Гелиосистемы (солнечные коллекторы) зимой в реальных условиях

[SintSolar]

К сожалению, очень много дезинформации по поводу возможностей плоских и вакуумных коллекторов. Зачастую ходит такое мнение, что плоские коллекторы совсем не работают зимой... Также можно встретить подобные фразы: "вакуумный коллектор намного эффективнее...", "вакуумный коллектор не засыпает снегом...", "плоский коллектор - только для горячей воды, а вакуумный коллектор для отопления..."  На самом деле, в бытовом секторе, и та и другая техника предназначена для одного и того же, но каждая имеет свои нюансы в эксплуатации. Годовая выработка лучших экземпляров техники отличается незначительно.  Естественно, обобщать нельзя - существуют как плоские так и вакуумные коллекторы с абсолютно разной производительностью... Хотелось бы развеять некоторые мифы и предоставить информацию про самый интересный период для гелиосистем - ЗИМА.

Мы сняли небольшое наглядное видео про возможности нашего плоского коллектора при температуре воздуха -12оС (...к сожалению, в этом году днем в Запорожье не было ниже температуры...):

http://www.youtube.com/embed/HFGC-w3K0Lc

...кипение воды, интенсивное парообразование... и т.п....

======================================================
Теперь по поводу темы…  Этой зимой нам представилась возможность понаблюдать за различными ситуациями, связанными с работой плоских и вакуумных солнечных коллекторов при минусовых температурах воздуха…

На фото, в основном, три объекта (все в Запорожье):
1)   3 плоских коллектора нашего производства на колонне, смонтированных более 7 лет назад для душевых  (заводской район города);
2)   Загородный дом с нашими плоскими коллекторами (два ряда на скатной крыше) и на фоне коаксиальные вакуумные коллекторы, возможно китайского производства;
3)   Новострой, недалеко от нашего офиса (почти в центре города), с двумя группами в один ряд немецкие вакуумные солнечные коллекторы с рефлектором.

Мы не хотим вдаваться в споры, а просто хотим предоставить наглядную информацию про специфику работы плоских и вакуумных солнечных коллекторов в зимнее время в условиях Украины.
Основным толчком и опорой послужил немецкий доклад  «2-я европейская конференция по вопросам солнечной тепловой энергии 2005 г. (2nd European Solar Thermal Energy Conference (estec 2005))», где анализировалась реальная работа двух типов эффективных коллекторов, установленных на одном доме.
Доклад опубликован на http://www.thermo-dynamics.com/pdfiles/technical/Solar_Performane_VTvsLFP.pdf (ну, перевод здесь http://sintsolar.com.ua/forum/topic.php?forum=1&topic=9&start=2 )

Как выяснилось, именно морозная погода с возможной изморозью и снегопадами на столько может снизить работу даже эффективных вакуумных коллекторов, что они будут вырабатывать энергии меньше чем  плоские…

Собственно, хочется добавить, что изморозь и снег также снижают выработку и плоских коллекторов, но недостаток плоских коллекторов (потери тепла со стороны стекла) помогает им быстрее освободиться от снега и далее работать с максимально возможной эффективностью. Конечно, через слой снега или изморозь может проходить часть солнечного излучения, но фактически это напоминает пасмурную погоду… больше снега – более «пасмурно»…
Для примера, если день солнечный, то мощность солнечного излучения примерно 600-1100 Вт/м2, если на небе белые облака – мощность 200-100 Вт/м2, облачность от серой до томносерой – 70-10 Вт/м2.
Как мы видим, если гелиосистема не смогла работать в солнечный день, тогда это равняется практически 10-20 пасмурным дням… Так, если неделю было солнечно, а коллекторы были под снегом, тогда это равносильно, фактически, 70 пасмурным дням (почти 2.5 месяца)…
Поэтому чтобы достичь теоретической выработки гелиосистемы очень важно использовать все солнечные дни!

Обычно с плоских солнечных коллекторов самопроизвольно сползает снег (скорость сползания зависит от угла кровли, количества снега, солнечности дня(ей) и температуры воздуха), но можно ускорить этот процесс...




Поэтому в наших контроллерах мы реализовали функцию "Оттайки": в этом режиме через солнечные коллекторы принудительно прокачивается теплый теплоноситель (забирается часть энергии из бака-аккумулятора) до момента, когда коллекторы сами не начнут работать.
Такой режим не поможет в случае вакуумных коллекторов…






Привожу примеры таких солнечных и морозных недель:








Далее выкладываем фотографии, подмеченных интересующих ситуаций, в морозные зимние дни (при плюсовой температуре нет смысла фотографировать – снега нет, а изморозь держится не долго)…



Изморозь хороший индикатор вакуумированности трубок:








После солнечной недели:




Собственно, все это и подтверждает немецкую информацию в указанном выше докладе.

