CC BY
10СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
SOLAR ENERGY
УДК 662.287:643.334:330.130
ТЕРМОСИФОННЫЕ ГЕЛИОУСТАНОВКИ. ТЕНДЕНЦИИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
В.А. Бутузов1, Е.В. Брянцева2, В.В. Бутузов2, И. С. Гнатюк2
1ОАО «Южгеотепло», г. Краснодар, ул. Рашпилевская, 315/1 Тел. (861) 2254183; e-mail: butuzov@newmail.ru 2ООО «Теплопроектстрой», г. Краснодар, ул. Садовая, 223. e-mail: tps_office@mail.ru Заключение Совета рецензентов: 11.09.09 Заключение Совета экспертов: 21.09.09 Принято к публикации: 30.09.09
Половина всех работающих мире гелиоустановок - термосифонные (естественная циркуляция) производительностью 100-300 литров в день. На основании характеристик гелиоустановок 100 ведущих мировых производителей представлены данные 39 конструкций с указанием марки, типа (закрытая, открытая), площади солнечных коллекторов (СК), способа соединения трубок коллектора с листом абсорбера, покрытия листа абсорбера, вместительности и материала бака, материала трубок коллектора и змеевика бака, стоимости и т.п. Современные термосифонные гелиоустановки (ТГУ) отличаются следующими решениями: «голубое» селективное покрытие СК, ультразвуковая сварка абсорбера, эмалированные баки с растворимым анодом, закрытый контур с промежуточным рабочим телом. В России в настоящие время ТГУ не производятся, поэтому мировой опыт имеет большое значение.
Ключевые слова: термосифонные гелиоустановки (ТГУ), солнечные коллекторы, абсорбер, селективное покрытие, прозрачная изоляция, теплоизоляция, корпус, бак, опорные конструкции.
THERMOSIPHON SOLAR PLANTS. TRENDS IN DESIGN IMPROVEMENT V.A. Butuzov1, E.V. Bryantseva2, V.V. Butuzov2,1.S. Gnatyuk2
'"Yuzhgeoteplo", 315/1 Rashpilevskaya str., Krasnodar, Russia Tel. (861) 2254183; e-mail: butuzov@newmail.ru 2"Teploproektstroy", 223 Sadovaya str., Krasnodar, Russia. e-mail: tps_office@mail.ru
Referred: 11.09.09 Expertise: 21.09.09 Accepted: 30.09.09
Half of all working solar plants developed in the world are thermosiphon ones (natural circulation) with a capacity of 100-300 liters per day. On the basis of characteristics of solar plants of 100 leading manufacturers 39 structures are presented: brand, type (closed, open), area of solar collectors (SC), method of pipes connection to the collector absorber sheet, cover sheet absorber, volume and material of the tank, collector tube material and coil tank, cost etc. is indicated. Modern thermosiphon solar plants (TSP) are notable for the following solutions: SC "blue" selective coating, ultrasonic absorber welding, enameled tanks with a soluble anode, closed circuit with an intermediate working fluid. Nowadays in Russia TSP are not produced, therefore the world experience is very important.
В мире продолжается интенсивное строительство солнечных водонагревательных установок (гелиоустановок). При этом около половины из них - термосифонные гелиоустановки с естественной циркуляцией теплоносителя производительностью от 100 до 300 л горячей воды в день. На рис. 1, 2 представлены такие установки для наземного и крышного монтажа. Международный журнал «Sun, Wind Energy» ежегодно опрашивает 100 ведущих производителей термосифонных гелиоустановок и выполняет анализ характеристик около 40 наиболее качественных из них [1, 2].
В статье [1] И.-П. Мейера представлены результаты такого анализа по результатам 2008 г. (таблица). Как следует из таблицы, наиболее полно термосифонные гелиоустановки (ТГУ) представлены фирмами Греции (8 шт.), Турции (4 шт.), Китая (4 шт.).
Статья поступила в редакцию 01.09.2009. Ред. рег. № 595
Рис. 1. Термосифонная Рис. 2. Термосифонная
гелиоустановка для наземного гелиоустановка для монтажа монтажа на скатной кровле
Fig. 1. Thermosiphon solar Fig. 2. Thermosiphon solar plant for ground mounting energy for mounting
on a pitched roof
The article has entered in publishing office 01.09.2009. Ed. reg. No 595
1GG
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
mm
p.
