05.05.2020

Плоский коллектор солнечной энергии – Отопление дома с помощью солнечных коллекторов. Альтернативный источник энергии | ProDomostroy.ru

Содержание

Плоский солнечный коллектор, выбор и сравнение

Солнечные коллекторы являются экологическим способом обеспечить наличие отопления и горячей воды в доме. В отличие от солнечных аккумуляторов коллекторы не накапливают энергию, а сразу нагревают воду для отопления.

Плоский солнечный коллектор на белом фоне

Плоский солнечный коллектор

Плоские коллекторы

Основной деталью плоского солнечного коллектора является абсорбер. Это элемент, который отвечает за сбор энергии из солнечных лучей. Для этого применяют селективное покрытие или просто черную краску. Обычно в роди селектора выступает напиленный оксид титана или чёрный никель.

Сверху абсорбер для защиты от погодных условий закрывают прозрачным защитным покрытием. Его делают из прочного рифленого поликарбоната или закалённого стекла.

Заднюю часть обязательно нужно термоизолировать, чтобы собранное тепло не уходило в окружающее пространство. Для этого всю заднюю панель покрывают теплоизолирующим материалом. Главное, не забыть обработать все щели герметиком, ведь панель должна быть воздухонепроницаемой.

От абсорбера в бак тепло подается с помощью трубок. Иногда в них находится теплоноситель, который просто передает тепло для отопления, например, газ, воздух, специальные жидкости. А в некоторых случаях – это та вода, которую и требуется нагреть в результате.

Плоский солнечный коллектор, установленный на крыше

Плоские солнечные коллекторы

Если бак планируется разместить в доме, то нужно установить также насос, который будет обеспечивать циркуляцию в трубах. Но есть и другой вариант – бак можно поставить выше абсорбирующей панели. Тогда вода будет испаряться, а пар подниматься вверх и конденсироваться в бак.

В моменты, когда нет потерь тепла, плоские солнечные коллекторы могут нагреть воду до 190–210 градусов. Чем больше тепла впитывается из солнечных лучей, тем выше эффективность работы устройства. Поэтому существуют специальные оптические покрытия, которые не отдают тепло в рамках инфракрасного спектра. Благодаря этому сохранение тепла достигает 95% от максимально возможного.

Также очень часто в качестве материала для абсорбера используют листовую медь, ведь у нее высокие показатели теплопроводности. Результаты похуже дает алюминий. Для улучшения КПД применяют паянное соединение, так теплопроводность увеличивается.

Как выбрать плоский коллектор

Каждый плоский солнечный коллектор имеет два основных параметра – цену и качество. При покупке обязательно учитывают оба параметра. Но нужно знать, на что именно обратить внимание.

Плоские солнечные коллекторы, установленные на крышу жилого дома

Плоские солнечные коллекторы, установленные на крышу жилого дома

В первую очередь производители стараются снизить цену на свои изделия, но не в ущерб качеству. Иногда у них это не совсем получается и потенциальным клиентам приходится искать способ исправить ситуацию своими руками.

Цена на коллекторы, как и на любой товар, складывается из ряда составляющих: цены материалов, стоимости рекламы, оплаты сотрудникам, транспортных расходов и многого другого. Ни один производитель не будет сознательно делать хуже качество своей продукции, но иногда небольшие допущения немного ухудшают результат.

Именно поэтому есть разные линейки солнечных коллекторов со своими техническими данными и разной стоимостью. Нужно знать некоторые нюансы, чтобы купить более эффективный прибор, возможно, за ту же цену. Стоит проверять все своими руками.

Заметная разница

Например, нужно смотреть не на площадь поглощающей панели, а на площадь абсорбера. В некоторых случаях габариты панели могут быть больше, чем площадь теплопоглощающего покрытия. Это снижает уровень ожидаемой эффективности от прибора, то есть температуру отопления, например.

Определение площадей плоского солнечного коллектора

Определение площадей плоского солнечного коллектора

Та же проблема со способом сварки. При применении ультразвуковой сварки время создания одного изделия гораздо меньше, что уменьшает и затраты. Но количество передаваемого от поглощателя к теплоносителю тепла зависит от способа соединения. Если трубки прикреплены к полотну абсорбера ультразвуковым способом, то ухудшается уровень передачи тепла для отопления. Гораздо лучше показывает себя паянное соединение.

В некоторых случаях ультразвуковая сварка даже может повреждать материалы, что снижает срок работы прибора, уровень отопления и вообще повышает его амортизацию (в местах такой сварки пропадает селективное покрытие).

Также для ускорения работы прозрачное защитное покрытие могут сделать несъемным, то есть просто приклеить герметиком. Но лучше, если для стекла или поликарбоната будут применяться специальные крепления, которые позволят легко заменить его своими руками в случае повреждения.

Для того чтобы в поглощающей панели сохранялось тепло, теплоизоляцией нужно покрывать не только заднюю стенку, но и боковые. Но это требует ручной работы, что сильно повышает затраты. Поэтому очень часто инструкцией пренебрегают, что повышает отдачу тепла в окружающее пространство.

Стыки теплоотражающего слоя солнечной батареи, скрепляемые алюминиевым скотчем

Стыки теплоотражающего слоя солнечной батареи

Иногда теплоизоляцию не прокладывают только в углах коробки, но это все равно ухудшает КПД прибора. Конечно, в некоторых случаях это можно исправить своими руками.

Некоторые производители, чтобы не тратиться на создание цельной поглощающей пластины, делают перьевой абсорбер. То есть отдельно берутся куски трубки с напаянными пластинками и размещаются внутри короба.

