Характеристики солнечных коллекторов – Солнечные коллекторы для отопления дома: виды и характеристики

Виды, устройство и назначение солнечных коллекторов

Энергия для тепловых насосов поступает из грунта, воды или воздуха, которые согревает солнцем. Тепло для котлов образуется вследствие сгорания, которое также представляет собой продукт преобразования солнечной энергии в ходе длительной эволюции Земли. А вот гелиоколлекторы можно назвать уникальными: они получают энергию прямо от солнца.
Чтобы получить возможность полностью бесплатно греть воду для ГВС или получать тепло для отапливания дома, можно приобрести солнечный коллектор. Учитывая немалую стоимость такого оборудования, очень важно правильно выбрать это устройство.

Особенности солнечных коллекторов

Основная особенность таких коллекторов, которая отличает их от теплогенераторов других видов, заключается в цикличности их работы. Отсутствует солнце – отсутствует и тепловая энергия. Следовательно, ночью подобные установки не активны.
Среднесуточное количество тепла непосредственно зависит от длительности светового дня, которая зависит от географической широты местности, а также от времени года. К примеру, летом на территории северного полушария приходится пик инсоляции, и коллектор будет работать с максимальной отдачей. Тогда как зимой уровень его продуктивности снижается. А самый минимум наблюдается в декабре-январе.

Стоит отметить, что зимой эффективность гелиоколлекторов падает еще и вследствие изменения угла падения солнечных лучей. Изменения производительности солнечного коллектора на протяжении года необходимо принимать во внимание в процессе расчетов его вклада в систему теплоснабжения.

Работа солнечных коллекторов

Главный элемент такого устройства — адсорбер, который представляет собой пластину из меди, с приваренной к ней трубой. Во время поглощения тепла попадающих на нее солнечных лучей, пластина вместе трубой быстро нагреваются. Далее тепло поступает в циркулирующий по трубе жидкий теплоноситель, который передает тепло далее по системе.

То, насколько сильно физическое тело может поглощать или отражать солнечные лучи зависит, главным образом, от структуры его поверхности. К примеру, зеркальная поверхность прекрасно отражает свет и тепло, тогда как черная, наоборот, поглощает. По этой причине медная пластина адсорбера должна быть покрыта черной краской.
Принцип работы:

1. солнечный коллектор
2. буферный бак
3. горячая вода
4. холодная вода
5. котроллер
6. теплообменник
7. помпа
8. горячий поток
9. холодный поток.

Повысить объем получаемого солнечного тепла можно при помощи грамотного выбора стекла, которое будет прикрывать адсорбер. Простое стекло не имеет нужного уровня прозрачности. Помимо того, ему свойственно отражать определенную часть попадающего на него солнечного света. При создании гелиоколлекторов, чаще всего, применяется особый вид стекла, имеющий низкое процентное количество железа, вследствие чего увеличивается уровень его прозрачности. Чтобы снизить количество отраженного поверхностью света стекло покрывают антибликовым покрытием. А для предотвращения попадания внутрь коллектора пыли и влаги, снижающих пропускную возможность стекла, корпус должен быть полностью герметичным. В некоторых видах коллекторов корпус заполнен инертным газом.

Несмотря на все вышеперечисленное, солнечные тепловые коллекторы, все же не могут похвастаться КПД на уровне 100%. Некоторую часть полученного тепла нагретая пластина адсорбера отдает окружающей среде, вследствие чего нагревается воздух. Для минимизирования уровня теплопотерь, адсорбер должен быть изолирован. В поиске наиболее эффективного метода теплоизоляции адсорбера инженеры разработали несколько разных видов солнечных коллекторов.

Плоские солнечные коллекторы

Плоский коллектор солнечной энергии имеет довольно простую конструкцию. Он состоит из металлического короба, покрытого сверху стеклом. В роли теплоизолирующего материала для дна и стенок корпуса, применяют минеральную вату. Этот вариант далек от идеального, потому что тепло переносится от адсорбера к стеклу через воздух, находящийся внутри короба. Если температура внутри коллектора и снаружи сильно отличаются, то наблюдаются серьезные потери тепла. Таким образом, плоский гелиоколлектор лучше использовать в летнее время. Плоский коллектор состоит из следующих компонентов:

1. впускной патрубок
2. защитное стекло
3. абсорбционный слой
4. алюминиевая рама
5. медные трубки
6. теплоизолятор
7. выпускной патрубок. 

Вакуумный солнечный коллектор

Устройство солнечного коллектора такого типа представлено панелью, которая состоит из большого количества довольно тонких трубок из стекла. Каждая трубка заполнена адсорбером. Для предотвращения переноса тепла газом (воздухом), трубки вакуумируют. Таким образом, вследствие отсутствия газа около адсорберов, вакуумные коллекторы характеризуются незначительными теплопотерями даже при условии морозной погоды. Такая система солнечных коллекторов состоит из:

1. теплоизоляции
2. корпуса теплообменника
3. теплообменника (коллектора)
4. герметичной пробки
5. вакуумной трубки
6. конденсатора
7. поглощающей пластины
8. тепловой трубки с рабочей жидкостью. 

Использование солнечных коллекторов

Основным назначением солнечных коллекторов, как и любых других теплогенераторов, является отопление домой и подготовка воды для системы горячего водоснабжения. Нужно сделать правильный расчет солнечного коллектора.

Плоские модели демонстрируют высокую производительность только в весенне-летний период. Следовательно, подключение солнечных коллектором такого типа для отопления дома зимой, попросту нецелесообразно. Но, и ему найдется применение. Главное их достоинство – это доступная стоимость, ведь они намного дешевле вакуумных моделей. Таким образом, если вы планируете использовать солнечную энергию только летом, то стоит купить именно плоский коллектор. Они прекрасно подходят для подогрева до комфортной температуры воды в открытом бассейне.
Трубчатые вакуумные коллекторы можно назвать более универсальными. Их можно активно использовать круглый год. Поэтому они подходят как для горячего водоснабжения, так и для системы отопления.
Стоит отметить, что коллектор необходимо располагать на открытом пространстве, куда не падает тень от соседних построек, деревьев, и прочих объектов. Наиболее солнечной стороной в нашем северном полушарии является южная, следовательно, «зеркала» коллектора нужно размещать строго на юг. Если же по техническим причинам это невозможно, нужно выбрать направление, которое максимально приближено к южному, – юго-западное или юго-восточное.
Также не забывайте про угол наклона гелиоколлектора. Величина угла находится в зависимости от отклонения положения Солнца от зенита, определяемого географической широтой той местности, где будет установлено оборудование. При неправильном выборе угла наклона, значительно возрастают оптические потери энергии, потому что большая часть солнечных лучей будет отражаться от стекла коллектора и, не попадет на абсорбер.

Как выбрать солнечный коллектор?

Чего мы ждем от солнечного коллектора? Чтобы отопительная система коттеджа справлялась с задачей поддержания в комнатах комфортной температуры, а из кранов текла горячая, а не чуть теплая вода. Для полноценного использования солнечного коллектора, необходимо до покупки рассчитать требуемую мощность оборудования. Стоит обязательно принять во внимание:

• назначение коллектора (ГВС, отопление или их комбинация)
• потребность здания в тепле (общий размер обогреваемых помещений или среднесуточные затраты горячей воды)
• климатические особенности региона
• особенности монтажа коллектора.

Производство солнечных коллекторов не обходится без маркировки на них конкретного уровня производительности. Компании, которые занимаются изготовлением солнечных коллекторов, предоставят вам более полную информацию об изменении мощности оборудования в зависимости от географической широты населенного пункта, угла наклона «зеркал», отклонения их ориентации от южного направления и другие.
В процессе выбора уровня мощности коллектора очень важно достичь баланса между недостатком и избытком накапливаемого тепла. Эксперты советуют отталкиваться от максимально возможной мощности коллектора, т. е. пользоваться во время расчетов самым продуктивным летним сезоном. Однако, этот вариант противоположен мнению среднестатистического пользователя о том, что нужно покупать оборудование с запасом (т. е. вести расчеты по мощности самого холодного месяца), чтобы тепла от коллектора хватило и в менее солнечные осенние и зимние дни.

