SOLARNI PRIJEMNICI SUNEVOG ZRAENJA KOLEKTORI PRINCIP I PRIMENA

SOLARNI PRIJEMNICI SUNČEVOG ZRAČENJA (KOLEKTORI) PRINCIP I PRIMENA

Prijemnici služe da transformišu energiju sunčevog zračenja u toplotnu energiju prenoseći je na radni fluid, najčešće vodu (obično se koristi smeša vode i organske tečnosti) ili vazduh. Razlikujemo sledeće vrste solarnih prijemnika (kolektora): • integrisani prijemini sistemi, koji istovremeno apsorbuju sunčevu energiju i skladište je • ravni –pločasti prijemnici • cevasti sunčevi prijemnici na principu toplotnih cevi Mogu se podeliti i na: • koncentrišuće i • nekoncentrišuće (uglavnom ravni pločasti prijemnici).

Ravni prijemnici (kolektori) sunčevog zračenja Glavni delovi ovih prijemnika su: providni prednji poklopac, kućište i prijemnik (apsorber) Pošto prijemnici treba da izdrže temperature do 200 0 C apsorber se prave od metala kao što su bakar, čelik i aluminijum. Kućišta se prave od plastike, metala i drveta, i stakleni prednji deo (vrlo često od borosilikatnog stakla) mora biti dobro zaptiven kako toplota ne bi pobegla, i kako prljavština, insekti i vlaga ne bi dospeli unutar prijemnika. Kućište mora biti dobro izolovano sa zadnje i bočnih strana kako bi se smanjili toplotni gubici prijemnika. Oni mogu biti konvektivni i zračni. Najveći deo energije sunčevog zračenja nalazi se u oblasti talasnih dužina od 0. 3 do 3 m. Temperatursko-apsorpciona površina ravnih niskotemperaturskih PSZ odgovara zračenju aposlutno crnog tela temperature 400 K, 400 K čiji je spektar pomeren u područje većih talasnih dužina, iznad 3 m, u odnosu na sunčev spektar.

Šematski prikaz prenosa toplote kod ravnog pločastog PSZ.

Toplotni bilans prijemnika sunčevog zračenja.

Strujanje vode u kolektorima je u obliku cevnih registara i cevnih zmija. Raspodela prenosnog fluida po kanalima i cevima treba da bude ravnomerna kako bi se obezbedila ujednačenost temperaturske raspodele duž apsorpcione površine uz istovremen mali pad pritiska

Raspodela strujanja fluida u prijemniku sunčevog zračenja u obliku cevne zmije (levo) i cevnog registra (desno).

Različite varijante izvođenja ravnih PSZ.

Materijali crne boje apsorbuju sunce vrlo dobro i zagrevaju se. Pošto metali prirodno nemaju crne površine oni moraju biti prekriveni premazom radi selektivne apsorpcije. U tu svrhu mogao bi se koristiti crni lak, lak mada on ima izvesne mane. Kako se površina zagreva apsorbujući toplotu samo jedan deo toplote se predaje fluidu a jedan veliki deo se emituje okolini. Tzv. selektivni premazi apsorbuju svetlost skoro isto tako dobro kao crnim lakom premazane površine, ali emituju mnogo manje toplote u okolinu. Nanošenje ovih materijala je mnogo složenije ali se isplati zbog veće efikasnosti. Selektivni premazi su crni hrom, crni nikl i Tinox Zadatak premaza je da maksimalno apsorbuju sunčevo zračenje u oblasti talasnih dužina od 0. 3 do 3 m, a da minimalno emituju u oblasti iznad 3 m. Premazi su najefikasniji kad se nanaose u veoma tankom sloju, od 0. 1 do 1 m. Postupci za nanošenje premaza su: elektroliza, oksidacija, eloksiranje, vakumsko isparavanje i dr. Prozračna prekrivka se pravi od pleksiglasa ili stakla deblijne od 3 do 8 mm. Prekrivka treba odlično da propušta sunčevo zračenje a da bude nepropusna za dugotalasno toplotno zračenje. Zbog toga se staklo premazuje hlorom ili mu se dodaje mali procenat oksida gvožđa. Broj prekrivki je do maksimum 3.

