Bộ sưu tập năng lượng mặt trời: Các loại khác nhau và các lĩnh vực áp dụng

Người thu năng lượng mặt trời   Biến đổi bức xạ mặt trời thành nhiệt và chuyển nhiệt đó tới môi trường (nước, chất lỏng mặt trời hoặc không khí). Sau đó, nhiệt năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để sưởi ấm nước, để sao lưu hệ thống sưởi ấm hoặc để sưởi ấm hồ bơi.

Việc sử dụng nhiệt năng mặt trời

Trái tim của một bộ thu năng lượng mặt trời là chất hấp thụ, thường bao gồm một số dải kim loại hẹp. Chất lỏng vận chuyển cho truyền nhiệt truyền qua một đường ống dẫn nhiệt, được nối với dải hấp thụ. Trong tấm hấp thụ loại, hai tấm được kẹp lại với nhau để cho môi trường lưu thông giữa hai tấm. Chất hấp thụ thường được làm bằng đồng hoặc nhôm.

Mặt khác , các bộ hấp thụ bể bơi thường được làm bằng nhựa (chủ yếu là EPDM, nhưng cũng có thể là polypropylene và polyethylene), vì nhiệt độ thấp hơn không đòi hỏi nhiều năng lượng nhiệt hơn.

Hệ thống sưởi ấm và lưu trữ được thống nhất trong   Bể chứa.   Mảng của các nhà sưu tập hồ chứa không cần bơm tuần hoàn hoặc các cơ chế điều chỉnh vì nước uống được làm nóng và chứa ngay trong bộ thu.

Bề mặt hấp thụ hiệu quả cao

Chất hấp thụ thường là màu đen, vì các bề mặt tối biểu hiện sự hấp thụ ánh sáng đặc biệt cao. Mức độ hấp thụ cho thấy lượng bức xạ mặt trời ngắn được hấp thụ có nghĩa là không bị phản xạ. Khi chất hấp thụ nóng lên đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh, nó sẽ giải phóng phần lớn năng lượng mặt trời tích lũy dưới dạng sóng nhiệt kéo dài. Tỷ lệ năng lượng hấp thụ đối với nhiệt lượng phát ra được biểu thị bằng mức độ phát xạ.

Để giảm tổn thất năng lượng thông qua phát xạ nhiệt, các bộ hấp thụ hiệu quả nhất có một   Lớp phủ bề mặt chọn lọc . Lớp phủ này cho phép chuyển đổi một tỷ lệ cao của bức xạ mặt trời thành nhiệt, đồng thời giảm phát thải nhiệt.

Các lớp phủ thông thường cung cấp một mức độ hấp thụ trên 90%. Các loại sơn năng lượng mặt trời có thể được áp dụng cho máy hút bụi (với chổi hoặc bình xịt) ít hoặc không được lựa chọn, vì chúng có mức phát thải cao. Các lớp phủ chọn lọc mạ kẽm bao gồm mạ đen, niken đen và nhôm oxit với niken. Tương đối mới là lớp titan-nitride-oxit, được áp dụng qua hơi nước trong quá trình chân không. Loại sơn này nổi bật không chỉ vì tỷ lệ phát thải khá thấp mà còn bởi vì sản xuất của nó không khí thải và tiết kiệm năng lượng.

Máy thu gom phẳng

  • Phác thảo của một tấm thu phẳng

Một bộ thu phẳng bao gồm một chất hấp thụ, lớp phủ trong suốt, một khung và cách điện. Thông thường kính an toàn mặt trời kém sắt được sử dụng làm lớp phủ trong suốt vì nó truyền một lượng lớn phổ ánh sáng ngắn.

Đồng thời, chỉ có rất ít nhiệt phát ra bởi chất hấp thụ thoát ra khỏi lớp phủ (hiệu ứng nhà kính).

Ngoài ra, lớp phủ trong suốt ngăn không khí và gió thổi từ nhiệt thu được (đối lưu). Cùng với khung, lớp vỏ bảo vệ chất hấp thụ từ điều kiện thời tiết bất lợi. Các vật liệu khung điển hình bao gồm nhôm và thép mạ kẽm; Đôi khi bằng nhựa sợi thủy tinh được sử dụng.

Cách nhiệt ở mặt sau của chất hấp thụ và trên các bức tường bên cạnh giảm sự mất nhiệt do dẫn điện. Cách điện thường là bọt polyurethane hoặc len khoáng sản, mặc dù đôi khi vật liệu cách nhiệt bằng sợi khoáng như len thủy tinh, len đá, sợi thủy tinh hoặc sợi thủy tinh được sử dụng.