[solarmaster]

Браво Синтсолар! Прекрасная работа проделана, но зря вы тратите свое время на борьбу с ветряными мельницами:) Это ж надо было ездить и специально вылавливать эти кадры. Вашему упорству надо отдать должное. Только может в Запорожье снега намного больше чем в Киеве, но у меня на доме в Борисполе снег на вакуумных коллекторах лежал за сезон 2-3 дня всего. Собственно в вашем случе точно так же(вы показываете фото 2-3 дней как раз после снега).
Придется в следующем году доделать систему визуализации + вебкамеры чтобы прекратить поток "подтверждения немецких данных".

А по указанной вами системе которую постояно засыпает снегом, уже отмечалось, что для того чтобы вакуумный коллектор не засыпало снегом:
1. не стоит использовать рефлекторы при установке на труднодоступных местах
2. не стоит устанавливать коллектор вплотную к крыше
3. не стоит покупать "немецкую технику" сделанную в Китае.

К стати, я понял почему немцы у ставят рефлекторы на все трубчатые коллекторы. таким образом они при неизменнй площади абсорбера повышают апертурную площадь, таким образом "немецкие" коллекторы собранные на китайских трубках чудесным образом показывают заоблачную производительность относительно абсорбера. На обывателя это действует как магическая фраза "мерседес есть мерседес..." или "немецкое качество...".

[башкир]

К сожалению, очень много дезинформации по поводу возможностей плоских и вакуумных коллекторов. Зачастую ходит такое мнение, что плоские коллекторы совсем не работают зимой... Также можно встретить подобные фразы: "вакуумный коллектор намного эффективнее...", "вакуумный коллектор не засыпает снегом...", "плоский коллектор - только для горячей воды, а вакуумный коллектор для отопления..."  На самом деле, в бытовом секторе, и та и другая техника предназначена для одного и того же, но каждая имеет свои нюансы в эксплуатации. Годовая выработка лучших экземпляров техники отличается незначительно.  Естественно, обобщать нельзя - существуют как плоские так и вакуумные коллекторы с абсолютно разной производительностью... Хотелось бы развеять некоторые мифы и предоставить информацию про самый интересный период для гелиосистем - ЗИМА.

Мы сняли небольшое наглядное видео про возможности нашего плоского коллектора при температуре воздуха -12оС (...к сожалению, в этом году днем в Запорожье не было ниже температуры...):
======================================================
Теперь по поводу темы…  Этой зимой нам представилась возможность понаблюдать за различными ситуациями, связанными с работой плоских и вакуумных солнечных коллекторов при минусовых температурах воздуха…

На фото, в основном, три объекта (все в Запорожье):
1)   3 плоских коллектора нашего производства на колонне, смонтированных более 7 лет назад для душевых  (заводской район города);
2)   Загородный дом с нашими плоскими коллекторами (два ряда на скатной крыше) и на фоне коаксиальные вакуумные коллекторы, возможно китайского производства;
3)   Новострой, недалеко от нашего офиса (почти в центре города), с двумя группами в один ряд немецкие вакуумные солнечные коллекторы с рефлектором.

Мы не хотим вдаваться в споры, а просто хотим предоставить наглядную информацию про специфику работы плоских и вакуумных солнечных коллекторов в зимнее время в условиях Украины.
Основным толчком и опорой послужил немецкий доклад  «2-я европейская конференция по вопросам солнечной тепловой энергии 2005 г. (2nd European Solar Thermal Energy Conference (estec 2005))», где анализировалась реальная работа двух типов эффективных коллекторов, установленных на одном доме.
Доклад опубликован на http://www.thermo-dynamics.com/pdfiles/technical/Solar_Performane_VTvsLFP.pdf (ну, перевод здесь http://sintsolar.com.ua/forum/topic.php?forum=1&topic=9&start=2 )

Как выяснилось, именно морозная погода с возможной изморозью и снегопадами на столько может снизить работу даже эффективных вакуумных коллекторов, что они будут вырабатывать энергии меньше чем  плоские…

Собственно, хочется добавить, что изморозь и снег также снижают выработку и плоских коллекторов, но недостаток плоских коллекторов (потери тепла со стороны стекла) помогает им быстрее освободиться от снега и далее работать с максимально возможной эффективностью. Конечно, через слой снега или изморозь может проходить часть солнечного излучения, но фактически это напоминает пасмурную погоду… больше снега – более «пасмурно»…
Для примера, если день солнечный, то мощность солнечного излучения примерно 600-1100 Вт/м2, если на небе белые облака – мощность 200-100 Вт/м2, облачность от серой до томносерой – 70-10 Вт/м2.
Как мы видим, если гелиосистема не смогла работать в солнечный день, тогда это равняется практически 10-20 пасмурным дням… Так, если неделю было солнечно, а коллекторы были под снегом, тогда это равносильно, фактически, 70 пасмурным дням (почти 2.5 месяца)…
Поэтому чтобы достичь теоретической выработки гелиосистемы очень важно использовать все солнечные дни!

