Теплоноситель для солнечных батарей

Антифризы в солнечных установках

В солнечные летние дни панели плоских солнечных коллекторов с селективно-поглощающей пленкой нагреваются свыше 180°C, а температура вакуумированных трубчатых коллекторов поднимается до 250°C. При таких температурах возможно вскипание теплоносителя, начинается вибрация солнечных коллекторов, и иногда жидкость выливается наружу. Если при выключении тока и ремонте солнечного коллектора в трубах остается воздух, то при включении тока в коллекторе и трубах произойдут разрушения.

Когда падает нагрузка потребления, возникают излишки тепла в аккумуляторных баках. При этом появляется ряд новых проблем:

• выдержат ли материалы аккумуляторного бака новую нагрузку;
• не откажут ли в работе насосы;
• не появится ли опасность загорания в системе горячего водоснабжения.

Для предотвращения возможных нарушений в системе следует установить механизм отключения коллекторных насосов на случай повышения температуры сверх установленной нормы. Необходимо также принять во внимание возможность перегрева коллектора при отсутствии отвода тепла.

Применение антифризных растворов имеет как преимущества, так и недостатки.

Преимущества применения антифризов

1. В коллекторном контуре двухконтурной системы можно использовать насосы с малыми оборотами.
2. Обычно антифризы применяют вместе с антикоррозионными добавками; в этом случае в качестве материалов для изготовления солнечных коллекторов и трубопроводов можно использовать дешевые марки стали.
3. В системах солнечного отопления и горячего водоснабжения существуют 2 отдельных контура, разделяемых в теплообменнике, поэтому, выбрав подходящую по давлению часть контура, можно легко подключиться к водопроводной сети.
4. Не существует опасности замерзания, нет особых ограничений в градиенте температур по длине труб (для слива антифризов в нижней части системы следует установить дренажный кран).

Недостатки применения антифризов

1. Необходимо установить теплообменник. По сравнению с непосредственным обогревом температура теплоносителя должна быть выше, при этом КПД солнечного коллектора падает и выработка тепла в течение года уменьшается на 10. 20%.
2. Для системы горячего водоснабжения используются антифризы на основе пропиленгликоля. Как правило, растворы одних изготовителей нельзя смешивать с растворами других изготовителей. По мере уменьшения их содержания в трубопроводах антифризы нельзя пополнять водой.
3. При использовании антифризных растворов необходимо учитывать возможность их испарения, разжижения, вскипания или просто ухудшения качества. В этой связи требуется надежная система контроля.
4. У антифризов по сравнению с водой теплоемкость и теплопроводность ниже, а вязкость выше, поэтому необходимо при их использовании устанавливать теплообменник значительно большего размера. В утренние часы, когда температура воздуха невысокая и вязкость антифриза относительно велика, требуются большие усилия по перекачке растворов, т.е. увеличивается нагрузка насоса. Днем температура воздуха растет, и насос работает в облегченном режиме.
5. Стоимость антифризов высока.
6. Если емкость расширительного бака недостаточна, то при отключении тока в коллекторе возможно вскипание раствора и выливание жидкости из расширительного бака.

Существуют антифризы, в состав которых входит водный раствор этиленгликоля, употребляемый для автомобилей, а также антифризы на основе водного раствора пропиленгликоля.

В водный раствор этиленгликоля добавляют антикоррозийные токсичные добавки на основе солей азотистой кислоты. Такие антифризы можно использовать лишь в системах солнечного отопления.

Водный раствор пропиленгликоля почти не содержит вредных веществ и его можно использовать даже в системе горячего водоснабжения.

Если для получения антикоррозийных добавок используются нетоксичные вещества, то антифризы можно применять в системах с обычными теплообменниками.

Пользоваться антифризными растворами следует очень осторожно, поскольку в зависимости от концентрации меняется температура их замерзания. Например, температура замерзания водного раствора пропиленгликоля при 30%-ной концентрации составляет -11°C, а при 40%-ной — -20°C. При проектировании системы солнечного отопления следует помнить, что температура воздуха будет влиять на выбор необходимой концентрации антифризных растворов.