Они не соединяются между собой, что не только уменьшает полезное пространство абсорбера, но и создает пустое пространство, куда зря выходит тепло. Кроме того, на такие перья часто не наносят селективное покрытие, обходятся материалами подешевле. Нужно заметить, что это обычно делают только на маленьких предприятиях.

Мелкие детали

Есть и такие нюансы, которые нельзя заметить, для этого придется провести тщательную проверку.

Например, полотно абсорбера можно делать из разных материалов. Чем выше теплопроводность материала и чем толще полотно, тем больше эффективность работы прибора. Например, у алюминия теплопроводность в два раза меньше, чем у меди.

Также большое значение имеют трубки. Чем ближе они расположены друг к другу, тем лучше теплопроводность.

Системы распределения теплоносителя в цельнолистовых абсорберах

Типы трубок в абсорберах

Очень важно, чтобы трубки по всей своей длине были приварены к полотну абсорбера, таким образом повышается сохранение тепла для отопления. Также нужно обратить внимание на диаметр трубок и их толщину. Чем больше диаметр, тем труднее теплоносителю прогреваться до нужной температуры. Зато толщина стенок трубок должна быть побольше.

А еще есть показатели толщины и плотности теплоизоляции. Плотность должна быть не очень высокой, зато нужна большая толщина. Тогда теплопотери будут минимальными, больше энергии пойдет для отопления. Некоторые производства «забывают» пропитывать теплоизоляцию влагоотталкивающей жидкостью, но это уже не допущение, а преступная халатность.

Толщина прозрачного защитного покрытия все зависимости от того, стекло это или поликарбонат, очень важна. Именно от нее зависит, насколько защищенной будет панель. Возможны разные погодные условия, включая град, также нельзя исключать других ударных воздействий, например, во время грозы. Лучшей толщиной считается 4 мм.

Все вместе эти данные и составляют техническую характеристику изделия.

Плоский солнечный коллектор MFK 001

Плоский солнечный коллектор MFK 001

То есть на эффективность работы плоского солнечного коллектора влияют площадь теплопоглощающего покрытия, толщина теплоизоляции, площадь соединения абсорбера с теплоносителем, герметичность и многое другое.

Кроме того, есть и внешние условия – климат, температура воздуха, окружающая среда (тень или солнечное место) и тому подобное.

Именно поэтому иногда стоит выбрать коллектор подороже, который со временем окупит все затраты. А более дешевые варианты могут быстро испортиться или просто не будут правильно выполнять свои функции.

Как заметить неладное?

Есть некоторые признаки, которые помогут выявить повреждения абсорбера на глаз. В таком случае селективное покрытие не будет работать на полную мощность.

  1. Если на медном абсорбере заметны красно-коричневые полосы, то селективное покрытие в этом месте отсутствует, значит, это ультразвуковая сварка.
  2. Если есть некоторая выгнутость полотна, то соединения были сделаны с помощью пайки. Зато это поможет заметить, как расположены трубки.
  3. Если на алюминиевом абсорбере есть белые полосы, то они указывают на повреждения от ультразвуковой сварки.
  4. Если видны только небольшие светлые точки (алюминиевое полотно), то была применена сварка лазером. Это также разрушило покрытие.

Такие мелочи помогут на глаз понять кое-что из того, что обычному человеку не увидеть без демонтажа прибора.

Вакуумные и плоские солнечные коллекторы

Вакуумные и плоские солнечные коллекторы, установленные на крыше дома

Вакуумные и плоские солнечные коллекторы

Нужно сравнить этих вечных соперников, чтобы сделать правильный выбор. Каждый из них обладает своими недостатками и преимуществами.

Например, плоские коллекторы нет нужды зимой очищать от снега. Кроме вполне очевидных преимуществ от формы, они помогают снегу таять самостоятельно. Вакуумные трубки слишком теплоизолированы для этого. А под снегом коллектор никак не может собирать солнечный свет.

Такой же эффект будет, если трубки в вакуумном варианте потускнеют. Тогда на этом месте вакуумного коллектора снег будет таять, ведь испорченные трубки начнут отдавать тепло вместо того, чтобы забирать.

Плоские солнечные коллекторы хорошо защищены от погодных условий, в частности, от града и других повреждений. Вакуумные модели более подвержены разрушению.

Также плоский вариант гораздо удобнее во время монтажа, демонтажа и ремонта агрегата.

Вакуумный солнечный коллектор Meibes MVK 001

Вакуумный солнечный коллектор Meibes MVK 001

Вакуумные коллекторы требуют определенного наклона для успешной работы, а плоские можно спокойно устанавливать под любым удобным углом или даже менять угол в процессе эксплуатации для более успешного сбора энергии.

Можно сказать, что вакуумные варианты более приспособлены для сбора света зимой, чем плоские. У них высокие показатели сохранения тепла даже при низких температурах. А плоские варианты намного эффективнее собирают тепло при плюсовых температурах и нагревают воду до высоких показателей. Жаль только, что зимой снег закрывает полотно абсорбера и это сводит к нулю его КПД.

Некоторые, отчаявшись найти подходящую модель коллектора, стараются сделать его своими руками. Это сделать очень сложно, ведь создание некоторых деталей требует специальных знаний. Неправильное поведение с материалами может нанести непоправимый вред здоровью. Например, сделать селективное покрытие для абсорбера своими руками практически невозможно.

