Солнечные коллекторы или как получить пользу от солнца

Солнечный коллектор это устройство предназначенное для преобразования солнечного излучения в тепло. Солнечная энергия нагревает специально предназначенную для этого поверхность, затем тепло собирается жидкостью и передается для дальнейшего использования.

Оно может являться как частью энергосберегающей установки, так и основным источником тепловой энергии.

В настоящее время солнечный коллектор не имеет широкого распространения, как со стороны спроса, так и с предложения. Само по себе это устройство – не нова, его история уходит в далекий 18 век. Отсутствие широкого спроса обусловливается ограниченностью условий его установки. Географическая расположенность является основным фактором.

Продолжительность солнечного сияния в России.

солнечные энергоресурсы России

Чем больше продолжительность солнечного сияния, тем эффективнее работает солнечный коллектор (больше энергии он генерирует) и тем быстрее происходит его окупаемость.

Типы солнечных коллекторов

В настоящий момент можно выделить два основных вида солнечных коллекторов, плоский солнечный коллектор и вакуумный солнечный коллектор. Основным отличием плоских солнечных коллекторов от вакуумных солнечных коллекторов является то, что в вакуумных солнечных коллекторах для изоляции нагревающегося солнечной энергией тела от окружающего пространства используется вакуум.

Плоские солнечные коллекторы:

solarcollector2ru

Особенности эксплуатации:

  • Если поверхность коллектора плоская, то количество солнечного излучения, которое на неё может попасть, достигает своего максимума только в полдень, когда солнце находится в зените и его лучи перпендикулярны к поглощающему абсорберу. Утром и вечером солнечные лучи падают на поверхность коллектора под углом и количество поглощаемого солнечного излучения уменьшается. КПД коллектора тоже уменьшается. Есть системы специальных электроприводов, которые позволяют автоматически направлять плоскость коллектора в сторону солнца и отслеживать его перемещение по небосклону в течение всего дня. Однако они имеют сложную систему управления, требуют энергии для своей работы и стоят неоправданно дорого. Поэтому в частном строительстве они практически не применяются.
  • Как было сказано, в зимнее время установленные на скате кровли плоские коллекторы могут быть занесены снегом, что требует их постоянной очистки.
  • В сухое время поверхность коллектора будет запыляться,
  • Во время грозы с резкими порывами ветра коллектор вообще может быть сорван с креплений, так как его большая площадь обладает высокой парусностью.

Вакуумные солнечные коллекторы:

soln_kol_2

В основе конструкции вакуумного солнечного коллектора заложена трубчатая система изоляции медного абсорбера. Тут каждая медная трубка вставлена в запаянный по концам стеклянный сосуд цилиндрической формы и имеет свою собственную изоляцию. Причём, как видно из названия, теплоизолирующим материалом в таком коллекторе служит вакуум. Он совсем не проводит тепла, поэтому полностью исключает потери на конвекцию и теплопроводность и, таким образом, сводит общие тепловые потери коллектора к минимуму.

Это позволяет обеспечить высокий и стабильный КПД коллектора даже при слабом рассеянном солнечном излучении в облачный день, а также при отрицательной температуре наружного воздуха.

Поэтому вакуумные солнечные коллекторы производят в среднем на 30-40% больше тепловой энергии в течение года по сравнению с другими типами коллекторов.

Стеклянные трубы вакуумных коллекторов позволяют солнечным лучам всегда падать на приёмную поверхность медных трубок под прямым углом, сводя отражения к минимуму. При первых лучах солнца ранним утром, или днём, когда солнце нестерпимо палит, или вечером, на закате, — всегда теплоносная жидкость в коллекторе будет нагреваться постоянно, с одинаковой интенсивностью. Даже при сильной облачности или во время дождя коллектор будет снабжать дом тёплой водой.

Трубки вакуумного коллектора выполнены из ударопрочного стекла, способного выдержать удары града даже большого размера или падение коллектора с небольшой высоты. Все части коллектора, контактирующие с теплоносителем, выполнены из высококачественной меди.

Тем не менее стеклянные трубки имеют тонкие стенки — за счёт минимальной толщины стенок стеклянных трубок вакуумные коллекторы обладают наименьшей тепловой инерцией. Благодаря этому вакуумный коллектор намного быстрее освобождается от оледенения, инея, снега.