Но, если идти таким путем, то на пике его производительности, т. е. в летом, у вас возникнет серьезная проблема: тепла будет генерироваться больше, чем использоваться. Все это может стать причиной перегрева контура и других неприятностей. Есть два варианта решения этакой проблемы:

• установка маломощного солнечного коллектора с подключением в зимние месяцы резервных источников тепла
• покупка модели с большим запасом по мощности и предусмотрением варианта сброса избыточного тепла в теплое время года.

Другие компоненты системы

Мало просто собрать отдаваемое солнцем тепло. Необходимо его передать, накопить, доставить потребителям, необходим контроль за всеми этими процессами. Следовательно, кроме находящихся на крыше коллекторов в системе присутствует большое количество других компонентов, которые менее заметны, но не менее важны. Рассмотрим наиболее значимые из них: 

• теплоноситель. Роль теплоносителя в контуре коллектора выполняет или вода, или незамерзающая жидкость. При этом, предпочтительнее покупать модели именно с незамерзающей жидкостью. При отрицательных температурах она не застывает. Тогда как вода, застывшая в трубах, приведет к разрыву контура. Кроме этого, недостаточно высокая температура кипения воды поводом частых стагнаций в летнее время. «Незамерзайку» нужно только предохранять от чрезмерного перегрева
• насос, адаптированный для гелиосистем. Чтобы гарантировать принудительную циркуляцию теплоносителя по контуру коллектора понадобится насос, адаптированный для гелиосистем
• теплообменник для ГВС. Передача тепла от контура гелиоколлектора к воде, находящейся в ГВС, или к теплоносителю системы отопления происходит при помощи теплообменника. Чаще всего, чтобы накопить горячую воду устанавливают резервуар большого объема, в комплекте с которым идет теплообменник. Более рациональным является использование баков с двумя и более теплообменниками. Таким образом, вы сможете забирать тепло не только у солнечного коллектора, но и у других источников, к примеру, у газового или электрического котла, теплового насоса
• автоматика. Такая сложная система не может существовать без автоматики, которая контролирует все стадии процесса. Контроллер дает возможность автоматически осуществлять анализ температуры в контуре и накопительном резервуаре, управлять насосом и клапанами, которые отвечают за движение теплоносителя по контуру. В случае перегрева теплоносителя в контуре и воды в баке контроллер подаст сигнал к сбросу тепла в дополнительный теплоприемник – еще один бак с водой или уличный воздушный теплообменник. Когда вечером температура воды в накопительной емкости превышает температуру теплоносителя в контуре коллектора, то автоматика останавливает циркуляцию теплоносителя по контуру, чтобы предотвратить выброс накопленного тепла в атмосферу через сам коллектор. Новейшие технологии позволяют удаленно контролировать работу системы и при необходимости вносить корректировки.

Конечно, можно самостоятельно подобрать все компоненты системы. Вполне реально создать полноценную систему из купленных по отдельности элементов. Но, существуют и готовые решения — комплекты, в составе которых есть коллектор, насосы, накопительные резервуары, управляющая автоматика и т. д. Покупка готового комплекта – это не только экономия вашего времени, но и гарантия правильной работы системы.

mining-prom.ru

Солнечный коллектор для отопления — виды и технические особенности

Установка для прямого преобразования энергии

В европейских странах уже давно для отопления применяют гелиосистемы, что позволяет экономить на обогреве жилого сектора. Проблемы с энергосбережением становятся все острее, поэтому многие наши соотечественники тоже задумываются о солнечном коллекторе для отопления как об альтернативном источнике тепла. На сегодняшний день это самый чистый и экологически выгодный биоресурс.

Гелиосистемой называют установку, преобразующую солнечное тепло в любой вид энергии. Сегодня все чаще можно увидеть и большие солнечные электростанции, и специальные солнечные коллекторы для отопления, поглощающие солнечную энергию и преобразующие ее в тепло.

Устройство и принцип работы

Еще каких-нибудь 50 лет назад у каждого на крыше загородного дома стоял большой бак, в который летом заливалась вода. За день она хорошо прогревалась, поэтому вечером можно было принимать теплый душ. Подобная система и стала прототипом солнечного коллектора.

Принцип действия остался тем же, преобразилась только установка. Она подверглась модернизации и полному техническому переоснащению. Ученые предложили модель, позволяющую пользоваться солнечной энергией для обогрева воды круглый год. Летом при помощи установки можно полностью перейти на нагрев воды для нужд дома, а в остальные дни, отапливая помещение, снизить затраты энергии ровно наполовину.

Отопление солнечными коллекторами работает и в пасмурную погоду. Ведь система способна поглощать энергию солнца даже через облака. А автоматическое управление позволяет при необходимости переключаться на другие источники энергии, когда это необходимо.

В отличие от солнечных батарей, коллекторы не производят электричество. Они лишь нагревают теплоноситель, поэтому применяются для горячего водоснабжения и отопления жилого помещения.

Виды коллекторов

Существует несколько модификаций солнечных коллекторов. Они бывают:

1. Плоскими.
2. Вакуумными.
3. Коллекторно-концентратными.
4. Воздушными.

Отличаются они друг от друга устройством и принципом действия.

Плоские установки

Плоские установки

Плоские модели представляют собой панели, поглощающие солнечное тепло. Они имеют прозрачное покрытие из закаленного стекла или рифленого поликарбоната. Задняя его часть покрыта специальным теплоизоляционным материалом. Панель связана с теплопроводящей системой трубками из сшитого полиэтилена.

Увеличить КПД установки помогают специальные оптические покрытия. Они обеспечивают полную передачу инфракрасного излучения теплоносителю, который благодаря инновационным разработкам может прогреваться до 200 градусов по Цельсию.

Есть у плоских коллекторов и достоинства, и недостатки. Плюсы их в том, что:

• Во-первых, конструкция устроена таким образом, что сама может очищаться от снега. Поэтому в зимнее время не придется каждый раз лазить на крышу, чтобы извлечь ее из-под сугроба.
• Во-вторых, летом установка демонстрирует высокую производительность.
• В-третьих, плоский коллектор можно устанавливать под любым углом. Он имеет наименьшую изначальную стоимость и показывает хорошее соотношение цены и качества. Но специалисты рекомендуют ставить плоские коллекторы только в южных широтах с преимущественно теплым климатом.

К недостаткам устройства можно отнести следующее обстоятельство. Конструкция плоских коллекторов не может предотвратить большие теплопотери, поэтому в холодное время года она демонстрирует низкую работоспособность.

Обратите внимание! Устанавливать плоский коллектор на крышу можно только в собранном виде, а это заметно усложняет процесс монтажа. Эффективно эксплуатировать установку также мешает высокая парусность.

Производителям удалось создать гелиосистемы, лишенные практически всех этих недостатков. Это вакуумные коллекторы.

Вакуумные приборы

Вакуумный коллектор 10-30 трубок с рамой

Вакуумные солнечные коллекторы работают по такому же принципу, как и панельные. Однако они еще больше прогревают теплоноситель, доводя его до температуры 300 градусов. В данном случае тепловые потери практически отсутствуют. Вакуумным коллектор называют потому, что стеклянное покрытие из нескольких слоев создает внутри системы вакуум.

Конструкция похожа на привычный для нас термос. С одной лишь разницей. Вместо светонепроницаемой колбы у отдельных элементов коллектора поверхность прозрачная, что позволяет забирать солнечное тепло. А на внутреннюю секцию нанесено специальное покрытие, увеличивающее поглощающие способности. Вакуум создается между двумя слоями трубки, внутри которой находится медный тепловой стержень. Именно он сохраняет до 96% забранного у солнца тепла.

