Установка для получения тепловой энергии от энергии Солнца Solar-CR2

29.04.2017г. было установлено и принято в эксплуатацию оборудование солнечного концентратора Solar-CR2. Местом размещения солнечного концентратора является кровля производственного здания компании «Солар» (г. Коломна, Окский пр-т, д. 66).

По отношению к предшественнице установка “Solar-CR2” приобрела ряд технических улучшений. Вот их список и краткое описание:

  • изменение элементов несущей металлоконструкции. В результате упростился процесс сборки изделия и появилась возможность для его межсезонной консервации (при необходимости).
  • применение мотор-редукторов, изготовленных на базе шагового двигателя и комбинированного двухступенчатого редуктора. Данный двигатель не имеет трущихся частей, поэтому срок его службы не влияет на жизненный цикл изделия в целом. Компактный редуктор состоит всего из двух ступеней понижения, и имеет коэффициент 60.
  • изменение в конструкции мишени. Конструктивный элемент стал компактней, поэтому его тень на панели зеркал уменьшалась. Около лежащие тепломагистрали получили бóльшую защиту от воздействия концентрированных солнечных лучей.
  • обновилось программное обеспечение. Изменились некоторые алгоритмы отработки входной информации, что сказалось на общую надёжность процесса наведения системы на Солнце. Так же, изменение программного обеспечения вызвано появлением новых приборов у изделия.
  • металлоконструкция имеет порошковая покраску. Такое покрытие надёжно защищает поверхность от коррозии и придаёт современный эстетический вид.

Появились новые измерительные приборы:

  • Расходомер теплоносителя. Прибор контролирует движение теплоносителя и позволяет организовать учёт теплопроизводительности установки
  • Анемометр. Прибор измеряет скорость ветра. В случае критических значений устройство управления уводит панели зеркал в положение наименьшей парусности
  • GPS навигация. Функция синхронизирует работу системы во времени, в условиях перебоя в электропитании.
  • Wi-fi модуль. Позволяет пользователю получать оперативную информацию о работе оборудования и дистанционно управлять его работой.

Фотоотчёт о солнечном концентраторе “Solar-CR2” представлен ниже.

solarcr2 1solarcr2 4solarcr2 4

solarcr2 1solarcr2 4solarcr2 4

Установка автоматизированного преобразования энергии солнца в тепло SOLAR-CR1

Инструкция по сборке и установке

Содержание

  1. Общие сведения
  2. Сборка платформы-основания
  3. Сборка подвижной платформы
  4. Сборка панелей зеркал
  5. Сборка гидравлической системы
  6. Установка электрооборудования
  7. Шкаф управления
  8. Пуско-наладочные работы
  9. Заключение

Сборка и монтаж солнечного концентратора

Перед сборкой солнечного концентратора необходимо на месте будущего размещения произвести подготовительные работы общестроительного характера. Их объём обычно продиктован экономической целесообразностью. Поэтому мы здесь ограничимся несколькими рекомендациями.

  1. на месте установки солнечного концентратора не должна подать тень от каких-либо предметов в течение всего светового дня;
  2. местом сборки солнечного концентратора должна быть горизонтальная поверхность;
  3. высота платформы-основания (неподвижная часть солнечного концентратора) должна быть выше примерно на 100мм, относительно уровня максимально возможного накопления осадков в данной местности.

schema1Солнечный концентратор состоит из трёх сборочных единиц, приборов управления и коммуникаций:

- платформа-основание;

- подвижная часть конструкции;

- панель зеркал;

- контроллер с датчиками и исполнительными механизмами;

- система коммуникаций.

Сборку солнечного концентратора производят последовательно, согласно приложенной инструкции. Если собрать оборудование на месте его последующей эксплуатации невозможно (из соображений стеснённости или безопасности), то сборку необходимо произвести на удобной открытой площадке в непосредственной близости. И затем, с помощью подъёмных механизмов, перенести собранный солнечный концентратор на место его постоянного размещения.

