Автор: Солнечный коллектор — устройство, которое предназначается для поглощения солнечной энергии, которую выделяет видимое и ближнее инфракрасное излучение, для грядущего изменения ее в пригодную для использования людьми тепловую энергию. Многие умельцы с примитивными техспособностями могут попытаться создать солнечный коллектор собственными руками для бытовых нужд.
Использование коллекторов
Солнечные коллекторы в основном нужны для приготовления горячей воды, также такие устройства можно использовать в системах обогрева. Экономия при использовании солнечных коллекторов составляет до 30% в течении года.
Во многих случаях солнечные коллекторы устанавливают неподвижно, а угол наклона выбирают в зависимости от основного назначения устройства. При установке коллектор пытаются ориентировать в сторону юга, первым делом взяв во внимание местный рельеф. Рекомендуют воздерживаться от ориентации на юг не более чем на 30° — тогда и кол-во выработанного тепла будет в пределах нормы.
Солнечные коллекторы будут максимально эффективными, если угол падения солнечных лучей как правило составит 90°.
Но в течение дня Солнце описывает над нами дугу, а в разные времена года — также и поднимается на разную высоту. Вследствие этого великолепным был бы вариант, когда солнцеприемное устройство вращалось бы вслед за движением Солнца, чтобы его лучи падали постоянно под прямым углом. Технически это вполне возможно, и такие системы выполняют, однако цена конструкции подобного типа очень высока и оправдается она не скоро.
Принцип работы солнечной водонагревательной установки
Самые популярные солнечные коллекторы выполняются следующие фирмы: «Buderus», «Vaillant», «Viessmann» и другие.
Плоские солнечные коллекторы
Плоские солнечные коллекторы — самый распространенный вид солнечных коллекторов, которые используются в бытовых водонагревательных и отопительных системах.
Во многих случаях это теплоизолированные металлические ящички со стеклянной или пластмассовой крышкой, в которых помещена пластина абсорбера (поглотителя). Застекление может быть прозрачным или матовым. В плоских солнечных коллекторах во многих случаях используют стекло на матовой основе с низким содержанием железа (оно пропускает большую половину солнечного света, поступающего на коллектор).
Панели плоского солнечного коллектора Солнечный свет попадает на теплопринимальную пластину, а благодаря остеклению становятся меньше потери тепла. Дно и стенки по обоим бокам коллектора накрывают теплоизоляционным материалом, что дополнительно снижает теплопотери. Пластину абсорбера во многих случаях покрывают краской в черный цвет (темные поверхности съедают больше солнечной энергии, чем светлые).
Солнечный свет идет через застекление и попадает на поглощающую пластину, которая нагревается, преобразовывая солнечную радиацию в тепловую энергию. Это тепло подается теплоносителю — воздуху или жидкости, циркулирующей по трубкам. Так как немалое число черных поверхностей все же отображает около 10% радиации, некоторые пластины-поглотители обрабатывают специальным селективным покрытием, которое лучше держит поглощенный солнечный свет и служит дольше, чем обычная черная краска.
Селективное покрытие, которое используется в коллекторах, состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесённого на металлическую основу. Селективные покрытия отличительны высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и маленьким показателем излучения в длинноволновой инфракрасной области. Поглощающие пластины во многих случаях выполняют из металла, прекрасно проводящего тепло (например, меди или алюминия).
Медь дороже, но лучше пропускает тепло и менее всего подвержена к коррозийным явлениям, чем алюминий. Пластина-поглотитель солнечного коллектора должна иметь высокую теплопроводность, чтобы с маленькими теплопотерями передавать воде накопившуюся энергию. Плоские солнечные коллекторы делят на жидкостные и воздушные. Несколько видов солнечных коллекторов бывают застекленными или незастекленными.
Плоский солнечный коллектор в разрезе Теплоизоляция снижает потерю тепла на солнечных коллекторах и повышает их результативность. Толщина минеральной изоляции от 2 до 6 см в зависимости от модели.
Плоские солнечные коллекторы применяются чтобы нагреть воду для бытовых нужд, подогрева воды в бассейне или отопления в доме. Коллекторы предоставляют возможность удачно использовать солнечную энергию даже осенью и во время зимы.
