Солнечный коллектор: принцип работы и способы применения. Солнечные коллекторы для дома. Солнечные коллекторы: характеристики и обзор моделей Принцип работы солнечного коллектора

Ежедневно солнце является поставщиком неограниченного энергетического потенциала, которое будет доступно для человеческого пользования на протяжении еще многих лет. Такие возможности природы являются главными движителями для человека придумывать и воплощать в реальность более новые возможности и устройства, которые способны перерабатывать солнечное излучении в полезную для человечества энергию.

Вакуумный солнечный коллектор – эффективное устройство, способное питать не только электрическую лампочку, но и целую отопительную систему для помещений.

Переработанная солнечная энергия превращается в тепловую, и передается теплоносителю. Такое применение современных установок используется для обогрева помещения, подогрева жидкости, архитектурных конструкций.

Процесс нагревания воды от солнца

Для того, чтоб солнечное светило могло осуществить нагрев воды, должны быть осуществлены некоторые предпосылки. На протяжении всего года расход остается практически на одном и том же уровне. Именно по этой причине в роли энергетического источника для нагрева жидкости эффективнее всего использовать энергию большого светила – Солнца.

Если правильно осуществить установку солнечных коллекторов, то они способны увеличить температуру воды на 50- 65% в холодное время и до 100% в летнее.

Такие условия работы системы свидетельствуют о том, что в теплое время года можно будет отказаться от использования традиционных систем обогревания при помощи газа или электричества. Использование такой системы в летнее время является крайне выгодным еще и по той причине, что выработанной энергии хватает даже на питание некоторых бытовых электрических машин, работающих на благо домашнего хозяйства.

Важным достоинством современных солнечных водонагревательных установок является простота технологического новшества, использование которого дает возможность жить комфортно, экономно, без нанесения вреда для окружающей среды.

Конструктивные отличия

Главным конструктивным отличием вакуумных коллекторов являются стеклянные трубки, которые надежно закреплены на базовой панели. Такие трубки покрыты специальным веществом, которое способно притягивать солнечное тепло. Помимо этого, внутри такой трубки находится еще одна, меньшим диаметром.

Следует отметить, что между ними находится вакуум. Именно благодаря этой вакуумной прослойке удается сохранить большую часть тепла и повысить эффективность коллектора более чем на 30%, по сравнению с плоскими моделями. В таких коллекторах вода способна нагреться до 300 °C.

Следующим не менее важным отличием вакуумных коллекторов является специальная жидкость внизу трубки, которая в результате нагревания превращается в пар, поднимаясь вверх, производит равномерное нагревание жидкости.

Отметим, что именно в регионах с небольшой продолжительностью светового дня и минусовой температурой реализация такой работы аппарата дает существенный выигрыш в количестве добытой тепловой энергии.

Относительно цены такие приборы имеют более высокую стоимость, нежели иные, однако, выходные характеристики оправдываются по истечении нескольких лет.

Принцип работы солнечных коллекторов

Если говорить доступным языком, то солнечные коллекторы направлены на оккупацию тепловой солнечной энергии, ее накапливание и последующее распределение по оборудованию для человеческих потребностей.

Для большего понимания работы системы, прежде всего, необходимо разобраться из чего она состоит. Зачастую такая система собрана из коллектора, контура для самого теплообменника, теплового аккумулятора, температурных датчиков, приемника. В качестве такого аккумулятора чаще всего используют водяной бак.

Теперь разберем особенности некоторых частей более подробно. Главной особенностью приемника является состав сплава – медь, изолированная полиуретановым типом, защищенная анодированным алюминиевым покрытием. Именно через него происходит подача тепловой энергии. В случае обнаружения неисправности в приемнике его процесс замены происходит без особых затруднений, без необходимости слива всей не замерзшей жидкости из теплообменника.

Температурные датчики расположены на выходе из вакуумного коллектора и на обратной стороне устройства отопления. На основе данных температурных датчиков происходит включение и выключение циркуляционного насоса.

В случае перегрева теплоносителя (жидкости) в системе может возникнуть так называемое избыточное давление, нейтрализовать которое поможет только расширительный бак.

Работа системы происходит следующим образом. В качестве теплоносителя вакуумного солнечного коллектора является незамерзшая жидкость, которая, продвигаясь через верхнюю зону устройства, осуществляет поглощение тепловой энергии со специальных наконечников из медных сплавов.

В результате использования змеевого механизма осуществляется нагревание жидкости в накопителе. Замкнутый цикл передачи тепла происходит до тех пор, пока температура самой жидкости будет превышать температурные показатели воды в накопительной емкости. Время работы такой системы напрямую зависит от продолжительности дня и температуры окружающей среды.

Вакуумные накопители с прямой тепловой подачей

В приборах с прямой подачей тепла вакуумные приспособления, изготовленные из стекла, и накопительный бак крепятся к единому рамному каркасу в наклоне от 40° до 60 °. Через резиновое соединительное кольцо соединены все вакуумные механизмы с накопительным баком.