Плоский солнечный коллектор, сделанный своими руками

Плоский солнечный коллектор, сделанный своими руками

Кроме того, даже если постараться и создать действующую модель, то она будет в лучшем случае покрывать не больше, чем 30% потребностей среднего дома в отоплении и горячей воде. Если дом большой, постоянно высокий расход воды или погодные условия не позволяют, то этот показатель будет значительно меньше. Поэтому большинство выбирает проверенные временем модели от уважаемых производителей – они обходятся дешевле, включая содержание, просты в обслуживании и имеют гарантию качества.

Конечно, непросто сделать выбор солнечного коллектора, каждый вариант обладает своими преимуществами. Главное, выбрать качественную модель, которая будет обеспечивать отопление долгие годы.

Автор: П. Морозов

Особенности плоских солнечных коллекторов | Альтернативные энергии

Солнечная энергия как источник тепла приобретает все большую популярность в связи с попытками компенсировать нехватку ископаемых ресурсов использованием возобновляемых источников энергии.

Задача солнечного коллектора состоит в том, чтобы с минимальными потерями собрать падающее на Землю солнечное излучение, преобразовать его в тепловую энергию и передать конечному потребителю для дальнейшего использования. Есть солнечные коллекторы двух типов, плоские и вакуумные.

Конструкция плоского коллектора

Солнечный коллектор, как и любое другое устройство, не может иметь эффективность равную 100 процентам. Это обусловлено множеством факторов, важнейшими из которых являются, способность поглощать солнечные лучи, преобразовывать их в тепловую энергию, сберегать от потери и передавать конечному потребителю.

Устройство солнечного коллектора плоского типа намного проще вакуумного. Его конструкция представляет собой плоский абсорбер, например тонкую медную пластину, с обратной стороны которой припаивается решетка из большого числа параллельно расположенных медных трубок, соединенных особым образом. Поверхность медного абсорбера для улучшения поглощения солнечных лучей красится черной краской или чернится химическим способом. Черненая поверхность дороже покрашенной, но имеет меньший коэффициент отражения. Медные трубки абсорбера и вся его поверхность с обратной стороны покрываются слоем теплоизолятора для уменьшения потерь тепловой энергии. Собранный абсорбер крепится ко дну теплоизолированного короба изготовленного по размеру пластины. После этого короб накрывается специальным стеклом с высоким коэффициентом светопроницаемости и герметизируется от проникновения воздуха для предотвращения тепловых потерь. Конструкция короба чаще всего изготавливается из алюминия или любого другого металла, но всегда покрывается изнутри толстым слоем теплоизолятора.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом солнечного коллектора с абсорбером плоского типа состоит в том, что вся его поверхность, в отличие от поверхности вакуумного коллектора, принимает участие в поглощении солнечного излучения и преобразовании его в тепло. Кроме того, поверхность плоского абсорбера можно сделать матовой, в отличие от стеклянной поверхности вакуумных трубок. Воздух является довольно плохим изолятором тепла. А поскольку между поверхностью пластины абсорбера и верхней прозрачной крышкой находится именно он, то, естественно, что потери тепла у плоского будут существенно больше, чем у вакуумного коллектора.

Существенным преимуществом плоского коллектора по отношению к вакуумному является то, что его плоская поверхность имеет наименьшую площадь сцепления со снегом, и поэтому он легко соскальзывает на землю. Вообще говоря, снег может создать серьезные препятствия для работы коллектора, если не предпринять специальные шаги по решению данной проблемы. Эффективность работы плоского коллектора, так же как и как вакуумного, зависит от температуры окружающей среды.

Коэффициент полезного действия плоского коллектора при высоких температурах окружающей среды выше, чем вакуумного, так как больше поглощающая поверхность. При снижении температуры воздуха в определенный момент тепловые потери начинают превышать тепловую энергию, вырабатываемую излишком площади, и эффективность сначала сравнивается, а затем начинает понижаться относительно эффективности вакуумного коллектора.

В соответствии с опытными данными КПД плоского коллектора становится меньше чем КПД вакуумного устройства, когда разница температур теплоносителя и воздуха становится больше 40 градусов. Естественно, это очень приблизительные данные, так как на КПД оказывают также влияние осадки и ветер. Повышенные потери тепла при низкой температуре окружающей среды будут препятствовать выпадению инея и намерзанию льда на поверхность коллектора. И наконец, еще одним не менее важным преимуществом является низкая цена изделия.

Перспективы применения

Производитель и модель

TERMOCOPPO 1500

Италия

 

Watt 2020 S Польша

Solar 3000 TF Bosch FCB-1s

Германия

WAGNER KPW 2 Германия

Эффективная площадь

0,34 м2

1,87 м2

1,92 м2

2,02 м2

Площадь

Нет данных

2,04 м2

2,09 м2

2,24 м2

Объем жидкости

0,2 литра

1,2 литра

Нет данных

1,1 литра

Цена

207 $

387 $

736 $

868 $

Плоский солнечный коллектор – это эффективный инструмент для утилизации энергии солнца. Поскольку наибольший КПД он имеет при высокой температуре воздуха, то применять его лучше в летнее время. В последнее время стали появляться прозрачные материалы с отличной светопроницаемостью и в то же время с хорошими теплоизоляционными свойствами, поэтому вероятно на рынке скоро появятся изделия, которые не будут так сильно зависеть от времени года.