Система плоского солнечного коллектора на крыше
Большинство моделей плоских солнечных коллекторов можно ставить в крышу дома, образовывая общую систему с покрытием для крыши.
Плоский солнечный коллектор устанавливают на крыше, а накопляющий бак с водой устанавливают в помещении, удобном для разведения сети горячей воды (котельная, санузел и т.п.). Бак и коллектор соединены трубами, циркуляцию обеспечивает комплексная гелиостанция, в баке можно поставить электрический нагреватель (моновалентный бак) или использовать дублирующий нагревательный контур (бивалентный бак) от имеющегося теплогенератора, за водной температурой следит электронный контроллер. Солнечный коллектор копит солнце в любую погоду, независимо от внешней температуры, показатель поглощения энергии составляет 96%. Коллектор устанавливают под угол 30-50° непосредственно на крыше построек так, чтобы рекомендуется использовать площадь крыши для собирания энергии.
Для поддерживания отопления в системе применяют буферный бак — автоматизированную систему изменения, поддержания и сбережения тепла, полученного от энергии солнца, и также от других источников энергии (например, традиционный котел, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые поддерживают систему при недостаточном количества излучения солнечного света. Нагретую от доступных источников тёплую воду используют в виде носителя тепла для существующей системы отопления. Контроллер автоматично поддерживает образцовые параметры циркуляции и обеспечивает удобную заданную температуру. При отсутствии достаточной активности солнечного света или в ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение добавочной энергии для поддерживания заданной температуры внутри помещения. Система имеет малую инерционность, быстро выходит на рабочий режим и позволяет обеспечить среднегодовую экономию источников энергии до 50%.
Плюсы плоских солнечных коллекторов
- возможность использования системы как основного (для регионов с достаточной активности солнечного света) и добавочного источника энергии для отапливания;
- продуктивны для умеренного и холодного климата, работающих при температуре до -50° С и низкой интенсивности потока радиации солнечного света;
- большое количество схем подключения для удовольствия различных потребностей;
- их легко встроить в присущие системы горячего водоснабжения и отопления;
- расположение бака и оборудования не требует площадей крупного размера;
- высокая производительность.
Вакуумные солнечные коллекторы
Вакуумные коллекторы греют воду до 300° благодаря уменьшению потерь тепла, которое сберегается благодаря многослойному стеклянному покрытию, герметизации и созданию вакуума непосредственно в самом коллекторе.
Почти что солнечная тепловая труба имеет строение, аналогичное бытовому термосу. Только внешняя часть трубы прозрачная, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, которое улавливает солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой — вакуум. Именно вакуумный слой дает возможность сохранить около 95% получившейся энергии тепла.
Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах применяют тепловые трубки, которые выполняют роль проводника тепла. При облучении установки дневным освещением жидкость, что есть снизу трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пар поднимается в верхнюю часть трубки (конденсатор), где, конденсируясь, сообщает тепло коллектору. Использование такой схемы позволяет добиться большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) в рабочий период при невысокой температуре и недостаточной освещенности.
Нынешние домашние солнечные коллекторы способны разогреть воду до температуры кипения даже при минусовой находящейся вокруг температуре.
Системы, построенные на вакуумных солнечных коллекторах, могут обеспечить населению до трети энергии, необходимой для отапливания осенью или весною и до 60% удовлетворить надобность в горячей воде.
Принцип работы вакуумных солнечных коллекторов
Покрытие вакуумных трубок селективно абсорбирует солнечную энергию и видоизменяет ее в тепло. Теплопередача делается опосредованно — от теплообменного стержня через гильзу теплообменника к воде в одном резервуаре. Комплект имеет вакуумные трубки, внешний бойлер, контроллер и стабильный монтаж.
Солнечные системы — это системы с принудительной циркуляцией. Для обеспечения циркуляции между коллекторным узлом и водным резервуаром система оснащена насосной группой, управляют которой с помощью двосенсорного контроллера. Тепло от вакуумной трубки подается теплопроводной жидкости в коллекторный трубопровод и двигается в закрытом кругу, отдавая тепло воде через серпантин, встроенный в водном резервуаре.
Панели вакуумного солнечного коллектора на склоне крышиСолнечный водонагреватель электрический накопительный с вакуумными трубами удачно работает даже в пасмурные дни, ввиду того что вакуумные трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят сквозь облака.