При помощи запорного клапана устройство может быть подключено к водопроводным линиям, а специальный фиксирующий клапан осуществляет контроль за состоянием уровней водных масс в накопительной емкости.

Ввиду того, что носителем в таких системах является вода, то такие устройства относят к сезонным обменникам тепловой энергии.

Вакуумные коллекторы с косвенной подачей

Принцип работы оборудования, который имеет свойства косвенной передачи тепловых ресурсов, чем-то схож с процессом системных линий централизованной системы отопления. Работа в данных соединениях происходит благодаря давлению от водопроводных путей.

Достоинства вакуумных коллекторов

Для осуществления работы системы используются вакуумные изолированные приспособления. Главным достоинством таких тепловых соединений является постоянная работоспособность и при пониженных температурах (до - 40 °C) и усиленном давлении водопроводных каналов. Сам прибор с накопительным баком устанавливаются по отдельности, которые соединяются при помощи специальных металлопрокатных изделий.

Для получения максимального количества солнечной энергии стандартный вакуумный коллектор устанавливают на крыше дома, а накопительную емкость внутри помещения. Такие установки получили название всесезонных сплит-систем.

Работоспособность косвенных устройств автоматизирована при использовании контроллеров, а бесперебойная циркуляция носителя тепловой энергии в системе осуществляет насос.

Главными достоинствами коллекторов солнечного тепла являются:

Высокая эффективность процесса даже в условиях минусовой температуры.
Легкость установки всей конструкции.
Противоветровая устойчивость коллектора.
Продолжительность работы.

К недостаткам использования работы такой системы необходимо отнести высокую стоимость оборудования, окупаемого по истечении нескольких лет.

Распространенность солнечных коллекторов

На сегодняшний день ситуация распространения солнечных коллекторов претерпела небольших изменений. Ввиду изменения климата в некоторых областях использование солнечных коллекторов приобрело больше популярности.

Солнечные коллекторы с успехом используют как для реализации бытовых нужд, так и для обогрева жилых помещений, на предприятиях различных масштабов, на овощных плантациях. Такой способ получения энергии стал достаточно популярен в Европейских государствах, для которых экономия средств стоит на первом месте: США, Китай, Германия и так далее.

Для всего мира массовый переход на солнечную энергию означает прорыв в современных технологиях, которые обеспечивают большие возможности обеспечения населения планеты бесплатным электричеством, не оказывающим пагубное воздействие на атмосферу.

Использование такого рода коллекторов является прекрасной альтернативой электрического и газового отопления, так как является экологически чистым устройством, не осуществляющим выбросы в атмосферу. Помимо этого наибольшим достоинством использования такого рода устройств является экономическая выгода.

Солнечные коллекторы являются на сегодняшний день наиболее эффективными устройствами, использующими энергию солнца. Для примера, коэффициент полезного действия фотоэлектрических панелей составляет всего около 14-18%, тогда как на солнечных коллекторах эффективно используется приблизительно 80-95% поглощенной солнечной энергии.

Рассмотрим, каков принцип действия солнечных коллекторов, какие их виды существуют и для каких целей используются.

Принцип работы солнечных коллекторов

Если кратко, то солнечные коллекторы направлены на захват тепловой солнечной энергии, ее концентрацию и последующее направление на человеческие нужды.

Рассмотрим, из чего состоит солнечный коллектор:

В баке нагретая вода хранится вплоть до ее использования, к примеру, на отопление дома солнечными коллекторами, а также другие хозяйственные нужды .
Для более продолжительного сохранения воды в нагретом состоянии, бак должен обладать качественной теплоизоляцией.
Циркуляция воды в солнечном коллекторе может производиться как естественным, так и принудительным способом.
В бак-аккумулятор также может быть вмонтирован дублирующий электронагреватель, который при необходимости будет автоматически включаться, чтобы нагреть воду до заданной температуры при устоявшейся пасмурной погоде либо непродолжительном солнцестоянии в зимний период.

Виды солнечных коллекторов

Если вы планируете установить в своем доме солнечный коллектор для отопления своими руками, следует для начала определиться с подходящим типом конструкции.

Основных видов солнечных коллекторов существует два – вакуумные и плоские. Также имеется менее используемая альтернатива – воздушные коллекторы .

Особенности солнечных коллекторов различных типов

Рассмотрим особенности каждого вида более подробно:

При использовании систем с принудительной подачей воздуха потребность в энергии на работу вентилятора понизит эффективность воздушных коллекторов еще больше.