Обычно с плоских солнечных коллекторов самопроизвольно сползает снег (скорость сползания зависит от угла кровли, количества снега, солнечности дня(ей) и температуры воздуха), но можно ускорить этот процесс...

Касательно снега на вакуумных колекторах.

[SintSolar]

Кто же спорит...

Цитата из первого сообщения данной темы:

Собственно, хочется добавить, что изморозь и снег также снижают выработку и плоских коллекторов, но недостаток плоских коллекторов (потери тепла со стороны стекла) помогает им быстрее освободиться от снега и далее работать с максимально возможной эффективностью. Конечно, через слой снега или изморозь может проходить часть солнечного излучения, но фактически это напоминает пасмурную погоду… больше снега – более «пасмурно»…
Для примера, если день солнечный, то мощность солнечного излучения примерно 600-1100 Вт/м2, если на небе белые облака – мощность 200-100 Вт/м2, облачность от серой до томносерой – 70-10 Вт/м2.

башкир, коль информация в таком виде, не могли бы Вы сразу дать ссылочку на первоисточник, а то данных маловато...

Но даже, если предположить, что в первом случае (пасмурно) КПД коллектора 55% (в пересчете на апертурную площадь), и мощность инсоляции 200 Вт/м2, то с 1 м2 коллектора будет сниматься - 200*0,55*0,38 = 42 Вт/м2...

Во втором случае (солнечно), можно предположить что КПД коллектора 70%, инсоляция - 900 Вт/м2, тогда с 1 м2 коллектора будет сниматься - 900*0,75*0,92=621 Вт/м2

Но, в любом случае, без данных трудно говорить конкретно...

[juzzi]

Я теоретик и только начинаю разбираться в солнечной теме, но вчитываясь в свободные размышления гуру местного форума и тем более видя те цифры которые приводят, начиная от непонятно какой величины кпд и заканчивая величиной плотности солнечной инсоляции, у меня возникает вопрос откуда такая информация
Я понимаю что такой продукт нужно продвигать, но не путем манипулирования с цифрами и расчетами. Уважаемый SintSolar, мне интересно у каких коллекторов действительный КПД в зимний период равен 70% (тот который определяется как разница между оптическим КПД и двумя членами учитывающими конвективные и лучистые потери  тепла) Откуда взялась (опять же в зимний период) величина плотности солнечной инсоляции 900 Вт/м2 ?  Все это на мой взгляд маловероятные цифры.
С уважением.

[SintSolar]

Не понимаю что Вас смутило...   

Параметров никаких нет, описания режима тоже, что тут можно сказать (об этом я и написал)...

Я так... для примера, даже, специально использовал параметры одного из самых эффективных перьевых вакуумных коллекторов, и мощность инсоляции взял немаленькую... чтобы любители вакуумных коллекторов не сильно переживали...

Мощность солнечного излучения не зависит от времени года: как летом так и зимой бывает и 100 Вт/м2 и 1000 Вт/м2 (при перпендикулярных лучах к плоскости коллектора), ...только длина дня, максимальная высота солнца над горизонтом разная и количество солнечных дней... И, конечно, также влияет фактический угол наклона коллектора...

...этого всего указано не было..., точно так же как и температурного режима... Именно поэтому я попросил дать больше данных!!! Если очень нужно я могу привести формулы с цифрами, которые использовал...., неужели Вы думаете что я взял цифры "из головы"?!! 

В любом случае, чтобы что-то конкретное можно было сказать, нужно иметь данные из первоисточника, потому что такое предоставление информации, как представил башкир, вызывает больше вопросов, чем дает ответов...