Анализ характеристик термосифонных гелиоустановок ведущих производителей Characteristics analysis of thermosiphon solar plants by leading manufacturers
№ п/п Производитель Марка Год начала производства Тип системы Площадь коллекторов, м2 Соединение абсорбера с трубками Покрытие абсорбера Вместимость бака, л Материал бака Наличие растворимого анода Материал труб в баке и коллекторов Тип монтажа Материал опорных конструкций Расширительный бак гелиоконтура Срок службы установки, лет Срок гарантии на бак, лет Нормы контроля и тестирования Цена завода, евро
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Греция
1 Сalpak Calpak 300/4GA 2008 закр. - лазерная сварка (лазер.) гол. 300 эмал. да медь любой алюм. нет 20-25 2 EN 12976 230 0
2 Dimas Sol+ 2005 2,9 ультразвуковая сварка (ультразв.) -"- 200 -"- нерж. сталь крыш./ наземн. сталь с гальв. покр. да 5 3 EN 12975
3 Гелиот! HFPS 200/3 2007 3,0 -"- 200 PVE крыш. -"- нет 20 7 EN 12976 230 0
4 NOBEL Apollon 200/2.6 2008 2,6 лазер. 200 н/ж сталь -"- -"- да >10 2 EN 12975
5 Papaemmanouel Solar Flame 200/BL/ 2.37-14 2006 2,4 ультразв. 150 " " алюм. нет 10 2 EN 12976 480
6 Sammler A 308 1988 4,2 _ 282 " " любой сталь с гальв. покр. -"- 20 2 EN 1297 900
7 Sigma SL200/3 1986 3,0 ультразв. 200 медь крыш./ наземн. сталь с гальв. покр. -"- 15-25 3 EN 12975 100 0
8 Sole Evrostar 150-1T-200 1996 _ лазер. 142 " " " крыш./ наземн. сталь с гальв. покр. да 30 3 EN 12976 _
Турция
9 Derya 200 Lt. Aleyna Matic 2008 закр. 3,6 ультразв. гол. 200 эмал. да пластик/ алю-мин. крыш./ наземн. сталь с гальв. покр. да 15 EN12975 570
10 Ezinc KG 170 1992 2,3 / 4,6 ультразв. /обжим 170 -"- -"- нерж. сталь крыш. сталь с гальв. покр. 15-20 2 -
11 Ouraset Solar Asset 302 CL 2005 4,2 ультразв. - -"- -"- медь -"- -"- 10 2 2100
12 Solipeks TS M 1997 - 150 200 сталь да медь плоск. крыш. алюм. 15 - - -
Италия
13 Kloben EVO 170/ EVO 260 2008 - 2/3 - - 170 260 сталь н/ж да - любой сталь с гальв. покр. - - 5 EN 12976 2500
14 MTS Group 150-1 TOP-2M 2005 закр. - ультразв. гол. 150 -"- медь крыш. -"- нет 25 EN12976 EN12975 2000
15 Sunerg HE 3002T, KF 3002T 1994 - - 300 стекло, эмаль -"- -"- алюм. да 20 2 - 2300
1
И £
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
101
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Китай
16 Himin - 2005 закр. - - ro^. 100-300 н/ж сталь да - крыш. сталь HeT 15 - - -
17 Shentai Solar DAC -15OH 2008 закр. - - ro^. 150 сталь да медь крыш. сталь с гальв. покр. HeT 15 5 Q/STC0 2 -2005 298
18 Sunda - 1991 откр. - - -"- до 1000 н/ж сталь - - крыш./ наземн. - fla 10 8 - -
19 Sunpower SPA high pressure 2002 закр. - - 50-1000 сталь да - любой по просьбе заказчика -"- 25 7 - 100300
Индия
20 Emmvee - - - 2 ультразв. гол./ чер. 100200 н/ж сталь/ сталь да н/ж сталь крыш. сталь с гальв. покр. 18 0,5 BIS -