Какой солнечный коллектор лучше выбрать

Однозначного ответа на данный вопрос нет, поскольку каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками:

Например, плоские коллекторы считают более прочными и надежными благодаря более простой конструкции, тогда вакуумные солнечные коллекторы для отопления потенциально более хрупки.
Несмотря на то, что воздушный коллектор обладает меньшим КПД, он более прост в управлении и не боится проблем, связанных с замерзанием теплоносителя и воды.
Если плоский коллектор выходит из строя, то замене подлежит вся абсорбирующая система. При повреждении коллектора вакуумного типа, необходимо заменить лишь вышедшие из строя трубки.

Эффективность плоских коллекторов выше при необходимости нагрева воды на 20-40 градусов свыше температуры наружного воздуха, тогда как вакуумные коллекторы эффективней справляются с задачей нагрева до более высоких температур, что весьма актуально, если преимущественно используется солнечный коллектор зимой для отопления.
Также вакуумные коллекторы вырабатывают больше энергии при пасмурной погоде и меньше ее теряют в зимний период от контактов с холодным окружающим воздухом.
Если средний срок службы коллекторов составляет около 15-30лет, то этот показатель отдельно для вакуумных систем несколько ниже.

Дополнительные особенности выбора вакуумных коллекторов

Необходимо знать, что величины трубок вакуумных коллекторов напрямую влияют на показатель выработки энергии. Так, чем они тоньше и меньше, тем меньше тепловой энергии сможет приносить такая система. Нормальным считается диаметр трубок в 58 мм при длине 1,2-2,1 м.

Кроме того, такие коллекторы могут быть с обычными медными нагревательными трубками, передающими тепло, и с U-образными трубками, образующими миниконтуры передачи тепла в внутри каждой стеклянной трубки. Именно последние считаются наиболее продвинутыми в технологическом плане на сегодняшний день.

Установить солнечный коллектор своими руками для отопления достаточно сложно, однако намного дешевле, чем с привлечением сторонних специалистов.

Обычно при покупке комплекта оборудования прилагается подробная инструкция по монтажу системы и по выбору места монтажа.

Подробное следование инструкции несколько упростит задачу.

Мы рассмотрели особенности различных видов и надеемся, что наши рекомендации позволят вам существенно сэкономить на использовании природных теплоносителей. Смело используйте альтернативные источники энергии, поскольку именно за ними наше будущее.

Но если Вы сторонник традиционных систем отопления. то см. .

Любой владелец частного дома сталкивался с проблемой выбора системы отопления. Особенно данный вопрос актуален для удаленных от городов зон. Экономное отопление теплиц, бытовых помещений также часто вызывает много раздумий. Печи с котлами нагревания, электрические батареи, дровяные камины – распространенные, но не самые выгодные под итоговый расчет варианты. Носители энергии (дерево, уголь, газ, электричество) обходятся дорого. При этом расход ресурсов, особенно для помещений больших площадей, отличается немалым показателем.

В ответ на существующий спрос технический прогресс продвинулся до создания энергетических коллекторов, действующих за счет поглощения солнечного света . Изобретение является довольно молодым, но уже активно используется для нагревания воды, воздушных масс внутри разных теплоносителей. Особенно широко для отопления такой комплект включается в «эко» дома.

Солнечные коллекторы – инновационные системы, постепенно набирающие популярность. Технология относится к дорогостоящим, но при этом предлагает качественный альтернативный способ получения энергии. Некоторые фирмы могут изготовить коллектор или их комплект на заказ в соответствии с нужными размерами, мощностью. Большинство предлагают универсальные экземпляры.

Любой солнечный коллектор является климатической техникой с возобновляемым ресурсом энергии . Источником тепла для данного случая выступает сама природа. Таким образом, расходы требуются только на оборудование. Результативный расчет показывает значительное снижение общих затрат на отопление дома.

Коллекторы каждым своим квадратным метром экономят в среднем 800 кВт в год. Это покрывает практически половину потребности типового частного дома в тепле. Зимой солнечный комплект способен обогреть до 30-40% жилых помещений. Автоматизированные экземпляры улавливают и перерабатывают на отопление до 75% дневного света.

Солнечные коллекторы работают по тому же принципу, что и бытовые водонагреватели – энергия действует на тепловой элемент, повышая температуру воды, воздуха или антифриза в полостях отопительных приборов. Руководящим элементом выступает сам корпус коллектора – плоская пластина площадью несколько квадратных метров.

Погодная нестабильность породила идею совмещения энергий солнца и электричества у некоторых приборов такого класса. При низкой освещенности и прохладной погоде площадь устройства только впитывает доступное тепло, нагревая комплект. Дальнейшее прогревание системы частного отопления проводится уже при участии электричества. Подобный подход позволяет выжать из установки максимум, хотя расчет затрат останется скромным. Технология получила название «принудительной циркуляции». Как правило, она характерна крупномасштабным коллекторам.

Созависимое функционирование в умеренных поясах планеты используются чаще автономного. Но в условиях преобладания годового активного солнца возможно использовать исключительно природную энергию. Для этого понадобиться только рациональный расчет с правильной теплоизоляцией постройки.