[juzzi]

Да, внесенные Вами поправки, имеют большое значение. Формулы был бы рад видеть. Позволю с Вами не согласиться о том что приход солнечного излучения не зависит от времени года, конечно если Вы не имеете ввиду солнечную постоянную . Приход еще как зависит от времени года, даже если лучи падают перпендикулярно поверхности. Упомянутая высота солнца как раз косвенно определяет величину солнечной инсоляции приходящеюся на поверхность. При малых углах высоты солнца увеличивается длина хода луча в атмосфере что крайне негативно сказывается на энергетических показателях солнечного излучения. (см. формулу Буге) Как вы знаете зимой, угол высоты солнца относительной небольшой, при этом общепринятая практика расчета величины плотности солнечной инсоляции говорит о том что рабочие режимы начинаются от угла высоты солнца 15 градусов... Тогда как зимой в зависимости от широты (например в киеве январь месяц, в полдень 19 градусов угол) значения угла даже в полдень очень маленькие.

[SintSolar]

По поводу мощности инсоляции:
Честно, не пойму что Вы мне пытаетесь доказать, я с Вами абсолютно согласен... и кое что мы изобразили у нас на сайте...
Но мы (и не только мы) проводили фактические замеры (кстати фотографии этих моментов и фактические значения мы скоро выложим у нас на сайте), поэтому я говорю про факты...
Параметров, влияющих на данный показатель, действительно много..., но очень часто, летом воздух больше насыщен влагой и пылью (чем в морозный зимний день), поэтому даже в жаркие летние и "очень" солнечные дни мы редко регистрировали максимальные значения... Даже в дни с облаками при суммарном излучении (прямое+рассеянное) мы получали большие пиковые значения (до 1150 Вт/м2), но в такие дни солнце периодически закрывается облаком и мощность падает, поэтому данные значения очень нестабильны...  
Другое дело - с энергетической точки зрения, нет смысла наклонять коллекторы под зимними углами, т.к. в этот период года в принципе мало солнечной энергии и на нее нет смысла ориентироваться... Поэтому, если коллектор под углом 45о, то естественно, в его плоскости зимой никогда не будет инсоляция 900 Вт/м2...

Ну, формулу КПД солнечного коллектора, я думаю Вы знаете:
n=n0-a1*T/E-a2*T*T/E
где:
n0 – максимальный КПД коллектора,
T – разница температур между средней температурой теплоносителя в коллекторе и температурой окружающего воздуха, К,
E – мощность солнечного излучения, Вт/м2,
a1- линейный коэффициент тепловых потерь, Вт/(м2*оС),
a2 - квадратический коэффициент тепловых потерь.

Я брал параметры одного из самых эффективных вакуумных коллекторов на рынке Украины, которым мы занимаемся.
Оптический КПД - 0.78
Коэффициент тепловых потерь линейный (a1) - 1.27
                                           квадратический (a2) - 0.0012

Как Вы заметили, я взял максимальные значения солнечного излучения..., хотя, также, т.к. вакуумные трубки покрыты снегом, я, просто, должен был уменьшить мощность инсоляции в плоскости апертуры и подставить в формулу, но я, для наглядности, разделил эти моменты, чтобы было понятнее (хотя это не правильно!), ...ну, и в любом случае мы же ждем данные из первоисточника...

Также, совсем неизвестным параметром в этом примере является температурный режим... В солнечную погоду я предположил что Т=50-52К, а в пасмурную Т=35К...

Вот и получились КПД в солнечную погоду - 70%, а в пасмурную - 55%... (Без учета снега!!!)

Считаю полученные значения очень завышенными... , но, как я уже написал:

чтобы любители вакуумных коллекторов не сильно переживали...

Отредактировано =DoN= Нарушение Правил п.10

[juzzi]

Я скептически отношусь к ссылкам на запыленность атмосферы и прочее, мне по душе значения такие как суммарная плотность прямой и рассеяной радиации изложенные в справочниках для конкретного города в конкретный месяц. Такие данные объективны и отражают средние значения за большие промежутки измерений. Не знаю для какого города и при каких условиях Вы получили величины до 1150 Вт/м2, но на пример для одессы в солнечный полдень июня-июля месяца максимальное значение будет 660 Вт/м2. К чему я это, а к тому что подставляя в формулу расчета Действительного КПД величину Е=900 Вт/м2 (у меня по расчетам получилось именно так, согласно Ваших выкладок) Вы сознательно завышаете показатели своего оборудования, для каких целей, это Вам виднее. Я за честные цифры !!!

[SintSolar]

juzzi, Вы перепутали,  ...я наоборот - всеми силами (уже года 4) пытаюсь доказать, что фантастики не бывает!!! ...и даже самый эффективный вакуумных коллектор не может дать запредельную выработку..., а с точки зрения экономической целесообразности, в бытовом секторе, применение вакуумных коллекторов НЕ оправдано вообще, ...поэтому нужно ставить качественные плоские коллекторы!!!...
Понаблюдайте за двумя немецкими системами https://gela.ath.cx/dl2/live/data.svg и https://heinlan.dyndns.org/dl2/live/data.svg ... и вы иногда увидите такие значения инсоляции...