Источник

Статьи

Теплоноситель для солнечных коллекторов 18.02.2018 17:46

Почему классические теплоносители достигли своих пределов?

Благодаря повышению эффективности солнечных коллекторов, используемые в них теплоносители, подвергаются постоянному воздействию повышенного температурного напряжения. В вакуумных коллекторах температуры достигают 270°С и выше, что было зафиксировано в периоды их остановки. Важно также отметить, что система, работающая со средней температурой жидкости 200°C может иметь зоны где жидкость имеет температуру также выше 270°C.

Эти зоны возникают там, где теплоноситель имеет прямой контакт с поверхностью металла. При таких высоких температурах может произойти так называемое «расщепление» гликоля. Этот процесс относится к термическому разложению гликолевого материала, что приводит к образованию соединений с более высоким и низким молекулярным весом или даже углерода. В наиболее неблагоприятном случаяе — это может привести к полной блокировки солнечного коллектора и потребовать дорогостоящей очистки или его замен. В менее экстремальных случаях может привести к необратимому разрушению коррозийных присадок теплоносителя. Без надлежащей защиты от коррозии теплоносителя он может сократить срок службы солнечной коллекторов. Это вызвано повышенной коррозионным воздействием, которым обладают гликоли в чистом виде без присадок.

Основываясь на исследованиях рынка и обратной связи с клиентами, были определены следующие цели для нового поколения теплоносителей, используемых в солнечных коллекторах:

• постоянная температура использования при температуре от -25°C до +200°C;
• отличная защита от коррозии;
• низкая вязкость;
• улучшенные тепловые характеристики.

Antifrogen® SOL HT

Улучшение термической стабильности теплоносителя

Из-за повышения эффективности солнечных коллекторов теплоносители подвергаются воздействию более экстремальных температурных условий. Увеличение тепловой нагрузки требует, чтобы все компоненты теплоносителя были не подвержены расщеплению или термическому разложению.

Расщепление или термическое разложение начинается с потемнения теплоносителя. На первом этапе потемнение не будет оказывать отрицательного воздействия на коллектор или физические свойства жидкости. Продолжающееся термическое разложение приведет к дальнейшему затемнению жидкости, сопровождаемое обгоревшим запахом теплоносителя. Наконец, наблюдается образование нерастворимых в воде, смолистых продуктов разложения. Как только образуется смоляной остаток, он имеет тенденцию быстро нарастать и тормозить поток жидкости. Замена коллектора является наиболее распространенным методом устранения этой проблемы. Однако этот процесс влечет за собой значительные расходы и прерывания работы.

На рисунке 1 показан теплоноситель на различных этапах термического разложения. Потемнение жидкости изображено в 1.a — 1.d с водонерастворимым остатком, изображенным в 1.e.

Рисунок 1. Внешний вид теплоносителя для солнечных коллекторов после различных стадий термического разложения.

В качестве основы для выбора более теплостойкого антфриза были использованы различные гликоли (пропиленгликоль, высшие гликоли и т. д.). Они подвергались воздействию высоких температур, которые могут быть достигнуты в солнечных коллекторах последнего поколения. Для критерия оценки было использовано увеличение давления в качестве индикатора для образования продуктов с низкой температурой кипения. Каждый образец содержал 200 мл жидкости и образец меди с площадью поверхности — 21,0 см 2 , полученной в соответствии с ASTM D 1384. Испытываемые жидкости подвергались воздействию под давлением кислорода в 3bar.

Источник

Теплоноситель для солнечных систем отопления

Лента статей RSS:

Поиск статей:

Теплоноситель для гелиосистемы.

Теплоноситель для гелиосистемы выполняет очень важную роль. Он обеспечивает транспортировку тепловой энергии от солнечного коллектора в бак аккумулятор. В трубках абсорбера коллектора теплоноситель нагревается, а затем отдает тепло водонагревателю через теплообменник.

Очень важно использовать в гелиосистемах качественный теплоноситель, поскольку он продлит срок службы всей гелиоустановки.