21 Kaushal 300 lpd Day-Nite Model 2003 закр. 4,2 чер. хром. 2х146 сталь медь плоск. крыш. -"- HeT 15 8 820
22 Kotak Urja Polusol Plus 2008 2-6 -"- 100300 EPDM каучук -"- -"- fla 10 1 - 4200
Бразилия
23 Colsol Colsol 1982 откр. 6 обжим чер. покр 500 сталь нет медь крыш. сталь с гальв. покр. нет >28 >2 Jnmetro 1300
24 Enalter Simsol 2004 -"- сварка -"- 200 -"- да " -"- -"- " 20 20 600
25 Heliotek ECO 200 AP 2006 откр. закр. ультразв. 200 -"- резина /медь любой да 15
Германия
26 Bosch Thermo- technik TS 150-1/TS 200-1/TS300-1 2007 закр. 2,37/ 4,74 ультразв. чер. хром / чер. покр. 150, 200, 300 эмал. да резина /н/ж сталь крыш. алюм. fla 15 1 EN12976 EN12975
27 Sunset Schwer-kraftsus-ten 1 2003 - лазер. гол. 120 эмал. да медь/ пластик н/ж сталь HeT 20 2 SABS/ SANS 1000 1500
Испания
28 Jbersolar 282L/2 collectors 2008 закр. 3,8 лазер гол. 282 эмал. да н/ж сталь крыш. сталь с гальв. покр. да 20 0.5 - 2492
29 Promasol CHI _ -"- пайка -"- 150, 200, 300 -"- -"- медь -"- сталь с гальв. покр. -"- 15 - - -
30 Termicol Energia T 300 A 2007 закр. у/з гол 300 эмал. да медь крыш. гальв. да - - - 2500
Израиль
31 Chromagen Chromage n 150/200 2008 закр. 2/ 2.5 ультразв./ лазер/ обжим ro^ 150 200 эмаль да нерж. сталь/ медь. крыш. сталь с гальв. покр. HeT 15 3 EN 12976 1.500
32 Rond Rond 200 2004 -"- _ ультразв. Hep. xpoM 150 медь -"- fla 15 - - -
Южная Африка
33 Solardome Solardome 200l 1989 закр. 3 ультразв. Hep. xpoM 200 медь HeT медь любой сталь с гальв. покр. fla 30 SABS 1400
34 Suntank Suntank 1999 откр. закр. 1,5 обжим ro^. 300 эмаль fla медь крыш. н/ж сталь HeT 20 2 SABS/ SANS 1000 -1400
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
И .- -_ i-' > <S9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Малайзия
35 Solar Reserch Design Mucrosolar Coaxial Multivalve 2004 закр. - - гол. 356 264 н/ж нет - любой н/ж нет 15 -20 10 SABS/ SRCC 772
Австрия
36 Greenonetec TS 140 2003 закр. ультраз./ лазер/ гол. 140 н/ж да медь крыш. гальв. нет 20 7 EN 12976 2300
Мексика
37 Modulo AXOLAP 150 2006 откр. ультраз. гол. 150 эмал. да пластик плоск. кровля гальв. 20 10 NMX-ES -001 580
Австралия
38 Solahart 302 kf 1983 закр. 3,8 точ. сварка чер. хром 300 эмал. да медь любой гальв. алюм. нет 20 5 EN12976
Барбадос
39 Solar Dynamik SDL 8033 1990 откр. 3,1 эл. сварка - 250 эмал. да - крыш. ал. - 15 -20 4 -5 Florida solar Energy Centr 1059
Современные ТГУ отличаются применением следующих технологических решений: «голубые» селективные покрытия солнечных коллекторов (СК) (метод РУО осаждения паров в вакууме), соединение теплопоглощающих панелей СК с трубками ультразвуковой сваркой, эмалированные баки для воды с растворимым анодом, закрытый гелиоконтур с промежуточным рабочим телом.
В общем объеме продаж ТГУ преобладают СК с голубым покрытием (рис. 3). При этом в высококачественных СК преобладают голубые покрытия, в низкокачественных - лакокрасочные покрытия (рис. 4).
