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.