Способность плоского коллектора эффективно поглощать и преобразовывать солнечное излучение, можно с успехом применить для использования в составе теплового насоса. Поскольку теплоноситель будет быстро прокачиваться через теплообменную систему абсорбера, то он не будет успевать нагреваться до температуры, при которой потери энергии, происходящие из-за несовершенства теплоизоляции, будут иметь большое значение.

Солнечные коллекторы. Применение солнечной энергии.

 Солнце — источник жизни на планете. Люди с давних пор используют энергию солнца. В теплое время года солнце согревает наши дома, а зимой мы используем источники тепла — древесину, газ, уголь — как аккумулированное тепло солнечной энергии. Современная наука ставит задачу : разработать  механизмы и приспособления, которые менее энергозатратны и имеют высокий КПД для производства тепловой энергии. Наиболее перспективными являются такие технологические разработки, которые позволяют при минимальных затратах возобновлять имющиеся энергоресурсы.  Использование энергии солнца коллекторами, которая неисчерпаема и доступна в любой точке планеты, экологически безопасно и экономически оправдано.   Ведь запасы природного топлива (газа, угля, древесины) ограничены, и, следовательно, дорожают с каждым годом.

Сегодня использование солнечных коллекторов для воспроизводства тепловой энергии не проекты будущего, а действующие и реализуемые программы во многих странах мира. Cолнечные коллекторы в инженерных конструкциях зданий  очень широко используются  в Америке, Австралии, Европе .

Тем не менее, распространено убеждение, что в России и на Украине не целесообразно использовать солнечные коллекторы. Распространено убеждение, что лучший способ использовать солнечную энергию в теплое время года — выкрасить бак с водой в темный цвет, который позволит быстрее нагреть воду, и использовать ее по назначению. Использовать лишь этот способ аккумуляции солнечной энергии — не эффективно и КПД этой системы очень низка! Ведь использовать солнечную энергию можно и зимой.

Хотите, чтобы солнце не только дарило вам свет и тепло, но и экономило ваш бюджет? Соременные научные технологии позволяют это!

Слнечные системы для обогрева воды успешно могут быть применены для обогрева жилых домов, коттеджей, гостиничных комплексов, предприятий, промышленных объектов.

Использование солнечных коллекторов позволит решить вопросы:

— обеспечение горячего водоснабжения в автономном режиме

— отопление жилых и производственных помещений

— обогрев воды в бассейнах

— обеспечит  технической водой нужного теплового режима

Солнечные коллекторы аккумулируют природную энергию солнца с максимальной эффективностью. Принцип работы солнечного коллектора основан на так называемом «парниковом эффекте». Солнечные лучи проходят в замкнутое пространство, превращаются в тепловую энергию, где она накапливается и сохраняется длительное время. При этом солнечные коллекторы спроектированы так, что обратно аккумулированная тепловая энергия не может пройти сквозь прозрачную установку. В основе гидравлической системы, предусматривающей использование солнечных коллекторов, используется термосифонный эффект. Принцип действия прост —  жидкость при нагревании вытесняет более холодную воду, тем самым заставляет ее двигаться к месту обогрева.

Существуют разные формы солнечных коллекторов по форме, устройству поглощающих поверхностей,  по способу аккумуляции солнечной энергии. Объединяет их — экологическая безопасность и экономия бюджетных средств.

Виды солнечных коллекторов:

плоский солнечный коллектор

Это наиболее распространенный вид солнечных коллекторов. Он используется в бытовых системах водообогревания и отоплении помещений. Он представляет собой остекленную панель с вмонтированной пластиной энергопоглотителя. Металлическая пластина предназначена для поглощения и удержания солнечной энергии. Чаще всего используют медь или алюминий как металлы-проводники тепловой энергии. Однако, специалисты считают, что для этих целей лучше подходит медь. Медь — более лучший теплопроводник, меньше алюминия подвержена коррозии. Для усиления эффекта поглощения солнечной энергии, пластину обрабатывают специальным покрытием. Тонкий слой аморфного покрытия усиливает поглощающую способность пластины и отличается низким КИ (коэффициентом излучения) в длинноволной инфракрасной области. Матовое остекление коллектора, которое только пропускает свет, позволяет снизить потери тепла. При изготовлении стенок и дна коллектора используют теплоизолирующие материалы, которые также помогают избежать потери тепла.

вакуумный солнечный коллектор с прямой теплопередачей

Трубки вакуумного коллектора, расположенные под углом, соединены с баком, из которого вода контура теплообменника течет в трубки коллектора, нагреваясь, возвращается обратно. При этом  емкость с водой надо расположить выше коллектора или использовать редукторы, которые позволят снизить давление. Вода нагревается в трубках коллектора и поднимается вверх, а холодная вода течет вниз. Происходит беспрерывная циркуляция воды в системе. Термосифонный эффект основан на естественной конвекции жидкости в коллекторе.   Система должна быть безнапорной, чтобы избежать давление на трубки. Если трубка коллектора разобьется, произойдет утечка воды. Этот вид коллектора имеет достаточно большой объем воды контура теплообменника (от 60 до 200 л). Это может быть недостатком системы. Однако, низкая стоимость вакуумного коллектора может быть его преимуществом.

Вакуумный солнечный коллектор

В вакуумный солнечный коллектор с прямой теплопередачей воде  может быть встроен теплообменник. Он встраивается в бак теплообменника, что позволяет соединить систему к системе водоснабжения. При этом сохраняется безнапорный режим в системе. Если заполнить водонагревательный конткр незамерзающей жидкостью, то коллектор можно использовать при минусовых температурах — 5 — 10 градусов. В коллекторах этого вида не скапливаются загрязнения и не откладываются соли отложения, потому что вода проходит по внутреннему теплообменнику, а объем теплоносителя не изменяется.