Вакуумная установка эффективно работает даже при максимально низких температурах. Тепловая трубка не требует дополнительного заполнения. Внутри каждой находится жидкость, которая после нагрева превращается в газ и перемещается в конденсатор, где и нагревается теплоноситель. Вода поглощает тепловую энергию, температура снижается, и газ снова превращается в воду. По наклонным трубкам она спускается вниз на дно тепловой трубы, и весь процесс возобновляется. Так что передача солнечного тепла продолжается непрерывно.

Так как жидкость постоянно находится за стенками, защищенными вакуумом, она не замерзает даже при температуре минус 30. Тот же вакуум позволяет «запирать» тепло в ночное время суток, поэтому любые теплопотери исключены. Бесперебойная циркуляция прекращается лишь тогда, когда температура трубок внутри коллектора падает до 22 градусов.

Достоинства и недостатки вакуумных коллекторов

Установка из вакуумных моделей

Технические особенности и достоинства вакуумных коллекторов таковы:

1. Они обеспечивают высокую степень нагрева — температура в тепловой трубке может достигать 250-300 градусов.
2. Тепловые трубки выполнены из красной меди, эффективно нагревающей теплопроводную жидкость.
3. Внутри трубок нет воды, поэтому они не замерзают при низких температурах.
4. Основа коллектора выполнена из алюминия, так что установка имеет привлекательный дизайн, легко вписывающийся в концепцию современного экстерьера.
5. Конструкция способна выдержать высокое рабочее давление.
6. Модульные секции легко установить.

Однако у подобных устройств есть и недостатки. При обильном снегопаде придется вручную расчищать прибор от снега. Вакуумные коллекторы в отличие от плоских моделей имеют относительно высокую стоимость. Устанавливать их просто, но необходимо четко вымерить угол наклона. Он должен быть не менее 20 градусов. А еще лучше этот процесс доверить профессиональным специалистам.

Коллекторно-концентратные приборы

Солнечные концентраторы работают немного иначе, чем плоские и вакуумные коллекторы. Они представляют собой стационарные неподвижные установки, которые улавливают солнечные лучи, падающие на поверхность прибора под разными углами. Именно поэтому эффект нагревания не всегда максимален. Но производители легко устранили подобную проблему, установив устройства слежения за солнцем. Это помогло значительно увеличить КПД прибора.

Главный элемент этих установок — параболоцилиндрический отражатель. Он вмонтирован под плоскую прозрачную поверхность. Коллекторно-концентратные приборы прогревают не теплоноситель, а воздух в помещении.

Воздушно-солнечный коллектор

Воздушно-солнечный коллектор

Еще одна гелиосистема — воздушный солнечный коллектор. Его используют только для отопления внутренних помещений или для сушки сельскохозяйственной продукции. Конструкция прибора проста. Внешний блок похож на большой ящик, дно которого покрыто специальной черной светопоглощающей краской.

Сверху ящик закрыт стеклянной плитой или любым другим прозрачным листом. Сквозь такую крышку легко проходят лучи солнца. При этом черное дно усиливает их поглощение и прогревает воздух внутри ящика. При помощи вентилятора прогретый воздух подается в помещение.

Преимущество подобной установки в том, что воздушная система отопления намного практичнее водяной. Ведь здесь полностью отсутствуют трубопроводы, да и сама установка стоит намного дешевле плоских и вакуумных коллекторов.

Внутри воздушного солнечного коллектора нет теплоносителя, поэтому отсутствует риск его промерзания. Это исключает возможность протечки прибора. Монтируется установка просто, быстро и даже самостоятельно, без привлечения специалистов. Поэтому все чаще потребители обращают внимание именно на такие альтернативные источники тепла.

Главный недостаток описываемых систем — низкий КПД. Поэтому пока установку используют только как дополнительный источник тепла.

Обобщение по теме

Теперь вы знаете основные виды гелиоустановок для промышленного и бытового отопления помещений, для горячего водоснабжения и подогрева бассейнов. Преимущества использования солнечных коллекторов очевидны. Они помогают снизить коммунальные расходы, сэкономить на органических видах топлива и сократить вредные выбросы в атмосферу. Поэтому они активно внедряются в нашу жизнь.

gidotopleniya.ru

Что такое солнечный коллектор?

Солнечный коллектор — это устройство, которое поглощает световую энергию солнца и преобразует ее в тепло. Тепло накапливается под стеклянной панелью в абсорбере и нагревает жидкость-теплоноситель, которая, в свою очередь, нагревает воду для водоснабжения или отопления.

Солнечная энергия улавливается поверхностью коллектора, поэтому чем больше площадь поверхности коллектора, тем больше тепла может накопить система. Конструкция коллектора имеет хорошую теплоизоляцию, предотвращая потери тепла, а правильная установка позволяют коллектору улавливать максимум солнечного света.

Солнечные коллекторы могут применяться практически для любых хозяйственных нужд, где требуется тепло:

— для автономного горячего водоснабжения;

— в качестве основного или дополнительного отопления жилых помещений;

— для подогрева открытых и закрытых бассейнов;

— для обогрева теплиц, производственных помещений.

Главный компонент солнечной установки — коллектор. Он преобразует солнечную радиацию в тепло и затем передает его воде, которая находится в теплоаккумулирующем баке-накопителе (бойлере). Тепло из солнечного коллектора передается воде в аккумулирующем тепло баке с помощью теплообменника. Теплообменником в этом процессе может служить змеевик в баке. Бойлеры могут быть различного объема. Вертикальная конструкция обладает наибольшим КПД. Температура воды в разных частях такого бака разная — это технологическое решение предотвращает смешивание в верхней части бака уже горячей воды с входящей холодной. Горизонтальный бак снижает производительность системы на 10–20%.

Бойлер обязательно должен быть хорошо теплоизолирован, чтобы нагретая за день вода ночью оставалась горячей. Потери тепла зависят от множества факторов (температура воздуха, ветер, время года) и ночью составляют около 0,5-1С в час. В идеале бак должен сохранять температуру воды до 2 суток.

Между коллектором и баком-накопителем размещается насос. Он обеспечивает циркуляцию воды, включаясь, когда температура солнечного коллектора превышает температуру бака. 

Трубки из нержавеющих материалов соединяют бак-накопитель с коллектором. При проектировании системы желательно расположить их внутри дома. Важно иметь несколько отдельных труб между коллектором и кранами, чтобы снизить потери тепла (трубы малого диаметра) и обеспечить быструю доставку воды к потребителю, с задержкой максимум в 10–20 секунд.

Преимущества солнечных коллекторов

На сегодняшний день солнечные коллекторы являются самыми эффективными устройствами, работающими на солнечной энергии. Их эффективность достигает 90–95%.

Солнечные коллекторы безопасны для здоровья людей и окружающей среды, так как не производят вредных выбросов. 

Но основное их преимущество — экономичность. Установив солнечный коллектор, вы снизите на 90% годовые затраты на горячее водоснабжение. Экономия на отоплении может достигать 30% в зависимости от региона.

Дополнительная экономия достигается за счет снижения нагрузки на имеющийся бойлер или газовый котел. Это увеличивает срок службы имеющейся системы отопления в 2 раза. Не последним фактором является и автономность от центральных систем отопления и водоснабжения, что позволит вам не зависеть от перебоев с водоснабжением.

 

domavtonom63.ru

Солнечные коллекторы. Какие они бывают?

Классический солнечный коллектор представляет собой металлические пластины черного цвета, установленные на крыше дома. Цвет и положение коллектора предполагает максимальное поглощение и накапливание солнечной энергии. Эти металлические пластины помещаются в корпус, изготовленный из стекла или пластмассы. Наклон к южной стороне, при установке позволит увеличить количество поглощаемой радиации. Проще говоря, солнечный коллектор – это миниатюрная теплица, которая накапливает солнечную энергию под стеклянной панелью. Солнечная радиация распределяется по поверхности равномерно, по этому, чем больше площадь коллектора, тем больше энергии будет поглощено.

