Солнечный коллектор

Солнечный коллектор (solar collector) – это устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую энергию. Коллектор не производит электричество, как фотоэлектрические модули, а лишь нагревает теплоноситель. Системы на основе солнечных коллекторов различаются как по виду используемого в них теплоносителя – жидкостные (вода, антифриз) или воздушные, так и по продолжительности работы – круглогодичные или сезонные. Сезонные системы ГВС выполняются обычно одноконтурными. Они активно используются в летние и переходные месяцы, когда температура окружающего воздуха имеет положительные значения. Если система используется для отопления здания, то ее обычно выполняют двухконтурной, а чаще всего – многоконтурной.

Система на основе солнечного коллектора, предназначенная для обеспечения отопления и горячего водоснабжения (ГВС), состоит из:

– контура для циркуляции теплоносителя;
– аккумулирующего бака;
– насосного модуля с группой безопасности;
– контроллера;
– солнечного коллектора;
– дублирующего источника энергии (бэкапа).

В зависимости от конструкции выделяют следующие виды коллекторов.

Плоский солнечный коллектор состоит из корпуса и поглощающего инфракрасное излучение элемента в виде пластины, на которую нанесено селективное покрытие. Корпус теплоизолирован с боковых и тыльной сторон. Обращенная к солнцу часть коллектора прозрачна, что обеспечивает проникновение солнечного излучения во внутрь. Чем больше размер пластины и, следовательно, ее площадь, тем выше мощность всего устройства. Поглощаемая пластиной энергия затем передается на теплоноситель.

Плоский солнечный коллектор

Вакуумный солнечный коллектор представляет собой более совершенную конструкцию: в основе его работы лежит применение вакуумных трубок, устройство каждой из которых можно сравнить с устройством колбы термоса. Это стеклянная трубка с двумя стенками, пространство между которыми вакуумировано. Внешняя стенка прозрачна. На наружную поверхность внутренней стенки нанесен особый селективный слой, который способен улавливать солнечное излучение. Вакуумная прослойка способствует сохранению около 95% всей полученной энергии. Установки на основе вакуумных коллекторов подразделяются по способу нагрева воды: прямой нагрев (сезон- ные) и косвенный (всесезонные). В устройстве косвенного нагрева есть два способа передачи тепла: тепловые трубки с залитой внутрь специальной легкокипящей жидкостью и U-трубки.
В тепловой медной трубке под воздействием солнечной энергии залитый внутрь специальный легкокипящий состав быстро вскипает и испаряется. Пар поднимается в верхнюю область трубки и отдает тепло теплоносителю. При этом происходит конденсация газа, он переходит в жидкую фазу и стекает внутрь трубки. Процесс повторяется.
Еще более технологичными являются коллекторы с U-трубками. В них медная трубка загнута и образует в каждой вакуумной колбе индивидуальный контур, через который прогоняется жидкость – теплоноситель. Это обеспечивает максимально быстрый нагрев теплоносителя и наибольшую эффективность на единицу площади.

Вакуумный солнечный коллектор

Воздушный солнечный коллектор это разновидность плоских коллекторов, где в качестве теплоносителя используется воздух и используется в основном для отопления помещений. Элементом, нагревающимся от солнечного излучения, в таких коллекторах служат ребристые (для увеличения теплоотдачи) металлические панели, системы металлических труб, многослойные экраны, в том числе и из неметаллических материалов. Воздух в таких коллекторах нагревается от непосредственного контакта с поверхностью поглощающего солнечное излучение элемента. Вся система должна быть теплоизолирована. Циркуляция воздуха может быть как естественной, так и принудительной. В последнем случае в солнечных воздухонагревателях устанавливаются вентиляторы.