вакуумный солнечный коллектор с термотрубками

В основе конструкции этого коллектора — закрытые медные трубки с небольшим содержанием жидкости низкой температуры кипения.

При нагревании жидкость испаряется и забирает тепло трубки. Пары, поднимаясь вверх,  конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура или  жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, процесс повторяется. Медный приемник с полиуретановой изоляцией покрыт нержавеющим листом. Тепло передается через приемник и поэтому отопительный контур разделен от трубок.   В этом преимущество данного вида коллекторов.  Не смотря на возможное повреждение одной из трубок коллектора, он продолжает работать. Заменить поврежденную трубку просто, при этом не требуется сливать жидкость из контура теплообменника.

Этот вид коллекторов более дорогой, но если учесть его преимущества, то они неоспоримы. Коллектор может работать при температуре — 35 градусов, если коллектор имеет стеклянные тепловые трубки, и при температуре — 50 градусов, если  в основе конструкции металлические тепловые трубки!

Так как солнечный коллектор размещается снаружи помещения, а его составляющее оборудование внутри, то потери тепла миминизированы. 

Солнечные коллекторы позволяют полностью обеспечить потребность в горячей воде в летнее время, а в зимний период обеспечит 60% в потребности горячей воды и 30% в потребности электроэнергии.

Потоки солнечной энергии в любое время года составляет 100 — 250 вт/кв.м, в полдень достигает 1000вт/кв. м.  при солнечной погоде в любой местности. Современные технологии разрабатывают  установки, которые позволяют аккумулировать солнечную энергию и преобразовать ее в нужный вид энергии (электороэнергию, тепловую) при наименьших затратах. Использование плоских солнечных коллекторов является наиболее простым и дешевым способом решения этой задачи. Более сложный способ использования солнечной энергии — при применении вакуумных солнечных коллекторов. Да, при солнечной погоде и в теплое время года оба вида солнечных коллекторов обеспечивают энергией в полной мере. Но при низких температурах применение вакуумного коллектора более предпочтительно. Причем, для плоских коллекторов максимальной температурой является 80-90 градусов, в вакуумных температура может превышать 100 градусов. В то же время в теплой и влажной среде плоских коллекторов есть опасность размножения бактерий и микроорганизмов, что исключается при применении вакуумных коллекторов.

Принцип работы водонагревательной установки с применением солнечного коллектора. Солнечная водонагревательная установка состоит из коллектора и теплообменника. через коллектор проходит теплоноситель. Теплоноситель, нагреваясь в коллекторе, отдает энергию воде через теплообменник (он вмонтирован в бак). Бак сохраняет горячую воду, поэтому важна его хорошая теплоизоляция. Как видно из схемы, в контуре, где работает солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя. В случае продолжительной пасмурной погоды в бакк-аккумулятор может быть вставлен нагреватель-дублер. При понижении температуры в аккумуляторном баке он включается автоматически и поддерживает необходимую температуру воды.

Итак, в солнечных коллекторах могут быть использованы

* одноконтурные схемы для подогрева воды (сезонные или в местностях, где температура не опускается ниже 0 в течении года. В этих системах вода используется мягкая и чистая).

* двухконтурные схемы подогрева воды (использование независимо от погодных условий и качества воды)

По каждой схеме  водонагревания циркуляция может быть естественной и принудительной, так и система теплоснабжения может быть пассивной и активной.

Если накопительный бак расположен выше солнечного коллектора, то  идет естественная циркуляция теплоносителя.  Если такое расположение бака невозможно, то применяется система с активной циркуляцией теплоносителя.

Безусловно, одноконтурная система более дешева, двухконтурная система с активной циркуляцией несколько дороже.

 

Плоский солнечный коллектор — конструкция, преимущества и недостатки

Солнечный коллектор в независимости от типа конструкции представляет собой устройство для «захвата» тепловой энергии солнца и преобразования ее для нужд конкретного потребителя. Один из самых простых и часто встречающихся типов солнечных коллекторов – плоский коллектор, в основе работы которого использован парниковый эффект.

Конструкция плоского коллектора солнечной энергии

  • Для плоского солнечного коллектора возможно применение как обычного, так и закаленного стекла с максимально высоким коэффициентом пропускания спектрального и высокоселективное теплопоглощающее покрытие.
  • Поверхность стекла должна быть матовой, для уменьшения отражения.
  • Плоский коллектор состоит из корпуса, как правило алюминиевого, при помощи которого и крепится к стене дома или крыше. Основной элемент коллектора — это абсорбер с теплопоглощающим покрытием, как правило, изготовленный из меди.
  • К абсорберу припаивается трубопровод, использующийся для отвода тепла. Сама конструкция находится в стеклянном корпусе, одна поверхность которого принимает излучение, а другая утеплена для снижения потерь при нагреве. Отвод тепла производится посредством теплообменника из меди или алюминия, заполненного водой или антифризом.