Если есть наличие солнечных лучей (прямых, рассеянных) поглощение тепла происходит в медной трубке, которая расположилась в середине вакуумной трубы. Благодаря изоляционным свойствам вакуума, воздействие ветра и низких температур на работу системы также несущественно по сравнению с плоским солнечным коллектором. Система с вакуумным солнечным коллектором прекрасно работает при температуре до -35° С.
Вакуумные трубы круглые, благодаря чему кол-во излучения солнечного света, попадающего на коллектор, не меняется в течение дня. Вследствие этого общее кол-во излучения солнечного света, поглощенного вакуумным солнечным коллектором, больше по сравнению с плоским. Форма труб в солнечных системах отопления обеспечивает хорошую уровень поглощения, так как солнечные лучи всегда падают на ее поверхность под прямым углом, сводя отражение к минимуму. Трубы уложены в солнечном водонагревателе параллельно, угол их наклона зависит от географической широты места установки системы отопления.
Солнечные коллекторы имеют низкопрофильный дизайн, их можно расположить рядом с поверхностью крыши. Трубы вакуумного солнечного водонагревателя черного цвета и отлично сочетаются с крышей разнообразных цветов. Теплопровод гелиоколлектора создан из меди, он в основном имеет соединительные выходы сзади и с боковой стороны. Теплопровод с задним выходом позволяет спрятать трубы за ним. Кроме того, соединение сзади позволяет поставить недалеко два и более солнечных коллекторов. Боковое соединение очень иногда используют в масштабных проектах с целью облегчить воссоединение коллекторов в ряды и сделать меньше перепад давления в водомерном узле.
Высокая цена солнечных коллекторов с тепловыми трубами, совсем недавно была ключевым препятствием для их большого применения. Однако продажа солнечных коллекторов постоянно повышает обороты. Вакуумный солнечный коллектор — это достаточно качественный, неплохой в работе солнечный водонагреватель электрический накопительный, какой имеет высокую теплопроводность. Рациональная рабочая схема солнечных коллекторов и низкие затраты на их производство выполнили их доступными с коротким сроком окупаемости.
Способ монтажа вакуумных солнечных панелей на плоской крыше.Закрытый и незамкнутый контуры
В гелиосистемах с замкнутым контуром, по большей части, используют теплообменник, который может располагаться как внутри, так и с наружи бака-аккумулятора горячей воды. Солнечный коллектор с незамкнутым контуром активно используется в тёплых зонах климата, где нет опасности замерзания. Вакуумные солнечные коллекторы подходят как для закрытых, также и для открытых систем, так как выполняют функции контроля давления, температуры, и защищают от замерзания.
Циркуляционный насос
Солнечный коллектор не имеет встроенного бака-аккумулятора, и теплопровод вмещает достаточно небольшое кол-во носителя тепла (около 2 л для коллектора на 30 вакуумных труб). Чтобы теплоноситель циркулировал от гелиоколлектора в накопляющие емкости и обратно, необходимо использовать циркуляционный насос. Байпасом, по большей части, управляет солнечный контроллер с датчиками. Быстрота потока, необходимая для работы большинства солнечных водонагревателей, не будет побольше 2 л/мин, вследствие этого достаточно установить циркуляционный насос ограниченной мощности. Мощные байпасы нужны только в случае объединения нескольких солнечных коллекторов в один контур, или когда циркуляционный насос должен компенсировать потери напора носителя тепла. Перепад давления при не очень большой скорости потока незначителен — всего 700 Па при скорости 3,3 л/мин, вследствие этого это не считается весомым параметром при выборе мощности байпаса вакуумного солнечного водонагревателя.
Результативность
Преимущество солнечных коллекторов заключается в том, что их внутренняя тепловая трубка надежно защищена от потерь тепла. Это означает, что тепло тут же после поглощения поступает в антифриз теплосборника и не выходит в окружающую среду. Такие теплоизолирующего свойства подчеркивают их от солнечных водонагревателей с тепловыми трубами и плоскими солнечными коллекторами. А так как результативность передачи тепла тепловыми трубами очень большая, то вакуумные трубчатые солнечные коллекторы, как видно в расчете, имеют высокую теплопроизводительность весь год.