Рис. 3. Пропорции продаж солнечных коллекторов с голубым селективным покрытием: по горизонтали -число производителей; по вертикали - доля СК с голубым
покрытием в общем объеме продаж Fig. 3. Sales proportions of solar collectors with blue selective coating: horizontally - the number of producers; vertically - the SC with a blue coating share to the total sales
Рис. 4. Соотношение различных видов покрытий в высоко- и низкокачественных солнечных коллекторах Fig. 4. Ratio of various coatings types in high- and low-quality solar collectors
Анализ методов изготовления теплопоглощающих панелей показал, что преобладает технология ультразвуковой (57%) и лазерной сварки (16%) (рис. 5). 80% термосифонных гелиоустановок выполняют с закрытым контуром циркуляции. Из 30 гелиоустановок с закрытым контуром циркуляции теплоносителя только половина (16 шт.) имеют расширительные баки. Большинство гелиоустановок - 22 шт. (56%) имеют бак из эмалированной стали и оборудованы растворимым анодом (85%). Следующей группой являются баки из нержавеющей и обычной стали (7 и 8 шт. соответственно). На рис. 6 представлены доли их продаж. На рис. 7 представлена структура видов материалов баков.
S §
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
103
Рис. 5. Технологии изготовления теплопоглощающих
панелей коллекторов Fig. 5. Technology for heat-absorbing collector panels manufacturing
Рис. 6. Соотношение открытых и закрытых систем ТГУ в объеме продаж Fig. 6. Ratio of closed and open TSP systems in sales
плуатации находятся отдельные экземпляры. В предыдущие годы термосифонные гелиоустановки малыми партиями производили: Ковровский механический завод (КМЗ) (Ковров, Владимирская область), фирма «Конкурент» (Жуковский, Московская область), НПО «Машиностроение» (Реутово, Московская область) [7]. Гелиоустановка КМЗ (рис. 8) состояла из двух солнечных коллекторов (СК) и прямоугольного бака вместимостью 160 л. СК размерами 900х960х106 мм, теплопоглощающая панель из латунной трубки со стальным оребрением, окрашенная черной селективной краской. Стекло - обычное, толщиной 3 мм. Материал теплоизоляции - полости из пергамина. Корпус выполнен из стального профиля. Бак изготовлен из нержавеющей стали, теплоизолирован прозрачным сотовым поликарбонатом толщиной 30 мм. Схема гелиоустановки открытая. В баке установлен поплавковый регулятор уровня. В комплект поставки входят опорные конструкции для наземной установки или для монтажа на плоской кровле, бак, соединительные шланги. Общая масса гелиоустановки - 150 кг.
Рис. 7. Структура видов материалов баков Fig. 7. Structure of tanks materials types
При изготовлении СК и змеевиков в баках преимущественно применяются медные трубы (19 ТГУ) и трубы из нержавеющей стали (7 ТГУ). По типу монтажа термосифонные гелиоустановки выполняют в основном в крышном исполнении (25 ТГУ), для любого способа монтажа - 8 шт. ТГУ, для крышного и наземного - 5 шт. Опорные металлоконструкции большинства гелиоустановок имеют гальваническое покрытие. Гелиоустановки всех европейских, турецких и израильских производителей соответствуют нормам Евросоюза [3, 4, 5, 6].
При общей площади работающих в мире гелиоустановок 140 млн м2 в России пока эксплуатируется не более 15 тыс. м2. При этом ТГУ в настоящее время российскими заводами не производятся и в экс-
Рис. 8. Гелиоустановка Ковровского механического завода Fig. 8. Kovrov engineering works solar plant
Фирма «Конкурент» (с 2001 г. - «Радуга-Ц») выпускала гелиоустановку «Радуга-2М», состоящую из двух СК и бака вместительностью 200 л. СК размерами 1830х630х100 мм имели штампованную тепло-поглощающею панель из нержавеющей стали с селективным покрытием, стекло - упрочненное с низким содержанием железа. Теплоизоляция выполнялась из базальтового фольгированного волокна, пенополиуретана. Корпус и тыльная сторона коллектора изготавливались из алюминиевых сплавов. Прямоугольный бак выполнялся из нержавеющей стали и теплоизолировался пенополиуретаном, имел встроенную теплоприемную панель, в которую поступал теплоноситель от СК (закрытая схема гелио-контура). Бак был оборудован регулятором подпитки, электронагревателем мощностью 1,6 кВт и терморегулятором. В комплект поставки входили: опорные конструкции СК, соединительные шланги, об-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (77) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
щая масса гелиоустановки - 83,5 кг. НПО «Машиностроение» выпускало одноконтурные гелиоустановки (открытая схема) производительностью 80 л (один СК) и 120 л (два СК). Применялись СК двух типов, различавшихся материалами теплопоглощающей панели: из нержавеющей стали и алюминия. Перспективы российского рынка гелиоустановок определяются ростом цен на органическое топливо и мерами правительства по развитию энергоснабжения на основе возобновляемых источников энергии. Необходимо также существенно переработать устаревшие нормы проектирования гелиоустановок [8], разработать российский государственный стандарт на конструкцию и методы испытаний термосифонных гелиоустановок по аналогии с европейскими, а также построить в России сертифицированный испытательный центр.