На сегодняшний день солнечная энергетика развита достаточно обширно, это дает возможность устанавливать солнечные панели различных комплектаций и размеров. Этот аспект позволяет солнечным коллекторам обеспечивать хозяйственные нужды человека, такие как отопление и снабжение горячей водой.

К примеру, существует несколько отдельных видов солнечных коллекторов, которые различаются, в зависимости от температуры, до которой они способны достигать:

• Коллекторы низких температур. Такие коллекторы дают достаточно низкие температуры – не выше 50 С. Такие коллекторы, широко применяются для подогрева воды в бассейнах, и в других случаях, когда не требуется слишком высокая температура воды.
• Коллекторы средних температур. Такой тип коллекторов способен нагревать воду от 50 до 80 С. Зачастую, такой коллектор представляет собой плоскую остекленную пластину, в которой с помощью жидкости происходит теплопередача или же это коллекторы-концентраторы. В последних тепло концентрируется и может использоваться для нагрева воды в жилых секторах.Представлен коллектор-концентратор, в большинстве случаев, вакуумированным трубчатым коллектором
• Коллектор высоких температур. Зачастую имеют форму параболических тарелок. Такое устройство, в большинстве случаев используется большими предприятиями, которые генерируют электричество и распределяют его для городских электросетей

Интегрированный коллектор

Накопительный интегрированный коллектор

На данный момент одним из самых простых видов солнечных коллектором является емкостной коллектор, который еще называются термосифонным коллектором. Такое название, данный генератор получил за счет того, что он одновременно может и аккумулировать тепло и хранить определенное, уже нагретое, количество воды. Такие коллекторы, зачастую используются для начального нагрева воды, которая впоследствии нагревается до необходимой температуры стандартными установками (газовыми, электрическими колонками и т.д.). Такой метод позволяет экономить на потреблении электричества, за счет того, что в бак котла поступает уже подогретая вода.

Рассмотрим основные плюсы такого вида коллекторов. Первое – это, конечно же, экономия на электричестве. Второе – это возможность использовать достаточно дешевую альтернативу солнечной водонагревательной системе. Третьим плюсом стоит отметить простоту использования коллектора – минимум технического обслуживания, за счет отсутствия в нем движущихся частей (насосов и прочего).

Такие коллекторы бывают также «Integrated Collector and Storage», или, проще говоря, интегрированными коллекторами-накопителями. Такой вид коллектора, зачастую представлен одним или несколькими баками, которые заполнены водой. Эти баки помещаются в теплоизоляционный ящик и накрываются стеклянной крышкой. Порою, в этот же ящик помещаются прибор-рефлектор, который позволяет увеличивать солнечное излучение. Принцип действия данного устройства достаточно прост – солнечный свет, проходя через стекло, нагревает воду. Такая простота функционирования обуславливает достаточно не большую цену самого устройства. Однако стоит помнить, что в холодное время года, воду стоит защищать от замерзания, или же сливать.

Плоские коллекторы

Такие коллекторы, пожалуй, самые популярные для использования в бытовых условиях, для нагрева воды и в отопительных системах. Внешне, такое устройство выглядит как обычный металлический ящик. Однако внутри него находиться черная платина, которая поглощает солнечный свет. Крышка у этого ящика должна быть в обязательном порядке, стеклянной или пластмассовой, дабы лучше пропускать солнечную энергию.

Остекление плоского солнечного коллектора может быть прозрачным или матовым. Зачастую, все же, отдается предпочтение матовому остеклению, поскольку такое стекло позволяет пропускать только свет. А также, содержание железа в стекле должно быть очень низким, что бы позволить пропускать большую часть поступающего света, в коллектор. Принцип действия заключается в том, что солнечный свет, попадая на пластину, тепловоспринимающую пластину, которая и вырабатывает тепло. Стекло служит теплоизоляцией, а для повышения КПД коллектора, его стенки прокладывают теплоизолятором. Такая конструкция, позволяет снизить тепловые потери до минимума.

Пластина абсорбента, или же пластина, поглощающая солнечный свет, зачастую окрашена в черный цвет, дабы увеличить количество поглощаемой солнечной энергии, ведь тот факт, то темные тела притягивают ее больше – ни для кого не секрет. Проходя через стекло, и попадая на поглощающую пластину, солнечная радиация превращается в тепловую энергию. Далее, чтобы продолжить процесс, полученное тепло передается тепловому носителю. Тепловым носителем может выступать воздух или жидкость, которые циркулируют в трубах. К сожалению, даже полностью черные поверхности, способны отражать около 10% солнечной радиации, падающей на нее. Дабы избежать этого, абсорбирующие пластины покрываются дополнительно специальным покрытием, которое призвано удерживать солнечный свет попадающие на пластину. Такое покрытие служит дольше обычной краски и позволяет повысить КПД коллектора. В состав такого селективного покрытия входит слой аморфного полупроводника, который наноситься на металлическое основание пластины.

Абсорбирующие пластины изготавливаются из металла, который наилучшим образом проводит тепло. Высокий уровень теплопроводности металла позволит уменьшить теплопотери при передаче переработанной энергии теплоносителю. К списку таких металлов можно причислить медь и алюминий. Разница между ними заключается в том, что медная пластина способна лучше проводить тепло, и более устойчива к коррозиям, в отличии от алюминиевой пластины.

Плоские солнечные коллекторы бывают жидкостными или воздушными. А в зависимости от наличия остекления, и тот и другой вид бывает как остекленным, так и не остекленным.

Жидкостные коллекторы

В солнечных коллекторах этого типа, теплоносителем выступает жидкость. Солнечная энергия, перерабатывается в поглощающей пластине в тепло, и передается жидкости, которая течет по трубам, прикрепленным к пластине. Эти трубы могут идти параллельно друг другу, но на каждой, в обязательном порядке должно быть входное и выходное отверстие. Существует возможность расположение труб в виде змеевика. Такое положение уменьшает количество соединительных отверстий, что, в свою очередь, снижает вероятность протекания. Таким образом, змеевидное расположение обеспечивает более равномерный поток жидкости-теплоносителя. Однако, могут возникать сложности при спуске жидкости перед похолоданием, поскольку в изгибах трубы может остаться жидкость.

Простые системы жидкостных солнечных коллекторов предполагают использование обычной воды, которая сразу же, нагреваясь в коллекторе, поступает пользователю. Такие модели называют «разомкнутыми» или «прямыми» системами. Однако применение таких коллекторов неудобно в регионах с низким температурным режимом. Поскольку, при снижении температуры ниже точки замерзания – необходимо сливать воду. В этот период систему использовать невозможно. Альтернативой является использование незамерзающих жидкостей вместо воды. Этот вид системы жидкостных солнечных коллекторов использует жидкие теплоноситель, который, поглощая тепло, направляется в теплообменник. Зачастую теплообменником является водяной бак, конструкция которого предполагает передачу тепла воде. Такую систему называют «замкнутой» или «непрямой».

Остекление жидкостных коллекторов позволяет нагревать воду для бытовых нужд, и для отопления дома, поскольку их КПД выше, чем у неостекленных аналогов. Неостекленные коллекторы, зачастую используют для нагрева воды в бассейнах. В последних приборах не требуется нагревать температуру до высоких температур. Это позволяет использовать менее дорогие материалы, такие как пластмасса и резина.

Воздушные коллекторы

Теплоносителем в воздушных коллекторах выступает воздух, а он не замерзает и не кипит, в отличие от воды. Этот факт позволяет избежать проблем, которым подвержены жидкостные коллекторы. К тому же, утечка в системе воздушных коллекторов приносит намного меньше трудностей, хотя, конечно же, обнаружить ее достаточно сложно. Стоит помнить, что перед материалами, используемыми в воздушных солнечных коллекторах, не стоят особо сложные эксплуатационные задачи. По этому, в воздушных системах возможно использование более дешевых материалов.

Конструкция воздушных коллекторов, представляет собой сочетание плоских коллекторов. Такой прибор используется в основном для просушки сельскохозяйственной продукции, или же для отопления помещений. Металлические панели и многослойные неметаллические экраны могут послужить поглощающими пластинами в конструкции воздушных коллекторов. Теплоноситель проходит через стенки поглотителя с помощью естественной конвекции, или с помощью специального вентилятора.

