Menu
Слънчевa термална енергия е енергия, която се образува от превръщането на слънчева радиация в топлинна енергия. Тази енергия може да се използва директно за отопление или индиректно за ел. енергия като образува пара, която задвижва генератори.
Слънчевите инсталации за получаване на топлина преобразуват слънчевата енергия в топлинна енергия. Тези инсталации са добре разработен възобновяем енергиен източник и едни от икономически най-ефективните системи за възобновена енергия, които могат да бъдат инсталирани в жилищни сгради. Те са широко използвани в много страни по света.
Термичните слънчеви системи използват слънчевата енергия за нагряване на флуид (най-често вода или въздух). Нагретият флуид се използва за миене, готвене, отопление на сгради или оранжерии, за технологични процеси и дори за производство на електрическа енергия. Термичните слънчеви системи обикновено използват механически задвижващи устройства за пренасяне и разпределение на енергията от слънцето (помпи или вентилатори). Затова те често се наричат активни слънчеви системи (за разлика от пасивните слънчеви системи).
Активните термични слънчеви системи могат да се класифицират в три основни вида: нискотемпературни, среднотемпературни и високотемпературни. Към нискотемпературните можем да отнесем слънчевите системи, които осигуряват затопляне на флуид до температури 50 – 80оС. Такива са системите за затопляне на водата в плувни басейни, ниско-температурни инсталации за топла вода за битови нужди и въздушни слънчеви системи (за сушене на продукти или за отопление).
Към среднотемпературните термични слънчеви инсталации се отнасят инсталации, осигуряващи загряване на флуидите до 100 – 150оС. Към този тип се отнасят някои специални инсталации за топла вода за битови нужди, топла вода за технологични цели и някои други специални цели. Тези инсталации обикновено са съоръжени с дублираща енергозахранваща система, за да се осигури необходимата температура по всяко време на консумацията. Такива инсталации се наричат ‘бивалентни’.
Високотемпературните слънчеви системи са свързани с концентриране на слънчевата енергия, поради което този тип са известни и като концентриращи термични слънчеви системи. При тях, попадащата върху приемната повърхнина слънчева енергия се концентрира върху малка площ с цел да се постигне голяма интензивност на енергията и по този начин – висока температура. Тези системи най-често се използват за производство на електроенергия, но за разлика от фотоволтаичните елементи те използват не лъчиста енергия, а топлина. В някои случаи топлината от тези системи се използва директно, например в пещи за топене на метали или за химически процеси.
Системата за отопление чрез слънчева вода работи през цялата година, въпреки че понякога се налага водата да се нагрява допълнително – главно през зимните месеци.
Използвайки я, вие ще намалите значително месечните си сметки, защото слънчевата светлина е свободна и безплатна. Вие ще платите веднъж за закупуване и инсталация, но след това разходите ви за топла вода ще намалеят драстично.
Слънчевата система за топла вода използва възобновяем източник на енергия и инсталирайки я във вашия дом, вие ще намалите отделянето на вредните емисии въглероден диоксид.
Съществуват няколко начина за директно улавяне и оползотворяване на слънчевата енергия. Това може да се осъществи чрез термични абсорбиращи елементи (елементи, които поглъщат слънчева енергия и я преобразуват в топлина), пасивни слънчеви системи и фотоволтаични системи.
Основни елементи на всяка слънчева инсталация за производството на топлинна енергия, от чиито качества в голяма степен се определят възможностите за усвояване на слънчевата енергия са абсорбиращите елементи (слънчеви колектори), акумулиращи елементи (топлинни акумулатори), елементи за пренос на енергията (тръбни или въздуховодни системи, топлообменници, помпи и вентилатори и други) и елементи за управление на топлотехническите процеси.
Принципно, слънчевите колектори улавят и трансформират в топлина пряката и дифузната слънчева радиация. За да бъде максимално ефективен, колекторът трябва да приема слънчевата енергия и да не я отдава обратно, което е особено важно през по-студените месеци от годината. Слънчевите колектори се разделят на две основни групи в зависимост от използвания топлоносител: водни и въздушни слънчеви колектори. Водните слънчеви колектори се използват основно за подготовка на топла вода (за битови или индустриални нужди, за плувни басейни, за отопление на сгради и други), а въздушните слънчеви колектори участват в системи за сушене на продукти или за отопление на сгради.
