थर्मल सौर कलेक्टरों का उपयोग किस लिए किया जाता है? उनका उपयोग कहां किया जा सकता है - आवेदन के क्षेत्र, आवेदन विकल्प, संग्राहकों के पक्ष और विपक्ष, तकनीकी निर्देश, क्षमता। क्या इसे स्वयं करना संभव है और यह कितना उचित है? आवेदन योजनाएँ और संभावनाएँ।

उद्देश्य

कलेक्टर और सौर बैटरीदो अलग-अलग डिवाइस. बैटरी सौर ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है, जिसे बैटरी में संग्रहीत किया जाता है और उपयोग किया जाता है घरेलू जरूरतें. सौर संग्राहक, ताप पंप की तरह, सूर्य से पर्यावरण के अनुकूल ऊर्जा एकत्र करने और संचय करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जिसके रूपांतरण का उपयोग पानी गर्म करने या हीटिंग के लिए किया जाता है। में औद्योगिक पैमानेसौर ताप विद्युत संयंत्र, जो गर्मी को बिजली में परिवर्तित करते हैं, व्यापक रूप से उपयोग किए जाने लगे हैं।

उपकरण

संग्राहक में तीन मुख्य भाग होते हैं:

• पैनल;
• सामने का कैमरा;
• भंडारण टैंक।

पैनलों को इस प्रकार प्रस्तुत किया गया है ट्यूबलर रेडिएटर, कांच की बनी बाहरी दीवार वाले एक बक्से में रखा गया है। इन्हें किसी अच्छी रोशनी वाली जगह पर रखना चाहिए। तरल पैनल रेडिएटर में प्रवेश करता है, जिसे फिर गर्म किया जाता है और सामने के कक्ष में ले जाया जाता है, जहां ठंडे पानी को गर्म पानी से बदल दिया जाता है, जो सिस्टम में निरंतर गतिशील दबाव बनाता है। इस मामले में, ठंडा तरल रेडिएटर में प्रवेश करता है, और गर्म तरल भंडारण टैंक में प्रवेश करता है।

मानक पैनलों को किसी भी परिस्थिति में अनुकूलित करना आसान होता है। विशेष माउंटिंग प्रोफाइल का उपयोग करके, उन्हें असीमित संख्या में एक पंक्ति में एक दूसरे के समानांतर स्थापित किया जा सकता है। एल्यूमीनियम माउंटिंग प्रोफाइल में छेद ड्रिल किए जाते हैं और बोल्ट या रिवेट्स के साथ नीचे से पैनलों में सुरक्षित किए जाते हैं। एक बार पूरा होने पर, सौर अवशोषक पैनल, बढ़ते प्रोफाइल के साथ मिलकर, एक कठोर संरचना बनाते हैं।

प्रणाली सौर तापनइसे दो समूहों में विभाजित किया गया है: वायु के साथ और तरल शीतलक के साथ। संग्राहक विकिरण को पकड़ते हैं और अवशोषित करते हैं, और, इसे परिवर्तित करते हैं थर्मल ऊर्जा, भंडारण तत्व में स्थानांतरित हो जाते हैं, जिससे गर्मी पूरे कमरे में वितरित होती है। किसी भी सिस्टम को पूरक किया जा सकता है सहायक उपकरण (परिसंचरण पंप, दबाव सेंसर, सुरक्षा वाल्व)।

परिचालन सिद्धांत

में दिनथर्मल विकिरण को कलेक्टर के माध्यम से प्रसारित शीतलक (पानी या एंटीफ़्रीज़) में स्थानांतरित किया जाता है। गर्म शीतलक ऊर्जा को वॉटर हीटर टैंक में स्थानांतरित करता है, जो इसके ऊपर स्थित है और गर्म पानी की आपूर्ति के लिए पानी एकत्र करता है। सरल संस्करण में, जल परिसंचरण किया जाता है सहज रूप मेंगर्म और के घनत्व में अंतर के कारण ठंडा पानीसर्किट में, और यह सुनिश्चित करने के लिए कि परिसंचरण बंद न हो, एक विशेष पंप का उपयोग किया जाता है। परिसंचरण पंप को संरचना के माध्यम से तरल को सक्रिय रूप से पंप करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।


अधिक जटिल संस्करण में, कलेक्टर को पानी या एंटीफ्ीज़ से भरे एक अलग सर्किट में शामिल किया जाता है। पंप उन्हें प्रसारित करने में मदद करता है, संग्रहीत सौर ऊर्जा को थर्मल इंसुलेटेड स्टोरेज टैंक में स्थानांतरित करता है, जो आपको गर्मी को स्टोर करने और जरूरत पड़ने पर इसे वापस लेने की अनुमति देता है। यदि पर्याप्त ऊर्जा नहीं है, तो टैंक के डिज़ाइन में प्रदान किया गया इलेक्ट्रिक या गैस हीटर स्वचालित रूप से चालू हो जाता है और आवश्यक तापमान बनाए रखता है।

प्रजातियाँ

जो लोग अपने घर में सौर तापन प्रणाली लगाना चाहते हैं उन्हें सबसे पहले सबसे उपयुक्त प्रकार के कलेक्टर का चयन करना होगा।

फ्लैट प्रकार का संग्राहक

एक बंद बक्से के रूप में प्रस्तुत किया गया टेम्पर्ड ग्लास, और इसमें एक विशेष परत होती है जो सौर ताप को अवशोषित करती है। यह परत उन ट्यूबों से जुड़ी होती है जिनके माध्यम से शीतलक प्रसारित होता है। इसे जितनी अधिक ऊर्जा प्राप्त होगी, इसकी दक्षता उतनी ही अधिक होगी। पैनल में गर्मी के नुकसान को कम करना और अवशोषक प्लेटों पर सबसे बड़ा गर्मी अवशोषण सुनिश्चित करना अधिकतम ऊर्जा संग्रह की अनुमति देता है। ठहराव की अनुपस्थिति में, फ्लैट कलेक्टर 200 डिग्री सेल्सियस तक पानी गर्म कर सकते हैं। इन्हें स्विमिंग पूल में पानी गर्म करने, घरेलू जरूरतों और घर को गर्म करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

वैक्यूम प्रकार कई गुना

इसमें ग्लास बैटरियां (खोखली ट्यूबों की एक श्रृंखला) होती हैं। बाहरी बैटरी में एक पारदर्शी सतह होती है, और आंतरिक बैटरी एक विशेष परत से ढकी होती है जो विकिरण को रोकती है। आंतरिक और बाहरी बैटरियों के बीच वैक्यूम परत अवशोषित ऊर्जा का लगभग 90% बचाने में मदद करती है। ऊष्मा चालक विशेष ट्यूब होते हैं। जब पैनल गर्म होता है, तो बैटरी के नीचे स्थित तरल भाप में परिवर्तित हो जाता है, जो ऊपर उठता है और गर्मी को कलेक्टर में स्थानांतरित करता है। इस प्रकार की प्रणाली में संग्राहकों की तुलना में अधिक दक्षता होती है समतल प्रकार, क्योंकि इसका उपयोग किया जा सकता है कम तामपानऔर कम रोशनी की स्थिति में. एक वैक्यूम सौर बैटरी आपको मल्टीलेयर ग्लास कोटिंग का उपयोग करके और कलेक्टरों में वैक्यूम बनाकर शीतलक तापमान को 300 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने की अनुमति देती है।

गर्मी पंप

सौर तापीय प्रणालियाँ ताप पंप जैसे उपकरण के साथ सबसे अधिक कुशलता से काम करती हैं। मौसम की स्थिति की परवाह किए बिना, पर्यावरण से ऊर्जा एकत्र करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और इसे घर के अंदर स्थापित किया जा सकता है। यहां ऊर्जा का स्रोत जल, वायु या मिट्टी हो सकता है। यदि पर्याप्त सौर ऊर्जा हो तो ताप पंप केवल सौर संग्राहकों का उपयोग करके काम कर सकता है। संयुक्त ऊष्मा पम्प और सौर संग्राहक प्रणाली का उपयोग करते समय, संग्राहक का प्रकार मायने नहीं रखता, बल्कि सबसे अधिक मायने रखता है उपयुक्त विकल्पएक सोलर वैक्यूम बैटरी होगी.