Способ включения коллектора в отопительный комплект частного дома напрямую зависит от выбранного типа циркуляции. При естественной форме бак накопления ставится выше основной пластины, верхний вывод подключается ко входу горячего содержимого, а нижний – в обратном направлении. Такой способ более дешев, но рискован появлением воздушных пробок.

Читайте так же: Рассказываем про эфирный магнитоэлектрический генератор

Использование дополнительных насосов для принудительной работы подразумевает иной монтаж. На бак, выход и обратный ход таких коллекторов обязательно ставятся температурные датчики. Показания автоматики дают дальнейшие команды контроллеру и управляют движениями насоса. При таком способе частыми вспомогательными источниками энергии выступают газовые котлы и котлы на твердом топливе.

Для обоих вариантов важно установить коллектор таким образом, чтобы уровень наклона позволял улавливать максимум прямого солнечного света за сутки. В противном случае система не станет функционировать как следует, особенно при пасмурной погоде.

Видео на эту тему, рассказ о готовом примере применения

Эффективность работы

Солнечные коллекторы, или гелиосистемы, способны работать круглый год без перерыва.

Даже в условиях облачности до поверхности земли доходит больше половины излучения. Кроме того, их эксплуатация абсолютно безопасна для человека и окружающей среды. Любой гелио комплект прост в обслуживании, выглядит эстетично, облагораживает внешний облик частного дома. К плюсам устройств также можно отнести:

автономность горячего водоснабжения зимой, летом, при перебоях и ремонтных работах;
срок службы до 30 лет, окупаемость с выгодой от трат на отопление через 3-5 лет;
отсутствие тарификации, ежемесячный расчет независим от повышения цен на электричество;
возможность одновременного использования для обогрева бассейнов, теплиц, хозяйственных помещений;
легкая интеграция в существующий комплект отопления;
отсутствие грязи, отходов;
снижение суммарной нагрузки на электро- и теплосеть дома;
оптимизация под собственные нужды.

Отрицательные моменты использования солнечных коллекторов не столь многочисленны:

высокая стоимость первичной покупки и установки. В зависимости от производителя, масштабности и комплектации вся гелиосистема может обойтись до 10 тысяч долларов. Даже модели попроще обходятся в крупную сумму, которую необходимо заплатить единовременно;
на эффективность работы коллекторов могут влиять не только климатические условия, но и особенности ландшафта, форма крыши, типичная длина светового дня и прочие факторы. От подобных показателей зависит период окупаемости.

Пассивная циркуляция внутри солнечного коллектора обусловит меньшую производную эффективность. При принудительном управлении вода и энергия расходуются более продуктивно. Второй вариант требует усложненного обслуживания, но больше подходит для условия средней полосы проживания. Для южных регионов введение в обиход гелиосистемы нередко сокращает расчет за электроэнергию вдвое.

КПД солнечного коллектора достигает 95%. Края с суровым климатом проявляют показатель пониже, но также оправдывают использование. Чтобы произвести расчет годовой эффективности коллектора, требуется перемножить величину инсоляции в регионе за год (существуют специальные таблицы), площадь поглощения системы и его КПД. Расчет дневной выгоды проводится таким же образом, но с учетом соответственного (дневного) показателя инсоляции.

Рассказ о коллекторе зимой

Типы солнечных коллекторов

Конструкция солнечного коллектора может соответствовать одному из классов, описанных ниже.

Представляет собой темный алюминиевый ящик с медными трубками внутри. Снизу ограничен слоем теплоизоляции. Сверху закрыт закаленным стеклом и пропилен-гликолем, выполняющим работу поглотителя солнечных лучей. Функционален в любое время года, популярен ввиду доступной себестоимости.

Вакуумные коллекторы состоят из многочисленных медных трубок. Элементы уложены ровными рядами. Каждая трубка с поглощающим и отражающим веществами расположена внутри еще одной стеклянной колбы аналогичной формы, но большего диаметра. Между стенками емкостей образуется вакуум, выступающий теплоизолятором и проводником. Главным достоинством класса является большая принимающая площадь, а значит, высокий КПД.

Читайте так же: Рассмотрим устройство винтового компрессора

Основан на принципе «парникового эффекта». Лучи попадают на поглощающее покрытие и полностью впитываются им. Заряженный приемник обогревает воздушные массы внутри себя. Горячий воздух заполняет помещения, поступая в дом с помощью естественной конвекции или вентилятора.

Все классы подходят для отопления частных домов в равном соотношении. Конкретный тип выбирается исходя из собственных нужд, платежеспособности, площади крыши (или иной поверхности) для установки.

Критерии выбора

Все виды коллекторов солнечного типа обладают недостатками и достоинствами.

