Солнечный коллектор зимой. Эффективность использования плоского и вакуумного коллектора зимой.

В этой статье: Работает ли зимой солнечный коллектор? Сравнение эффективности работы зимой вакуумного и плоского солнечного коллектора. Плюсы и минусы гелиосистемы. Отзыв владельца. Видео по теме.

Солнечный коллектор зимой.

Эффективность использования плоского и вакуумного коллектора зимой.

В последнее время альтернативные источники энергии вызывают все более живой интерес со стороны наших соотечественников. Наиболее простыми из них в устройстве являются солнечные коллекторы, благодаря чему их доля в нетрадиционной энергетике, особенно бытовой, чрезвычайно велика. Данная статья поможет найти ответ на вопрос: насколько эффективным является солнечный коллектор зимой?

Работает ли зимой солнечный коллектор?

Как свидетельствует статистика (данные приведены в Википедии), на 1 тыс. россиян приходится примерно 0,2 кв. м применяемых у нас солнечных коллекторов, тогда как в Германии этот показатель составляет 140 кв. м, а в Австрии – целых 450 кв. м. на 1 тыс. жителей.

Столь значительную разницу нельзя объяснить одними только климатическими условиями. Ведь на большей части России за день поверхности земли достигает такое же количество солнечной энергии, как и на юге Германии – в теплое время эта величина составляет от 4 до 5 кВт*ч/кв. м.

Чем же вызвано наше отставание? Отчасти оно обусловлено сравнительно низкими доходами россиян (гелиоустановки являются пока довольно дорогим удовольствием), отчасти – наличием собственных крупных газовых месторождений и, как следствие, доступностью голубого топлива.

Но немалую роль сыграло и предвзятое отношение со стороны многих потенциальных пользователей, считающих установку солнечного коллектора нецелесообразной. Дескать, летом и так тепло, а зимой от подобной системы мало проку.

Вот какие аргументы выдвигают скептики касательно эксплуатации гелиоустановок зимой:

1. Установку постоянно засыпает снегом, так что солнечное излучение достигает её не так уж часто. Если, конечно, владелец не дежурит постоянно на крыше с веником или щеткой.

2. Холодный морозный воздух отбирает почти все тепло, накапливаемое коллектором.

3. Часто упоминают и всесезонный поражающий фактор – град, который может разнести гелиоустановку вдребезги.

Чтобы понять, насколько справедливы эти доводы, рассмотрим устройство различных видов солнечных коллекторов.

Устройство и область применения в быту.

На сегодняшний день наибольшее распространение нашли плоские и вакуумные солнечные коллекторы.

Плоские солнечные коллекторы

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя.

Абсорбер связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель или напыление оксида титана) для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурат). Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметикой.

При отсутствии забора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть теплоноситель до 190—210°C. Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре, эффективность которого может составлять около 95%. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности, поскольку применение меди против алюминия даёт выигрыш 4 % (хотя теплопроводность алюминия вдвое меньше, что означает значительное превышение «запаса мощности» по теплопередаче), что незначительно в сравнении с ценой). Также высокая эффективность достигается увеличением площади контакта трубки и медного листа: у формованного листа и паянного соединение она максимальна, у соединения ультразвуковой сваркой — меньше. Используется также алюминиевый экран.

Вакуумные солнечные коллекторы.

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная вакуумная труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение медные тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При воздействии на коллектор солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору.

Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Видео сравнение работы плоского и вакуумного коллектора зимой

В быту гелиоустановки применяются для приготовления горячей воды, в том числе для бань, подогрева бассейна либо в качестве дополнительного источника тепла для системы отопления.

В промышленности сфера применения таких систем является более широкой: на их основе сооружают опреснители воды, парогенераторы (пар приводит в движение различные машины) и даже электростанции.

Эффективность зимой

Эффективно ли отопление дома солнечными коллекторами зимой? Ну что же, теперь посмотрим, как различные виды солнечных коллекторов работают в условиях зимы. Напомним, что противники внедрения таких установок выдвигают следующие аргументы:

Засыпание панели снегом: данная проблема актуальна только для плоско-пластинчатых коллекторов. На трубках вакуумных установок, как показала практика, снег задерживается только в тех редких случаях, когда в силу особых погодных условий на их поверхности образуется изморозь. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер (от 3 м/с), панель точно останется чистой.