Теплопроводимость воздуха, на порядок хуже, чем проводимость тепла, жидкостью. По этому, поглотитель получает значительно меньше тепла от воздуха, чем от жидкости. Вентилятор, присоединенный к поглощающей пластине, позволяет увеличить поток воздуха, таким образом, улучшая теплоотдачу. Однако и в этой конструкции есть свои недостатки. Для работы вентиляторов, необходимо дополнительно использовать электроэнергию, а это, в свою очередь увеличивает затраты на работу системы. В условиях холодного климата, необходимо направлять воздух между поглощающей пластиной и утепленной стенкой коллектора, это позволяет избежать потерь тепла. Но не стоит применять такою циркуляцию, если, все же, воздух в помещении, нагревается на 17 С больше, чем воздух на улице. В этом случае, воздух может спокойно циркулировать без потерь эффективности.

Поговорим о достоинствах воздушных коллекторов. В первую очередь – это простота и надежность. Воздушные коллекторы имеют достаточно простое устройство, благодаря этому снижается уровень необходимости технического обслуживания, при этом увеличивая их безусловную надежность. При достойных условиях эксплуатации, срок службы качественного воздушного коллектора колеблется от 10 до 20 лет. За счет того, что теплоносителем выступает воздух, исключается необходимость использования теплообменника и термоизоляции в холодное время года.

Однако не все так красочно, в сфере солнечных воздухонагревателей. Все дело в том, что применение таких установок распространено исключительно для отопления помещений и просушки сельскохозяйственной продукции, причем, в основном, в развивающих странах. Причиной этому стало то, что существуют некоторые ограничения, для использования в промышленных условиях. Начнем с того, что по сравнению с жидкостными, воздушные коллекторы занимают достаточно большую площадь, за счет низкого уровня удельной теплоемкости. К тому же, требуется оборудовать длинный воздуховод для эффективной работы коллектора. И самая главная трудность – это необходимость использования электроэнергии для прогонки воздуха через функциональные части коллектора. Еще иногда встречаются сложности с аккумулированием самой теплоты. Все эти проблемы, даже в регионах с достаточным количеством солнечных дней, приводит к значительному увеличению стоимости на эксплуатацию и установку воздушных коллекторов.

Принцип действия солнечных коллекторов

Элементарный воздушный коллектор

Воздушные солнечные коллекторы делятся на две группы, в зависимости от способа циркуляции воздуха. В самом простейшем случае, поток теплоносителя (воздуха) в коллекторе проходит как раз под поглотителем. Таким образом, данный коллектор позволяет повысить температуру воздуха, не больше чем на 3-5 С. Причиной такого низкого КПД является потери тепла на конвекцию и излучение.

Любой прозрачный материал, с низкой проводимостью инфракрасного излучения, позволяет снижать уровень теплопотерь, при накрывании им поглотителя. Все дело в том, что поток воздуха, образовывается или под поглотителем, или между поглотителем и данным прозрачным покрытием. Прозрачная крышка (из особого стекла или пластмассы) позволяет не на много снижать уровень излучения тепла с поглотителя. Однако, это снижение конвективных тепловых потерь, может позволить увеличить температуру до 20-50 С. Но и этот параметр будет зависеть от интенсивности солнечной энергии попадающей в коллектор и качества воздушного потока. Как плюс к этому всему, наблюдается, также снижение тепловых потерь на излучение, за счет снижения температуры поглотителя. Но стоит помнит, что при этом происходит еще и снижение возможности абсорбента поглощать энергию, за счет его запыления, в том случае, если поток воздуха проходит с обеих сторон.

Накрытый поглотитель в воздушном коллекторе

Отказ от остекления металлического ящика и теплоизоляции, в некоторых случаях, позволяет существенно снижать затраты. Дело в том, что изготовляется такой коллектор из перфорированного металла черно цвета. Такой материал позволяет улучшать качество теплообмена. Принцип этого процесса заключается в том, что этот металл нагревается достаточно быстро, а вмонтированный вентилятор втягивает теплый воздух, через отверстия в металлических листах. Коллекторы такого типа, достаточно часто используются в жилых домах. Зачастую размеры такого прибора составляют 2,4 м?0,8 м, при этом скорость нагрева воздуха составляет 0,002 м3/с. Даже в солнечный зимний день, температура воздуха, который нагревается в коллекторе, может достигать разницы в 28 ?С по сравнению с наружным. К тому же, стоит учесть, что в значительной мере улучшается качество воздуха, поскольку нагревается непосредственно воздух, поступающий снаружи.

Одним из главных плюсов подобных коллекторов, является тот факт, что они достаточно эффективны. КПД некоторых промышленных моделей может достигать 70%. А их стоимость снижается, за счет уменьшается количество используемых материалов.

Вакуумированный солнечный коллектор

Плоские солнечные коллекторы, изначально создавались для использования в местах с большим количеством солнечной энергии. При плохой погоде, их эффективность достаточно не значительна. Холодная, ветреная, пасмурная погода – не позволяют работать таким коллекторам в полную мощь. Но и это не все – повышенная влажность в значительной мере неблагоприятно сказывается на состоянии внутренних деталей такого коллектора. А это влечет за собой уменьшение срока службы коллектора, а также ухудшение эффективности его работы. Дабы устранить такие недостатки были созданы вакуумированные солнечные коллекторы.

Современные вакуумированные солнечные коллекторы способны нагревать воду, для обеспечения хозяйственных нужд. Принцип действия такого прибора заключается в следующем: солнечная энергия, проходя через наружную трубку, попадает в поглощающую трубку, где и происходит превращение солнечной энергии в тепло. А далее, переработанное тепло передается теплоносителю (жидкости). Сам коллектор представляет собой сочетание определенного количества параллельных рядов стеклянных трубок. К каждой из этих трубок прикрепляется трубчатый поглотитель с селективным покрытием (аналог пластины-поглатителя в вышеописанных плоских коллекторах). Нагретая в коллекторе жидкость поступает в бак накопитель, и уже там отдает все полученное тепло воде.

Трубки в вакуумированном коллекторе можно менять. Добавлять или даже убирать, в зависимости от необходимости. Это позволяет называть такие коллекторы модульными. Но стоит помнить, что между трубками коллектора должен быть вакуум, что бы уменьшить потери тепла в процессе конвекции. Однако, радиационная потеря тепла остается. Уточним, что радиационная потеря тепла – это то тепло, которое идет на нагревание поверхностей рабочих частей коллектора. Но не стоит думать, что эти потери существенно повлияют на эффективность работы коллектора. Радиационная потеря достаточно мала, по этому можно уверенно считать, что рабочие характеристики вакуумированного коллектора достаточно велики.

На данный момент, создано большое количество вакуумированных коллекторов, которые имеют различные комплектации, а, следовательно, и разные эксплуатационные характеристики и особенности.

Создание вакуумированного коллектора – это достаточно сложный и трудоемкий процесс. Особенные трудности вызывает запайка оболочки коллектора. Проблема заключается в том, что по сей день не найдено достаточно эффективного метода создания эффективной высоковакуумной системы, при не больших затратах.

Стоит помнить, что такие вакуумированные коллекторы достаточно эффективны, по сравнению с обычными плоскими коллекторами. Все дело в том, что эффективность работы вакуумированного коллектора не зависит от качества радиации, т.е. как в условиях прямой, так и рассеянной радиации, данный коллектор работает одинаково эффективно. К тому же, вакуумное строение коллектора позволяет свести к минимуму потери тепла. Помимо всего вышесказанного, такие приборы достаточно долго и качественно служат, полностью обеспечивая все хозяйственные нужды человека.