Выбирая устройство по своим нуждам, следует обращать внимание на некоторые нюансы:

Плоские разновидности прочнее остальных, однако, не выгодны при ремонте. Поломка выводит из строя всю систему адсорбции, что увеличивает траты. Экземпляры данного класса способны нагревать воду на 20-40 градусов выше температуры окружающей среды.
Вакуумные виды коллекторов чувствительны к внешним действиям, быстрее поддаются повреждениям из-за хрупких полых трубок. Между тем, ремонт может быть произведен в виде замены конкретной колбы. Зимой эффективнее плоского типа, поскольку нагревает теплоноситель в более широком диапазоне и дольше поддерживает температуру.
Воздушные виды просты по конструкции, редко требуют ремонтных вмешательств. Стойко выдерживают очень низкие температуры, служат дольше остальных. В целом же, они слабее прогревают помещения.
Преобразование солнечной энергии на тепло внутри вакуумного коллектора прямо пропорционально размеру трубок. Короткая трубка мелкого диаметра снизит расчет выработки нагрева. Вакуумные коллекторы оптимальны при наличии нескольких колб длиной до 2 метров и шириной около 6 см. Внутри должна иметься U-образная или прямая вставка для эффективного термогенеза.
Мощность гелиотехники измеряется в кВт и является номинальной. Т.е. показатель говорит о количестве тепла, которое будет производиться за период пребывания яркого солнца на уровне зенита. Для раннего утра и вечера такой расчет не актуален. Ночью в режиме поддержания используется накопленная днем энергия. По этой причине необходимо учитывать мощность сопрягаемой с коллектором системы и проверять возможность длительного сохранения тепла. Устройства с низким сбережением температур не подойдут для морозного времени года. Особенно данный фактор важен для моделей с водным проводником.
Перед приобретением коллектора требуется составить проект полной системы отопления и крепления к крыше. Во многих случаях будет оправданно использование дополнительных каркасов. Замеры, расчет предпочтительно делать при участии специалиста данной сферы деятельности.
Выбор вертикального расположения коллектора избавит от проблем с зачисткой снега, но может снизить КПД. В любом случае, нужно предусмотреть под установкой место для схода осадков зимой.
Самым выгодным будет размещение системы «лицом» на южную сторону или с отклонением от нее не более 30 градусов. Для функционирования 12 месяцев в год лучше брать угол установки равный широте местности.

Вопрос выбора освещается в видео

О том, сколько дармового тепла нам могут дать летние потоки солнечного света, зачастую приходит в голову летом, в период неистовой жары и раскаленных на солнце асфальта и стен. В ясную летнюю погоду на квадратный метр может падать от 600 до 800вт/ч. Это немало. Если перемножить на площадь залитого солнцем подворья или крыши, с помощью солнечного коллектора можно собрать энергию, сопоставимую по величине с потребностями на отопление дома.

Назначение солнечных коллекторов

Солнечные тепловые коллекторы дают возможность собрать энергию и направить полученное тепло в нужное русло:

Обеспечение горячей водой для душа, ванной и кухни;
Обогрев помещений небольшой закрытой теплицы или сада любой конструкции практически круглый год;
Значительная добавка в контур отопления дома в морозы и почти полное обеспечение в прохладные осенние дни.

На заметку ! Среди конструкций солнечных коллекторов потребителям предлагают практически идентичные конструкции с красивыми названиями - вакуумные коллекторы и плоские солнечные коллекторы. Первые от вторых отличаются высокой ценой, более высокотехнологичной конструкцией и дороговизной ремонта. Прежде чем покупать солнечный коллектор, узнайте в Сети основные проблемы, с которыми сталкиваются пользователи тех или иных конструкций, и оцените предполагаемые затраты.

Коллектор предназначен для сбора солнечной энергии в наиболее удобном для использования виде. Условно по устройству солнечного коллектора их конструкции можно разделить на три основные группы:

Вакуумные многотрубные или плоские с принудительной или естественной циркуляцией теплоносителя. Чаще всего это стационарные конструкции, рассчитанные на сезонную работу.
Воздушные солнечные коллекторы, самые простые и легкие. Накопленное тепло снимается с нагреваемой поверхности коллектора потоком воздуха.
В третьем варианте конструкций солнечных коллекторов полученное тепло может использоваться для преобразования его в электроэнергию, начиная от термохолодильных установок, заканчивая сложными машинами с пароэлектрическими устройствами.

Последняя группа изделий редко находит спрос среди населения из-за высокой стоимости и сложности обслуживания.

Как работает полнопроточный солнечный коллектор

Самой простой разновидностью плоской конструкции солнечного коллектора является полнопроточный вариант с двухслойным поглотителем тепла. Само устройство по принципу работы схоже с дачным вариантом летнего душа, основу которого составляет бочка, обработанная по наружной поверхности битумной мастикой или черной краской.