Из-за того, что коллектор окружен холодным воздухом, все тепло с коллектора улетучивается: этот аргумент опять же справедлив только в отношении плоско-пластинчатых коллекторов. Действительно, зимой производительность такой установки в сравнении с летней уменьшается пятикратно. В более совершенных вакуумных моделях прослойка вакуума позволяет сберечь до 95% усвоенного тепла. Самые современные модели даже в сильный мороз способны довести воду до кипения.

Коллектор легко может быть поврежден градом: в заводских условиях коллекторы изготавливаются из высокопрочных материалов. Посмотрите видеоролик, снятый во время испытаний вакуумной трубки на ударную прочность.

Видео. Испытание солнечного коллектора на прочность.

Трубка выполнена из чрезвычайно крепкого боросиликатного стекла которое выдерживает удары града который падает со скоростью 18 м/с и имеет 35 мм диаметре.

  Как видно, солнечные коллекторы зимой вполне работоспособны. Хотя, конечно, производительность их в сравнении с летним периодом ощутимо снижается.  

Плюсы и минусы гелиосистемы

 Им присущ более высокий КПД по сравнению с фотоэлектрическими элементами и ветрогенераторами.

 Усваиваемая с их помощью энергия является абсолютно бесплатной.

 Работа солнечного коллектора полностью безвредна для экологии: используемый ресурс – солнечное тепло — является неисчерпаемым и усваивается напрямую, без сжигания чего-либо и загрязнения окружающей среды.

 Теперь укажем слабые места гелиоустановок:

• Коллекторы стоят пока сравнительно дорого

• Из-за переменчивости погодных условий производительность коллектора не стабильна.

• Систему приходится оснащать довольно вместительным баком-накопителем с хорошей теплоизоляцией.

Отзыв владельца о работе солнечного коллектора зимой.

Видео о работе солнечной сплит-системы SH-200-24 торговой марки «АНДИ Групп»

Предлагаем Вашему вниманию всесезонные солнечные коллекторы торговой марки АНДИ Групп

Солнечная сплит-система ЭЛИТ

Система на основе вакумного солнечного коллектора: (объём бака от 200 до 1000л)

 

Солнечная сплит-система СТАНДАРТ

Система на основе вакумного солнечного коллектора: (объём бака от 100 до 500л)

 

Солнечный вакуумный коллектор ПАНЕЛЬ

Количество трубок в коллекторе: 12,15,18,20,24,30 (в зависимости о модели)

 

Солнечный коллектор УНИВЕРСАЛ

Количество трубок в коллекторе: 15,20,24,30 (в зависимости о модели)

   Остались вопросы? Напишите нам!

отзывы владельцев, реально ли сделать своими руками

Системы отопления в частных загородных домах могут строиться на абсолютно разных источниках энергии. Это могут быть системы, основанные на котлах, нагрев теплоносителя в котором основывается на сжигании различных видов топлива, например газа или жидкой солярки. Котлы могут отапливаться углем или дровяными пеллетами. В любом случае для того, чтобы запустить в действие такую систему отопления придется помимо собственно монтажа отопительных котлов еще и закупать само топливо. А вот эта статья расходов может в определенной ситуации превысить даже расходы на монтаж системы отопления. И вот здесь на помощь могут прийти солнечные коллекторы для отопления дома.

Солнечные отопительные коллекторы на крыше частного дома

Плюсы и минусы солнечных коллекторов для отопления дома

Использование возобновляемых источников энергии в автономных системах отопления предполагает денежные затраты исключительно на приобретение и установку такой системы, а также на ее техническое обслуживание и на необходимый поддерживающий ремонт. Но вот после установки такие системы начинают работать совершенно автономно и абсолютно бесплатно для их владельцев. В самом деле – за солнечные лучи платить ничего не нужно.

Некоторые потребители выражают сомнение в эффективности установки и применения солнечных коллекторов в средней полосе России, где солнечных дней не так много, как, например, на Кубани. Однако, солнечные коллекторы для нагрева воды могут использоваться не только как основной источник нагрева теплоносителя, но и как дополнительный источник. В этом случае прибор нагрева воды на солнечной энергии будет работать только в то время, когда на небе нет облаков, а в другие периоды можно задействовать классические нагревательные приборы, например газовые котлы.