Этапы сборки оборудования:

  1. Сборка платформы основания. Соединить детали кольца основания и центральную консоль в единый сборочный узел. Если выбран вариант сборки непосредственно на месте эксплуатации, то сборочная деталь сначала выставляется горизонтально на шести несущих опорах, а затем жёстко крепится к закладным деталям на подготовленной поверхности. К этой поверхности так же, должны быть подведены трубопроводы теплотрасс и питающий электропровод с защитным заземлением. Если конструкция собирается с последующим переносом, то платформа основание собирается и устанавливается на временные опоры.
  2. Сборка поворотной платформы. Узел собирается на платформе основании согласно инструкции.
  3. Сборка панели зеркал. Металлическая конструкция собирается отдельно и затем устанавливается на поворотную платформу.
  4. Установка зеркальных элементов. Согласно схеме размещения, каждый зеркальный элемент устанавливается в своё посадочное место и фиксируется специальным клеем.
  5. Установка мишени. На панель зеркал с помощью двух кронштейнов устанавливается мишень. Далее, по металлоконструкции прокладываются трубопроводы теплотрасс, согласно чертежа.
  6. Установка приборов управления. Согласно схеме, на металлоконструкции размещаются: контроллер, датчики, мотор-редукторы, циркуляционный насос. Затем их подключают к шине управления.
  7. Последний этап сборки. Конструкция, собранная на месте эксплуатации, готова к пуско-наладочным работам. Конструкция, которая предназначена для переноса, нуждается в частичной разборке. Для этого нужно снять поворотную платформу с платформы основания. Установить платформу основание на место постоянного размещения и произвести подключения теплотрасс и электропитания. Далее, сверху устанавливают поворотную платформу.
  8. Пусконаладочные работы.

- настройка синхронной работы двух панелей зеркал (механические регулировки);

- заполнение гидравлической системы водой. Проверка герметичности системы при повышенном давлении. Замена воды на антифриз и последующая деаэрация системы.;

- программирование контроллера. В память контроллера необходимо записать адреса термодатчиков, исходные показания датчика направления (компас), датчика угла (акселерометр), датчика времени (часы). Включить режим самодиагностики (тестовый).

  1. Включение оборудования солнечного концентратора в режим генерации тепловой энергии.

Сборка, монтаж и эксплуатация оборудования солнечного концентратора это функции доступные для широкого круга пользователей. По крайней мере, мы стремились сделать их таким. И тем не менее, мы готовы всегда консультировать, оказывать услуги по шеф-монтажу и непосредственно монтажу оборудования.

Характеристики солнечного концентратора

На сегодняшний день наиболее популярны три способа получения тепловой энергии из солнечного излучения. Основным их отличием друг от друга является используемое в них оборудование. Так по названию оборудования солнечные системы разделяют на плоские коллекторы, коллекторы на вакуумных трубках и солнечные концентраторы. Далее поведём анализ работы оборудования по нескольким критериям (табл. 1).

                     Прибор

Критерий     

плоский коллектор вакуумная трубка солнечный концентратор
1 Работа при отрицательных t, ˚C Не работоспособен Хорошо работает Хорошо работает
2 Работа в условиях облачности Плохо работает Хорошо работает Не работоспособен
3 Стоимость Относительно низкая Относительно дорогая Относительно дорогая
4 Работа с избытком тепла (кипение) Требуется выхолаживание* Требуется выхолаживание Кипение технически исключено
5 Трудоёмкость монтажных работ Относительно простой монтаж Относительно простой монтаж Относительно сложный монтаж
6 Ремонтопригодность Ремонт не целесообразен Ремонт не целесообразен Ремонт выгоднее замены
7 КПД Низкий КПД Средний КПД (до 50%) Средний КПД около 50%

* - утилизация избыточного тепла, например: подогрев воды в бассейне.

Пояснения к таблице 1

Критерий 1. Плоские коллекторы имеют потери тепла пропорциональные разнице температур окружающей среды и теплоносителя. По этой причине они практически не работоспособны при отрицательных температурах. Вакуумные трубки, благодаря вакууму, практически не имеют тепловых потерь, т.е. хорошо работают зимой. Солнечные концентраторы благодаря высокой концентрации солнечного излучения (100:1) и малой поверхности рассеивания тепла практически не имеют тепловых потерь и поэтому тоже хорошо работают зимой.

Критерий 2. В условиях сильной облачности солнечные лучи рассеиваются в атмосфере. Солнечные концентраторы не способны собрать рассеянное излучение, поэтом они не работоспособны. Плоские коллекторы нагреваются не намного выше температуры окружающего воздуха. Вакуумные трубки собирают рассеянные солнечные лучи.