Особенности выбора и покупки плоского солнечного коллектора:

    • Следует более подробно остановится на выборе стекла для солнечного коллектора. Самое низкое по продуктивности – обычное стекло, поэтому его использование не целесообразно. Лучшим вариантом считается антирефлексирующее стекло. Его особенность заключается в специальном рисунке, нанесенном на обе поверхности материала. Таким образом достигается максимально возможный коэффициент поглощения (до 96%).
  • Еще один нюанс в использовании солнечных коллекторов – это поддержание чистоты стекла. В этом случае используются самоочищающиеся или полярные стекла. Выгорание всего органического мусора происходит за счет нанесенного слоя диоксида титана и стекло намного дольше остается чистым. Также важно селективное покрытия для солнечного коллектора.
  • Одним из самых важных моментов является хорошая теплоизоляция, для снижения тепловых потерь. Как правило теплоизоляция плоских коллекторов устанавливается толщиной около 40 мм и изготавливается из материалов с низкой теплопроводностью, таких как минеральная вата или светоотражающая алюминиевая пленка.

Преимущества и недостатки плоских солнечных коллекторов для отопления:

  • Подытоживая все вышесказанное, плюсы плоских солнечных коллекторов следующие: высокая производительность, простота и надежность конструкции, долговечность, возможность работы в течение всего года при определенных погодных условиях. Наиболее эффективно применять рассматриваемый тип коллекторов для нагрева воды выше на 20…40°С выше температуры окружающей среды.
  • Но и нельзя не остановится на недостатках такой конструкции: низкая производительность в холодное время года и в пасмурную погоду, сложность монтажа, необходимо попадание солнечных лучей под прямым углом для достижения максимальной эффективности, требует регулярной очистки от загрязнений, слабая ремонтопригодность, так как конструкция не подлежит блочному ремонту (только полная замена).

Как было отмечено выше, плоские коллекторы как правило устанавливают на крышу или стены домов. Наиболее рационально установить солнечные коллекторы еще при строительстве здания, т.к. это значительно снизит расходы на кровельные материалы.

Солнечные коллекторы — NENCOM

Монтаж сол­неч­ных кол­лек­то­ров ком­па­нией NENCOM

Солнеч­ные кол­лек­торы, в отли­чие от сол­неч­ных бата­рей, не выра­ба­ты­вают элек­три­че­ство, а нагре­вают воду или анти­фриз. Современ­ные модели спо­собны нагре­вать воду до кипе­ния даже при отри­ца­тель­ных тем­пе­ра­ту­рах. Подробнее →

Наши пред­ло­же­ния

 

Подроб­нее о сол­неч­ных кол­лек­то­рах

Попытки исполь­зо­ва­ния сол­неч­ной энер­гии для отоп­ле­ния и подо­грева воды известны с давних времен. Одна из дошед­ших до наших дней — плос­кий сол­неч­ный кол­лек­тор швей­царца Ораса Бенедикта де Соссюра конца XVIII века. Уже тогда с его помо­щью можно было при­го­то­вить пищу.

По-сути, нако­пи­тель сол­неч­ной энер­гии можно сде­лать и своими руками из под­руч­ных средств. Например, даже ведро с водой, выстав­лен­ное на солнце, тоже явля­ется сол­неч­ным кол­лек­то­ром. Но для прак­ти­че­ского при­ме­не­ния и высо­кого КПД необ­хо­димы гораздо более совер­шен­ные кон­струк­ции.

Солнеч­ный кол­лек­тор

Современ­ный сол­неч­ный кол­лек­тор — это слож­ный погло­ти­тель (абсор­бер) сол­неч­ной энер­гии со встро­ен­ным в него тру­бо­про­во­дом для теп­ло­но­си­теля. Абсорбер раз­ме­щен в гер­ме­тич­ном кор­пусе, откры­том солнцу только с одной сто­роны. Тыльная сто­рона закрыта и утеп­лена слоем мине­раль­ной ваты или другим утеп­ли­те­лем. Таким обра­зом кол­лек­тор — это свое­об­раз­ная высо­ко­тех­но­ло­гич­ная мини­а­тюр­ная теп­лица.

Плоский сол­неч­ный кол­лек­тор

Чем больше сол­неч­ной энер­гии пере­да­ётся теп­ло­но­си­телю в кол­лек­торе, тем выше его эффек­тив­ность. Это тре­бует при­ме­не­ния спе­ци­аль­ных мате­ри­а­лов. Один из них — медь, обла­да­ю­щая очень высо­кой теп­ло­про­вод­но­стью. Повышают погло­ще­ние и спе­ци­аль­ные опти­че­ские покры­тия, не излу­ча­ю­щие тепло в инфра­крас­ном диа­па­зоне. Это мно­го­слой­ное селек­тив­ное напы­ле­ние уни­каль­ного сап­фи­ро­вого цвета, улав­ли­ва­ю­щее сол­неч­ное излу­че­ние в очень широ­ком спек­тре — гораздо шире види­мого чело­ве­ком.

В наше время наи­бо­лее рас­про­стра­нены два типа кол­лек­то­ров — плос­кий и труб­ча­тый (ваку­ум­ный). Послед­ний, вобрав в себя все досто­ин­ства плос­ких кон­струк­ций, более удобен в мон­таже и обслу­жи­ва­нии, так как при повре­жде­нии одной из трубок, доста­точно заме­нить только ее. Поскольку вакуум явля­ется иде­аль­ным теп­ло­изо­ля­то­ром, труб­ча­тые кол­лек­торы прак­ти­че­ски неза­ви­симы от окру­жа­ю­щей среды и зна­чи­тельно более чув­стви­тельны к мини­маль­ному сол­неч­ному излу­че­нию. Благодаря этим тех­но­ло­гиям, ваку­ум­ные кол­лек­торы нашли широ­кое при­ме­не­ние в составе круг­ло­го­дич­ной, допол­ни­тель­ной энер­го­си­стемы для отоп­ле­ния и подо­грева воды.