схема отопления

Что же касается эффективности использования солнечных коллекторов по соотношению цена-отдача, то рекомендуем вам обратить внимание на северные провинции Китая. Значительное количество домов в этих китайских городах и селах оборудовано солнечными коллекторами для отопления. Климат и солнечная активность в этих местностях не слишком отличается от сопредельных российских областей: например, Хабаровского и Забайкальского краев. Сами понимаете, что климат в Забайкалье, месте, куда ссылали каторжников в царские времена – совершенно не сахарный. Значит, использование солнечных коллекторов для отопления домов даже в российских регионах с самым суровым климатом не только возможно, но и вполне востребовано и экономично.

Эффективность работы солнечных нагревательных коллекторов

Стоит отметить, что солнечные коллекторы на сегодняшний момент стали пожалуй наиболее эффективными приборами, использующими солнечную энергию. Если классическая солнечная фотоэлектрическая батарея может показать эффективность всего лишь на уровне до 18 процентов, то солнечный коллектор для отопления достигает завидных показателей КПД до 95 процентов. Разница очевидна.

Принципы функционирования нагревательных коллекторов

Одной из основных конструкций солнечных отопительных коллекторов являются устройства вакуумного типа. Исходя из названия очевидно, что такие устройства будут собирать лучистую солнечную энергию и передавать ее для нагрева воды или другого теплоносителя. Собственно так и обстоит в реальности.

Системы автономного обогрева, имеющие в своем составе солнечные коллекторы состоят из следующих основных составных частей:

• Собственно солнечный нагревательный коллектор – то есть устройство которое размещается на прямых солнечных лучах и служит для нагрева теплоносителя,
• Контур теплообмена: система трубопроводов, по которой перемещается горячий теплоноситель, постепенно передавая свое тепло в обогреваемые помещения,
• Тепловой аккумулятор: это бак для воды, в котором нагретая вода запасается впрок.

Итак солнечный коллектор, состоящий из труб, в которых находится пока еще не нагретый теплоносителя находится под действием прямых солнечных лучей. Жидкость-теплоноситель (обычно вода, но возможно и специальный антифриз) поступает в коллектор, нагревается там и передается в контур теплообмена, который смонтирован внутри теплового аккумулятора. Нагретый теплоноситель, перемещаясь внутри трубопроводов контура теплообмена нагревает воду в тепловом аккумуляторе. Нагретая вода в баке с функцией аккумуляции тепла хранится вплоть до возникновения необходимости ее использования, например до подачи в контуры отопительной домашней системы и в отопительные радиаторы или в контуры горячего домашнего водоснабжения, например для умывания.

Циркуляция водоснабжения в отопительном коллекторе

Поскольку солнечная энергия воздействует на коллектор совершенно бесплатно, то в системе в любой момент времени имеется нагретая вода, которая подогревается постоянно циркулирующим теплоносителем.

Естественно, что бак теплового аккумулятора должен иметь отличную теплоизоляцию, способствующую сохранению температуры нагретой воды в течении как можно более долгого времени. Это позволит избежать падения температуры воды ночью, когда солнечный нагрев отсутствует или в периоды пасмурной погоды. Для обеспечения бесперебойной работы такой системы в совсем уж облачные или дождливые дни в бак теплового аккумулятора может быть вмонтирован обыкновенный электрический водонагреватель.

Для того, чтобы теплоноситель постоянно переносил тепло солнечных лучей для нагрева воды – он должен постоянно циркулировать. В системах с солнечными коллекторами циркуляция жидкого теплоносителя может быть принудительной (с подачей насосами) или естественной (смотеком).

Типы отопительных солнечных коллекторов для дома

Современная промышленность освоила выпуск различных типов солнечных отопительных коллекторов. Для того, чтобы понять, какой из них может подойти для монтажа системы домашнего отопления или горячего контура водоснабжения в вашем доме – необходимо ознакомиться с их разновидностями. Основных типов насчитывается два: плоские и вакуумные, менее широко распространены воздушные коллекторы.

Плоский светопоглощающий

Плоский отопительный солнечный коллектор представляет собой тонкую коробку, внутри которой находится особое вещество, активно аккумулирующее, адсорбирующее тепло. Сверху коробка закрыта стеклом, которое пропускает солнечные лучи. Внутри адсорбирующего слоя, собирающего тепло расположена система трубопроводов, внутри которых перемещается теплоносителя. В качестве теплоносителя в таких системах, как правило используется пропилен-гликоль.