Принцип работы теплоносителя в гелиосистеме.

Гелиосистема (система солнечного горячего водоснабжения) включает в себя основные компоненты:

1. солнечные коллекторы;

2. насосный модуль с группой безопасности;

4. бак аккумулятор;

5. дублирующий источник энергии.

В солнечных коллекторах циркулирует теплоноситель или вода (циркуляция в контуре гелиосистемы обеспечивается за счет насоса или за счет естественной циркуляции возникающей при разнице температуры). Нагреваясь в солнечном коллекторе, теплоноситель передает тепловую энергию баку аккумулятору по средствам теплообменника (теплообменник может быть встроен в бак в виде змеевика или может использоваться наружный теплообменник). Вода в баке накапливает тепловую энергию. Этот процесс происходит автоматически благодаря контроллеру, регулирующему работу насоса в гелиосистеме. В случае необходимости автоматика запускает дублирующий источник энергии.

Свойства пропиленгликоля как теплоносителя для гелиосистем

Наиболее подходящим теплоносителем для гелиосистем является вода. Она имеет высокую теплоёмкость и общедоступность. Однако использование воды в чистом виде ограничено климатическими зонами, в которых не бывает отрицательных температур. В других же климатических условиях необходимо предусмотреть предотвращения замерзания воды, поскольку это может разгерметизировать гелиоконтур и привести к поломки солнечных коллекторов. Для этого воду смешивают с пропиленгликолем. В центральной Европе обычно используют 40%-ю концентрацию пропиленгликоля. Эта концентрация соответствует температуре -30˚ С как температура начала кристаллизации теплоносителя для гелиосистем.

Пропиленгликоль представляет собой трудновоспламеняемую, нетоксичную жидкость. Его безопасность свидетельствует применение пропиленгликоля в кондитерской и косметической промышленности. Температура кипения около 188˚ С, плотность – 1,04 г/см³. Пропиленгликоль – это органическая жидкость имеющая обычные свойства. Поэтому из-за воздействия высоких температур, которые возникают во время перегрева (стагнации), теплоноситель подвержен окислению. Это может вызвать появление коррозии на некоторых узлах гелиосистемы тем самым вывести ее из строя. Так же, если в жидкости содержится кислород, то это способствует разложению теплоносителя и образованию твердых отложений. Исследования показали, что в негерметичных системах с постоянным поступлением кислорода этот процесс возникает гораздо чаще, чем вследствие стагнации при высоких температурах.
Для увеличения срока службы теплоносителя, а как следствие всей гелиосистемы в жидкость добавляют специальные антиокислительные присадки. Это обеспечивает поддержание pH-среды в щелочном диапазоне (≥ 7,0). Это гарантирует длительную защиту от коррозии. Однако слишком большое количество добавок в теплоноситель гелиосистемы приводит к ухудшению теплоемкости, поэтому основной задачей производителей является достижения оптимального баланса физических свойств жидкости.>

На изображении показан начальный вид теплоносителя с (pH 8,2) и после эксплуатации (pH 6,7), а так же твердые отложения.

Теплоноситель для гелиосистем, подвергающийся незначительным термическим нагрузкам, может прослужить до 10 лет. В солнечных системах с возможными длительными периодами стагнации (например, если гелиосистема спроектирована с возможностью поддержки отопления) теплоноситель может прослужить значительно меньше. Рекомендуется после первых двух-трех лет эксплуатации гелиосистемы проверять показатели кислотности и темперературу замерзания при помощи рефрактометра теплоносителя каждый год.

Расход теплоносителя в солнечном коллекторе.

В гелиосистемах с принудительной циркуляцией теплоносителя основополагающим фактором является удельный расход теплоносителя. Этот параметр измеряется в литрах/час на 1 м² площади абсорбера солнечных коллекторов. Гелиосистема может работать с различными значениями удельного расхода теплоносителя. Значение может зависеть как от конструкции гелиосистемы и солнечных коллекторов, так и географического места эксплуатации гелиосистемы.

