66мм. На каждом соединении теряются 2.2мм по высоте. Если нужны еще какие то размеры...?

Удачи!

Думаю, что пора задуматься об электронной системы управления оборотов вентилятора для оптимального отбора тепла. Это вопрос и просьба знатокам.

С уважением, Gog.

gogogov, нужно лишь по температуре на выходе коллектора ?
Вентилятор постоянного тока ? Какая мощность ? Какое напряжение питания ?

Делал такую вещь под 12 вольт. Для маломощных -- на одном полевом транзисторе, + терморезистор + пару резисторов и конденсатор для снятия возбуждения.
Для более мощного лучше использовать ШИМ.
Плавное регулирование неприятно -- завывания вентилятора при изменении режима очень раздражают. Лучше ступенчатое регулирование.

Если постоянный ток, надо поддерживать приблизительно постоянную температуру на выходе, -- могу заморочиться, накидать макет.
-- будет ступенчато переключать производительность вентилятора. Сколько ступеней желательно иметь ?
Думаю 0 25 50 (75) 100 процентов -- более, чем достаточно.

Если оптимально, то надо учитывать температуру на входе и выходе коллектора, в помещении и желаемую температуру учитывая мощность коллектора . На коллекторе пока этот вентилятор: http://windpower-russia.ru/forum/sho...4&postcount=15

С уважением, Gog.

Вот сайт с Киевской выставки(не для рекламы,а для инфы)тут очень интересные солнце-приемники,н и цена правда тоже..... http://polarsol.com.ua/?page_id=2&lang=ru позже фото с выставки кину.

Срок окупаемости...??
Ето воздушный в продаже- http://www.cansolair.com/component/v..._category_id/1

Удачи !

Вроде как тоже "баночный"?,Из чего лицевое покрытие,стекло?

Один модуль в районе 1000$

Поликарбонат монолитный. Тоже из банок. Цена 2795 "зеленых"!

Удачи !

Это оргстекло? - Киевский дешевле....

Цена коллектора-2795 "зеленых"

Удачи !

Я понял,поэтому и говорю,что киевские дешевле-Один модуль в районе 1000$-
А вот насчет монолитного поликарбоната - не понял. - Это оргстекло?

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%...BD%D0%B0%D1%82

Удачи !

Цены совершенно негуманные, особенно Канадский баночный коллектор.
Нужно понимать, что коллектор площадью 1 м2 в Средней полосе России, в Украине, в Восточной Европе на широте 50-60 градусов за один отопительный сезон вырабатывает никак не более 150 кВт*часов тепла (местами в 2-3 раза меньше).

если предположить срок эксплуатации коллектора 10 лет, то 1500 кВт*часов тепла обойдутся 2795 зеленых за 2 м2 ( 1,86 долл за киловатт-час), либо 1000 зеленых за 2 м2 (0,33 долл за киловатт-час).

Всё это при названных слишком оптимистичных данных по выработке.
Однозначно есть другие способы отапливаться за гораздо более гуманные деньги.

В Канаде это модно, там поддержка государства, вот они и ломят цены. В наших условиях солнечный коллектор должен стоить порядка 60-120 долл за 2 м2. Иначе он нафиг не нужен.

Добавлено через 8 минут
Сейчас сижу продуваю (виртуально) коллекторы из банок 0,33 и 0,5.
как будут результаты - нарисую программку (в экселе), чтобы можно было подобрать параметры вентилятора для различных режимов работы.

На мой взгляд, банки - это наиболее оптимальный способ сделать теплоприемный воздушный канал коллектора. Без доступа к промышленному оборудованию сделать что-либо аналогичное или лучшее не представляется возможным - поэтому и взялся за расчет - думаю что такая конструкция найдет наибольший отклик среди самодельщиков.

Однако уже сейчас (до окончания виртуальной продувки) ясно, что внутреннее сечение канала далеко от оптимального (наличие застойных зон, низкое отношение коэффициента теплоотдачи к сопротивлению).
В общем требуется доработка концепции построения канала (вставка завихрителей или обтекателей или разделителей или еще чего).

Здесь, где я живу, более 300 солнечных дней в году. Расстояние до Эгейского моря меньше 100 км по прямой и зимой температура не опускается ниже -11гр. Для меня ВСК такой конструкции оптимальный вариант. Жду с нетерпением результаты "продувки" .

С уважением, Gog.

А чем "оптимальным" закрыть банки,или поликарбонат оптимальный вариант?