Những người thu gom phẳng cho thấy tỷ lệ hiệu suất và hiệu suất tốt, cũng như một phạm vi rộng các khả năng lắp ráp (trên mái nhà, trong mái nhà, hoặc không gắn liền).

Để giảm tổn thất nhiệt trong khung bằng cách đối lưu, không khí có thể được bơm ra khỏi ống thu. Những người thu gom này sau đó có thể được gọi là những người thu gom ống dẫn sơ tán. Chúng phải được tái di tản mỗi lần từ ba đến ba năm một lần.

Người thu gom ống dẫn

  • Phác hoạ của bộ thu nhiệt

Trong loại bộ thu chân không, dải hấp thụ được đặt trong một ống thủy tinh đã sơ tán và chống áp lực. Chất truyền nhiệt truyền qua chất hấp thụ trực tiếp trong ống U hoặc ngược dòng trong hệ thống ống trong ống. Một vài ống đơn, kết nối nối tiếp, hoặc các ống kết nối với nhau thông qua đa tạp, tạo thành bộ thu năng lượng mặt trời. Bộ thu nhiệt chứa một chất lỏng đặc biệt bắt đầu bay hơi thậm chí ở nhiệt độ thấp. Hơi nước tăng lên trong các đường ống nhiệt riêng lẻ và làm nóng chất lỏng tàu sân bay trong ống chính bằng thiết bị trao đổi nhiệt. Chất lỏng ngưng tụ sau đó chảy ngược lại vào phần cơ của ống nhiệt.

Các ống phải được đặt góc cạnh ở một mức độ nhất định trên ngang để quá trình bay hơi và ngưng tụ. Có hai loại kết nối thu gom với hệ thống tuần hoàn mặt trời. Hoặc bộ trao đổi nhiệt kéo dài trực tiếp vào ống dẫn đa tạp ("kết nối ướt") hoặc nó được nối với bộ phận đa năng bằng vật liệu dẫn nhiệt ("kết nối khô"). Một "kết nối khô" cho phép trao đổi các ống riêng lẻ mà không để rỗng toàn bộ hệ thống của chất lỏng. Ống thoát nước có ưu điểm là chúng hoạt động hiệu quả với nhiệt độ hấp thụ cao và có bức xạ thấp. Nhiệt độ cao hơn cũng có thể thu được cho các ứng dụng như sưởi ấm nước nóng, sản xuất hơi và điều hòa không khí.

Bao nhiêu năng lượng một bộ thu năng lượng mặt trời cung cấp?

  • Biểu đồ hiệu suất và phạm vi nhiệt độ của các loại máy thu (bức xạ: 1000 W / m²)

Hiệu suất của một bộ thu năng lượng mặt trời được định nghĩa là tỉ số của năng lượng nhiệt có thể sử dụng so với năng lượng mặt trời nhận được. Bên cạnh mất nhiệt cũng có những tổn thất về quang học. Hệ số chuyển đổi hoặc hiệu suất quang học h0 cho biết tỷ lệ phần trăm các tia mặt trời xuyên qua lớp phủ trong của bộ thu (tỷ lệ truyền) và tỷ lệ phần trăm hấp thụ. Về cơ bản, nó là sản phẩm của tỷ lệ truyền của vỏ và tỷ lệ hấp thụ của chất hấp thụ.

Chi phí cụ thể của người thu gom cũng rất quan trọng. Các bộ thu ống dẫn khí sơ cấp đắt hơn đáng kể (bề mặt bộ thu 511,29-1278,23 Euro / m²) so với các bộ thu gom phẳng (153,34 đến 613,55 Euro / m²) hoặc thậm chí là các chất hấp thụ nhựa (25,60 đến 102 , 26 Euro / m²). Tuy nhiên, một nhà sưu tập giỏi không đảm bảo một hệ mặt trời tốt. Thay vào đó, tất cả các bộ phận phải có chất lượng cao và khả năng và sức mạnh tương tự.

Văn bản và đồ họa theo sự cho phép của:  
Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie eV - Hiệp hội Năng lượng Mặt trời Đức.

Giải thích ngắn gọn và dễ hiểu của các khái niệm cơ bản trong sưởi ấm mặt trời và quang điện có thể được tìm thấy trong Từ điển năng lượng mặt trời của chúng tôi.

Báo cáo về công nghệ, kinh doanh và chính trị, cũng như các bài thuyết trình về các hệ thống và sản phẩm sáng tạo có thể được tìm thấy trong Tạp chí Solar