плоский коллектор в разрезе

Вакуумный

Внутри вакуумного отопительного коллектора на месте единственной плоской коробки находятся полые стеклянные или кварцевые трубки, из которых откачан воздух, то есть создан вакуум. А вот уже внутри таких полых трубок располагаются трубки с веществом, адсорбирующем солнечную тепловую энергию. Соответственно трубопроводы с теплоносителем находятся внутри трубок с адсорбером. Солнечные лучи легко проникают сквозь вакуум в промежутке между трубами и нагревают теплоноситель. Однако этот же вакуум препятствует обратной утечки тепловой энергии из адсорбера в окружающее пространство, выступая в роли теплоизолятора.

вакуумный коллектор

Воздушный

Как уже понятно из названия – такие устройства не имеют теплоизолирующего вакуумного слоя. Следовательно КПД их действия будет ниже, чем у вакуумных коллекторов. Такие устройства рекомендуется устанавливать в местности с большим количеством солнечных дней. Более того, в таких коллекторах теплоносителем является обычный воздух. Он переносится в отапливаемое помещение вентилятором или естественной конвекцией. Работа вентилятора при перемещении воздушных потоков также требует отдельного источника питания Это дополнительная причина того, что данная система имеет более низкий КПД, чем плоские или вакуумные коллекторы. Конечно же, ни о каком горячем водоснабжении в такой конструкции не может быть и речи.

Как выбрать необходимый тип отопительного коллектора?

Каждый из типов солнечных отопительных коллекторов имеет свои очевидные преимущества и явные недостатки. При выборе устройства стоит обратить внимание, что плоский коллектор является более прочной конструкцией, а вот вакуумные из-за наличия полых воздушных трубок очень чувствительны к внешним воздействиям. Однако в плоских коллекторах при ремонте замене подлежит вся система адсорбции, при поломке же одной из трубок вакуумного коллектора можно ограничиться только ее заменой.

Воздушный коллектор, при всех своих недостатках является чрезвычайно простым устройством, и не критичен в воздействию низких температур. Он может работать даже лютой сибирской зимой.

Плоский коллектор идеален для нагрева воды в диапазоне от 20 до 40 градусов выше, чем окружающая температура, а от вакуумные устройства имеют более высокую степень нагрева теплоносителя. Таким образом в зимних условиях вакуумный коллектор будет более эффективен, да и просто возможен в использовании. Они также лучше сохраняют тепло при работе в пасмурную погоду и хорошо сохраняют тепловую энергию в холодных погодных условиях. Тем не менее общая хрупкость конструкции снижает срок службы вакуумных солнечных коллекторов, которые не дотягивают по этому показателю до плоских устройств. Последние при хорошем изготовлении могут прослужить в вашем доме от 15 до 30 лет.

Особенности, на которые стоит обратить внимание при выборе коллектора

Показатель передачи лучистой солнечной энергии солнца в тепловую энергию теплоносителя в вакуумном солнечном коллекторе напрямую зависит от величины трубок этого устройства. Если вакуумная трубка коллектора будет короткая и тонкая, то она не сможет достаточно эффективно аккумулировать вакуумную энергию. Обычно для комплектации вакуумных солнечных коллекторов используются трубки длиной до 2 метров с диаметром около 6 сантиметров. Внутри вакуумной трубки может монтироваться простая прямая или изогнутая U-образная трубка для более эффективного сбора тепла.

Установка солнечного отопительного коллектора

Солнечный отопительный коллектор вместе с системой аккумуляции тепла и теплообменным контуром в сборе представляет собой довольно сложную технологическую систему. Комплекты такого оборудования оснащаются подробными инструкциями по установке, также в сети Интернет можно найти подробные видеоуроки. Но перед покупкой и установкой солнечного коллектора необходимо составление проекта отопительной системы. В этот процесс обязательно нужно привлекать специалиста, который произведет необходимые расчеты материалов и оборудования.

Использование альтернативных источников энергии может существенно снизить затраты на содержание вашего дома, более того, оно может сделать вас независимыми от поставщиков традиционной энергии.