Критерий 3. Если рассматривать приборы с сопоставимой площадью для приёма солнечного излучения, то стоимость устройства на вакуумных трубках и солнечного концентратора приблизительно ровны. А стоимость плоского коллектора примерно вдвое дешевле.

Критерий 4. Плоские коллекторы и вакуумные трубки жёстко закреплены на несущей конструкции. Поэтому при перегреве штатной системы необходимо предусматривать аварийное выхолаживание (сброс тепла, например в бассейн). В противном случае произойдет закипание теплоносителя и, как следствие, повреждение системы. В аналогичной ситуации солнечный концентратор прекращает принимать избыточную энергию от солнца. Физически это реализовано так: штатная система управления отворачивает панель зеркал от Солнца.

Критерий 5. Монтаж солнечных концентраторов предъявляет большие требования к месту установки, чем монтаж коллекторов и трубок. Этим объясняется скорее большая трудоёмкость монтажных работ, нежели сложность. В некоторых случаях, может возникнуть необходимость использования подъемных механизмов и устройство строительных лесов. При этом во всех случаях перечень работ является доступным и выполнимым для среднего технического персонала.

Критерий 6. Ремонтопригодность оборудования - важная характеристика, влияющая на стоимость жизненного цикла всей системы. Моноблочность конструкции плоских коллекторов делает целесообразным скорее дорогостоящую замену оборудования, чем его ремонт. Коллектор на вакуумных трубках также может потребовать дорогостоящий ремонт, так как трубка чувствительна к перегреву. И в случае сбоя системы управления, вероятность выхода из строя всего коллектора высока. Солнечные концентраторы это сложная сборочная конструкция. Ответственность за генерацию тепла распределена между несколькими узлами: зеркало, абсорбер, система слежения. В случае выхода из строя одного узла его целесообразно заменить, не разрушая всей установки.

Критерий 7. Высокий показатель КПД солнечных концентраторов стал возможен благодаря функции слежения и концентрации солнечного излучения. В других приборах панель приёма солнечного излучения закреплена жёстко, поэтому период приёма солнечного излучения заметно меньше. Также для плоских коллекторов свойственно рассеивание тепловой энергии в окружающее пространство.

Технические характеристики солнечного концентратора приведены в таблице

Площадь зеркал: 4,2 м²
Максимальная мощность поглощения солнечной энергии  2,1 кВт
Средняя мощность поглощения за сутки тепловой энергии в день весеннего/осеннего равноденствия на широте южных регионов России при отсутствии облачности 15 кВт*ч
Максимальная потребляемая мощность системой управления 2 Вт.
Средняя потребляемая мощность системой управления < 1 Вт
Объем аккумулятора тепла 750 л
Нагрев воды аккумулятора тепла за день ясной погоды 35 ˚С
Максимально допустимая скорость ветра 30 м/с.
Естественное охлаждение воды в аккумуляторе тепла за сутки при пасмурной погоде (при начальной температуре 80 ˚С и температуре в помещении 20 ˚С) 5˚С/сут.
Вес системы примерно 200 кг.
Габаритные размеры м, (диаметр основания/ высота/вылет мишени за диаметр основания)  3.0/2.6/1.0

Принцип работы солнечного концентратора

Солнечные концентраторы

Солнечный концентратор предназначен для получения тепловой энергии от солнечного излучения. Для решения этой задачи данный прибор выполняет последовательность следующих функций:

  • - приём солнечной энергии в виде светового излучения, инфракрасного диапазона;
  • - суммирование энергии оптическим методом, кратно числу приёмных устройств;
  • - преобразование энергии излучения в тепло.

Реализованы эти функции с помощью следующих устройств.

Панель зеркал. Несущая поверхность для системы зеркал. Зеркала на ней установлены таким образом, чтобы их отражённый свет пересекается в одной течке – фокусе этой поверхности.

Мишень. Она выполняет функцию абсорбера – преобразование энергии солнечного света в тепло. В ней происходит нагрев теплоносителя, который транспортирует тепло потребителю. Мишень установлена в фокусе панели зеркал. На ней происходит сложение световых потоков от зеркальных элементов панели зеркал. Таким образом, происходит концентрация энергии в одной точке с коэффициентом близким к соотношению площадей панели зеркал и абсорбера. Это обстоятельство даёт системе ряд важных преимуществ (см. сравнение различных солнечных систем).