कौन सा बहतर है

सोलर हीटिंग सिस्टम किसी भी प्रकार की छत पर स्थापित किया जा सकता है। वैक्यूम कलेक्टरों के विपरीत, फ्लैट-प्लेट कलेक्टरों को अधिक टिकाऊ और विश्वसनीय माना जाता है, जिनका डिज़ाइन अधिक नाजुक होता है। हालाँकि, यदि एक फ्लैट कलेक्टर क्षतिग्रस्त हो जाता है, तो संपूर्ण अवशोषण प्रणाली को बदलना होगा, जबकि वैक्यूम कलेक्टर के लिए केवल क्षतिग्रस्त बैटरी को बदलना होगा।


वैक्यूम मैनिफोल्ड की दक्षता फ्लैट मैनिफोल्ड की तुलना में बहुत अधिक है। इनका उपयोग किया जा सकता है सर्दी का समयऔर वे बादल वाले मौसम में अधिक बिजली पैदा करते हैं। अपनी उच्च लागत के बावजूद, हीट पंप काफी व्यापक हो गया है। वैक्यूम कलेक्टरों की ऊर्जा उत्पादन दर ट्यूबों के आकार पर निर्भर करती है। आम तौर पर, ट्यूबों का आयाम 58 मिमी व्यास और 1.2-2.1 मीटर की लंबाई होनी चाहिए। कलेक्टर को स्वयं स्थापित करना काफी कठिन है। हालाँकि, कुछ ज्ञान होने के साथ-साथ निम्नलिखित भी विस्तृत निर्देशउपकरण खरीदते समय निर्दिष्ट सिस्टम के स्थान की स्थापना और चयन से कार्य काफी सरल हो जाएगा और घर में सौर ताप लाने में मदद मिलेगी।

सौरमंडल का वर्गीकरण एवं मुख्य तत्व

सौर तापन प्रणालियाँ ऐसी प्रणालियाँ हैं जो तापीय ऊर्जा के स्रोत के रूप में सौर विकिरण का उपयोग करती हैं। अन्य कम तापमान वाले हीटिंग सिस्टम से उनका विशिष्ट अंतर एक विशेष तत्व का उपयोग है - एक सौर रिसीवर, जिसे सौर विकिरण को पकड़ने और इसे थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

सौर विकिरण का उपयोग करने की विधि के अनुसार, सौर कम तापमान हीटिंग सिस्टम को निष्क्रिय और सक्रिय में विभाजित किया गया है।

निष्क्रिय सौर तापन प्रणालियाँ वे होती हैं जिनमें भवन या उसकी व्यक्तिगत बाड़ (कलेक्टर भवन, कलेक्टर दीवार, छत कलेक्टर, आदि) एक ऐसे तत्व के रूप में कार्य करते हैं जो सौर विकिरण प्राप्त करता है और इसे गर्मी में परिवर्तित करता है (चित्र 3.4))।

चावल। 3.4. निष्क्रिय निम्न-तापमान सौर ताप प्रणाली "दीवार-कलेक्टर": 1 - सौर किरणें; 2 - पारभासी स्क्रीन; 3 - एयर डैम्पर; 4 - गर्म हवा; 5 - कमरे से ठंडी हवा; 6 - दीवार द्रव्यमान की अपनी लंबी-तरंग थर्मल विकिरण; 7 - दीवार की काली किरण प्राप्त करने वाली सतह; 8 - अंधा.

सक्रिय सौर निम्न-तापमान हीटिंग प्रणालियाँ हैं जिनमें सौर रिसीवर एक स्वतंत्र अलग उपकरण है जो इमारत से संबंधित नहीं है। सक्रिय सौर प्रणालियों को उप-विभाजित किया जा सकता है:

- इच्छित उद्देश्य के अनुसार (गर्म पानी की आपूर्ति, हीटिंग, संयुक्त प्रणालियाँगर्मी और ठंड आपूर्ति उद्देश्यों के लिए);

- प्रयुक्त शीतलक के प्रकार से (तरल - पानी, एंटीफ्ीज़ और वायु);

- काम की अवधि के अनुसार (साल भर, मौसमी);

- द्वारा तकनीकी हलसर्किट (एक-, दो-, मल्टी-सर्किट)।

वायु एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला शीतलक है जो ऑपरेटिंग मापदंडों की पूरी श्रृंखला पर स्थिर नहीं होता है। इसे शीतलक के रूप में उपयोग करते समय, हीटिंग सिस्टम को वेंटिलेशन सिस्टम के साथ जोड़ना संभव है। हालाँकि, हवा एक कम ताप वाला शीतलक है, जिससे सिस्टम की स्थापना के लिए धातु की खपत में वृद्धि होती है वायु तापनजल प्रणालियों की तुलना में.

पानी एक ऊष्मा-गहन और व्यापक रूप से उपलब्ध शीतलक है। हालाँकि, 0°C से नीचे के तापमान पर, इसमें एंटीफ्ीज़ तरल पदार्थ मिलाना आवश्यक है। इसके अलावा, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि पानी ऑक्सीजन, पाइपलाइनों और उपकरणों के क्षरण का कारण बनता है। लेकिन सौर जल प्रणालियों में धातु की खपत बहुत कम है, जो उनके व्यापक उपयोग में बहुत योगदान देती है।

मौसमी सौर गर्म पानी की आपूर्ति प्रणालियाँ आमतौर पर एकल-सर्किट होती हैं और गर्मियों और संक्रमण के महीनों में, सकारात्मक बाहरी तापमान वाली अवधि के दौरान संचालित होती हैं। वे हो सकते हैं अतिरिक्त स्रोतसेवित वस्तु के उद्देश्य और परिचालन स्थितियों के आधार पर, गर्म करना या इसके बिना करना।

इमारतों के लिए सौर हीटिंग सिस्टम आमतौर पर डबल-सर्किट या अक्सर मल्टी-सर्किट होते हैं, और अलग-अलग सर्किट के लिए अलग-अलग शीतलक का उपयोग किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, सौर सर्किट में - जलीय घोलगैर-ठंड तरल पदार्थ, मध्यवर्ती सर्किट में - पानी, और उपभोक्ता सर्किट में - हवा)।

इमारतों को गर्मी और ठंड की आपूर्ति के उद्देश्य से साल भर चलने वाले संयुक्त सौर सिस्टम मल्टी-सर्किट होते हैं और इसमें जैविक ईंधन या ताप ट्रांसफार्मर पर चलने वाले पारंपरिक ताप जनरेटर के रूप में एक अतिरिक्त ताप स्रोत शामिल होता है।

योजनाबद्ध आरेखसौर तापन प्रणाली को चित्र 3.5 में दिखाया गया है। इसमें तीन परिसंचरण सर्किट शामिल हैं:

- पहला सर्किट, जिसमें सौर कलेक्टर 1, परिसंचरण पंप 8 और तरल ताप एक्सचेंजर 3 शामिल हैं;

- दूसरा सर्किट, जिसमें एक भंडारण टैंक 2, एक परिसंचरण पंप 8 और एक हीट एक्सचेंजर 3 शामिल है;

- तीसरा सर्किट, जिसमें एक भंडारण टैंक 2, एक परिसंचरण पंप 8, एक जल-वायु हीट एक्सचेंजर (हीटर) 5 शामिल है।

चावल। 3.5. सौर तापन प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख: 1 - सौर संग्राहक; 2 - भंडारण टैंक; 3 - हीट एक्सचेंजर; 4 - भवन; 5 - हीटर; 6 - हीटिंग सिस्टम बैकअप; 7 - गर्म पानी की आपूर्ति प्रणाली का बैकअप; 8 - परिसंचरण पंप; 9- पंखा.

सौर तापन प्रणाली निम्नानुसार संचालित होती है। गर्मी प्राप्त करने वाले सर्किट का शीतलक (एंटीफ्ीज़), सौर कलेक्टरों 1 में गर्म होकर, हीट एक्सचेंजर 3 में प्रवेश करता है, जहां एंटीफ्ीज़ की गर्मी को हीट एक्सचेंजर 3 के इंटरपाइप स्थान में घूमने वाले पानी में स्थानांतरित किया जाता है। द्वितीयक सर्किट का पंप 8। गर्म पानी भंडारण टैंक 2 में प्रवेश करता है। भंडारण टैंक से, गर्म पानी की आपूर्ति पंप 8 द्वारा पानी लिया जाता है, यदि आवश्यक हो, तो बैकअप 7 में आवश्यक तापमान पर लाया जाता है और इमारत की गर्म पानी की आपूर्ति प्रणाली में प्रवेश किया जाता है। भंडारण टैंक को जल आपूर्ति से रिचार्ज किया जाता है।

हीटिंग के लिए, भंडारण टैंक 2 से पानी को तीसरे सर्किट पंप 8 द्वारा हीटर 5 में आपूर्ति की जाती है, जिसके माध्यम से हवा को पंखे 9 की मदद से पारित किया जाता है और, गर्म होने पर, इमारत 4 में प्रवेश करती है। सौर ऊर्जा की अनुपस्थिति में सौर संग्राहकों द्वारा उत्पन्न विकिरण या तापीय ऊर्जा की कमी, बैकअप 6 चालू है।

प्रत्येक विशिष्ट मामले में सौर ताप प्रणाली के तत्वों का चयन और व्यवस्था जलवायु कारकों, सुविधा के उद्देश्य, गर्मी की खपत व्यवस्था और आर्थिक संकेतकों द्वारा निर्धारित की जाती है।

सौर रिसीवरों को केंद्रित करना

संकेंद्रित सौर रिसीवर गोलाकार या परवलयिक दर्पण (चित्र 3.6) होते हैं, जो पॉलिश धातु से बने होते हैं, जिसके फोकस पर एक गर्मी प्राप्त करने वाला तत्व (सौर बॉयलर) रखा जाता है, जिसके माध्यम से शीतलक प्रसारित होता है। शीतलक के रूप में पानी या न जमने वाले तरल पदार्थों का उपयोग किया जाता है। रात में और ठंड की अवधि के दौरान शीतलक के रूप में पानी का उपयोग करते समय, इसे जमने से बचाने के लिए सिस्टम को खाली कर देना चाहिए।

सौर विकिरण को पकड़ने और परिवर्तित करने की प्रक्रिया की उच्च दक्षता सुनिश्चित करने के लिए, ध्यान केंद्रित करने वाले सौर रिसीवर को लगातार सूर्य की ओर सख्ती से निर्देशित किया जाना चाहिए। इस प्रयोजन के लिए, सौर रिसीवर एक ट्रैकिंग सिस्टम से सुसज्जित है, जिसमें सूर्य के लिए एक दिशा सेंसर, एक इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल रूपांतरण इकाई और दो विमानों में सौर रिसीवर संरचना को घुमाने के लिए गियरबॉक्स के साथ एक इलेक्ट्रिक मोटर शामिल है।

संकेंद्रित सौर रिसीवर वाले सिस्टम का लाभ अपेक्षाकृत उच्च तापमान (100 डिग्री सेल्सियस तक) और यहां तक ​​कि भाप पर गर्मी उत्पन्न करने की क्षमता है। नुकसान में संरचना की उच्च लागत शामिल है; धूल से परावर्तक सतहों को लगातार साफ करने की आवश्यकता; केवल दिन के उजाले के दौरान काम करें, और इसलिए बड़ी बैटरी की आवश्यकता है; सौर ट्रैकिंग प्रणाली को चलाने के लिए बड़ी ऊर्जा लागत, उत्पन्न ऊर्जा के अनुरूप। ये नुकसान सक्रिय के व्यापक उपयोग में बाधा डालते हैं कम तापमान प्रणालीसांद्रित सौर रिसीवरों के साथ सौर तापन। हाल ही में, सौर कम तापमान वाले हीटिंग सिस्टम के लिए फ्लैट सौर रिसीवर का सबसे अधिक उपयोग किया गया है।

फ्लैट-प्लेट सौर संग्राहक

फ्लैट सौर कलेक्टर - ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए एक फ्लैट कॉन्फ़िगरेशन अवशोषित पैनल और फ्लैट पारदर्शी इन्सुलेशन वाला एक उपकरण सौर विकिरणऔर इसे ऊष्मा में परिवर्तित करना।

फ्लैट सौर संग्राहक (चित्र 3.7) कांच या से बने होते हैं प्लास्टिक आवरण(सिंगल, डबल, ट्रिपल), गर्मी अवशोषक पैनल, सूर्य की ओर वाले हिस्से पर काले रंग से रंगा हुआ, इन्सुलेशन चालू पीछे की ओरऔर आवास (धातु, प्लास्टिक, कांच, लकड़ी)।

शीतलक के लिए चैनलों वाली किसी भी धातु या प्लास्टिक शीट का उपयोग गर्मी प्राप्त करने वाले पैनल के रूप में किया जा सकता है। गर्मी प्राप्त करने वाले पैनल दो प्रकार के एल्यूमीनियम या स्टील से बने होते हैं: शीट-पाइप और स्टैम्प्ड पैनल (शीट में पाइप)। प्लास्टिक पैनल, उनकी नाजुकता और सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में तेजी से पुराने होने के साथ-साथ कम तापीय चालकता के कारण, व्यापक रूप से उपयोग नहीं किए जाते हैं।

चावल। 3.6 सांद्रित सौर रिसीवर: ए - परवलयिक सांद्रक; बी - परवलयिक बेलनाकार सांद्रक; 1 - सूर्य की किरणें; 2 - ऊष्मा प्राप्त करने वाला तत्व (सौर संग्राहक); 3 - दर्पण; 4 - ट्रैकिंग सिस्टम ड्राइव तंत्र; 5 - शीतलक की आपूर्ति और निर्वहन करने वाली पाइपलाइन।

चावल। 3.7. फ्लैट सौर संग्राहक: 1 - सूर्य की किरणें; 2 - ग्लेज़िंग; 3 - शरीर; 4 - गर्मी प्राप्त करने वाली सतह; 5 - थर्मल इन्सुलेशन; 6 - सील; 7 - गर्मी प्राप्त करने वाली प्लेट की अपनी लंबी-तरंग विकिरण।

सौर विकिरण के प्रभाव में, गर्मी प्राप्त करने वाले पैनल 70-80 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक गर्म हो जाते हैं, जो परिवेश के तापमान से अधिक है, जिससे पैनल के संवहनी गर्मी हस्तांतरण में वृद्धि होती है। पर्यावरणऔर आकाश में इसका अपना विकिरण है। और अधिक हासिल करने के लिए उच्च तापमानप्लेट की शीतलक सतह वर्णक्रमीय-चयनात्मक परतों से ढकी होती है जो सूर्य से लघु-तरंग विकिरण को सक्रिय रूप से अवशोषित करती है और स्पेक्ट्रम के लंबी-तरंग भाग में अपने स्वयं के थर्मल विकिरण को कम करती है। "ब्लैक निकेल", "ब्लैक क्रोम", एल्यूमीनियम पर कॉपर ऑक्साइड, तांबे पर कॉपर ऑक्साइड और अन्य पर आधारित ऐसे डिज़ाइन महंगे हैं (उनकी लागत अक्सर गर्मी प्राप्त करने वाले पैनल की लागत के बराबर होती है)। फ्लैट प्लेट कलेक्टरों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने का एक अन्य तरीका गर्मी प्राप्त करने वाले पैनल और गर्मी के नुकसान को कम करने के लिए पारदर्शी इन्सुलेशन (चौथी पीढ़ी के सौर कलेक्टर) के बीच एक वैक्यूम बनाना है।

संचालन का अनुभव सौर स्थापनासौर संग्राहकों के आधार पर ऐसी प्रणालियों की कई महत्वपूर्ण कमियाँ सामने आईं। सबसे पहले ये उच्च लागतसंग्राहक. जिससे उनके कार्य की कुशलता में वृद्धि हो रही है चयनात्मक कोटिंग्स, ग्लेज़िंग, वैक्यूमिंग की पारदर्शिता बढ़ाना और शीतलन प्रणाली स्थापित करना भी आर्थिक रूप से लाभहीन हो गया है। एक महत्वपूर्ण नुकसान कांच को धूल से बार-बार साफ करने की आवश्यकता है, जो व्यावहारिक रूप से औद्योगिक क्षेत्रों में कलेक्टर के उपयोग को बाहर करता है। पर दीर्घकालिक संचालनसौर संग्राहक, विशेषकर में सर्दी की स्थितिग्लेज़िंग की अखंडता के उल्लंघन के कारण कांच के प्रबुद्ध और अंधेरे क्षेत्रों के असमान विस्तार के कारण उनकी लगातार विफलता होती है। परिवहन और स्थापना के दौरान कलेक्टर विफलताओं का भी एक बड़ा प्रतिशत है। कलेक्टरों के साथ ऑपरेटिंग सिस्टम का एक महत्वपूर्ण नुकसान पूरे वर्ष और दिन में असमान लोडिंग भी है। फैला हुआ विकिरण (50% तक) के उच्च अनुपात के साथ यूरोप और रूस के यूरोपीय भाग में कलेक्टरों के संचालन के अनुभव ने साल भर की स्वायत्त गर्म पानी की आपूर्ति और हीटिंग प्रणाली बनाने की असंभवता को दिखाया है। मध्य अक्षांशों में सौर संग्राहकों वाले सभी सौर प्रणालियों को बड़ी मात्रा में भंडारण टैंकों की स्थापना और सिस्टम में एक अतिरिक्त ऊर्जा स्रोत को शामिल करने की आवश्यकता होती है, जो उनके उपयोग के आर्थिक प्रभाव को कम करता है। इस संबंध में, सौर विकिरण की उच्च औसत तीव्रता (300 W/m2 से कम नहीं) वाले क्षेत्रों में उनका उपयोग करना सबसे उचित है।

उत्पादित ऊर्जा का लगभग आधा हिस्सा हवा को गर्म करने के लिए उपयोग किया जाता है। सूरज सर्दियों में भी चमकता है, लेकिन उसके विकिरण को आमतौर पर कम आंका जाता है।

दिसंबर के एक दिन ज्यूरिख के पास, भौतिक विज्ञानी ए. फिशर भाप पैदा कर रहे थे; यह तब था जब सूर्य अपने निम्नतम बिंदु पर था और हवा का तापमान 3°C था। एक दिन बाद, 0.7 एम2 क्षेत्रफल वाले एक सौर संग्राहक ने बगीचे की जल आपूर्ति से 30 लीटर ठंडे पानी को +60°C तक गर्म किया।

सर्दियों में घर के अंदर की हवा को गर्म करने के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग आसानी से किया जा सकता है। वसंत और शरद ऋतु में, जब अक्सर धूप लेकिन ठंड होती है, परिसर का सौर तापन आपको मुख्य तापन चालू नहीं करने देगा। इससे कुछ ऊर्जा और इसलिए धन बचाना संभव हो जाता है। उन घरों के लिए जिनका उपयोग शायद ही कभी किया जाता है, या मौसमी आवास (कॉटेज, बंगले) के लिए, सर्दियों में सौर ऊर्जा से तापन विशेष रूप से उपयोगी होता है, क्योंकि... दीवारों की अत्यधिक ठंडक को समाप्त करता है, नमी संघनन और फफूंदी से होने वाले विनाश को रोकता है। इस तरह, वार्षिक परिचालन लागत काफी हद तक कम हो जाती है।

सौर ताप का उपयोग करके घरों को गर्म करते समय, वास्तुशिल्प और संरचनात्मक तत्वों के आधार पर परिसर के थर्मल इन्सुलेशन की समस्या को हल करना आवश्यक है, अर्थात। बनाते समय प्रभावी प्रणालीसौर तापन के लिए ऐसे घर बनाए जाने चाहिए जिनमें थर्मल इन्सुलेशन गुण अच्छे हों।

गर्मी की लागत
सहायक तापन

घर को गर्म करने में सौर ऊर्जा का योगदान
दुर्भाग्य से, सूर्य से ऊष्मा प्राप्ति की अवधि हमेशा तापीय भार की घटना की अवधि के साथ मेल नहीं खाती है।

इस दौरान हमारे पास अधिकांश ऊर्जा उपलब्ध होती है ग्रीष्म काल, इसके लिए निरंतर मांग की कमी के कारण खो जाता है (वास्तव में, कलेक्टर प्रणाली कुछ हद तक एक स्व-विनियमन प्रणाली है: जब माध्यम का तापमान एक संतुलन मूल्य तक पहुंच जाता है, तो गर्मी की धारणा बंद हो जाती है, क्योंकि से गर्मी का नुकसान होता है सौर संग्राहक कथित ऊष्मा के बराबर हो जाता है)।

सौर संग्राहक द्वारा अवशोषित उपयोगी ऊष्मा की मात्रा 7 मापदंडों पर निर्भर करती है:

1. आने वाली सौर ऊर्जा की मात्रा;
2. पारदर्शी इन्सुलेशन में ऑप्टिकल नुकसान;
3. सौर संग्राहक की ऊष्मा प्राप्त करने वाली सतह के अवशोषण गुण;
4. ऊष्मा रिसीवर से ऊष्मा स्थानांतरण की दक्षता (सौर कलेक्टर की ऊष्मा प्राप्त करने वाली सतह से तरल तक, यानी ऊष्मा रिसीवर की दक्षता मूल्य पर);
5. पारदर्शी थर्मल इन्सुलेशन का संप्रेषण, जो गर्मी के नुकसान का स्तर निर्धारित करता है;
6. सौर कलेक्टर की गर्मी प्राप्त करने वाली सतह का तापमान, जो बदले में शीतलक की गति और सौर कलेक्टर के प्रवेश द्वार पर शीतलक के तापमान पर निर्भर करता है;
7. बाहरी हवा का तापमान.

सौर संग्राहक की दक्षता, अर्थात्। प्रयुक्त ऊर्जा और आपतित ऊर्जा का अनुपात इन सभी मापदंडों द्वारा निर्धारित किया जाएगा। पर अनुकूल परिस्थितियाँयह 70% तक पहुंच सकता है, और प्रतिकूल परिस्थितियों में यह 30% तक गिर सकता है। ऊपर सूचीबद्ध सभी कारकों को ध्यान में रखते हुए, सिस्टम के व्यवहार को पूरी तरह से मॉडलिंग करके ही प्रारंभिक गणना में एक सटीक दक्षता मूल्य प्राप्त किया जा सकता है। जाहिर है, ऐसी समस्या का समाधान केवल कंप्यूटर का उपयोग करके ही किया जा सकता है।

चूंकि सौर विकिरण का प्रवाह घनत्व लगातार बदल रहा है, गणना अनुमान के लिए प्रति दिन या यहां तक ​​कि प्रति माह विकिरण की कुल मात्रा का उपयोग किया जा सकता है।

तालिका में 1 एक उदाहरण के रूप में दिखाता है:

प्राप्त सौर विकिरण की औसत मासिक मात्रा, पर मापी गई क्षैतिज सतह;

दक्षिण दिशा की ओर खड़ी दीवारों के लिए गणना की गई राशि;

34° के इष्टतम झुकाव कोण वाली सतहों के लिए योग (लंदन के पास केव के लिए)।

तालिका 1. केव (लंदन के पास) के लिए सौर विकिरण आगमन की मासिक मात्रा

तालिका से पता चलता है कि एक इष्टतम झुकाव कोण वाली सतह क्षैतिज सतह की तुलना में लगभग 1.5 गुना अधिक ऊर्जा प्राप्त करती है (औसतन 8 सर्दियों के महीनों के दौरान)। यदि क्षैतिज सतह पर आने वाले सौर विकिरण की मात्रा ज्ञात हो, तो उन्हें झुकी हुई सतह में परिवर्तित करने के लिए उन्हें इस गुणांक (1.5) के उत्पाद से गुणा किया जा सकता है और स्वीकृत मूल्यसौर संग्राहक दक्षता 40% के बराबर, अर्थात।

1,5*0,4=0,6

यह एक निश्चित अवधि के दौरान झुकी हुई गर्मी प्राप्त करने वाली सतह द्वारा अवशोषित उपयोगी ऊर्जा की मात्रा देगा।

किसी भवन की ताप आपूर्ति में सौर ऊर्जा के प्रभावी योगदान को मैन्युअल गणना द्वारा भी निर्धारित करने के लिए, सूर्य से प्राप्त मांग और उपयोगी गर्मी का कम से कम मासिक संतुलन बनाना आवश्यक है। स्पष्टता के लिए, आइए एक उदाहरण देखें।

यदि हम उपरोक्त डेटा का उपयोग करते हैं और एक ऐसे घर पर विचार करते हैं जिसकी ताप हानि दर 250 W/°C है, तो उस स्थान की वार्षिक डिग्री दिन 2800 (67200°C*h) है। और सौर संग्राहकों का क्षेत्रफल, उदाहरण के लिए, 40 एम2 है, तो महीने के अनुसार निम्नलिखित वितरण प्राप्त होता है (तालिका 2 देखें)।

तालिका 2. सौर ऊर्जा के प्रभावी योगदान की गणना

महीना	°C*h/माह	क्षैतिज सतह पर विकिरण की मात्रा, किलोवाट*एच/एम2	प्रति इकाई संग्राहक क्षेत्र में उपयोगी ऊष्मा (D*0.6), kW*h/m2	कुल उपयोगी ऊष्मा (ई*40 एम2), किलोवाट*घंटा	सौर योगदान, किलोवाट*एच/एम2
ए	बी	सी	डी	ई	एफ	जी
जनवरी	10560	2640	18,3	11	440	440
फ़रवरी	9600	2400	30,9	18,5	740	740
मार्च	9120	2280	60,6	36,4	1456	1456
अप्रैल	6840	1710	111	67,2	2688	1710
मई	4728	1182	123,2	73,9	2956	1182
जून	-	-	150,4	90,2	3608	-
जुलाई	-	-	140,4	84,2	3368	-
अगस्त	-	-	125,7	75,4	3016	-
सितम्बर	3096	774	85,9	51,6	2064	774
अक्टूबर	5352	1388	47,6	28,6	1144	1144
नवंबर	8064	2016	23,7	14,2	568	568
दिसंबर	9840	2410	14,4	8,6	344	344
जोड़	67200	16800	933	559,8	22392	8358

गर्मी की लागत
सूर्य द्वारा प्रदत्त ऊष्मा की मात्रा की गणना करने के बाद इसे मौद्रिक रूप में प्रस्तुत करना आवश्यक है।

उत्पन्न ऊष्मा की लागत इस पर निर्भर करती है:

ईंधन की लागत;

ईंधन का कैलोरी मान;

समग्र प्रणाली दक्षता.

इस प्रकार प्राप्त परिचालन लागत की तुलना सौर ताप प्रणाली की पूंजीगत लागत से की जा सकती है।

इसके अनुसार, अगर हम मानते हैं कि ऊपर चर्चा किए गए उदाहरण में, पारंपरिक हीटिंग सिस्टम के बजाय एक सौर हीटिंग सिस्टम का उपयोग किया जाता है जो उदाहरण के लिए, गैस ईंधन का उपभोग करता है और 1.67 रूबल / kWh की लागत से गर्मी पैदा करता है, तो क्रम में परिणामी वार्षिक बचत निर्धारित करने के लिए, सौर ऊर्जा द्वारा प्रदान की गई 8358 kWh (40 m2 के कलेक्टर क्षेत्र के लिए तालिका 2 में गणना के अनुसार) को 1.67 रूबल / kWh से गुणा करना आवश्यक है, जो देता है

8358*1.67 = 13957.86 रूबल।

सहायक तापन
जो लोग हीटिंग (या अन्य उद्देश्यों) के लिए सौर ऊर्जा के उपयोग को समझना चाहते हैं, उनके द्वारा अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों में से एक यह है, "जब सूरज चमकता नहीं है तो आप क्या करते हैं?" ऊर्जा भंडारण की अवधारणा को समझने के बाद, वे अगला प्रश्न पूछते हैं: "जब बैटरी में कोई तापीय ऊर्जा नहीं बचती है तो आप क्या करते हैं?" प्रश्न स्वाभाविक है, और अक्सर बैकअप की आवश्यकता होती है पारंपरिक प्रणालीमौजूदा ऊर्जा स्रोतों के विकल्प के रूप में सौर ऊर्जा को व्यापक रूप से अपनाने में एक बड़ी बाधा है।

यदि सौर तापन प्रणाली की क्षमता इमारत को ठंड, बादल वाले मौसम के दौरान बनाए रखने के लिए पर्याप्त नहीं है, तो परिणाम, यहां तक ​​कि सर्दियों के दौरान सिर्फ एक बार भी, इतने गंभीर हो सकते हैं कि पारंपरिक पूर्ण आकार के प्रावधान की आवश्यकता हो सकती है। बैकअप के रूप में हीटिंग सिस्टम। अधिकांश सौर तापित इमारतों को पूर्ण निरर्थक प्रणाली की आवश्यकता होती है। वर्तमान में अधिकांश क्षेत्रों में सौर ऊर्जाइसे पारंपरिक प्रकार की ऊर्जा की खपत को कम करने के साधन के रूप में माना जाना चाहिए, न कि उनके पूर्ण विकल्प के रूप में।

पारंपरिक हीटर उपयुक्त बैकअप हैं, लेकिन कई अन्य विकल्प भी हैं, उदाहरण के लिए:

चिमनियाँ;
- लकड़ी के स्टोव;
- लकड़ी के हीटर।

हालाँकि, मान लीजिए कि हम एक सौर तापन प्रणाली इतनी बड़ी बनाना चाहते थे जो सबसे प्रतिकूल परिस्थितियों में भी एक कमरे को गर्मी प्रदान कर सके। चूंकि बहुत ठंडे दिनों और लंबी अवधि के बादल वाले मौसम का संयोजन शायद ही कभी होता है, इन मामलों के लिए आवश्यक सौर ऊर्जा प्रणाली (कलेक्टर और बैटरी) का अतिरिक्त आकार अपेक्षाकृत कम ईंधन बचत के लिए बहुत महंगा होगा। इसके अतिरिक्त, सिस्टम अधिकांश समय रेटेड पावर से कम पर काम करेगा।

50% हीटिंग लोड की आपूर्ति करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक सौर तापीय सिस्टम केवल बहुत ठंडे मौसम के 1 दिन के लिए पर्याप्त गर्मी प्रदान कर सकता है। सौर मंडल के आकार को दोगुना करके, घर को 2 ठंडे, बादल वाले दिनों के लिए गर्मी प्रदान की जाएगी। 2 दिनों से अधिक की अवधि के लिए, आकार में बाद की वृद्धि पिछले एक की तरह ही अनुचित होगी। इसके अतिरिक्त, ऐसे हल्के मौसम भी होंगे जब दूसरी वृद्धि आवश्यक नहीं होगी।

अब, यदि आप 3 ठंडे और बादल वाले दिनों तक चलने के लिए हीटिंग सिस्टम कलेक्टरों के क्षेत्र को 1.5 गुना बढ़ा देते हैं, तो सैद्धांतिक रूप से यह सर्दियों के दौरान घर की कुल जरूरतों का 1/2 प्रदान करने के लिए पर्याप्त होगा। लेकिन, निश्चित रूप से, व्यवहार में ऐसा नहीं हो सकता है, क्योंकि कभी-कभी ठंडे बादल वाले मौसम में लगातार 4 (या अधिक) दिन होते हैं। इस चौथे दिन का हिसाब रखने के लिए, हमें एक सौर ताप प्रणाली की आवश्यकता होगी जो सैद्धांतिक रूप से इमारत की आवश्यकता से 2 गुना अधिक गर्मी एकत्र कर सके गरमी का मौसम. यह स्पष्ट है कि सौर तापीय प्रणाली के डिज़ाइन में ठंड और बादल की अवधि अपेक्षा से अधिक लंबी हो सकती है। संग्राहक जितना बड़ा होगा, उसके आकार की प्रत्येक अतिरिक्त वृद्धि का उपयोग उतनी ही कम तीव्रता से किया जाएगा, संग्राहक क्षेत्र की प्रति इकाई कम ऊर्जा की बचत होगी, और क्षेत्र की प्रति अतिरिक्त इकाई निवेश पर रिटर्न उतना ही कम होगा।

हालाँकि, संपूर्ण हीटिंग मांग को पूरा करने और सहायक हीटिंग सिस्टम को खत्म करने के लिए पर्याप्त सौर तापीय ऊर्जा को संग्रहीत करने के साहसिक प्रयास किए गए हैं। जी. हे के सौर घर जैसी प्रणालियों के दुर्लभ अपवाद के साथ, दीर्घकालिक ताप भंडारण शायद सहायक प्रणाली का एकमात्र विकल्प है। जी. थॉमसन वाशिंगटन में अपने पहले घर में 100% सौर हीटिंग के करीब पहुंच गए; हीटिंग लोड का केवल 5% मानक तरल ईंधन हीटर द्वारा कवर किया गया था।

यदि सहायक प्रणाली कुल भार का केवल एक छोटा प्रतिशत कवर करती है, तो इलेक्ट्रिक हीटिंग का उपयोग करना समझ में आता है, इस तथ्य के बावजूद कि इसके लिए बिजली संयंत्र में महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा के उत्पादन की आवश्यकता होती है, जिसे बाद में हीटिंग के लिए गर्मी में परिवर्तित किया जाता है। (इमारत में 1 kWh तापीय ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए बिजली संयंत्र 10500...13700 kJ की खपत करता है)। ज्यादातर मामलों में, एक इलेक्ट्रिक हीटर तेल से सस्ता होगा या गैस ओवन, और इमारत को गर्म करने के लिए आवश्यक बिजली की अपेक्षाकृत कम मात्रा इसके उपयोग को उचित ठहरा सकती है। इसके अलावा, इलेक्ट्रिक कॉइल के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री की अपेक्षाकृत कम मात्रा (हीटर की तुलना में) के कारण इलेक्ट्रिक हीटर एक कम सामग्री-गहन उपकरण है।

क्योंकि सौर ऊर्जा की दक्षतायदि कलेक्टर को कम तापमान पर संचालित किया जाता है तो यह काफी बढ़ जाता है, तो हीटिंग सिस्टम को यथासंभव कम तापमान का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए - यहां तक ​​कि 24...27°C पर भी। थॉमसन की गर्म वायु प्रणाली का एक लाभ यह है कि यह कमरे के तापमान के करीब तापमान पर भी बैटरी से उपयोगी गर्मी निकालती रहती है।

नये निर्माण में तापन प्रणालीकम तापमान का उपयोग करने की उम्मीद की जा सकती है, उदाहरण के लिए पंख वाले रेडिएटर्स का विस्तार करके गरम पानी, विकिरण पैनलों का आकार बढ़ाना या कम तापमान पर हवा की मात्रा बढ़ाना। डिजाइनर अक्सर गर्म हवा का उपयोग करके या बढ़े हुए चमकदार पैनलों का उपयोग करके कमरे को गर्म करने का विकल्प चुनते हैं। एक वायु तापन प्रणाली कम तापमान वाली संग्रहित ऊष्मा का सबसे अच्छा उपयोग करती है। रेडियंट हीटिंग पैनलों में एक लंबा अंतराल समय होता है (सिस्टम को चालू करने और वायु स्थान को गर्म करने के बीच) और आमतौर पर गर्म वायु प्रणालियों की तुलना में शीतलक के उच्च ऑपरेटिंग तापमान की आवश्यकता होती है। इसलिए, भंडारण उपकरण से निकलने वाली गर्मी कम तापमान पर पूरी तरह से उपयोग नहीं की जाती है, जो सिस्टम के लिए स्वीकार्य है गरम हवा, और ऐसी प्रणाली की समग्र दक्षता कम है। हवा के समान परिणाम प्राप्त करने के लिए रेडियंट पैनल सिस्टम को बड़ा करने से महत्वपूर्ण अतिरिक्त लागत लग सकती है।

डाउनटाइम को समाप्त करके समग्र लागत को कम करते हुए समग्र प्रणाली दक्षता (सौर तापन और सहायक निरर्थक प्रणाली) को बढ़ाना अवयव, कई डिजाइनरों ने सहायक प्रणाली के साथ सौर कलेक्टर और बैटरी को एकीकृत करने का विकल्प चुना है। सामान्य घटक निम्नलिखित हैं:

प्रशंसक;
- पंप;
- हीट एक्सचेंजर्स;
- नियंत्रण;
- पाइप;
- वायु नलिकाएं।

सिस्टम इंजीनियरिंग लेख के चित्र दिखाते हैं विभिन्न योजनाएँऐसी प्रणालियाँ.

सिस्टम के बीच इंटरफेस डिजाइन करने में एक नुकसान नियंत्रण और चलती भागों में वृद्धि है, जिससे यांत्रिक विफलता की संभावना बढ़ जाती है। सिस्टम के जंक्शन पर एक और उपकरण जोड़कर दक्षता को 1...2% तक बढ़ाने का प्रलोभन लगभग अनूठा है और यह सौर ताप प्रणाली की विफलता का सबसे आम कारण हो सकता है। आमतौर पर, सहायक हीटर को सौर तापीय भंडारण डिब्बे को गर्म नहीं करना चाहिए। यदि ऐसा होता है, तो सौर ताप संचयन चरण कम कुशल होगा क्योंकि प्रक्रिया लगभग हमेशा उच्च तापमान पर होगी। अन्य प्रणालियों में, इमारत से गर्मी का उपयोग करके बैटरी का तापमान कम करने से सिस्टम की समग्र दक्षता बढ़ जाती है।

इस योजना की अन्य कमियों का कारण इसके लगातार उच्च तापमान के कारण बैटरी से होने वाली बड़ी गर्मी की हानि है। उन प्रणालियों में जहां सहायक उपकरण बैटरी को गर्म नहीं करते हैं, कई दिनों तक सूरज न होने पर बैटरी काफी कम गर्मी खो देगी। यहां तक ​​कि इस तरह से डिजाइन किए गए सिस्टम में भी, कंटेनर से गर्मी का नुकसान सौर ताप प्रणाली द्वारा अवशोषित कुल गर्मी का 5...20% होता है। सहायक उपकरण द्वारा गर्म की गई बैटरी के साथ, गर्मी का नुकसान काफी अधिक होगा और इसे केवल तभी उचित ठहराया जा सकता है जब बैटरी कंटेनर इमारत के गर्म क्षेत्र के अंदर स्थित हो

चयनात्मक कोटिंग्स

ऑप्टिकल गुणों की चयनात्मकता के लिए जिम्मेदार तंत्र के प्रकार के आधार पर, चयनात्मक कोटिंग्स के चार समूह प्रतिष्ठित हैं:

1) अपना;

2) दो-परत, जिसमें ऊपरी परतदृश्य क्षेत्र में एक बड़ा अवशोषण गुणांक है और आईआर क्षेत्र में एक छोटा है, और निचली परत में आईआर क्षेत्र में एक उच्च प्रतिबिंब गुणांक है;

3) एक सूक्ष्म राहत के साथ जो आवश्यक प्रभाव प्रदान करता है;

4) हस्तक्षेप.

एक छोटी संख्या में ऑप्टिकल गुणों की अपनी चयनात्मकता होती है। ज्ञात सामग्री, उदाहरण के लिए डब्ल्यू, सीयू 2 एस, एचएफसी।

हस्तक्षेप चयनात्मक सतहें धातु और ढांकता हुआ की कई वैकल्पिक परतों द्वारा बनाई जाती हैं, जिसमें हस्तक्षेप के कारण लघु-तरंग विकिरण दब जाता है, और लंबी-तरंग विकिरण स्वतंत्र रूप से परिलक्षित होता है।

सौरमंडल का वर्गीकरण एवं मुख्य तत्व

सौर तापन प्रणालियाँ ऐसी प्रणालियाँ हैं जो सौर विकिरण ऊर्जा को ताप स्रोत के रूप में उपयोग करती हैं। अन्य कम तापमान वाले हीटिंग सिस्टम से उनका विशिष्ट अंतर एक विशेष तत्व का उपयोग है - एक सौर रिसीवर, जिसे सौर विकिरण को पकड़ने और इसे थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

सौर विकिरण का उपयोग करने की विधि के अनुसार, सौर कम तापमान हीटिंग सिस्टम को निष्क्रिय और सक्रिय में विभाजित किया गया है।

निष्क्रियसौर तापन प्रणालियाँ सौर तापन प्रणालियाँ कहलाती हैं जिनमें भवन स्वयं या उसकी व्यक्तिगत बाड़ (कलेक्टर भवन, कलेक्टर दीवार, छत कलेक्टर, आदि) एक ऐसे तत्व के रूप में कार्य करते हैं जो सौर विकिरण प्राप्त करता है और इसे ऊष्मा में परिवर्तित करता है (चित्र 4.1.1) ).

सक्रियसौर निम्न-तापमान हीटिंग सिस्टम कहलाते हैं जिनमें सौर रिसीवर एक स्वतंत्र अलग उपकरण होता है जो इमारत से संबंधित नहीं होता है। सक्रिय सौर प्रणालियों को उप-विभाजित किया जा सकता है:

उद्देश्य से (गर्म पानी की आपूर्ति, हीटिंग सिस्टम, गर्मी और ठंड आपूर्ति उद्देश्यों के लिए संयुक्त सिस्टम);

प्रयुक्त शीतलक के प्रकार के अनुसार (तरल - पानी, एंटीफ्ीज़ और वायु);

काम की अवधि के अनुसार (वर्ष भर, मौसमी);

सर्किट के तकनीकी समाधान के अनुसार (एक-, दो-, मल्टी-सर्किट)।

वायु एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला शीतलक है जो ऑपरेटिंग मापदंडों की पूरी श्रृंखला पर स्थिर नहीं होता है। इसे शीतलक के रूप में उपयोग करते समय, हीटिंग सिस्टम को वेंटिलेशन सिस्टम के साथ जोड़ना संभव है।

मौसमी सौर गर्म पानी की आपूर्ति प्रणालियाँ आमतौर पर एकल-सर्किट होती हैं और सकारात्मक बाहरी तापमान वाली अवधि के दौरान संचालित होती हैं। सेवित वस्तु के उद्देश्य और परिचालन स्थितियों के आधार पर, उनके पास एक अतिरिक्त ताप स्रोत हो सकता है या इसके बिना काम चल सकता है।

इमारतों के लिए सौर हीटिंग सिस्टम आमतौर पर डबल-सर्किट या, अक्सर, मल्टी-सर्किट होते हैं, और अलग-अलग सर्किट के लिए अलग-अलग शीतलक का उपयोग किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, सौर सर्किट में - गैर-फ्रीजिंग तरल पदार्थ के जलीय घोल, मध्यवर्ती सर्किट में - पानी, और उपभोक्ता सर्किट में - वायु)।

इमारतों को गर्मी और ठंड की आपूर्ति के उद्देश्य से साल भर चलने वाले संयुक्त सौर सिस्टम मल्टी-सर्किट होते हैं और इसमें जैविक ईंधन या ताप ट्रांसफार्मर पर चलने वाले पारंपरिक ताप जनरेटर के रूप में एक अतिरिक्त ताप स्रोत शामिल होता है।

एक सक्रिय सौर प्रणाली के मुख्य तत्व एक सौर रिसीवर, एक ताप संचायक, एक अतिरिक्त ताप स्रोत या ट्रांसफार्मर (हीट पंप), और इसके उपभोक्ता (इमारतों के लिए हीटिंग और गर्म पानी की आपूर्ति प्रणाली) हैं। प्रत्येक विशिष्ट मामले में तत्वों का चयन और व्यवस्था जलवायु कारकों, वस्तु के उद्देश्य, गर्मी की खपत व्यवस्था और आर्थिक संकेतकों द्वारा निर्धारित की जाती है।

सौर तापीय प्रणालियाँ

4.1. सौरमंडल का वर्गीकरण एवं मुख्य तत्व

सौर तापन प्रणालियाँ ऐसी प्रणालियाँ हैं जो तापीय ऊर्जा के स्रोत के रूप में सौर विकिरण का उपयोग करती हैं। अन्य कम तापमान वाले हीटिंग सिस्टम से उनका विशिष्ट अंतर एक विशेष तत्व का उपयोग है - एक सौर रिसीवर, जिसे सौर विकिरण को पकड़ने और इसे थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

सौर विकिरण का उपयोग करने की विधि के अनुसार, सौर कम तापमान हीटिंग सिस्टम को निष्क्रिय और सक्रिय में विभाजित किया गया है।

निष्क्रिय सौर तापन प्रणालियाँ वे होती हैं जिनमें भवन या उसके अलग-अलग बाड़े (भवन-कलेक्टर, दीवार-कलेक्टर, छत-कलेक्टर, आदि) एक ऐसे तत्व के रूप में कार्य करते हैं जो सौर विकिरण प्राप्त करता है और इसे गर्मी में परिवर्तित करता है (चित्र 4.1.1) )).

चावल। 4.1.1 निष्क्रिय निम्न-तापमान सौर ताप प्रणाली "दीवार-कलेक्टर": 1 - सौर किरणें; 2 - पारभासी स्क्रीन; 3 - एयर डैम्पर; 4 - गर्म हवा; 5 - कमरे से ठंडी हवा; 6 - दीवार द्रव्यमान की अपनी लंबी-तरंग थर्मल विकिरण; 7 - दीवार की काली किरण प्राप्त करने वाली सतह; 8 - अंधा.

सक्रिय सौर निम्न-तापमान हीटिंग प्रणालियाँ हैं जिनमें सौर रिसीवर एक स्वतंत्र अलग उपकरण है जो इमारत से संबंधित नहीं है। सक्रिय सौर प्रणालियों को उप-विभाजित किया जा सकता है:

उद्देश्य से (गर्म पानी की आपूर्ति, हीटिंग सिस्टम, गर्मी और ठंड आपूर्ति उद्देश्यों के लिए संयुक्त प्रणाली);

प्रयुक्त शीतलक के प्रकार से (तरल - पानी, एंटीफ्ीज़ और वायु);

काम की अवधि के अनुसार (वर्ष भर, मौसमी);

सर्किट के तकनीकी समाधान पर (एक-, दो-, मल्टी-सर्किट)।

वायु एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला शीतलक है जो ऑपरेटिंग मापदंडों की पूरी श्रृंखला पर स्थिर नहीं होता है। इसे शीतलक के रूप में उपयोग करते समय, हीटिंग सिस्टम को वेंटिलेशन सिस्टम के साथ जोड़ना संभव है। हालाँकि, हवा एक कम ताप-क्षमता वाला शीतलक है, जिससे जल प्रणालियों की तुलना में वायु तापन प्रणालियों की स्थापना के लिए धातु की खपत में वृद्धि होती है।

पानी एक ताप-गहन और व्यापक रूप से उपलब्ध शीतलक है। हालाँकि, 0°C से नीचे के तापमान पर, इसमें एंटीफ्ीज़ तरल पदार्थ मिलाना आवश्यक है। इसके अलावा, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि ऑक्सीजन से संतृप्त पानी पाइपलाइनों और उपकरणों के क्षरण का कारण बनता है। लेकिन सौर जल प्रणालियों में धातु की खपत बहुत कम है, जो उनके व्यापक उपयोग में बहुत योगदान देती है।

मौसमी सौर गर्म पानी की आपूर्ति प्रणालियाँ आमतौर पर एकल-सर्किट होती हैं और गर्मियों और संक्रमण के महीनों में, सकारात्मक बाहरी तापमान वाली अवधि के दौरान संचालित होती हैं। सेवित वस्तु के उद्देश्य और परिचालन स्थितियों के आधार पर, उनके पास एक अतिरिक्त ताप स्रोत हो सकता है या इसके बिना काम चल सकता है।

इमारतों के लिए सौर हीटिंग सिस्टम आमतौर पर डबल-सर्किट या, अक्सर, मल्टी-सर्किट होते हैं, और अलग-अलग सर्किट के लिए अलग-अलग शीतलक का उपयोग किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, सौर सर्किट में - गैर-फ्रीजिंग तरल पदार्थ के जलीय घोल, मध्यवर्ती सर्किट में - पानी, और उपभोक्ता सर्किट में - वायु)।

इमारतों को गर्मी और ठंड की आपूर्ति के प्रयोजनों के लिए साल भर चलने वाली संयुक्त सौर प्रणालियाँ मल्टी-सर्किट होती हैं और इसमें जीवाश्म ईंधन या ताप ट्रांसफार्मर पर चलने वाले पारंपरिक ताप जनरेटर के रूप में एक अतिरिक्त ताप स्रोत शामिल होता है।

सौर तापन प्रणाली का एक योजनाबद्ध आरेख चित्र 4.1.2 में दिखाया गया है। इसमें तीन परिसंचरण सर्किट शामिल हैं:

पहला सर्किट, जिसमें सौर कलेक्टर 1, परिसंचरण पंप 8 और तरल हीट एक्सचेंजर 3 शामिल हैं;

दूसरा सर्किट, जिसमें एक भंडारण टैंक 2, एक परिसंचरण पंप 8 और एक हीट एक्सचेंजर 3 शामिल है;

तीसरा सर्किट, जिसमें एक भंडारण टैंक 2, एक परिसंचरण पंप 8, एक जल-वायु हीट एक्सचेंजर (हीटर) 5 शामिल है।

चावल। 4.1.2. सौर तापन प्रणाली का योजनाबद्ध आरेख: 1 - सौर संग्राहक; 2 - भंडारण टैंक; 3 - हीट एक्सचेंजर; 4 - भवन; 5 - हीटर; 6 - हीटिंग सिस्टम बैकअप; 7 - गर्म पानी की आपूर्ति प्रणाली का बैकअप; 8 - परिसंचरण पंप; 9- पंखा.

सौर तापन प्रणाली निम्नानुसार संचालित होती है। गर्मी प्राप्त करने वाले सर्किट का शीतलक (एंटीफ्ीज़), सौर कलेक्टरों 1 में गर्म होकर, हीट एक्सचेंजर 3 में प्रवेश करता है, जहां एंटीफ्ीज़ की गर्मी को हीट एक्सचेंजर 3 के इंटरपाइप स्थान में घूमने वाले पानी में स्थानांतरित किया जाता है। द्वितीयक सर्किट का पंप 8। गर्म पानी भंडारण टैंक 2 में प्रवेश करता है। भंडारण टैंक से, गर्म पानी की आपूर्ति पंप 8 द्वारा पानी लिया जाता है, यदि आवश्यक हो, तो बैकअप 7 में आवश्यक तापमान पर लाया जाता है और इमारत की गर्म पानी की आपूर्ति प्रणाली में प्रवेश किया जाता है। भंडारण टैंक को जल आपूर्ति से रिचार्ज किया जाता है।

हीटिंग के लिए, भंडारण टैंक 2 से पानी को तीसरे सर्किट पंप 8 द्वारा हीटर 5 में आपूर्ति की जाती है, जिसके माध्यम से हवा को पंखे 9 की मदद से पारित किया जाता है और, गर्म होने पर, इमारत 4 में प्रवेश करती है। सौर ऊर्जा की अनुपस्थिति में सौर संग्राहकों द्वारा उत्पन्न विकिरण या तापीय ऊर्जा की कमी, बैकअप 6 चालू है।

प्रत्येक विशिष्ट मामले में सौर ताप प्रणाली के तत्वों का चयन और व्यवस्था जलवायु कारकों, सुविधा के उद्देश्य, गर्मी की खपत व्यवस्था और आर्थिक संकेतकों द्वारा निर्धारित की जाती है।

4.2. सौर रिसीवरों को केंद्रित करना

संकेंद्रित सौर रिसीवर गोलाकार या परवलयिक दर्पण (चित्र 4.2.1) होते हैं, जो पॉलिश धातु से बने होते हैं, जिसके फोकस पर एक गर्मी प्राप्त करने वाला तत्व (सौर बॉयलर) रखा जाता है, जिसके माध्यम से शीतलक प्रसारित होता है। शीतलक के रूप में पानी या न जमने वाले तरल पदार्थों का उपयोग किया जाता है। रात में और ठंड की अवधि के दौरान शीतलक के रूप में पानी का उपयोग करते समय, इसे जमने से बचाने के लिए सिस्टम को खाली कर देना चाहिए।

सौर विकिरण को पकड़ने और परिवर्तित करने की प्रक्रिया की उच्च दक्षता सुनिश्चित करने के लिए, ध्यान केंद्रित करने वाले सौर रिसीवर को लगातार सूर्य की ओर सख्ती से निर्देशित किया जाना चाहिए। इस प्रयोजन के लिए, सौर रिसीवर एक ट्रैकिंग सिस्टम से सुसज्जित है, जिसमें सूर्य के लिए एक दिशा सेंसर, एक इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल रूपांतरण इकाई और दो विमानों में सौर रिसीवर संरचना को घुमाने के लिए गियरबॉक्स के साथ एक इलेक्ट्रिक मोटर शामिल है।

चावल। 4.2.1. सांद्रित सौर रिसीवर: ए - परवलयिक सांद्रक; बी - परवलयिक बेलनाकार सांद्रक; 1 - सूर्य की किरणें; 2 - ऊष्मा प्राप्त करने वाला तत्व (सौर संग्राहक); 3 - दर्पण; 4 - ट्रैकिंग सिस्टम ड्राइव तंत्र; 5 - शीतलक की आपूर्ति और निर्वहन करने वाली पाइपलाइनें।

संकेंद्रित सौर रिसीवर वाले सिस्टम का लाभ अपेक्षाकृत उच्च तापमान (100 डिग्री सेल्सियस तक) और यहां तक ​​कि भाप पर गर्मी उत्पन्न करने की क्षमता है। नुकसान में संरचना की उच्च लागत शामिल है; धूल से परावर्तक सतहों को लगातार साफ करने की आवश्यकता; केवल दिन के उजाले के दौरान काम करें, और इसलिए बड़ी बैटरी की आवश्यकता है; सौर ट्रैकिंग प्रणाली को चलाने के लिए बड़ी ऊर्जा लागत, उत्पन्न ऊर्जा के अनुरूप। ये नुकसान केंद्रित सौर रिसीवर के साथ सक्रिय कम तापमान वाले सौर हीटिंग सिस्टम के व्यापक उपयोग में बाधा डालते हैं। हाल ही में, सौर कम तापमान वाले हीटिंग सिस्टम के लिए फ्लैट सौर रिसीवर का सबसे अधिक उपयोग किया गया है।

4.3. फ्लैट-प्लेट सौर संग्राहक

फ्लैट सौर कलेक्टर एक उपकरण है जिसमें सौर विकिरण ऊर्जा को अवशोषित करने और इसे गर्मी में परिवर्तित करने के लिए एक फ्लैट कॉन्फ़िगरेशन अवशोषक पैनल और फ्लैट पारदर्शी इन्सुलेशन होता है।

फ्लैट-प्लेट सौर संग्राहक (चित्र 4.3.1) में एक ग्लास या प्लास्टिक कोटिंग (सिंगल, डबल, ट्रिपल), सूर्य की ओर काले रंग से रंगा हुआ गर्मी प्राप्त करने वाला पैनल, रिवर्स साइड पर इन्सुलेशन और एक आवास होता है ( धातु, प्लास्टिक, कांच, लकड़ी)।

चावल। 4.3.1. फ्लैट सौर संग्राहक: 1 - सूर्य की किरणें; 2 - ग्लेज़िंग; 3 - शरीर; 4 - गर्मी प्राप्त करने वाली सतह; 5 - थर्मल इन्सुलेशन; 6 - सील; 7 - गर्मी प्राप्त करने वाली प्लेट की अपनी लंबी-तरंग विकिरण।

शीतलक के लिए चैनलों वाली किसी भी धातु या प्लास्टिक शीट का उपयोग गर्मी प्राप्त करने वाले पैनल के रूप में किया जा सकता है। गर्मी प्राप्त करने वाले पैनल दो प्रकार के एल्यूमीनियम या स्टील से बने होते हैं: शीट-पाइप और स्टैम्प्ड पैनल (शीट में पाइप)। प्लास्टिक पैनल, उनकी नाजुकता और सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में तेजी से पुराने होने के साथ-साथ कम तापीय चालकता के कारण, व्यापक रूप से उपयोग नहीं किए जाते हैं।

सौर विकिरण के प्रभाव में, गर्मी प्राप्त करने वाले पैनल 70-80 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक गर्म हो जाते हैं, जो परिवेश के तापमान से अधिक है, जिससे पर्यावरण के लिए पैनल के संवहनी गर्मी हस्तांतरण और आकाश में अपने स्वयं के विकिरण में वृद्धि होती है। . उच्च शीतलक तापमान प्राप्त करने के लिए, प्लेट की सतह को वर्णक्रमीय-चयनात्मक परतों से ढक दिया जाता है जो सूर्य से लघु-तरंग विकिरण को सक्रिय रूप से अवशोषित करती है और स्पेक्ट्रम के लंबे-तरंग भाग में अपने स्वयं के थर्मल विकिरण को कम करती है। "ब्लैक निकेल", "ब्लैक क्रोम", एल्यूमीनियम पर कॉपर ऑक्साइड, तांबे पर कॉपर ऑक्साइड और अन्य पर आधारित ऐसे डिज़ाइन महंगे हैं (उनकी लागत अक्सर गर्मी प्राप्त करने वाले पैनल की लागत के बराबर होती है)। फ्लैट प्लेट कलेक्टरों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने का एक अन्य तरीका गर्मी प्राप्त करने वाले पैनल और पारदर्शी इन्सुलेशन के बीच गर्मी के नुकसान को कम करने के लिए एक वैक्यूम बनाना है (चौथी पीढ़ी के सौर कलेक्टर)।

सौर संग्राहकों पर आधारित सौर प्रतिष्ठानों के संचालन के अनुभव से ऐसी प्रणालियों के कई महत्वपूर्ण नुकसान सामने आए हैं। सबसे पहले, यह संग्राहकों की उच्च लागत है। चयनात्मक कोटिंग्स के माध्यम से उनके संचालन की दक्षता बढ़ाना, ग्लेज़िंग, निकासी की पारदर्शिता बढ़ाना, साथ ही शीतलन प्रणाली स्थापित करना आर्थिक रूप से लाभहीन हो जाता है। एक महत्वपूर्ण नुकसान कांच को धूल से बार-बार साफ करने की आवश्यकता है, जो व्यावहारिक रूप से औद्योगिक क्षेत्रों में कलेक्टर के उपयोग को बाहर करता है। सौर संग्राहकों के लंबे समय तक संचालन के दौरान, विशेष रूप से सर्दियों की परिस्थितियों में, ग्लेज़िंग की अखंडता के उल्लंघन के कारण कांच के प्रबुद्ध और अंधेरे क्षेत्रों के असमान विस्तार के कारण उनकी लगातार विफलता देखी जाती है। परिवहन और स्थापना के दौरान कलेक्टरों के विफल होने का एक बड़ा प्रतिशत भी है। कलेक्टरों के साथ ऑपरेटिंग सिस्टम का एक महत्वपूर्ण नुकसान पूरे वर्ष और दिन में असमान लोडिंग भी है। फैला हुआ विकिरण (50% तक) के उच्च अनुपात के साथ यूरोप और रूस के यूरोपीय भाग में कलेक्टरों के संचालन के अनुभव ने साल भर की स्वायत्त गर्म पानी की आपूर्ति और हीटिंग प्रणाली बनाने की असंभवता को दिखाया है। मध्य अक्षांशों में सौर संग्राहकों वाले सभी सौर प्रणालियों को बड़ी मात्रा में भंडारण टैंकों की स्थापना और सिस्टम में एक अतिरिक्त ऊर्जा स्रोत को शामिल करने की आवश्यकता होती है, जो उनके उपयोग के आर्थिक प्रभाव को कम करता है। इस संबंध में, सौर विकिरण की उच्च औसत तीव्रता (300 W/m2 से कम नहीं) वाले क्षेत्रों में उनका उपयोग करना सबसे उचित है।

यूक्रेन में सौर ऊर्जा के उपयोग के संभावित अवसर

यूक्रेन के क्षेत्र में, एक औसत वार्षिक दिन के उजाले घंटे के लिए सौर विकिरण की ऊर्जा औसतन 4 किलोवाट ∙ घंटा प्रति 1 मी 2 (इंच) है गर्मी के दिन- 6-6.5 किलोवाट ∙ घंटा तक) यानी प्रत्येक के लिए प्रति वर्ष लगभग 1.5 हजार किलोवाट ∙ घंटा वर्ग मीटर. यह लगभग मध्य यूरोप जैसा ही है, जहां सौर ऊर्जा का उपयोग सबसे व्यापक है।

अनुकूल जलवायु परिस्थितियों के अलावा, यूक्रेन में सौर ऊर्जा के उपयोग के क्षेत्र में उच्च योग्य वैज्ञानिक कर्मचारी हैं। प्रोफेसर के लौटने के बाद बॉयको बी.टी. यूनेस्को से, जहाँ उन्होंने सौर ऊर्जा के उपयोग पर यूनेस्को अंतर्राष्ट्रीय कार्यक्रम (1973-1979) का नेतृत्व किया, उन्होंने खार्कोव पॉलिटेक्निक संस्थान (अब राष्ट्रीय तकनीकी विश्वविद्यालय) में गहन वैज्ञानिक और संगठनात्मक गतिविधियाँ शुरू कीं। - KhPI) सौर ऊर्जा के लिए सामग्री विज्ञान की एक नई वैज्ञानिक और शैक्षिक दिशा के विकास पर। पहले से ही 1983 में, यूएसएसआर उच्च शिक्षा मंत्रालय संख्या 885 दिनांक 13 जुलाई 1983 के आदेश के अनुसार, यूएसएसआर में उच्च शिक्षा के अभ्यास में पहली बार, खार्कोव पॉलिटेक्निक संस्थान ने एक प्रोफ़ाइल के साथ भौतिक विज्ञानी इंजीनियरों को प्रशिक्षण देना शुरू किया। "धातुओं की भौतिकी" विशेषता के अंतर्गत सौर ऊर्जा के लिए सामग्री विज्ञान के क्षेत्र में। इसने 1988 में स्नातक विभाग "इलेक्ट्रॉनिक्स और सौर ऊर्जा के लिए भौतिक सामग्री विज्ञान" (पीएमईजी) के निर्माण की नींव रखी। एफएमईजी विभाग ने, यूक्रेनी अंतरिक्ष कार्यक्रम के ढांचे के भीतर, रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ इंस्ट्रूमेंट इंजीनियरिंग टेक्नोलॉजी (खार्कोव) के सहयोग से, दक्षता के साथ सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के निर्माण में भाग लिया। 13 - यूक्रेनी अंतरिक्ष यान के लिए 14%।

1994 से, एफएमईजी विभाग, स्टटगार्ट विश्वविद्यालय और यूरोपीय समुदाय के साथ-साथ ज्यूरिख के तकनीकी विश्वविद्यालय और स्विस नेशनल साइंटिफिक सोसाइटी के सहयोग से, फिल्म फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के विकास पर वैज्ञानिक अनुसंधान में सक्रिय रूप से शामिल रहा है।