Важен елемент от топлинната схема на слънчевите инсталации за топла вода са слънчевите колектори. Те се развиват и усъвършенстват повече от 120 години и през този период са предлагани различни конструктивни и схемни решения. Въпреки дългия период на развитие, основният принцип на преобразуване на слънчевата енергия в топлина при термичните слънчеви колектори остава непроменен. В основата на този принцип стои процесът на поглъщане на слънчева енергия от абсорбираща повърхност, преобразуването й в топлина и съхраняване на топлинната енергия чрез използване на така нареченият ‘парников’ ефект и топлинна изолация.
Бързото развитие на термичните слънчеви системи се обуславя както от високия коефициент на преобразуване на слънчевата енергия в топлина (в сравнение с фотоволтаичните панели), така и от невисоките разходи за изграждане на инсталациите. За слънчеви инсталации за топла вода се използват два основни типа слънчеви колектори: плоски слънчеви колектори, при които абсорбиращата площ е равна на общата колекторна площ и тръбни слънчеви колектори, при които абсорбиращият елемент е монтиран във вакуумирана стъклена тръба.
Основните компоненти на обикновен плосък воден слънчевия колектор са рамка, прозрачно покритие (остъкляване), изолация и абсорбер. Абсорберът най- често се изпълнява от черна метална повърхнина (обикновено медни или алуминиеви ребра) и метални тръби (обикновено медни). Тръбите се запояват към металния лист (когато абсорбера е меден) или абсорберът се състои от отделни алуминиеви тръби с ребра. В корпус, оформен като кутия и изработен от метални профили, обикновено алуминиеви, стоманени или от поцинкована ламарина, се монтират абсорберът, изолацията, покритието и тръбните връзки. Абсорберът се изработва от топлопроводими, корозионно устойчиви материали, като мед, стомана и др. Препоръчително е абсорберът да е със селективно покритие, за осигуряване на по-добра поглъщателна способност на енергията. През последните години все по- широко се използва и покритие на абсорбера с кристали от титаниева сол, които увеличават топлообменната повърхност и съответно топлопоглъщането. Прозрачното покритие най-често се изпълнява като обикновено стъкло или закалено стъкло. Закаленото стъкло е с ниско съдържание на железни окиси и има по-висока проводимост на слънчева радиация в сравнение с обикновеното стъкло, като по този начин осигурява по-висока ефективност на работа на колектора. Закаленото стъкло е също така много по-здраво от обикновеното стъкло и при него възможността от счупване е почти елиминирана. Нещо повече, в редките случаи на счупване то се разпада на много малки безвредни парченца стъкло (подобно на стъклата на колите), което води до по-голяма безопасност при работа с него.
В сравнение с плоските колектори, моделите с вакуумни тръби са по-сложни в конструктивно отношение. Те се характеризират с по-висока ефективност, но и по- висока себестойност. Изградени са от стъклени тръби, в които се поставя абсорберът, който обикновено е със селективно покритие. Конструктивно абсорберът е оформен като двустранно оребрена тръба, през която преминава загряваният топлоносител. В стъклените тръби се поддържат условия на дълбок вакуум, приблизително около 100 Pa. По този начин се осигурява изключително добра изолация на абсорбера и защита от корозия.
Вакуумно-тръбните слънчеви колектори могат да съдържат вътре във вакуумираната тръба или извън нея линейно параболично огледало (рефлектор), което фокусира част от слънчевите лъчи върху абсорбера. Нормалната температура, до която се загрява работния флуид във плоските слънчеви колектори е от 40 до 70°С (по-висока при използване на селективно покритие на абсорбиращия елемент на колектора).
Въвеждането на вакуумиран елемент във вакуумо-тръбните слънчеви колектори обуславя значително по-ниски топлинни загуби на колектора, тъй като се елиминира конвективната компонента на топлинния поток към околната среда. В комбинация със селективно покритие на абсорбиращия елемент и рефлектираща повърхност, интензивността на преобразуваната в топлина слънчева енергия за единица абсорбираща площ при вакуумно-тръбните слънчеви колектори се увеличава значително. Това обуславя възможността за получаване на по-висока температура на флуида в слънчевия колектор при по-ниски топлинни загуби.
Този проект е получил финансиране от програмата за научни изследвания и иновации на Европейския съюз "Хоризонт 2020" съгласно споразументие за безвъзмездна помощ No 847100