Выполнять своё предназначение солнечный концентратор должен максимально эффективно и автономно. Это требование реализовано с помощью устройства управления (контроллера). Так для получения максимального количества тепла необходимо собрать максимальное количество солнечной энергии, приходящееся на 1м² поверхности. Сделано это с помощью функции наведения и слежения. Навести панель зеркал на Солнце, означает установить плоскость панели зеркал перпендикулярно солнечным лучам. Алгоритм наведения следующий: контроллер извлекает из памяти статистическую информацию о движении Солнца по горизонту за предыдущие дни. Далее устанавливает панель зеркал в направлении предполагаемого нахождения Солнца в данное время суток с точностью 2˚. Так солнечный концентратор ежедневно «встречает» Солнце на восходе и сопровождает его в условиях сильной облачности. Далее, при отсутствии помех на пути солнечных лучей, сразу же происходит захват цели (Солнца) фото датчиком и отрабатывается слежение за движением Солнца. Алгоритм слежения такой: контроллер, по информации от фото датчика, выдаёт команды на исполнительные механизмы (мотор-редукторы), которые поворачивают панель зеркал по углу наклона и по азимуту. Таким образом, в течение светового дня панель зеркал постоянно «смотрит» на Солнце.

Контроллер так же выполняет функцию интеллектуальной безопасности. Так в случае избытка тепла и нагрева аккумулятора тепла до критической температуры контроллер уводит панель зеркал от направления на Солнце. Тем самым он предотвращает закипание теплоносителя и как следствие разрушение системы. В случае же недостатка тепла от солнечного концентратора, контроллер отключает циркуляцию в системе теплообмена (концентратор – аккумулятор тепла). Тем самым предотвращается выхолаживание аккумулятора тепла.

Контроллер – устройство программируемое. Он может выполнять ряд сервисных функций, таких как индикация параметров, передача данных с помощью специального модуля, управление работой электротэна и некоторые другие.

Аккумулятор тепла

Аккумулятор тепла предназначен для накопления и хранения тепловой энергии поступающей от солнечного концентратора. Генерация тепла происходит только в течение светового дня, а использование - по мере необходимости. Таким образом, с помощью аккумулятора тепла происходит согласование этих независимых процессов.

Конструктивно аккумулятор тепла представляет собой бак с водой, в котором размещены два теплообменника. Для накопления и хранения тепловой энергии в аккумуляторе используется вода. Её высокая теплоёмкость позволяет в заданном объёме хранить максимальное количество тепловой энергии. Функция подачи и расхода тепла в аккумуляторе реализуется с помощью теплообменников. Они размещены внутри бака и представляют собой трубопроводы из нержавеющей стали, с гофрированной поверхностью. Мощность каждого теплообменника зависит от площади его поверхности, и соответствует мощности теплообмена. Циркуляция теплоносителя в каждом теплообменнике принудительная. Каждый контур теплообмена имеем арматуру гидравлической безопасности и КИП.

Накопителем тепловой энергии в аккумуляторе является вода (V=750л). Вода находится в баке при атмосферном давлении. Бак закрыт и утеплён. Утеплитель обеспечивает сохранение тепла. При отсутствии циркуляции в обоих теплообменниках снижение температуры аккумулятора за сутки составляет 5˚С.

Работа аккумулятора тепла. Источником тепла для аккумулятора является солнечный концентратор и электротэн. Солнечный коллектор основной источник тепла. Он всегда в рабочем состоянии. Но генерация тепла происходит только днём и в безоблачную погоду. Поэтому, на случай затянувшегося ненастья, в системе предусмотрен нагрев воды электротэном. Включение тэна происходит при понижении температуры аккумулятора до критического значения. Таким образом обеспечивается поддержание работоспособности системы теплоснабжения.

Для систем ГВС и отопления источником тепла является аккумулятор. В зависимости от объёма потребления тепла этих инженерных систем определяется мощность источников (генераторов) тепла. При определённых акцентах солнечный концентратор может стать основным источником тепла в системе теплоснабжения объекта.

Принципиальная схема гидравлической системы солнечного концентратора и аккумулятора тепла приведена на чертеже 3.

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика