太陽集熱器。太陽熱温水システムのサイジング。スキーム、説明

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太陽光発電コレクター。太陽熱温水システムのサイジング。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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太陽熱温水システムは、唯一の温水源として機能することも、増加または予期しない温水ニーズに対応するために従来の燃料を使用するバックアップシステムを組み込むこともできます。システムのサイズは通常、部屋の数、人数、必要なお湯の量によって決まります。太陽熱温水器にはいくつかの基本的な構成があります。太陽熱を蓄熱槽に導くポンプや制御装置を備えたアクティブシステムと、熱水の自然循環を利用するサーモサイフォンなどのパッシブシステムに大別されます。

太陽熱温水器システムを構築する場合、XNUMX 日に平均して使用される温水の量を直ちに決定することが重要です。この図に基づいて、システム (コレクター、貯蔵タンク) の寸法が計算されます。

太陽集熱器。太陽熱温水システムのサイジング

太陽光発電設備の主なコンポーネントは太陽光集熱器です。ほとんどの場合、太陽放射が熱に変換されて冷却液に伝達される吸収板（吸収体）、端に沿って吸収体の下にある断熱材、これらすべてを含むボックスで構成される平板コレクターが使用されます。ガラスまたはプラスチックの蓋で必要な通気を提供します。

コーティングにガラスを使用する場合、太陽放射の少なくとも 95% がガラスを通過するように、鉄の含有量が低いかゼロであることが重要です。ほとんどの場合、単層のガラスが使用されます。プラスチックを使用する場合は、耐紫外線性がなければなりません。ポリカーボネート板は実際に優れた結果を示しています。

太陽集熱器。太陽熱温水システムのサイジング

アブソーバーは、冷却剤が流れるチューブが取り付けられたプレートです。銅、アルミニウム、ステンレス鋼で作られています。鋼製の吸収管は非常に腐食しやすいため、銅製の吸収管が最適であることが証明されています。吸収材が太陽からの紫外線や高温に耐性があることが重要であり、通常のコレクターでは 100 ～ 140 ℃、150 ～ 200 ℃ に達する可能性があります。°C - 選択的コーティングあり。

平板コレクタの構築には、パイプをはんだ付けしてプレートに接続する必要があります。チューブがプレートに近づくほど、チューブを流れる流体への熱伝達が大きくなります。吸収体は多くの場合、太陽光を吸収し、熱放射を内部に閉じ込める特殊な選択的黒色塗料でコーティングされています。通常の黒色塗装は高温にさらされると金属表面から蒸発します。通常の状態では、黒色塗装は冷却液に熱を伝達するのではなく、より多くの熱を放射します。

ソーラーコレクターの本体はさまざまな素材で作られています。木材、プラスチック、スチール、アルミニウムが使用され、成功の程度はさまざまですが、リストされている素材の中で最も優れているのは、もちろんアルミニウムです。さまざまな気象条件に耐え、メンテナンスもほとんど必要なく、黒色なのでソーラーパネルの外側を塗装する必要がありません。長年の実践により、プラスチックはソーラーパネルのさまざまなコンポーネントの製造にはほとんど役に立たないことがわかっています。紫外線により劣化し、色褪せたり、硬度が低下したり、ひび割れが発生したりするため、外装部品には適しません。プラスチックは膨張係数が高いため、非常に伸縮するため、接合部を密閉するのが困難になります。スチール製ハウジングの使用にも課題があります。第一に、パネルは定期的に着色する必要があり、第二に、パネルは銅の成分と化学反応を起こす必要があります。

太陽光集熱器は通常、建物の屋根に直接設置されるか、陸屋根または地面に取り付けられたフレームに設置されます。コレクターを屋根の一部にすることもできます。場合によっては、コレクターと屋根の残りの部分の間のスペースを密閉することが困難になることがあります。

ソーラーコレクターのサイズは、毎日の熱水需要によって異なります。平均して、50人は55日あたり60〜XNUMX度の温度で最大XNUMXリットルのお湯を消費します。°C（洗濯とシャワー、洗濯物を除く）。 50日あたり1リットルの水を加熱するには、ソーラーコレクターの平均面積は1,5〜2 mXNUMXである必要があることが証明されています。コレクターの価格は、そのサイズと設置コストによって異なります。後者は、新しい住宅を建設するプロジェクトを開発するときに太陽光発電システムを考慮した場合に最も簡単に実現できます。建築家は、美的観点と経済的観点の両方から、事前にコレクターを設計に組み込むことができます。

水を 8 ～ 45 度加熱する典型的な選択的吸収体ソーラーコレクターには、次の標準ルールがあります。

お湯の消費量は、50日XNUMX人あたり平均XNUMXリットルです。
1日あたり1,5リットルの水を加熱するには、2〜50mXNUMXの太陽集熱器が必要です。
貯蔵タンクには、太陽熱収集器 40 平方メートルあたり 70 ～ 1 リットル、または 2 人あたり 80 リットルの水を入れる必要があります。
貯蔵タンク内の熱交換器は、40℃の温度で太陽熱集熱器の平方メートル当たり少なくとも60〜2 W/oCを伝達する必要があります。°C.

これらの規則に従えば、中央ヨーロッパの一般的な太陽熱集熱器は年間温水消費量の 60 ～ 70% をカバーし、年間 350 ～ 500 kWh/m2 を生産できます。大規模な建物 (ホテル、病院、アパートの建物) では、住民あたりのコレクター面積とタンク容量は小さくなりますが、システムの最適なサイズを正確に決定するには、需要と地域の気候条件を詳細に分析する必要があります。経験上、太陽熱温水暖房システムはできるだけシンプルで大きすぎない方がよいことがわかっています。

例

4日あたり200リットルのお湯を消費する6人家族には、面積2平方メートルのコレクターが必要です。このようなシステムは、年間最大 3000 kWh の環境に優しいエネルギーを生成します。コレクターが燃料油ボイラーを置き換えると、年間少なくとも 300 リットルの燃料油が節約されます。

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