Концентраторы

Фокусирующий солнечный коллектор

Концентраторы или же коллекторы отличаются от предыдущих описанных коллекторов тем, что их принцип действия заключается в концентрации солнечных лучей. Делается это за счет зеркальных поверхностей, которые направляют солнечную энергию конкретно на поглотители. Температура, которая обеспечивается концентраторами значительно выше, чем максимальная температура плоских коллекторов. Но стоит помнить, что концентраторы могут воспринимать исключительно прямую солнечную радиацию, по этому. В пасмурную погоду их использование не возможно. Такой тип коллекторов-концентраторов, особенно эффективен в регионах близких к экватору и в пустынных районах с большим количеством солнечных дней.

Для более эффективной работы концентратора, используется специальный прибор, который отслеживает направление солнечных лучей и поворачивает прибор к солнцу. В зависимости от оси, по которой может вращаться, такой коллектор различают одноосные и двуосные следящие устройства. Первые предполагают вращение устройства с востока на запад, а вторые, предполагают поворот устройства во все четыре стороны света, для того что бы точно отслеживать направление солнца в течение всего года. Данные коллекторы-концентраторы, в основном используются в промышленных условиях. Причиной этому стала достаточно большая стоимость этого устройства, а также необходимость постоянного технического обслуживания. Для бытового применения, они просто не приемлемы.

Солнечные печи и дистилляторы.

Солнечная печь

Помимо всех вышеописанных приборов, существуют также приборы, которые имеют достаточно простую структуру, и узкую сферу применения. К примеру, такие приборы могут выступать в роли солнечной печи, для приготовления пищи, или солнечного дистиллятора – прибора достаточно дешево очищающего воду любого состояния.

Поговорим про солнечные печи. Они достаточно просты, как при эксплуатации, таки при изготовлении. Солнечные печи представляют собой достаточно хорошо теплоизолированную коробку, которая покрыта материалом, отражающим свет (фольгой, например). Эта коробка накрывается стеклом и оборудована внешним отражателем. Кастрюля черного цвета послужит поглотителем, поскольку может намного быстрее нагреваться. Такие печи, можно использовать для стерилизации воды, при кипении.

Что касается солнечных дистилляторов, то они могут в результате своей работы предоставлять дистиллированную воду достаточно дешево, притом, что брать воду, можно практически из любого источника. Принцип работы солнечного дистиллятора лежит в основе процесса испарения, а сам прибор использует солнечную энергию, с целью ускорить этот процесс. За день работы, небольшой солнечный дистиллятор может произвести около 10 литров идеально чистой воды.

На данный момент солнечная энергия используется достаточно обширно. Одним из самых эффективных примеров его использования является метод нагрева воды солнечной энергией. Несколько миллионов жителей нашей планеты, уже достаточно долго и давно используют солнечные коллекторы для обеспечения своих нужд. Такие приборы достаточно эффективны, не требуют особых затрат на эксплуатацию, к тому же не приносят вреда окружающей среде.

www.solarroof.ru

принцип работы и способы применения. Солнечные коллекторы для дома :: SYL.ru

Ежедневно от нашей ближайшей звезды на землю поступает столько энергии, сколько все человечество тратит в течение года в пересчете на ее ископаемые виды. Тепловая энергия переносится видимым светом и инфракрасным излучением.

Одной из попыток приручить неиссякаемый поток тепла и света из космоса является гелиосистема теплообмена. Медленно, но уверенно солнечные коллекторы для отопления дома приобретают популярность у потребителей и вытесняют традиционные источники отопления. А для набирающей обороты концепции умного дома это и вовсе неотъемлемая часть инженерного оборудования. В его широкой доступности играет роль повышение технологичности производства и, как следствие, снижение стоимости. Около 70 % мирового рынка использования гелиосистем приходится на Китай. В южных регионах этой страны едва ли не на каждой крыше можно увидеть солнечный коллектор. Цена изделий нашего восточного соседа гораздо ниже европейских, качество довольно приемлемое.

Сомнения прочь

В странах Средиземноморья, где количество солнечных дней — более 300 в году, солнечный коллектор для отопления и нагрева воды можно встретить практически на каждой крыше. Не вызывает сомнения эффективность использования этого источника тепла в южных регионах России. Климат средней полосы считается неблагоприятным для таких энергетических установок. Однако исследования и эксперименты доказывают целесообразность применения гелиосистем. Специальная работа была проведена в институте высоких температур Российской академии наук. Средние показатели интенсивности солнечного потока в зависимости от климатической зоны составляют 150-300 Вт/кв. м. Пиковые показатели достигают 1000 Вт/кв. м.

Исходными данными для расчета эффективности гелиосистемы было выбрано отношение поверхности в 2 кв. м коллектора к 100-литровому объему бака-накопителя. Вероятность ежедневного нагрева воды в системе оценивается следующими показателями:

• до температуры +37 °С — 50-90 %;
• до температуры +45 °С — 30-70 %;
• до температуры +55 °С — 20-60 %.

Эти сухие цифры говорят о том, что в холодный период года солнечный коллектор даже при наименьшем количестве солнечных дней позволяет экономить до 60 % энергии для отопления дома.

Виды преобразователей солнечной энергии

Солнечный коллектор предназначен для преобразования энергии дневного светила в тепловую энергию. Применяемые материалы и конструктивные решения направлены на максимальное поглощение энергии солнца, преобразование ее в тепловую и эффективную передачу для дальнейшего использования. В качестве теплоносителя используется как специальная незамерзающая жидкость, так и атмосферный воздух. Циркуляция теплоносителя бывает принудительной и естественной. В том случае если применяется естественная, конвекционная, система теплообмена, солнечный коллектор должен располагаться ниже бака-аккумулятора, например на прилегающем земельном участке. Такая схема применяется при необходимости отопления небольших или временных помещений. Объемные системы требуют использования насоса для циркуляции жидкости. Такую схему можно использовать и для устройства системы горячего водоснабжения.

Схема гелиоустановки

Система отопления состоит из следующих компонентов:

• Солнечный коллектор преобразует энергию солнца в тепловую.
• Подающая магистраль доставляет теплоноситель в бак-накопитель.
• Электронасос осуществляет циркуляцию жидкости-теплоносителя.

В баке-накопителе происходит передача тепла от контура гелиоустановки контуру паровой системы отопления дома. В этой емкости может быть размещен дублирующий нагревательный элемент, который автоматически включается, если погодные условия не способствуют нагреву теплоносителя до заданных параметров. Жидкость гелиоустановки соответствует противоречивым требованиям. Она должна быть морозоустойчивой, но в то же время не испаряться при высокой температуре и не быть токсичной. В большинстве установок используется теплоноситель, состоящий из 60 % дистиллированной воды и 40 % гликоля. Автоматика позволяет без участия человека поддерживать нужную температуру внутри помещения и не допускать перегрева теплоносителя.

Вакуумный солнечный коллектор

Вакуумные системы имеют довольно сложное устройство. Основным рабочим элементом является дорогостоящая светопоглащающая трубка особой конструкции. В основу положен принцип термоса. Поверхность вакуумной трубки прозрачная. Она пропускает солнечный свет на внутреннюю трубку. Из пространства между ними откачан воздух, отсутствие газа позволяет сохранять до 97 % тепла.

В нижней части внутренней трубки находится теплоноситель – жидкость, которая при нагревании быстро переходит в газообразное состояние. В верхней части трубки происходит передача тепла коллектору, при этом теплоноситель охлаждается и, конденсируясь, возвращается в изначальное состояние. Системы с использованием вакуумных трубок обладают довольно высоким КПД при температуре ниже -37 °С и плохой освещенности. Это оборудование требует своевременной очистки от снега и монтажа строго под определенным углом. Также периодически прозрачные сегменты следует очищать от загрязнения. Вакуумный солнечный коллектор специально разрабатывался для северных широт. Он эффективно работает при отсутствии прямых солнечных лучей.

Плоский гелиопреобразователь

Плоский солнечный коллектор представляет собой автономную панель, состоит из трех компонентов:

• Поглотитель солнечного излучения. Его красят черной краской или наносят специальное покрытие.
• Верхнее прозрачное покрытие. Изготавливается из закаленного стекла или поликарбоната.
• Система трубок, посредством которой прогревается циркулирующий в ней теплоноситель. Как правило, делается из меди.

