энергосберегающие технологии

Солнечные коллекторы

Ограниченные запасы природного газа и нефти во всем мире, постоянное повышение цен на энергоносители заставляют нас все более задумываться об использовании возобновляемых источников энергии для обогрева домов и нагрева горячей воды. Одним из основных возобновляемых источников энергии является солнце.

Солнце – практически неисчерпаемый источник бесплатной энергии, которую при правильном подходе и применении современных технологий, можно легко преобразовать в тепловую или электрическую и использовать для собственных нужд или даже продавать.

solnechnyiy-kollektor

В этом разделе рассмотрим устройство для сбора и преобразования солнечного излучения в тепловую энергию – солнечный коллектор. Коллектор (от лат. Collegere=собирать) – основной компонент гелиосистемы (солнечной системы), поглощающий и передающий энергию солнца теплоносителю. Добавив к солнечному коллектору несколько дополнительных компонентов, таких как циркуляционный насос, расширительный бак, бойлер или буферную емкость, датчик температуры и регулятор, можно собрать солнечную установку для теплоснабжения дома.

Применение солнечной установки, позволяет покрыть до 60% годового потребления энергии на горячее водоснабжение. Не стоит забывать, что солнечные коллекторы предназначены не только для нагрева горячей воды. Благодаря им, можно частично покрыть затраты на отопление дома. Использование солнечной установки для отопления и горячего водоснабжения дает возможность сэкономить до 35% годового расхода энергоресурсов. Более подробно об устройстве и принципе действия солнечной установки можно узнать здесь, а пока вернемся к солнечным коллекторам.

Различают два основных вида солнечных коллекторов: плоские и вакуумные трубчатые.

Плоские солнечные коллекторы

ploskiy_kollektorОсновным элементом любого плоского солнечного коллектора является абсорбер. Абсорбер представляет собой тонколистовую металлическую пластину, покрытую для лучшего погашения черной краской или специальным селективным покрытием (черный никель, напыление оксида титана), к которой снизу привариваются трубки, по которым циркулирует теплоноситель. Обычно, трубки изготавливаются из меди или сшитого полиэтилена. ploskiy_kollektor_1Размещается абсорбер внутри металлического корпуса, стенки и дно которого хорошо теплоизолированы для минимизации потерь тепла в окружающую среду. Сверху корпус закрывается специальным закаленным стеклом с пониженным содержанием металлов. Сама панель обязательно должна быть воздухонепроницаемой для предотвращения попадания во внутрь пыли и загрязнения поверхности абсорбера. Поэтому все отверстия и стыки в панели тщательно заделываются силиконовым герметиком.

Современные технологии позволяют изготавливать абсорберы способные поглощать порядка 95% солнечной радиации попадающий на поверхность коллектора и только лишь 5% отражается назад в атмосферу.

Рассмотрим основные достоинства плоских солнечных коллекторов:

  • способность самоочистки от инея и снега в холодное время года;
  • соотношение цена/производительность;
  • высокая производительность летом;
  • длительный срок эксплуатации (до 25 лет).

К недостаткам плоских солнечных коллекторов можно отнести:

  • сложность транспортировки и монтажа (панель целиком должна быть поднята для установки на крышу);
  • более низкий КПД в сравнении с вакуумными коллекторами в холодное время года;
  • большие теплопотери;
  • высокая парусность.

Несмотря на все свои недостатки плоские солнечные коллекторы занимают 2/3 европейского рынка, остальное — вакуумные.

Вакуумные трубчатые солнечные коллекторы

trybchatuy_kollektorОсновными элементами вакуумных трубчатых солнечных коллекторов являются стеклянная трубка и тепловой канал. По конструкции стеклянной трубки коллекторы бывают двух видов:

  • коаксиальные;
  • перьевые.

Конструкция коаксиальной трубки напоминает обычный бытовой термос и представляет собой две стеклянные трубки (одна вставлена в другую большего диаметра), между которыми находится вакуум, благодаря которому сохраняется около 95% улавливаемой тепловой энергии.

koaksialnaya_trybka

Внешняя стеклянная трубка прозрачная, а на поверхность внутренней нанесено высокоселективное покрытие, поглощающее солнечную энергию. Таким образом тепло тепловому каналу передается непосредственно от самой стеклянной колбы.

perevaya_trybkaВ отличии от коаксиальной, перьевая состоит из одной стеклянной колбы, внутри которой расположен тепловой канал с приваренным, припаянным или запрессованным к нему абсорбером. В большинстве случаев абсорбер изготавливается из листовой меди с селективным покрытием. Вакуум в перьевой трубке занимает весь объем колбы.

По типу теплового канала солнечные вакуумные трубчатые коллекторы можно разделить на два вида:

  • прямоточные;
  • «Heat pipe» — тепловая труба.

В прямоточных вакуумированных трубчатых коллекторах теплоноситель циркулирует непосредственно в трубках абсорбера. Поэтому они могут монтироваться в любом положении.

 

pryamotochnuy_kollektor

Прямоточный вакуумированный трубчатый солнечный коллектор

Принцип работы тепловой трубки основан на том, что в закрытой трубке абсорбера из теплопроводящего металла (обычно медь) находится легкоиспаряющаяся жидкость.

heat pipe

Вакуумированный трубчатый солнечный коллектор с тепловой трубкой

Под действием солнечного излучения, жидкость испаряется и конденсируется в верхней части коллектора, так называемом конденсаторе, где происходит передача тепла теплоносителю. После, жидкость снова перетекает вниз и процесс повторяется. Этот процесс требует определенного угла наклона коллектора для обеспечения передачи теплоты от испарителя к конденсатору тепловой трубы.

Сочетая различные виды стеклянных трубок с различными типами теплового канала, можно получить четыре основных вида трубчатых вакуумированных коллекторов:

  • коаксиальная трубка с тепловым каналом «Heat pipe»;
  • коаксиальная трубка с прямоточным тепловым каналом (U-образная трубка);
  • перьевая трубка с тепловым каналом «Heat pipe»;
  • перьевая трубка с прямоточным тепловым каналом.

Каждый из этих четырех видов имеет свои небольшие преимущества и недостатки друг перед другом, но вообщем вакуумные трубчатые солнечные коллекторы превосходят своих «плоских» собратьев по следующим признакам:

  • возможность нагрева до высокой температуры (250-300ºС);
  • роботоспособность при температуре наружного воздуха до минус 30ºС;
  • низкие теплопотери;
  • легкость и удобство монтажа;
  • маленькая парусность.

К недостаткам вакуумных трубчатых солнечных коллекторов можно отнести высокую стоимость по отношению к плоским и невозможность самоочищаться от снега.

В любом случаи, независимо от того, какой солнечный коллектор Вы решите установить, не стоит забывать, что эффективность его работы зависит от правильного расчета необходимой мощности и монтажа. Рассчитать, подобрать, купить и установить солнечный коллектор индивидуально под Ваши условия и требования, а также бюджет, помогут инженеры компании Green Technology.

FacebookLinkedInTwitterVKGoogle+Share