Солнечные коллекторы для отопления дома: видео

Честные отзывы о работе солнечных коллекторов различных моделей для отопления дома

Модель КС 2000

Время работы — 3 года:

Модель RKraft

Время работы — 5 лет:

Вакуумный коллектор Altek

1 год эксплуатации:

Эффективность работы вакуумного коллектора зимой:

Модель Chromagen

Опыт эксплуатации — 4 года:

Модель АТМОСФЕРА СВК Nano

На рынке с 2013 года:

Можно ли сделать реально работающий солнечный коллектор своими руками?

Тепловые солнечные коллекторы

Для чего используются тепловые солнечные коллекторы? Где можно их использовать — сферы применения, варианты применения, плюсы и минусы коллекторов, технические характеристики, эффективность. Можно ли сделать самому и насколько это оправдано. Схемы применения и перспективы.

к содержанию ↑

Назначение

Коллектор и солнечная батарея два разных устройства. Батарея использует преобразование солнечной энергии в электрическую, накапливающуюся в аккумуляторах и применяющуюся для бытовых нужд. Солнечные коллекторы, как и тепловой насос, предназначены для сбора и накапливания экологически чистой энергии Солнца, преобразование которой используется для нагрева воды либо отопления. В промышленных масштабах стали широко использоваться солнечные тепловые электростанции, преобразующую тепло в электроэнергию.

к содержанию ↑

Устройство

Коллекторы состоят из трех основных частей:

• панели;
• аванкамера;
• накопительный бак.

Панели представлены в виде трубчатого радиатора, помещенного в короб с наружной стенкой из стекла. Их необходимо располагать на любом хорошо освещенном месте. В радиатор панели поступает жидкость, которая затем нагревается и передвигается в аванкамеру, где холодная вода замещается горячей, что создает постоянное динамическое давление в системе. При этом холодная жидкость поступает в радиатор, а горячая в накопительный бак.

Стандартные панели легко приспособить к любым условиям. При помощи специальных монтажных профилей их можно устанавливать параллельно друг другу в ряд в неограниченном количестве. В алюминиевых монтажных профилях просверливают отверстия и крепят к панелям снизу на болты или заклепки. После завершения работы панели солнечных абсорберов вместе с монтажными профилями представляют собой единую жесткую конструкцию.

Система солнечного теплоснабжения делится на две группы: с воздушным и с жидкостным теплоносителем. Коллекторы улавливают и поглощают излучение, и, совершая преобразование ее в тепловую энергию, передают в накопительный элемент, из которой тепло распределяется по помещению. Любая из систем может дополняться вспомогательным оборудованием (циркуляционный насос, датчики давления, предохранительные клапаны).

к содержанию ↑

Принцип работы

В дневное время тепловое излучение передается теплоносителю (вода или антифриз), циркулирующему через коллектор. Нагретый теплоноситель передает энергию в бак водонагревателя, расположенного выше его и собирающего воду для горячего водоснабжения. В простой версии циркуляция воды осуществляется естественным образом благодаря разности плотности горячей и холодной воды в контуре, а для того, чтобы циркуляция не прекращалась, используется специальный насос. Циркуляционный насос предназначен для активной прокачки жидкости по конструкции.

В усложненном варианте коллектор включен в отдельный контур, наполненный водой или антифризом. Насос помогает им начать циркулировать, передавая при этом сохраненную солнечную энергию в теплоизолированный бак-аккумулятор, который позволяет запасать тепло и брать его в случае необходимости. Если энергии недостаточно, предусмотренный в конструкции бака электрический или газовый нагреватель, автоматически включается и поддерживает необходимую температуру.

к содержанию ↑

Виды

Тем, кто хочет, чтобы в его доме была система солнечного теплоснабжения, для начала следует определиться с наиболее подходящим типом коллектора.

к содержанию ↑

Коллектор плоского типа

Представлен в виде коробки, закрытой закаленным стеклом, и имеющий особый слой, поглощающий солнечное тепло. Этот слой соединен с трубками, по которым ведется циркуляция теплоносителя. Чем больше энергии он будет получать, тем выше его эффективность. Уменьшение тепловых потерь в самой панели и обеспечение наибольшего поглощения тепла на пластинах абсорбера позволяет обеспечить максимальный сбор энергии. При отсутствии застоя плоские коллекторы способны нагреть воду до 200 °C. Они предназначены для подогрева воды в бассейнах, бытовых нужд и отопления дома.