Вакуум­ный труб­ча­тый кол­лек­тор

Термоси­фон­ные гелио­си­стемы

Термоси­фон­ные системы явля­ются бюд­жет­ной ком­би­на­цией сол­неч­ных кол­лек­то­ров и нако­пи­тель­ных водо­на­гре­ва­те­лей. Два этих устрой­ства объ­еди­ня­ются в одну ком­пакт­ную кон­струк­цию, кото­рая обес­пе­чи­вает доста­точно высо­кую эффек­тив­ность при мини­маль­ных затра­тах. Термоси­фон­ные системы иде­ально под­хо­дят для летних дач, отелей, кафе и стро­и­тель­ных пло­ща­док.

Термоси­фон­ные системы

Основу системы состав­ляет сол­неч­ный колек­тор, кото­рый обес­пе­чи­вает прием сол­неч­ной энер­гии и нагрев теп­ло­но­си­теля. Нагретый теп­ло­но­сить есте­ствен­ным обра­зом под­ни­ма­ется вверх в нако­пи­тель­ный бак, где отдает тепло воде и воз­вра­ща­ется обратно в кол­лек­тор. Этот про­цесс повто­ря­ется непре­рывно.

Такая есте­ствен­ная кон­век­ция каждую секунду про­ис­хо­дит вокруг нас: Солнце нагре­вает поверх­ность Земли, морей и оке­а­нов, обра­зуя ветры и тече­ния. Происхо­дит кру­го­во­рот воды в при­роде.

Термоси­фон­ные системы

Термоси­фон­ные системы, явля­ясь мини­а­тюр­ными моде­лями при­род­ной энер­ге­ти­че­ской уста­новки, спо­собны функ­ци­о­ни­ро­вать авто­номно многие годы. Они не нуж­да­ется в спе­ци­аль­ном цир­ку­ля­ци­он­ном обо­ру­до­ва­ниии, что, при про­стоте устрой­ства и мон­тажа, обес­пе­чи­вает прак­тич­ность и высо­кую рен­та­бель­ность.

Благодаря своей ком­пакт­но­сти, тер­мо­си­фон­ная система может цели­ком мон­ти­ро­ваться на крыше и состо­ять как из отдель­ного модуля, так и из несколь­ких. Для допол­ни­тель­ного нагрева воды при нехватке сол­неч­ной энер­гии, бой­леры могут быть обо­ру­до­ваны встро­ен­ным элек­три­че­ским подо­гре­ва­телем.

Как правильно выбрать солнечный коллектор. Инфографика | Блог SolarSoul

Если вы решились на приобретение и установку у себя гелиосистемы, то перед вами неизбежно встанет дилемма как выбрать самый главный элемент солнечной установки — солнечный коллектор.

На сегодняшний день  на рынке представлено огромное количество солнечных коллекторов от множества производителей различные по типу, конструкции, эффективности и стоимости. Выбрать самый оптимальный вариант может стать не простой задачей. В данной статье мы постараемся разобраться в особенностях подбора солнечных коллекторов для гелиосистем, это позволит вам сделать правильный выбор и  ощутить все преимущества использования солнечной энергии.

Солнечный коллектор: сфера применения

Во-первых, следует определиться,  для каких целей вам нужен солнечный коллектор. Обычно, гелиосистема применяется в бытовом секторе для:

  • горячее водоснабжение
  • поддержка отопления
  • подогрев воды в бассейне

Каждый вариант может использоваться как самостоятельно, так и в сочетании друг с другом, а так же все вместе. Однако в комбинированных системах, должна быть одна приоритетная цель, на которую и следует ориентироваться подбирая солнечный коллектор.

Основные типы солнечных коллекторов

После того как цели использования определены можно приступать к подбору типа солнечного коллектора. Уверен, что многие из вас слышали об извечном споре – вакуумный или плоский солнечный коллектор. На самом деле явного победителя в этом споре нет. Всё зависит от целей применения солнечной системы, что для каждого конкретного случая более подходящим может быть тот или иной вариант. Кроме того, мы пойдем дальше и расширим спектр выбора.

Как известно, существует несколько основных типов вакуумных солнечных коллекторов, которые так же значительно отличаются между собой, поэтому будет более корректно рассматривать каждый тип отдельно.

Для сравнения были выбраны четыре основных типа вакуумных трубчатых коллекторов и один плоский высокоэффективный:

  • Вакуумный трубчатый коллектор с перьевым абсорбером и прямоточным тепловым каналом
  • Вакуумный трубчатый солнечный коллектор с перьевым абсорбером с тепловой трубкой “heat pipe”
  • U-образный прямоточный вакуумный коллектор с коаксиальной колбой и отражателем
  • Вакуумный трубчатый солнечный коллектор с коаксиальной колбой и тепловой трубкой “heat pipe”
  • Плоский высокоэффективный солнечный коллектор

Солнечные коллекторы - основные типы

Большинство аргументов за или против того или иного типа коллектора сводятся к весьма абстрактным показателям, таким как: «лучшее восприятия солнечных лучей», «отсутствие теплопотерь», и т.д. Но поскольку у каждого солнечного коллектора есть абсолютно конкретные параметры эффективности, следует доверять именно этим данным для расчета производительности солнечного коллектора в каждом выбранном случае.

Подробнее об этих параметрах и принципе расчета: эффективность солнечного коллектора.