KONCENTRIŠUĆI RAVNI OBOSTRANI PRIJEMNIK SUNČEVOG ZRAČENJA

PRIJEMNIK-REZERVOAR SUNČEVOG ZRAČENJA.

Izgled jednog prijemnika-rezervoara sunčevog zračenja.

SOLARNI ZAGREJAČI VAZDUHA

Prijemnici sunčevog zračenja na principu toplotnih cevi EVACUATED-TUBE COLLECTOR – engleski naziv Toplotna cev je posrednik koji od površine prijemnika uzima toplotu i predaje je najčešće vodi. U toplotnoj cevi odvijaju se isparavanje i kondenzacija.

Zašto se koriste toplotne cevi u prijemnicima sunčevog zračenja? Tipične vrednosti koeficijenta prelaza toplote Prirodna konvekcija kod gasova Prirodna konvekcija kod tečnosti Prinudna konvekcija kod gasova Prinudna konvekcija kod tečnosti Pri kondenzaciji i isparavanju

PRINCIP RADA TOPLOTNE CEVI.

Solarni prijemnici sa vakumskim cevima Toplotni gubici solarnih prijemnika mogu se umanjiti ako se između prednje prekrivke i ploče održava vakum Vakum je vrlo teško održavati između ploča jer zbog sila mora da se vrši oslanjanje ploča, a i vazduhu je kod ovakvog tipa prijemnika jednostavnije da prodre. Rešenje ovih problema je prijemnik cilindričnog oblika sa vakumom između koakcijalnih cevi. Ovim se postiže vakum stabilniji tokom dužeg vremenskog perioda, i zbog oblika kolektora staklena cev može duže da izdrži atmosferski pritisak. Prijemnici ove vrste sastoje se iz zatvorene staklene cevi, unutar koje se nalazi ploča od metalnog apsorbera usredini koje je smeštena toplotna cev, koja sadrži medijum osetljiv na promenu temperature kao što je metanol Da bi radila ispravno toplotna cev mora biti nagnuta. Toplota se predaje radnom fluidu koji je najčešće mešavina vode i antifriza. Kod nekih tipova cevnih vakumskih solarnih prijemnika, toplotne cevi prolaze kroz kraj staklene cevi tako da medijum koji je u toplotnoj cevi prolazi direktno kroz isti ovaj kraj, tako da izmenjivač toplote kod ove vrste kolektora nije potreban. I ova vrsta kolektora ne zahteva nagib da bi bila montirana (slika pod b na sledećem slajdu. Prednost ovih kolektora je naročito tokom hladnijeg perioda godine. Nedostaci su viša cena i nemogućnost direktnog montiranja na krov. Jedan od nedostataka je i mogućnost prodiranja vazduha u prostor u kome se održava vakum.

Različiti tipovi prijemnika sa toplotnim cevima.

Princip solarnog prijemnika sa nagnutom toplotnom cevi.

Povezivanje više toplotnih cevi u jedan prijemnik.

Izgled prijemnika sa toplotnom cevi.

Stepen korisnosti ravnog pločastog prijemnika (crvene linije) i prijemnika na sunčevog zračenja na bazi toplotnih cevi (plave linije), pri različitim intenzitetima sunčevog zračenja i različitoj razlici temperatura prijemnika i okoline.

Proračun prijemnika sunčevog zračenja.

Postavljanje kolektora Optimalno je postaviti solarni kolektor okrenut prema jugu sa nagibom koji je jednag geografskoj širini mesta gde se postavlja.

Tačna količina dozračene energije nije preterano osetljiva na poziciju i nagib kolektora. Na primer kolektori mogu biti nagnuti između 30 i 50 stepeni, i orjentisani tako da zahvataju ugao + ili – 30 stepeni prema jugu sa gubicima koji su ispod 10% na godišnjem nivou.