Для увеличения количества собранной солнечной энергии конструкция солнечного коллектора выполняется в виде плоской емкости относительно небольшой толщины, в 5-7см, ширина и длина устройства зависит от конкретных потребностей в мощности коллектора. Одна из стенок выполнена из анодированного алюминия и окрашена в черный, как сажа, цвет, без единого блеска. Это так называемая приемная, или рабочая поверхность коллектора. С внутренней стороны рабочей части коллектора зачастую выполняются тонкие ребра из алюминия или пластика, улучшающие теплоотвод энергии от стенки рабочей поверхности к теплоносителю — воде или тосолу.

Для уменьшения загрязнения и потерь на рабочую поверхность устанавливаются тонкая прозрачная пленка или лист пластика или стекла, обладающие хорошими теплоизоляционными показателями. С внутренней стороны такая защита напыляется зеркальным слоем алюминия, что позволяет в итоге уменьшить потери тепла за счет отражения и конвекции.

Конструкция плоского солнечного коллектора может иметь вместо обычного алюминиевого листа стенку-сэндвич из порошкового графита, металлических волокон и армирующей смолы. У такого материала хорошая теплопроводность и высокая стойкость к окислению.

Такие конструкции в обязательном порядке монтируются на усиленном каркасе, обычно на солнечной стороне крыши или стене дома.

Вакуумные системы нагрева

При всей своей простоте, надежности и дешевизне плоские солнечные накопители обладают относительно неплохой продуктивностью тепла только в солнечный день. Для более высоких широт или ранней весной - поздней осенью теплопроизводительность его падает наполовину.

Более высокой эффективностью в сравнении с плоскими солнечными коллекторами обладают вакуумные системы. В основу конструкции заложен индивидуальный тепловой элемент — вакуумная трубка, принцип работы такого солнечного коллектора основывается на известном в физике устройстве - тепловой трубке, достаточно сложной и капризной, но эффективной в работе. Особенностью конструкции является сверхвысокая теплопроводность, благодаря которой все тепло, попавшее на один конец трубки, в считанные мгновения собирается и концентрируется на противоположном конце.

Вакуумный элемент представляет собой вытянутую колбу-трубку из прочного стекла, с внутренней стороны которого напылено зеркальное покрытие. Благодаря одностороннему зеркалу, солнечный поток энергии свободно проникает вовнутрь колбы и не может вырваться обратно, эффективно поглощается медным концом тепловой трубки, помещенной внутри корпуса колбы. Для уменьшения потерь воздух из стеклянной колбы откачан. Полученную от светового потока энергию центральный медный элемент передает в поток теплоносителя, обычно тосола, или напрямую в бак с водой.

Преимущества вакуумных солнечных коллекторов

Преимущества в преобразовании солнечной энергии в варианте с тепловой трубой:

Эффективность поглощения и преобразования солнечного тепла в 3-4 раза выше плоских и воздушных коллекторов;
Отлично работает в диапазоне температур 0-50 о С, тогда как остальные виды солнечных коллекторов, по отзывам пользователей, имеют рабочий интервал от 20 о С;
Наименьшая чувствительность к направлению и углу падения солнечного света. Для нормальной работы солнечного коллектора достаточно быть освещенным солнцем даже под острым углом падения солнечных лучей, у остальных конструкций солнечных коллекторов при выходе за оптимальный угол освещения более чем на 20 о эффективность падает на 10% в час.
Малый вес конструкции солнечного накопителя позволяет установить его непосредственно на крыше, даже без специальной несущей опоры.

Важно ! Стекло колбы в теории выдерживает даже град диаметром 2-2,5см, прекрасно переносит многоцикловые нагревы-охлаждения, стойко к любым воздействиям окружающей среды и солнечного света. Но для удаления пыли с поверхности стекла мойку лучше проводить в вечернее время с помощью теплой чистой воды.

При планировании приобретения стоит принимать ориентировочный расчет площади солнечного коллектора, исходя из соотношения: квадратный метр даст в сутки примерно 50-55литров горячей воды, но не кипятка. Более точную информацию можно узнать на сайтах компаний, занимающихся производством солнечных коллекторов. Там же можно получить сведения о стоимости изделий. Каждая фирма доказывает сверхэффективность и дешевизну своей продукции. Вакуумный прибор из 15 элементов обойдется примерно в 15-20тыс. рублей на мощность подогрева в 1,3-1,5кВт и накопительного бака 80-100литров.

К интересным особенностям подобных систем солнечных коллекторов можно отнести возможность проверки работоспособности каждой вакуумной колбы самостоятельно, без каких-либо специальных инструментов. Достаточно вечером, в неработающем состоянии, приложить ладонь к нижнему торцу трубы. Если элемент будет длительное время оставаться холодным, и в области запайки колбы не будет иней-подобного налета, — устройство считается исправным.

