Солнечный коллектор – прибор, который поглощает солнечную энергию, выделяемую ближним и видимым инфракрасным излучением. Затем поглощенная энергия преобразуется в пригодную для использования – тепловую.
В основном солнечные коллекторы используются для нагрева горячей воды. Также они достаточно эффективно применяются в отопительных системах, и благодаря им обеспечивается экономия в объеме 30% в год.
Преимущественно приборы устанавливаются неподвижно. Угол наклона определяется, исходя из основного назначения прибора. При монтаже коллекторы стараются ориентировать в сторону юга, учитывая при этом рельеф местности. От ориентации на юг рекомендуют отклоняться не более чем на 30 градусов – тогда количество производимого тепла будет в норме.
Подробнее о солнечных коллекторах...
Максимальная эффективность работы коллекторов достигается тогда, когда угол падения лучей солнца на поверхность прибора составляет 90 градусов.
Однако в течение одного дня Солнце делает дугу над нами, а в разные времена года меняется даже высота. Таким образом, идеальным мог бы быть вариант, если бы солнечные коллекторы вращались вслед за Солнцем, и тогда лучи попадали бы на поверхность под прямым углом, а это, в свою очередь, обеспечивало максимальную эффективность. Технически выполнить это возможно, и подобные системы существуют, но используются очень редко по причине дороговизны конструкции.
На данный момент самыми популярными коллекторами являются модели производителей «DeDietrich» и «Kloben».
Солнечные коллекторы используются для отопления бытовых и промышленных помещений, а также для бытовых нужд и горячего водоснабжения. Самое большое число производственных процессов, где необходима горячая и холодная вода (30-90 °С), сосредоточено в текстильной промышленности, поэтому именно здесь использование данных приборов имеет высокий потенциал.
Преимущества применения солнечных коллекторов:
Условно, все коллекторы можно разделить на вакуумные и плоскопанельные (или просто плоские). Также есть и другие типы данных приборов: солнечные башни, коллекторы-концентраторы, параболические концентраторы, но они не совсем подходят для домашних условий в силу большой цены.
Плоские приборы являются самими распространенными. Обычно они применяются в отопительных и водонагревательных бытовых системах.
Плоские солнечные коллекторы представляют собой металлические теплоизолированные ящики с пластмассовой или стеклянной крышкой. В этих ящиках располагается пластина поглотителя (абсорбера). Остекление бывает матовым или прозрачным. Чаще в плоских коллекторах используют матовое стекло, в составе которого низкое содержание железа. За счет этого большая доля солнечного света поступает на коллектор. Боковые стенки и дно прибора покрывается теплоизоляционными материалами, благодаря чему тепловые потери снижаются. Пластина абсорбера красится в черный цвет (известно, что черные поверхности поглощают намного больше солнечной энергии).
Принцип работы плоского коллектора прост: солнечный свет через остекление попадает на специальную поглощающую пластину. Она нагревается и преобразует солнечную энергию в тепловую. Затем это тепло получает теплоноситель, в роли которого выступает воздух или жидкость, циркулирующая по трубкам. По той причине, что черные поверхности отражают примерно 10% радиации, пластины обрабатывают селективным покрытием. Оно лучше удерживает солнечный свет и служит при этом гораздо дольше обычной черной краски.
Используемое селективное покрытие состоит из тонкого, но прочного слоя аморфного полупроводника на металлической основе. Отличается селективное покрытие высокой поглощающей способностью и низким коэффициентом излучения. Сами поглощающие пластины производятся из металла – меди или алюминия. Выбор в пользу данных металлов сделан с учетом их высокой теплопроводности.
В данном случае медь является более дорогим металлом, однако она меньше подвержена коррозии. Но самый важный показатель – это теплопроводность пластины-поглотителя. Чем он выше, тем меньшими будут теплопотери в результате передачи воде накопленной тепловой энергии. Плоские коллекторы бывают жидкостными и воздушными. Каждый из этих видов может быть остекленным или нет.
Теплоизоляция – обязательный элемент устройства, который повышает эффективность и ограничивает потерю теплоты. В зависимости от модели, толщина изоляционного слоя может варьироваться от 2 до 6 см.
Солнечные плоские коллекторы позволяют создать отопление в доме, подогреть воду в бассейне и для бытовых нужд. С ними солнечная энергия используется весьма эффективно, причем, в любое время года, даже зимой.