КПД солнечного коллекторы в зависимости от температуры

На графике показана зависимость коэффициента полезного действия от разницы температуры между окружающим воздухом и теплоносителем в солнечном коллекторе при условии солнечного излучения равного 1000 Вт/м². Для анализа воспользуемся средними параметрами для каждого выбранного типа солнечного коллектора указанными на изображении.

Первая зона с минимальной разницей температуры характерна для режима работы солнечного коллектора для нагрева воды в бассейне. Режим работы гелиосистемы во второй зоне является оптимальным для горячего водоснабжения в круглогодичном режиме. Третья зона соответствует режиму работы солнечных коллекторов для нужд отопления, поскольку температура окружающего воздуха в отопительный период самая низкая. Четвертая зона используется для получения высоких температур используемых в технологических нуждах. В бытовом секторе такой температурный режим работы встречается крайне редко.

Из графика мы видим, что чем меньше ∆t (фактически это означает — чем ниже температура подачи теплоносителя) тем выше КПД солнечного коллектора. Именно поэтому для гелиосистемы оптимальным является применение низкотемпературных систем отопления таких как «теплые полы».

Плоский коллектор и вакуумные трубчатые коллекторы с плоским перьевым абсорбером имеют более высокую производительность при работе на нагрев бассейна и ГВС за счет оптических свойств, способствующих лучшему поглощению солнечного света. В свою очередь вакуумный солнечный коллектор с коаксиальной колбой лучше работает в отопительный период благодаря лучшей теплоизоляции.

 Производительность солнечных коллекторов

Следующая диаграмма позволяет оценить среднюю производительность коллекторов за год и за отопительный период (нижняя часть столбца).

Выработка тепла солнечными коллекторами

 

Данные о количестве выработанной энергии получены при помощи расчета, в программе позволяющей смоделировать работу солнечной системы за год. В расчетах используются усредненные данные по солнечному излучению и погоде для города Днепропетровска. Расчеты приведены к 1 м² апертурной площади каждого типа коллектора.

Диаграмма позволяет оценить максимальную эффективность при непрерывной работе солнечной системы во время всего года. На практике такие условия практически невозможны и не всегда отображают реальную картину производительности солнечного коллектора.

Для расчета реальной производительности воспользуемся примером. Смоделируем предполагаемый случай применения гелиосистемы для нужд горячего водоснабжения в круглогодичном режиме и поддержки системы отопления теплыми полами со следующими параметрами:

  • площадь отопления – 200 м²;
  • теплопотери – современная постройка с высоким уровнем теплоизоляции 50 Вт/м² площади;
  • место расположения – Киев;
  • ГВС – 200 л в сутки;
  • апертурная площадь коллекторов – 30 м² ;

Среднегодовая производительность солнечных коллекторв

На графике видно, что при используя солнечный коллектор для отопления более важным является низкие тепловые потери. При этом хорошие оптические характеристики дают прирост выработки тепла в межсезонье, когда средняя температура воздуха выше, но всё еще необходимо отопление.

Призводительность солнечного коллектора в реальных условиях

В итоге получаем реальную производительность гелиосистемы за год.

Стоимость солнечного коллектора и полученного тепла

Стоимость солнечных коллекторов может значительно варьироваться и зависит от множества факторов: качество сборки, материал абсорбера и корпуса, толщина и способ укладки изоляции, толщина стекла и т.д. Чтобы оценить стоимость полученной тепловой энергии от солнечных коллекторов зададимся средней стоимостью одного метра квадратного каждого типа солнечного коллектора. Так же взяв за основу срок эксплуатации 25 лет и условия эксплуатации описанные в примере, можем получить значение стоимости полученного 1 кВт*ч энергии.

Стоимость тепла полученного от солнечного коллектора

Как видим из графика, тепло полученное от прямоточного вакуумного коллектора с перьевым абсорбером является наиболее дорогим. А тепло полученное от плоского солнечного коллектора самое дешевое, соответственно плоские коллекторы  имеют минимальный срок окупаемости.

Однако цена солнечного коллектора не всегда является основополагающим фактором. Более дорогие коллекторы могут иметь больший срок службы и низкие эксплуатационные расходы, связанные с возможными поломками. В связи с этим, можно рассматривать установку как дорогой брендовой техники, так и бюджетных вариантов при определенном уровне начальных капиталовложений.

Выбирая солнечный коллектор, обратите внимание на техническую информацию

Очень важным фактором для выбора солнечного коллектора является наличие полного технического описания. Наиболее интересные для нас будут значения параметров оптического КПД (ŋ₀), коэффициенты тепловых потерь a₁ (k₁) и а₂ (k₂) и площадь солнечного коллектора (апертурная и общая).  Именно эти параметры позволяют оценить эффективность и рассчитать прогнозируемую производительность солнечного коллектора.

Если производитель или продавец по каким-то причинам не предоставляет эти данные, то в итоге мы получаем “кота в мешке” и не сможем оценить энергетический вклад гелиосистемы, поэтому лучше воздержатся от покупки такого изделия. Наличие международного сертификата (например, от швейцарской лаборатории SPF или Solar Keymark) приветствуется, однако не всегда нам продают коллектор именно с заданными в данном документе параметрами. Особенно этим грешат азиатские производители, тут уж мы ничего не сможем проверить,  остаётся только надеяться на порядочность компании производителя или поставщика.

В заключении, предлагаем вашему вниманию полную инфографику «как правильно выбрать солнечный коллектор». (Кликните для увеличения изображения).

 

Стоимость тепла полученного от солнечного коллектора

 

Поделиться «Как выбрать солнечный коллектор: Инфографика»

Рекомендуемые статьи

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о