Горячая вода из бака может подаваться самотеком, но чаще всего устанавливают маломощный подкачивающий насос, позволяющий быстро заполнять резервуар после израсходования горячей воды. В более серьезных вариантах конструкции солнечный коллектор объединяют с теплоаккумулятором и электронной системой контроля и управления горячим водоснабжением и отоплением. Стоимость таких систем уже не менее 1000EUR. Гарантия на системы с тепловыми трубками, как правило, составляет от 5 до 25 лет, в зависимости от уровня качества материалов, применяемых в устройстве.

Воздушные коллекторы

Чем сложнее конструкция, тем она дороже в эксплуатации, и больше вероятность непредвиденной поломки. В этом вопросе конструкции коллекторов с воздушным переносом тепла являются чемпионами в простоте и надежности. По сути, воздушный коллектор - это набор вертикальных каналов или труб с матовым черным покрытием. В работе коллектора используется принцип разгона нагреваемого воздуха в вертикальной трубе.

К преимуществам и достоинствам воздушной конструкции стоит отнести:

Самую высокую надежность и простоту конструкции;
Маленькую массу устройства, гибкость настройки и простоту монтажа;
Минимальный расход электроэнергии на работу вентилятора, в некоторых случая вентилятор может отключаться, и обогрев осуществляется самотёком.

Конструкция коллектора состоит из большого числа тонкостенных алюминиевых труб с зачерненной матовой поверхностью. Батарея труб имеет центральный подводящий холодный и отводящий горячий воздуховоды, в холодном устанавливается центробежный вентилятор нулевого сопротивления. В случае необходимости он может быть отключен и в таком состоянии практически не создавать сопротивление движущемуся потоку воздуха.

В устройстве есть воздухозаборник, позволяющий регулировать количество и соотношение воздуха, забираемого извне, и из отапливаемого помещения.

В теплопроизводительности воздушные коллекторы практически не уступают плоским системам, требуют вертикального расположения труб и максимальной освещенности солнцем. Мощность легко регулировать подбором количества труб теплообменника. Зачастую воздушные солнечные коллекторы являются незаменимыми в отоплении и вентиляции разнообразных складских помещений, применяются для сушки разнообразной овощной и фруктовой продукции.

Коэффициент полезного действия такого типа коллекторов, при обеспечении высокой степени вакуума, составит около 98%. Как правило, установка солнечных вакуумных коллекторов производится на крыше объекта, что позволяет максимально полезно использовать ее площадь. Угол монтажа коллектора выбирается производно в диапазоне от 5 до 90 градусов. Минимальные значения угла наклона солнечного коллектора позволяют обеспечить циркуляцию теплоносителя. Срок использования вакуумных солнечных батарей достаточно высок и составляет более 20 лет. Вариантов у потребителя несколько: можно вакуумный солнечный коллектор купить либо изготовить своими руками. Цена вакуумных солнечных батарей вполне доступна, таким образом использование таких систем весьма целесообразно.

Конструкция и принцип работы вакуумного солнечного коллектора

Предназначение плоского вакуумного солнечного коллектора заключается в обеспечении аккумулирования солнечной энергии при любых погодных условиях и температуре окружающей среды.

Как работает коллектор?

Одним из важнейших элементов конструкции является автоматизированный резервуар-теплообменник , способный преобразовывать, поддерживать и сохранять тепло, полученное при накоплении солнечной энергии, а также и от дополнительных источников энергии, которые используются для подстраховки работоспособности системы отопления в целом.

Вода, нагретая до определенной температуры, из теплообменника, расположенного во внутреннем блоке, подается в радиаторы , использующиеся для системы отопления, при этом вода, находящаяся в резервуаре, поступает в бак для поддержания ГВС.

Для контроля значений рабочей температуры блоков и выбора требуемого режима работы системы установлен блок управления. Он отвечает за поток энергии теплового носителя через теплообменник и определяет куда именно стоит направить тепло: на водоснабжение либо отопление.

В ночное время суток автоматика поддерживает минимальные параметры работы системы и поддерживает значения установленной температуры.

Основное преимущество использования вакуумных солнечных коллекторов для отопления дома — это их малая инерционность. При этом их использование позволяет обеспечивать горячее водоснабжение в течение года и отопление в холодный период, позволяющее экономить традиционно использующиеся источники получения тепловой энергии.

Схема и конструкция солнечного коллектора

вакуумный солнечный коллектор — схема и принцип работы

Основные блоки вакуумного коллектора: непосредственно вакуумный коллектор, резервуар-теплообменник и системный контроллер солнечных систем нагрева воды. Конструктивно вакуумный коллектор выполнен в виде трубчатых профилей, соединенных параллельными рядами. Как правило используются трубы конструкции ”стекло-стекло”, произведенные из боросиликатного стекла. Для покрытия внутренней трубы используется селективный слой, предназначенный для абсорбции солнечной энергии и устранения тепловых потерь. Функциональность таких труб позволяет их использовать при пасмурной погоде. При отрицательных температурах происходит преобразование в тепло как прямых, так и рассеянных солнечных лучей. Также для образования тепла используется природное ИК-излучение. Конструкция вакуумной трубы реализована по принципу термоса: она изготовлена из двух трубок различного диаметра, между которыми поддерживается вакуум. Вакуум обладает фактически нулевой теплопроводностью и обеспечивает высокий уровень термоизоляции.