Циркуляция теплоносителя в солнечном коллекторе.

Во время циркуляции, увеличение расхода теплоносителя при одинаковой производительности солнечного коллектора уменьшает разность температур в контуре гелиосистемы (разница между температурой подачи теплоносителя в солнечные коллектора и температурой выхода), а уменьшение расхода ведет к увеличению разности температур.

При высоком значении разницы температур (т.е. при уменьшении расхода) средняя температура солнечных коллекторов будет возрастать, соответственно КПД падает. Однако, в таком режиме циркуляции требуется меньшее электроэнергии при работе циркуляционного насоса и можно использовать магистральные трубы меньших диаметров. Значительное увеличение расхода (Снижение разницы температур) с целью повышения коэффициента полезного действия нецелесообразно, поскольку это повлечет за собой необходимость использования более мощного насоса с высокой производительностью, поэтому эти затраты не будут компенсированы. Так же потребуется использовать трубопроводы с более высокими диаметрами. Это повлечет за собой удорожание все системы и повышение значения тепловых потерь из-за увеличения площадей трубы.

Различают три основных режима циркуляции:

режим с расходом до 30 л/(ч · м2).

режим с расходом более 30 л/(ч · м2).

режим с регулируемым расходом теплоносителя.

Оптимальный расход теплоносителя в солнечных коллекторах.

При проектировании гелиосистемы с принудительной циркуляцией теплоносителя очень важно добиться оптимального значения расхода. Удельный расход должен быть таким, чтобы была обеспечена надежная циркуляция по всему гелиоконтуру и наиболее эффективный теплосъем солнечной энергии. Различные производители указывают различные значения удельного расхода для своих солнечных коллекторов.

Оптимальным значением для гелиосистем с плоскими коллекторами считается значение 25 л/(ч · м²) при полной мощности насоса.

Для некоторых типов вакуумных трубчатых солнечных коллекторов (коллекторы с прямоточным каналом) значение 40 л/(ч · м²) считается оптимальным.

Для солнечных вакуумных коллекторов с тепловой трубкой «Heat pipe» значение такое же, как для плоских коллекторов 25 л/(ч · м²).

Что характерно, что с развитием гелиотехники оптимальное значение расхода теплоносителя изменялось, так, например, 5 лет назад для плоских коллекторов оптимальным считалось значение 40 л /(ч · м²).

Наиболее эффективными являются системы с регулируемым (переменным) расходом теплоносителя. Значение расхода устанавливается автоматически посредствам контроллера и зависит от температуры в баке аккумуляторе и уровня солнечного излучения. Контроллер меняет значение расхода от 100% (максимальное значение) до 20%, регулируя в реальном времени мощность, подаваемую на насос, тем самым ускоряя или замедляя циркуляцию теплоносителя.

Однако в системах с использованием трубчатых солнечных коллекторов с прямоточным каналом режим с регулируемым расходом не рекомендуется, поскольку это нарушает равномерную циркуляцию теплоносителя через солнечный коллектор. При сложной гидравлической схеме коллекторного поля с несколькими параллельно подключенными коллекторными группами режим с регулируемым расходом требует особо точного проектирования и настройки.

На российском рынке сейчас достаточно большое количество незамерзающих теплоносителей. Но, не все теплоносители одинаково полезны. Дело в том, что химический состав большинства теплоносителей очень вреден как для котлов, так и для резиновых прокладок в системе. Со временем уплотнения начинают разъедаться, и зарастают накипью. Чтобы таких проблем не было Производственная компания «АНДИ Групп» рекомендует использовать Теплоноситель Antifrogen SOL HT компания Clariant – мирового лидера в области специализированных химических реагентов.

Antifrogen SOL HT / Антифроген SOL HT
Готовый к применению теплоноситель с антифризными и ингибирующими свойствами для солнечных систем отопления, работающих при повышенных тепловых нагрузках.

Заинтересовались?

Для получения подробной информации обратитесь к нам удобным для Вас способом:

solar@andi-grupp.ru +7(495)748-11-76

Источник