А на счет справочных данных, скорее всего это средние максимальные значения... , а не пиковые... а это разные вещи!!!... плюс, возможно в горизонтальной плоскости... В любом случае для расчета гелиосистем, нужно пользоваться не мощностными характеристиками, а энергетическими (кВтч/м2/день) т.е., например использовать данные NASA... Вот для Одессы, в гризонтальной плоскости количество энергии в июле - 6.03 кВтч/м2/день...

[juzzi]

Мои соображения пл сравнению ПЛ и ВК коллекторов я давал в соседнем топике. Частично с Вами согласен. Но возвращаясь к значениям инсоляции. Да для одессы по данным NASA суммарный приход в течении светового дня будет равен 6,03 КВт*ч/м2 день. Тогда средняя " мощностная характеристика" в течении дня будет 6,03 деленная на  (кол-во часов светового дня) или (количество часов эффективной работы коллектора за световой день), т.е. 6,03/ 15,2 или 6,03/12  будет равна либо 396 Вт/м2 или 502,5 Вт/м2. При это данные цифры приведены без учета поправки на ориентацию. Введя поправку на ориентацию получим значения 358 и 458 Вт/м2. Соответственно для правильного расчета Действительного КПД нужно принимать вот эти величины, а не мифические 900-1150 Вт/м2. Если подставить значения а1 и а2 вашего ПЛ коллектора и средний температурный напор 35 К, то КПД в самый жаркий месяц будет  0,66,  ну и соответственно далее по нисходящей в зависимости от месяца года.

[SintSolar]

Ивините, Вы это сами придумали?

Что-то я таких методик не знаю...
При чем тут вообще мощности? ...и тем более деление на длину дня..., у вас уже есть энергия..., зачем делить? ...нужно, просто, пересчитать количество энергии на наклонную плоскость...
А в приведенном примере, я наоборот, хотел показать, что даже если взять нерально-высокие показатели вакуумного коллектора и мощности солнечного излучения, то все-равно получатся очень приземленные значения!!! Ведь в нашей стране до сих пор многие фирмы в энергетических расчетах используют КПД вакуумного 95%, который у них не зависит ни от чего..., потом этот КПД оказывается приведенным к габаритной площади, а потом еще берут нереальные данные по количеству солнечной энергии... и вот имеем реальный обман раза так в 3-4 по выработке...  

Более правильно  закладывать параметры конкретного коллекторов в специальную программу (например T*SOL) и считать энергетическую производительность за год!!!
А на счет пиковых значений инсоляции в 1000 Вт/м2 - это вполне достижимое значение, которое указывается в разнообразной немецкой литературе... Но это значение не следует использовать как базовое, собственно, как и другие пиковые значения!!!

Если бы Вы почитали наш сайт, то увидели бы, что мы указываем средний КПД коллектора 50% (в системе)  ...  никакой фантастики...

Отредактировано =DoN= Нарушение Правил п.10

[juzzi]

Величина "Е" учавствующая в расчетах КПД имеет размерность Вт/м2 (мощность), простите каким образом подставляя значение с размерностью КВт*час/ м2 (энергия) день Вы получите верное значение КПД ?

1000 Вт/м2 - это стандартная  среднеинтервальная  мощность  солнечной инсоляции  в южных  широтах  Земли  на  уровне  моря  при  абсолютно  прозрачной атмосфере  для  горизонтальной  плоской поверхности  на  поверхности  Земли. Никакого отношения эта величина к реальным условиям не имеет !!!

[SintSolar]

Например, в программе T*SOL, на основе статистических данных, мощность инсоляции заложена поминутно, собственно поминутно же вычисляются и все другие значения (все температуры, ветер и т.п.)..., поэтому в каждый конкретный момент вычисляются фактические значения мощности гелиополя... Вручную это сделать невозможно...  
Также есть программы, которые используют данные NASA, но я не знаю всех нюансов алгоритма... Конечно, погрешность всегда есть...

Давайте закроем тему - указывать мощность солнечного коллектора, в принципе, не корректно! Нужно указывать основные теплотехнические параметры (оптический КПД и коэффициент тепловых потерь), и все - этого достаточно! К сожалению, простому обывателю их понять не просто..., поэтому и приходится иногда переводить на мощность... Но это не корректно!!!

[juzzi]

Хе-хе поминутные данные по инсоляции это безумно круто, но для наших расчетов этого не требуется. Среднегодовая величина КПД на уровне 50% больше похожа на правду. Призываю оперировать только честными цифрами !
p.s. на сегодня все
С уважением.