Вакуумные трубы во всесезонных системах имеют дополнительные термотрубки или тепловые трубки. Они представляются собой медные трубки, наполненные жидкостью с низкой температурой кипения. При непосредственном воздействием тепла происходит испарение жидкости. При этом забирается тепло самой трубки. Далее пар поднимается в расположенный выше наконечник, где происходит его конденсация и передача тепла тепловому носителю в основном контуре либо специальной жидкости, находящейся в отопительном контуре. Далее конденсат по стенкам стекает вниз и процесс возобновляется.

Приемник коллектора как правило изготавливается из меди. При этом чаще всего применяется дополнительная полиуретановая изоляция. Приемник закрыт истом нержавеющего покрытия для дополнительной защиты. Передача тепла осуществляется посредством медной «гильзы» приемника. Отопительный контур отделяется от блока трубок, что позволяет поддерживать работу системы при поломке одной или нескольких трубок. Замена поврежденных трубок производится без слива используемой жидкости из рабочего контура.

Резервуар-теплообменник выполняет функции бойлера и используется для аккумулирования и сохранения тепла. Резервуар, как правило, имеет внутри конструкции одну либо две спирали для теплообмена.

Типичная конструкция системы как правило включает насос, манометр и клапан давления, кран для регулирования количества воды, различные соединительные механизмы и вентили, в том числе набор, обеспечивающий безопасное подсоединение резервуара к отопительной системе, вентиль безопасности давления в 6 атм. Бак дополнительно может быть оснащен электрическим нагревателем мощностью 1-3 кВт.

Если требуется обеспечить единовременную подачу горячего водоснабжения и отопления, происходит распределение аккумулированной солнечной энергии. Когда заданное значение температуры достигается, подача тепла автоматически переводится на контур отопления. Настройки перераспределения тепла могут быть изменены в зависимости от времени года либо климатической зоны. К данной системе отопления могут быть подсоединены дополнительные отопительные приборы.

Контроллер водонагревательных систем используется для задания значений температуры в резервуаре теплообменника и коллекторе, а также определения требуемого режима работы вакуумного солнечного коллектора согласно полученным данным.

Основные функции контроллера заключаются в следующем: индикация температуры в основных блоках: коллекторе, резервуаре, индикация значения температуры в обратном потоке теплоносителя, задание температуры запуска, при которой используется принудительная циркуляция в теплоносителе, таймер пуска и остановки всей системы отопления, определение температуры и продолжительности работы функции дополнительного подогрева, задание минимального значения температуры, индикация датчиков, имеющих повреждения.

Типы гелиосистем

Выделяют два основных типа гелиосистем: сезонные, всесезонные или круглогодичные.

Вакуумные солнечные батареи, сконструированные на базе технологии прямой теплопередачи, относятся к сезонным системам. Принцип действия таких систем достаточно прост: вода из бака поступает в соединенные медные трубки, где нагревается и затем возвращается в контур.

Тепло в таком типе солнечных батарей передается воде без использования в работе дополнительных элементов и блоков. При этом требуется большой объем воды в контуре теплообменника (от 60 до 200 л). Основными преимуществами сезонных систем являются низкая стоимость при высоком КПД, составляющий до 98%. Это конечно при условии использования и .

К круглогодичным системам относят вакуумные солнечные батареи, в которых дополнительно установлены термотрубки. Принцип работы таких коллекторов схож с работой установок центрального отопления. Через коллектор и змеевик протекает специальная жидкость («незамерзайка»). Эта жидкость предназначена для забора тепла из медных трубок. Далее она поступает в бак, аккумулирующий тепло для непосредственного нагрева воды через змеевик. Процесс протекает до тех пор, пока значения температуры бака и теплового приемника не сравняются. Насос контролируется электроникой, датчики температуры при этом устанавливаются как в коллекторе, так и в баке-аккумуляторе. Давление в системе может быть выше требуемых значений при недостатке потребления воды. Расширительный бак также позволяет избежать подобных ситуаций.

Области применения гелиосистем многогранны и включают: обеспечение жилых помещений, социальных и культурных объектов горячим водоснабжением и отоплением. При этом экономия ресурсов достигает 50%. Используются в сочетании с «теплыми полами». Если вам требуется обеспечить ваш дом теплом, то вы можете купить вакуумный солнечный коллектор, либо сделать его своими руками. Стоимость вакуумных коллекторов для отопления дома достаточна высока, но продуктивность и энергоемкость таких систем компенсирует материальные издержки. При этом следует учитывать, что надежность коллектора, собранного и установленного профессионалами выше, чем у самодельного.

КАТЕГОРИИ