Задняя сторона панели имеет эффективное теплоизоляционное покрытие. Одна или несколько таких панелей подключаются к подающей линии бака-аккумулятора. Этот вид системы имеет сравнительно низкую стоимость и хорошую производительность в теплые сезоны. Минусом является низкая эффективность при отрицательных температурах и ощутимые теплопотери.

Коллектор-концентратор

В южных широтах, где наибольшее количество ясных дней, получил распространение так называемый концентратор. Он представляет собой систему параболических отражателей, расположенных на одной криволинейной поверхности и концентрирующих солнечный свет в определенной точке. Для наибольшей эффективности требуется изменение положения в двух плоскостях вслед за движением солнца по небосводу в течение дня. Солнечные коллекторы для отопления дома такой конструкции не применяются.

В быту и на работе

Применение гелиоустановок решает проблемы с отоплением при ограниченном доступе к газу или электричеству, при недостаточной мощности центрального электроснабжения; в качестве вспомогательной системы отопления, горячего водоснабжения дома, коттеджа, дачи, бассейна позволяет сэкономить значительные средства владельцам. Область применения самая различная:

• отопление производственных помещений;
• отопление и горячее водоснабжение жилых зданий, предназначенных для постоянного и временного проживания.
• отопление учреждений здравоохранения, туристических баз, спортивных комплексов, небольших автономных магазинов.
• обогрев открытых и закрытых бассейнов;
• отопление и горячее водоснабжение временных жилых и рабочих помещений.

Воздушная гелиосистема

Отопительная система может в качестве теплоносителя использовать не только жидкость, но и атмосферный воздух. Воздушный солнечный коллектор применяется для обогрева всех типов помещений и в зависимости от конструкции бывает трех типов:

• Плоский имеет схожие принципы с подобной жидкостной конструкцией.
• Пирамидальный использует сложную систему отражающих поверхностей.
• Венецианские жалюзи располагаются между переплетами стекла и направляют теплый воздух в помещение. Применяется при ленточном остеклении зданий.

В отличие от жидкостных устройств воздушный солнечный коллектор может быть изготовлен из неметаллических материалов.

Солнечная система для горячего водоснабжения

Систему горячего водоснабжения можно подключить к баку-аккумулятору. Бак, таким образом, будет играть роль бойлера, в котором, в свою очередь, роль электрического тэна будет играть теплообменная спираль, включенная в контур системы обогрева. Посредством спирали теплоноситель начнет нагревать воду в баке. Таким образом, схема водоснабжения будет накопительной или проточно-накопительной.

Солнечный коллектор своими руками

Простейший солнечный преобразователь предусматривает непосредственную передачу тепла солнечного света циркулирующий внутри системы труб воде. Подобную продукцию производила отечественная промышленность в начале этого века. Солнечные коллекторы для дома изготавливались из медной трубки диаметром до 20 мм. Для удобства монтажа и использования она закручивалась в плоскую спираль, имеющую на обоих концах штуцер для подсоединения магистрального трубопровода либо просто садового шланга. Такую спираль можно было разместить на скате крыши дачного домика. Объема горячей воды вполне хватало, чтобы принять душ в конце дня и помыть посуду. Подобный солнечный коллектор своими руками можно сделать из черной пластиковой трубы. Плоский гелиопреобразователь изготавливается с помощью теплообменника от старого холодильника.

Установка коллектора

Сложность эксплуатации солнечной системы в том, что эффективность зависит от высоты солнца над горизонтом, времени года и суток, наличия облачности, влажности и температуры окружающего воздуха. Солнечный коллектор для отопления помещения в горизонтальной плоскости должен быть ориентирован строго на юг. Отклонения в сторону запада или востока допускаются в пределах 40°. При этом эффективность установки снизится примерно до 20 %. Важную роль играет угол наклона, который должен составлять от 35 до 45°.

Самым разумным вариантом является на стадии проектирования нового жилища предусмотреть, что на крышу будет установлен солнечный коллектор. Цена на подобное оборудование значительно выше, чем на привычное паровое отопление. Но затраты с лихвой оправдаются последующей эксплуатацией. Срок окупаемости, если дом утеплен в соответствии со всеми нормами и правилами, в среднем составляет пять лет.

www.syl.ru

Классификация солнечных коллекторов

Так как солнечные коллекторы являются наиболее распространенными, приведем их общую классификацию.

1. Плоские

Плоский коллектор представляет собой конструкцию из элемента-абсорбера, который поглощает солнечное излучение; Прозрачного покрытия (обычно используется закаленное стекло с пониженным содержанием металла) и термоизолирующего слоя. Плоский солнечный коллектор способен нагревать воду до 190-200 градусов. Особое оптическое покрытие плоского коллектора в инфракрасном свете не излучает тепло, что значительно повышает его эффективность. В качестве абсорбера широко применяется листовая медь, отличающаяся хорошей теплопроводностью.

2. Вакуумные

Вакуумный коллектор имеет многослойное стеклянное покрытие. Тепловая труба вакуумного коллектора устроена, как термос. Это позволяет сохранять до 95% тепловой энергии. В нижней части трубки коллектора располагается жидкость, которая при нагревании превращается в пар. Поднимаясь в конденсатор, расположенный в верхней части трубки, пар конденсируется и передает в коллектор тепло (по законам физики).При условиях слабой освещенности этот вид коллекторов обладает большим КПД, чем плоские коллекторы.

3. Коллекторы-концентраторы

Коллектор-концентратор для концентрации солнечной энергии использует зеркальную поверхность, которая фокусирует свет с большой поверхности на меньшей поверхности абсорбера. Благодаря этому достигается достаточно высокая температура. В некоторых случаях излучение может концентрироваться в фокусной точке, в других случаях — вдоль тонкой фокальной линии. Для работы с концентраторами используются специальные следящие устройства, которые поворачивают его солнечному свету. Концентраторы позволяют нагревать до значительно более высоких температур, чем предыдущие виды, однако могут концентрировать лишь прямое излучение. В туманную и облачную погоду работа концентраторов затруднена. Концентраторы наиболее эффективны в пустынных регионах и близко к экватору и используются в основном в промышленности, вследствие их дороговизны. [4].

4. Преимущества и недостатки использования солнечной энергии

1. Преимущества использования солнечных батарей

1.Неиссякаемый источник энергии.

2.Бесплатная энергия, основным источником является Солнце.

3.Чистая энергия, не вносят вклад в глобальное потепление, кислотные дожди и смог, снижает вредные выбросы.

4.Использование для различных целей: транспортные средства, работающие на солнечной энергии.

5.Возобновляется.

6. Предоставляет возможность, использовать энергию в отдаленных районах.

7. Развитие новых технологий, позволяет нам хранить солнечную энергию в аккумуляторах.

8. Производится там, где потребляется.

9. Не используется топливо, следовательно, не способствуют амортизации транспорта и транспортировки топлива или радиоактивных отходов.

10. Энергия производится без вмешательства.

11. Минимальное обслуживание.

12. Сохраняет деньги на долгосрочной основе.

13. Оборудование просто в установке.

2. Недостатки использования солнечных батарей

1. Вам нужно большое количество солнечных панелей для производства электроэнергии необходима, большая площадь.

2. Высокая начальная стоимость солнечных панелей.

3. Выработка электроэнергии только в течение светового дня.

4. Зависит от климатических условий. [3]

studfile.net

Солнечный коллектор — плоский или вакуумный?

Плоский или вакуумный солнечный коллектор — плюсы и минусы

Добрый день, дорогие читатели. Зеленая планета продолжает раскрывать тему — альтернативные источники энергии.  Сегодня мы переходим от теоретической части (что такое солнечные коллекторы), к практической. Мы рассмотрим два основные вида солнечных коллекторов, проанализируем и сравним их характеристики, целесообразность и эффективность использования, с целью выяснить — какой солнечный коллектор лучше вакуумный или плоский.