Приходя в рабочее состояние практически сразу на рассвете, он начинает производить горячую воду, в то время как плоские коллекторы все ещё простаивают.

Вакуумные солнечные коллекторы имеют два основных исполнения – это с прямой теплопередачей воде (бутылка) и с термотрубками (термос).

Вакуумные солнечные коллекторы с термотрубками (термос)

4

Конструкция вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Внутренняя труба покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует (поглощает) солнечную энергию а вакуум препятствует потерям тепла. Медная трубка запаяна и содержит небольшой объем легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура (незамерзающей жидкости). Конденсат стекает вниз, и процесс «испарения–конденсации» повторяется. Данная трубка устойчива к замораживанию и работоспособна без повреждений до -50°С. Испарение жидкости начинается при достижении температуры внутри трубки +30°С. При меньшей температуре трубка «запирается» и дополнительно сохраняет тепло. Такие трубы функционируют и в пасмурную погоду, и при отрицательной температуре, они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло.

Вакуумные солнечные коллекторы с прямой теплопередачей воде

225b1cca8e3a602b12d58fd9090139d6

В таких системах стеклянные вакуумные трубки и бак накопитель монтируются на одну раму под углом 40-60 градусов. Трубки входят непосредственно в накопительный бак через уплотнительное резиновое кольцо. Вода нагревается в вакуумных трубках и, в следствие естественной циркуляции, более горячие слои жидкости поднимаются в бак. Горячая вода из бака используется на бытовые нужды. Такие системы работают без давления. Подключение к водопроводу производится через запорный клапан, который поддерживает уровень воды в баке, по такому же принципу, как и в бачке унитаза. Т.к. в качестве теплоносителя используется вода, такие коллекторы называют сезонными. В европейской части России их можно использовать в период с апреля по сентябрь, т.е. до наступления ночных заморозков.

Преимуществами коллекторов данного типа являются простота, высокий КПД (до 95%), низкая стоимость и полная энергонезависимость.

Принцип работы

otoplenie-solnechnymi-kollektorami

Теплоноситель (вода, воздух или антифриз) нагревается, циркулируя через коллектор, а затем передает тепловую энергию в бак-аккумулятор, накапливающий горячую воду для потребителя.

В простом варианте циркуляция воды происходит естественно из-за разности температур в коллекторе и баке-аккумуляторе, который располагается выше.

В более сложном варианте коллектор имеет свой контур, заполненный водой или антифризом. В контур включается насос для циркуляции теплоносителя. Бак может располагаться как непосредственно рядом с коллектором, так и внутри здания.

В тех случаях, когда солнечной энергии недостаточно, температуру воды на нужном уровне поддерживает дополнительный электрический нагревательный элемент, который устанавливают за баком-аккумулятором. Такое решение позволяет повысить эффективность солнечной установки, поскольку КПД солнечного коллектора снижается с ростом температуры теплоносителя.

Бывают и солнечные водонагревательные установки аккумуляционного типа, в которых отсутствует отдельный бак-аккумулятор, а нагретая вода сохраняется непосредственно в солнечном коллекторе.

Что же нам даст установка солнечного коллектора

Существенное уменьшение затрат на горячее водоснабжение, обогрев дома или любого другого здания  Использование солнечных коллекторов дает возможность уменьшить затраты в год: на нагрев воды — на 60%, на отопление — на 30%!

Оптимизация и уменьшение эксплуатационных затрат  при отоплении зданий и обеспечении потребителей горячей водой в случае перебоев в электро- и газоснабжении, т.к. система является автономным источником тепловой энергии.

Увеличение срока службы основной или вспомогательной отопительной системы: уже имеющегося бойлера или газового котла  в 2 раза, т.к. дает возможность до 97% уменьшить его нагрузку на существующую систему;

Возможность интегрирования в существующую систему теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Сохранение природы и экологии в целом, защита здоровья людей за счет отсутствия загрязнения окружающей среды.

 Справочный материал: Пособие по проектированию и расчету гелиосистем

Видео по теме:

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


пять + 1 =

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>