Некоторые модели солнечных плоских коллекторов встраиваются в крышу дома, в результате чего образует цельную конструкцию с покрытием – кровлей.
Плоский коллектор монтируется на крыше, бак с водой – в помещении, в месте, удобном для создания сети горячей воды (это может быть санузел, котельная и т.д.).
Коллектор и бак соединяются между собой трубами, а циркуляция обеспечивается за счет комплексной гелиостанции. В баке можно установить электронагреватель либо использовать нагревательный дублирующий контур от теплогенератора. Температуру воды контролирует электронный контроллер. Коллектор накапливает излучение солнца в любую погоду, и внешняя среда при этом роли практически не играет. Коэффициент энергопоглощения составляет 96%. Коллектор устанавливается на крыше здания под углом 30-50 градусов таким образом, чтобы площадь крыши использовалась как можно более эффективно.
С целью поддержки отопления в системе используется буферный бак – автоматизированная система, которая сохраняет и поддерживает теплоту, получаемую от солнца и от иных источников энергии (например, электрический, дизельный или газовый котел). Дополнительные источники уместны в тех случаях, когда энергии солнечного излучения недостаточно. Нагретую теплую воду применяют как теплоноситель для системы отопления. Контроллер самостоятельно поддерживает нужные параметры циркуляции и обеспечивает заданную пользователем температуру. Если солнечной активности недостаточно, то автоматика будет обеспечивать лишь минимальное привлечение дополнительной энергии, которой было бы достаточно для поддержки комфортной температуры в помещении. Система отличается малой инерционностью, достаточно быстро выходит на режим работы и при этом позволяет обеспечить экономию энергоносителей до 50% в год.
Плоские солнечные коллекторы обладают следующими преимуществами:
Вакуумные коллекторы за счет уменьшения теплопотерь нагревают воду до 300 °С. Это возможно благодаря стеклянному многослойному покрытию, созданию вакуума в самом коллекторе и тщательной герметизации.
По сути, тепловая солнечная труба имеет такое строение, как и у бытового термоса. Отличие заключается во внешней части трубы, которая является прозрачной. К тому же, на внутренней трубке нанесено специальное высокоселективное покрытие, усиливающее солнечную энергию. Между внутренней и внешней стеклянной трубкой – вакуум. Именно благодаря ему сохраняется около 95% тепловой энергии.
Кроме того, в солнечных вакуумных коллекторах используются тепловые трубки, выполняющие роль проводников теплоты. Принцип работы данных систем следующий: жидкость, находящаяся в нижней части трубки, при облучении солнцем нагревается и превращается в пар. Этот пар поднимается в верхнюю часть (конденсатор), где конденсируется и передает тепло коллектору. Данная схема позволяет увеличить КПД (по сравнению с обычными плоскими коллекторами) в условиях низкой степени освещенности и низких температур.
Даже при минусовой температуре воздуха солнечные вакуумные коллекторы смогут нагревать воду до температуры кипения.
Эти установки могут обеспечить до трети энергии, необходимой для осуществления теплоснабжения весной или осенью и до 60% удовлетворить потребность населения в горячей воде.
Покрытие вакуумных трубок абсорбирует энергию солнца, а затем преобразовывает ее в тепловую энергию. Осуществляется теплопередача от теплообменного стержня к воде через гильзу теплообменника. В комплект входят вакуумные трубки, контроллер, внешний бойлер и монтаж.
Солнечные системы представляют собой модели с принудительной циркуляцией. С целью создания циркуляции между водным резервуаром и коллекторным узлом применяется специальная насосная группа. Этой группой руководят при помощи двухсенсорного контроллера. Тепло от трубки передается в коллекторный трубопровод теплопроводной жидкости, где происходит ее циркуляция в закрытом кругу. В результате тепло отдается воде через встроенный в водный резервуар серпантин.
Солнечный водонагреватель работает очень эффективно даже в дни низкой солнечной активности – пасмурные дни. Вакуумные трубки, используемые в конструкции, могут поглощать энергию даже тех лучей, которые едва ли проходят через облака, и этим объясняется высокая эффективность.