Воздушный солнечный коллектор

У каждого типа коллекторов есть свои преимущества. Так, более простые плоские коллекторы способны самоочищаться от снега, могут быть установлены под любым углом наклона, стоят дешевле, чем вакуумные, обладают высокой производительностью в летнее время, более надежны и долговечны. Срок службы качественных промышленных изделий составляет более 25 лет. Вакуумные коллекторы лучше работают в условиях низких температур и слабой освещенности и позволяют генерировать более высокие температуры. Срок службы этого типа коллекторов – не менее 20 лет. Главные достоинства воздушных коллекторов – простота и надежность. Им не свойственны проблемы замерзания и кипения теплоносителя, от которых порой страдают жидкостные системы, но необходимо учитывать возможность их перегрева в летний период, когда тепло от них не требуется. При хорошем уходе этот тип коллекторов может прослужить 10-20 лет, а управление воздушными коллекторами не представляет сложностей.

Пасмурная погода, дождь и облачность не станут преградой для системы теплоснабжения с солнечным коллектором, хотя и понизят ее эффективность. На этот случай во многие коллекторы встроены интеллектуальные контроллеры, позволяющие подключать к работе другие энергетические источники.

На что обратить внимание. Главные параметры, которые нужно рассчитывать при выборе коллектора, это площадь системы коллекторов и количество необходимой тепловой энергии. Кроме этого, нужно обратить внимание и на такие характеристики, как габариты конструкции, размер активной площади, оптический КПД, угловой коэффициент, потери тепла, вид теплоносителя, надежность и наличие гарантии.

Несколько советов по выбору коллектора:
– поскольку агрегат устанавливается на крыше здания, то он должен иметь габаритную площадь, соответствующую размерам объекта. При этом важно знать, что вакуумные солнечные коллекторы занимают на 70% больше площади, чем плоские, при одинаковой площади поглощения солнечной энергии;
– угловой коэффициент зависит от наклона падающих на него лучей. Для повышения КПД прибора следует выбирать наибольший угол наклона, что особенно актуально для солнечного коллектора, собранного своими руками;
– если система будет использоваться в зимний период, то и расчеты проводятся соответствующим образом. В зимний период требуется гораздо больше энергии и затрат для того, чтобы помещение было комфортным для проживания. Довольно сложно рассчитать количество квадратных метров, которые необходимы для той или иной системы коллекторов. Здесь важны не только наклон крыши и сторона – значение приобретают уровень солнечной радиации в данном регионе, объем накопителя, тепловые потери объекта отопления;
– все расчеты лучше доверить квалифицированным специалистам;
– выбирая ту или иную модель, надо обязательно обратить внимание на ее производительность. В пересчете на квадратный метр у каждой торговой марки она может быть своя;
– при выборе конкретной модели солнечного коллектора необходимо обратить внимание на возможность использования устройства в зимний период, а также на необходимую мощность системы. Любая гелиоустановка имеет номинальную мощность, выраженную в киловаттах. Данное количество энергии вырабатывается при ярком солнце в зените. Утром и вечером производительность системы снижается, а ночью возможно использование горячей воды только из бойлера, в котором вода запасалась днём;
– следует учитывать не только тепловую эффективность солнечного коллектора, но и его стоимость. Например, при выборе солнечного коллектора для системы ГВС исходя из соотношения стоимости и качеств солнечного коллектора рекомендуется остановиться на плоском солнечном коллекторе;
– рекомендуется принимать во внимание прочность солнечного коллектора. Следует выбирать такой солнечный коллектор, который смог бы работать, по крайней мере, не менее 15 лет;
– солнечный коллектор должен иметь простую схему монтажа: при установке не только сборка самого солнечного коллектора, но и его соединение с трубопроводами должны осуществляться просто;
– плоский коллектор является более прочной конструкцией, чем вакуумный (из-за наличия в его конструкции полых воздушных трубок, которые очень чувствительны к внешним воздействиям). Однако в плоских коллекторах при ремонте замене подлежит вся система абсорбции, при поломке же одной из трубок вакуумного коллектора можно ограничиться только ее заменой;
– воздушный коллектор при всех своих недостатках является чрезвычайно простым устройством;
– плоский коллектор идеален для нагрева воды в диапазоне от 20 до 60 °C выше, чем окружающая температура, а вот вакуумные устройства имеют более высокую степень нагрева теплоносителя;
– в зимних условиях вакуумный коллектор будет более эффективен. Тем не менее общая хрупкость конструкции снижает срок службы вакуумных солнечных коллекторов.

Pin It on Pinterest