Сотовый(4мм, светопроницаемость 88%, теплопроводность 3.9w/m2k) в три раза дешевле и легче монолитного(2мм, светопроницаемость 91%, теплопроводность 5.66w/m2k).

Удачи !

Теплоизоляционные характеристики поликарбоната, которые приводятся в материалах продавцов и производителей с технической точки зрения представляют собой абсолютную чушь.
Не спешите возмущаться, давайте разберемся.

1. в каких единицах измеряется коэффициент теплопроводности материала?
ответ - Вт/(м*К). Далее, открываем любой результат поиска "поликарбонат" и какие единицы измерения мы видим? - Вт/(м2*К). Скажете, что ведь это для листа, который имеет толщину....
тогда следующее:
2. Открываем вторую таблицу из предыдущего поста и что видим
толщина 2 мм - 5,66 вт/(м2*К), толщана 4 мм - 5,33 Вт/(м2*к) - видно, что двукратное увеличение толщины не дает двукратного снижения теплопроводности.

3. Если, то что выделено жирным шрифтом верно, то тогда из указанной величины можно получить теплопроводность материала, просто умножив на толщину листа
что в результате лист 2 мм и лист 12 мм дают разные значения (ну это ясно из п.2), от 0,01132 до 0,0522 - РЕВОЛЮЦИЯ!!!! нижний порог как ниже, чем у воздуха, верхний - как у многих пенопластов!!!

Однозначный вывод - в рекламных материалах указывается не теплопроводность материала и не теплопроводность листа.

С другой стороны соврать производители тоже не могли.....

Что же они имели в виду под этими цифрами - под этими цифрами они понимали коэффициент теплопередачи через ограждающую конструкцию, вот только условия испытания этой ограждающей конструкции они не пишут нигде (наверняка есть ГОСТ, ISO, NIST, DIN или еще что-то, которым пользуются проектировщики в строительстве и название которого нигде не попадается, ибо рекламщики себя этим не утруждают).

В общем нам эта характеристика из рекламы может сказать о том, что теплопотери через один лист будут меньше, чем через другой лист, но численно эти теплопотери будут соответствовать заявленным только в неких стандартных условиях, которые в коллекторе совсем не являются таковыми.

ЗЫ теплопроводность поликарбоната - 0,2 Вт/(м*к)


на мой взгляд - для этих целей поликарбонат оптимален (главное выше 120 градусов не перегреть)

А если есть риск? Стекло только?

Мое мнение что сотовый поликарбонат самый удачный вариант.

С уважением, Gog.

Ну вот... наконец после мучительно долгих виртуальных "продувок", сегодня собрал все результаты в кучу и по-быстренькому сваял программу для расчета воздухонагревательного коллектора из пивных банок.

Тестируем, ищем ошибки, даем рекомендации, замечания и прочее.....

Забыл самое главное
1. в меню Excel сервис-параметры на закладке "вычисления" должна стоять галочка "итерации", количество итераций 1000
2. исходные данные вбивать в желтые ячейки, а в синих смотреть результаты расчета.

Основное назначение программы
1. оценить тепловую мощность в различных условиях
2. подобрать оптимальную конфигурацию (длинна/ширина в банках)
3. подобрать параметры вентилятора

Добрый вечер!

Расскажите подробнее о моделе расчетов в Солиде, если не трудно выложите фотки сетки. Какие среды задавали? каким образом задавали солнечное излучение? конвекцию? собственное излученпе банок и соответсвенно характеристики селективной краски...которая сама по себе не должна быть самоцелью...а должна обосновыватся...

Очень спорным выглядит утверждение про оптимальные скорости воздушного потока на уровне 10м/с...а не забыли что потери давления ростут пропорционально квадрату скорости(из представленных ХЛевских файлов это сложно выудить...извените, может там это и есть...но я с ХЛем на ВЫ=)...в то время альфа-скороси в1 степени...и при 10м/c требуемая мощность вентилятор...(посчитайте какой расход и потери давления через сечение 100см на 2см) будет многократно выше не то что полезной тепловой энергии...а весь южный фасад покрытый гетерогенными модулями не покроет накрузку вентилятора=)))

Учитывая общий высокий уровень энтузиазизма...предлагаю отойти от концепции бразильских фермеров и всяких баночек...а немного вместе пофантазировать...)))

может вот такую вещь использовать http://www.stscompani.ru/index.php?productID=94