При наличии прямых или рассеянных солнечных лучей поглощение тепла осуществляется в медной трубке, находящейся в вакуумной трубе. Вакуум, как известно, обладает отличными изоляционными свойствами, и благодаря им влияние низких температур и ветра на работу системы сведено к минимуму, чем не могут похвастаться обычные плоские коллекторы. Система с солнечным вакуумным коллектором отлично работает даже при температуре воздуха до -35 °С.
Вакуумные трубы являются круглыми, поэтому количество излучения, попадающего на коллектор, постоянно с утра и до самого вечера. По этой причине общее количество излучения, поглощенного вакуумным коллектором, всегда больше по сравнению с обычным плоским устройством. Такая форма труб обеспечивает гораздо большую степень поглощения, ведь солнечные лучи всегда под прямым углом падают на поверхность, а отражение при этом сводится к минимуму. Трубы в водонагревателе укладываются параллельно, а угол их наклона всегда индивидуален и зависит от места монтажа системы и географической широты.
Коллекторы характеризуются низкопрофильным дизайном, поэтому их можно размещать вблизи от поверхности крыши. Трубы солнечного вакуумного водонагревателя обычно черного цвета, поэтому они сочетаются почти с любой крышей. Теплопровод геоколлектора изготавливается из меди, и он имеет соединительные входы сбоку или сзади. При использовании теплопровода с задним выходом трубы за ним можно спрятать. К тому же, соединение сзади дает возможность практически вплотную расположить несколько коллекторов. Боковые соединения обычно применяются в крупных проектах. Это уместно, когда нужно снизить перепад давления в трубопроводе и облегчить объединение систем в ряды.
Трубки коллектора, ориентированные с севера на юг, движутся за солнцем в течение целого дня. Они практически не нуждаются в обслуживании. При этом вакуумные коллекторы достаточно легко ремонтируются: если на то будет необходимость, трубка заменяется быстро и без остановки водонагревателя. Также вакуумные трубки при недостатке тепла можно добавлять или снимать, тем самым увеличивая или уменьшая площадь коллектора.
Солнечные вакуумные коллекторы отлично снабжают дом отоплением и горячей водой, отапливают теплицы, подогревают бассейны. В целом работа гелиосистемы проста с точки зрения обслуживания и эксплуатации.
Вакуумные коллекторы стоят дорого, и это является основным препятствием на пути широкого использования. Однако продажа данных систем набирает обороты постоянно. Вакуумный солнечный коллектор – это надежный и качественный солнечный водонагреватель с высокой степенью теплопроводности. Можно утверждать, что рациональная схема работы данных систем и небольшие затраты на производство сделают их доступными на рынке в скором времени.
Гелиосистемы могут быть с замкнутым и незамкнутым контуром. В первых используются теплообменники, размещаемые внутри или снаружи бака с горячей водой. Коллектор с незамкнутым контуром применяется в теплых климатических зонах, где опасность замерзания отсутствует. Солнечные вакуумные коллекторы отлично подходят как для открытых, так и для закрытых систем, поскольку контролируют температуру, давление и при этом обеспечивают защиту от замерзания.
Солнечный коллектор не оснащается встроенным баком-аккумулятором, и теплопровод вмещает небольшое количество теплоносителя (2 литра для коллекторов с 30 вакуумными тубами). Дабы обеспечить циркуляцию теплоносителя в аккумулирующие емкости от геликоллектора и обратно, нужно использовать циркуляционный насос. Чаще всего этим насосом руководит контроллер с датчиками. Скорость потока, оптимальная для многих водонагревателей, обычно не превышает 2 л/мин, поэтому достаточно буде установки насоса с малой мощностью. При малой скорости потока перепад давления будет незначительным – около 700 Па (скорость 3.3 л/мин).
Преимущество применения солнечных коллекторов состоит в том, что их тепловая внутренняя трубка защищена от потерь тепла. Это значит, что после поглощения тепло сразу же попадает в антифриз теплосборника и при этом в окружающую среду не выходит. Подобные свойства теплоизоляции отличают их от моделей с тепловыми трубами и солнечными плоскими коллекторами. И по той причине, что эффективность передачи теплоты тепловыми трубами высокая, то трубчатые вакуумные коллекторы имеют отличный показатель производительности тепло круглый год. Об этом свидетельствуют расчеты.
Copyright © 2024
ООО «Балтик-Компани»