Список литературы
1. Meyer J.-P. Blue, closed and safe // Sun, Wind Energy. 2009. № 3.
2. Meyer J.-P. Quality standards are rising // Sun, Wind Energy. 2008. № 1.
3. EN 12975 - 1. Установки солнечные тепловые и их компоненты. Солнечные коллекторы. Часть 1. Общие требования.
4. EN 12975 - 2. Установки солнечные тепловые и их компоненты. Солнечные коллекторы. Часть 1. Методы испытаний.
5. EN 12976 - 1. Установки солнечные тепловые и их компоненты. Установки, изготовленные в заводских условиях. Часть 1. Общие требования.
6. EN 12976 - 2. Установки солнечные тепловые и их компоненты. Установки, изготовленные в заводских условиях. Часть 2. Методы испытаний.
7. Бутузов В.А. Гелиоустановки горячего водоснабжения малой производительности // Промышленная энергетика. 2002. № 7.
8. Нормы проектирования. Раздел «Установки солнечного горячего водоснабжения». ВСН 52-86 / Госгражданстрой СССР. М., 1987.
POWER-GEN INTERNATIONAL 2009 -КРУПНЕЙШАЯ В МИРЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ВЫСТАВКА
Время проведения: 08.12.2009- 10.12.2009 Место проведения: США, Лас-Вегас Темы: Электроника и электроэнергетика, Энергетика
POWER-GEN International - крупнейшая в мире энергетическая выставка. POWER-GEN International проводится с
1987 г. ежегодно попеременно в Орландо и Лас-Вегасе. Прошло уже 20 лет с первой выставки, которая прошла в
1988 г. в Орландо, и в 2008 г. она отметила здесь свой юбилей. В 2010 г. выставка пройдет в Орландо 14-16 декабря. Не менее 1250 компаний со всего мира представят всю гамму продукции для выработки электроэнергии более
чем 20000 специалистам из 75 стран мира на выставке POWER-GEN International.
По результатам исследований подтверждается, что выставка POWER-GEN International является крупнейшей в серии аналогичных выставок, проводимых в различных регионах мира, следовательно, POWER-GEN International является единственной ежегодной выставкой, в которой достаточно принять участие, чтобы представить свою продукцию всему миру.
Среди компаний, имеющих возможность принять участие во многих выставках в течение года, 58% принимают участие в POWER-GEN International и 35% из них считают выставку лучшей. Традиционно POWER-GEN International проводится в конце года и подводит итоги всех региональных выставок, прошедших ранее.
Профили выставки POWER-GEN International:
Выработка: поставки топлива, обслуживание и ремонт заводов, новые технологии, гидроэнергия, теплоэлектростанции, защита окружающей среды, сжигание низкокачественных видов топлива, котлы, турбины, генераторы, насосы, клапаны, вентиляторы, воздуходувки, демпферы, заслонки, подшипники, редукторы, муфты, градирни и конденсаторы, компрессоры, оптимизация процесса выработки энергии, возобновляемые источники энергии, системы мониторинга и охраны окружающей среды, фильтры, датчики.
Передача и распределение: мониторинг, измерение, обслуживание, решение проблем снижения потерь, модернизация инфраструктуры, автоматизация, коммуникации, системы передачи информации, программное обеспечение.
МШ
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (77) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