Для начала, еще раз напомним общий принцип действия солнечного коллектора. С помощью данного устройства можно нагревать воду или отапливать здание. Лишь потратив деньги на его установку, вы будете получать экологически чистое тепло, а не покупать много киловатт электричества или использовать исчерпаемые ресурсы земли, такие как жидкое, газообразное или твердое топливо.

Сравнение плоских и вакуумных солнечных коллекторов.

Чтобы лучше разбираться в плюсах и минусах свойств плоских и вакуумных коллекторов, нужно обладать некоторыми знаниями, которыми мы и собираемся поделиться с нашими читателями, оценив и сравнив некоторые характеристики солнечных коллекторов.

Еще раз напомним, как выглядят солнечные коллекторы:

Плоский солнечный коллектор

Вакуумный солнечный коллектор

1. Прочность солнечных коллекторов

Существует мнение, что плоские солнечные коллекторы по своей конструкции куда прочнее вакуумных, и этому есть объяснение, плоский коллектор состоит из единой панели, и в отличии от вакуумного коллектора, с виду и по физическим данным выглядит прочнее. Но даже импортные плоские солнечные коллекторы вполне можно повредить. С другой стороны, случаи сильной непогоды, крупного града, ураганов или падения летательных аппаратов, которые способны повредить солнечные коллекторы, не так уж часто происходят в обычной среднестатистической местности.

С практической точки зрения, вакуумные коллекторы использовать удобнее, ведь такой коллектор состоит из множества стеклянных трубок. Если с коллектором что-то случится, то, возможно, повреждения коснуться одной или нескольких трубок, которые, во-первых, можно заменить, а во-вторых, можно сделать это не сразу, ведь остальные трубки останутся работоспособными. В случае повреждения плоского коллектора, он может целиком выйти из строя, и замена всей панели обойдется явно дороже замены одной или нескольких трубок вакуумного коллектора.

2. Снег и изморось для солнечных коллекторов

Для наших широт актуальность использования солнечных коллекторов в холодное время года не менее важна, поэтому важно знать некоторые особенности их зимней эксплуатации. Например, актуальный вопрос, как быть со снегом, который может скопиться на коллекторе и мешать его нормальной работе.

Следуя логике можно подумать, что на плоском коллекторе, установленном под углом 45 градусов, не задерживается снег, так как наклонная плоскость нагревается, и он будет лучше работать, без надобности его отчищать от снега. На практике, снег действительно подтаивает на солнце и сползает в нижнюю половину или треть коллектора, где может превращаться в снежно-ледяную корку. Вакуумные коллекторы, расположенные под углом 55-60 градусов, даже при небольшом ветре, легко обдуваются от снега естественным образом, если только они не установлены на земле, где намело сугробы.

Если же, и плоские и вакуумные коллекторы установлены на крыше или на земле, где собирается снег, то и тот и другой придется отчищать для нормальной работоспособности. Общее правило — чем больше угол наклона коллектора, тем меньше на нем будет собираться снег. Вакуумные коллекторы, установленные под углом от 55 градусов и выше, имеют еще одно преимущество перед плоскими коллекторами — они обладают повышенной устойчивостью к обильным снегопадам.

Также, существует мнение, что солнечные коллекторы покрываясь изморозью перестают нормально работать, на самом деле, изморозь не сильно влияет на работоспособность коллекторов. Изморозь обычно появляется после обильных осадков при повышенной влажности, как только выходит солнце, изморозь превращается в воду. Перед изморозью нет преимуществ ни у вакуумных, ни у плоских коллекторов.

3. Какой из солнечных коллекторов лучше подходит для систем отопления?

Продолжая тему использования солнечных коллекторов в холодное время хорошо бы выяснить, какой солнечный коллектор вакуумный или плоский лучше подходит для отопления зданий в зимний период. В холодное время года, системе солнечных коллекторов требуется большее время утром для нагрева теплоносителя и привода всей системы отопления в рабочее состояние, по сравнению с теплым периодом года.

Внешние части системы солнечных коллекторов соприкасаются с холодной окружающей средой, и теряют на этом какую-то часть тепла. Плоские коллекторы очень сильно теряют свою эффективность зимой, а вакуумные коллекторы за счет хорошей теплоизоляции, работают практически так же эффективно, как и летом.

Получается, что для отопления можно использовать оба типа коллекторов, для здания определенной площади эффективнее использовать вакуумные коллекторы, ведь если использовать плоские коллекторы, то понадобится в несколько раз больше самих коллекторов для поддержания той же мощности. Этот факт понижает экономическую целесообразность использования плоских солнечных коллекторов в системе отопления, в холодное время года.

Также стоит отметить, что для обеспечения горячим водоснабжением эффективнее использовать вакуумные коллекторы, так как в облачную и пасмурную погоду, за счет минимального теплообмена с окружающей средой, они дают достаточно тепла для нагрева воды, в то время, как плоские коллекторы могут гораздо хуже справляться с данной задачей, перекладывая ее на резервную систему подогрева воды.

4. Стоимость солнечных коллекторов.

Стоимость солнечных коллекторов зависит в первую очередь от производителя. Скажем, плоские коллекторы, сделанные в европейских странах, будут дороже вакуумных солнечных коллекторов, выпущенных в Китае. С другой стороны, российские или китайские плоские коллекторы могут быть в разы дешевле вакуумных коллекторов.

Как показывает практика, искать самые дешевые варианты не имеет смысла, так как во-первых, эффективность плоских коллекторов, особенно в странах с холодным климатом, куда ниже использования вакуумных коллекторов, во-вторых, КПД и сроки эксплуатации дешевых солнечных коллекторов могут быть в разы меньше, чем у более дорогих и качественных.

Плоские солнечные коллекторы производятся в Европе, Китае и России, они отличаются размерами, мощность можно рассчитать стандартно — по площади коллектора.

Европейские плоские коллекторы можно найти по высоким ценам, обычно предлагаются качественные плоские коллекторы с максимальной эффективностью для данного вида.

Российские плоские коллекторы по качеству уступают европейским, в основном зависит от производителя, лучше образцы практически сравнимы по показателям с европейскими, худшие — сопоставимы с дешевыми китайскими аналогами, цены средние.

Китайские плоские коллекторы — лучшие сопоставимы с российскими, остальные, особенно выпускаемые без бренда, могут быть очень неэффективными, с нарицательным — товары из Китая, но по низким ценам.

Вакуумные солнечные коллекторы, в большинстве своем, производятся в Китае, и надо сказать, здесь китайские разработчики преуспели. Качество коллекторов зависит от крупности производства, есть признанные лидеры производства вакуумных коллекторов, например — Himin Solar, а также, на рынке можно встретить предложения совсем кустарных компаний, которые будут заметно уступать в качестве продукции брендовым производствам.

Выводы: Какой тип солнечного коллектора лучше выбрать для России?

Для обеспечения объекта горячим водоснабжением можно выбрать, как плоский, так и вакуумный солнечный коллектор. Единственное, что нужно помнить, что вакуумный коллектор имеет гораздо более высокие показатели эффективности в облачную или пасмурную погоду, а также, в холодное время года.

Для отопления в нашем климате подходит использование вакуумного коллектора, самый эффективный с U-образным нагревательным элементом.

Естественно, нужно позаботится о резервной системе отопления и нагрева воды, ведь в ночное время, пасмурные и облачные дни, солнечные коллекторы не могут в полной мере осуществлять свои функции.

И не стоит экономить на покупке качественных солнечных коллекторов. Выбирая вакуумный коллектор, придется обратить свой взор к китайским фирмам, но здесь лучше присмотреться только к известным брендам и не покупать «китайские» товары.

Чтобы представить масштабы развития китайской технологии — достаточно взглянуть на огромный комплекс компании Himin Solar, который обслуживает свои нужды в отоплении и электроснабжении собственной выпущенной продукцией.

Огромный комплекс использующий альтернативные источники энергии.

greenplaneta.org