к содержанию ↑

Коллектор вакуумного типа

Представляет собой стеклянные батареи (ряд полых трубок). Наружная батарея имеет прозрачную поверхность, а внутренняя батарея покрыта специальным слоем, который улавливает излучение. Вакуумная прослойка между внутренними и внешними батареями помогает сохранить около 90% поглощаемой энергии. Проводниками тепла являются специальные трубки.

При нагревании панели происходит преобразование жидкости, находящейся в нижней части батареи в пар, который поднимаясь, предает тепло в коллектор. Этот тип системы имеет больший КПД по сравнению с коллекторами плоского типа, так как его можно использовать при низких температурах и в условиях плохой освещенности. Вакуумная солнечная батарея позволяет нагреть температуру теплоносителя до 300 °C, при использовании многослойного стеклянного покрытия и создании в коллекторах вакуума.

к содержанию ↑

Тепловой насос

Системы солнечного теплоснабжения наиболее эффективно работают с таким устройством, как тепловой насос. Предназначен для сбора энергии из окружающей среды вне зависимости от погодных условий и может устанавливаться внутри дома. В качестве источника энергии здесь могут выступать вода, воздух либо грунт. Тепловой насос может работать, используя лишь солнечные коллекторы, если достаточно солнечной электроэнергии. При использовании комбинированной системы «тепловой насос и солнечный коллектор», не имеет значения тип коллектора, однако наиболее подходящим вариантом будет солнечная вакуумная батарея.

к содержанию ↑

Что лучше

Система солнечного теплоснабжения может устанавливаться на крышах любого вида. Более прочными и надежными считаются плоские коллекторы, в отличие от вакуумных, конструкция которых более хрупкая. Однако при повреждении плоского коллектора придется заменить всю абсорбирующую систему, тогда как у вакуумного замене подлежит лишь поврежденная батарея.

Эффективность вакуумного коллектора гораздо выше, чем плоского. Их можно использовать в зимнее время и они производят больше энергии в пасмурную погоду. Достаточно большое распространение получил тепловой насос, несмотря на свою высокую стоимость. Показатель выработки энергии у вакуумных коллекторов зависит от величины трубок. В норме размеры трубок должны составлять в диаметре 58 мм при длине от 1,2-2,1 метра. Достаточно сложно установить коллектор своими руками. Однако обладание определенными знаниями, а также следование подробным инструкциям по монтажу и выбору места системы, указанными при покупке оборудования существенно упростит задачу и поможет принести в дом солнечное теплоснабжение.

Оцените статью:

Загрузка…

Поделитесь с друзьями:

виды, принцип работы системы, правила установки солнечных коллекторов, сфера и специфика применения устройств

Солнечными коллекторами называют установки, предназначенные для сбора тепловой энергии солнца, используемой для нагрева теплоносителя. Как правило, их используют для отопления и горячего водоснабжения помещений. Основные объекты использования гелиоколлекторов – здания коммерческого назначения и частные дома.

Солнечный коллектор – своего рода уникальное устройство. Его покупка в будущем позволит избавиться от ежемесячных расходов на горячую воду и отопление. Однако в связи с его немалой стоимостью главное – не допустить ошибок при выборе соответствующего оборудования.

Следовательно, перед тем, как приобрести гелиоколлектор, необходимо располагать общей информацией о его видах, особенностях и принципах работы.

Преимущества солнечных коллекторов и гелиосистем Oventrop

Экономичность. Солнечные коллекторы существенно снижают расходы на горячее водоснабжение и обогрев коттеджа в холодное время года. Использование гелиоустановок сокращает годовые затраты на нагрев воды до 60%, а на отопление здания – до 30%;

Экологическая чистота. Гелиоколлектор абсолютно безопасен, т.к. не допускает загрязнения окружающей среды и не оказывает негативного влияния на здоровье человека. Кроме того, в воде, находящейся под действием высоких температур и вакуума, появление и распространение бактерий становится невозможным;

Длительный срок эксплуатации. Надежность и долговечность солнечных коллекторов Oventrop обусловлена применением современных высококачественных материалов. Стеклянные и металлические элементы гелиоустановки отличаются ударопрочностью и устойчивостью к резкой смене погоды, в частности порывам ветра;

Автономность. Гелиоустановка может отапливать здания даже в случае длительных перебоев в работе системы теплоснабжения. Аналогичная ситуация и при отключении горячей воды.

Специфика применения

В отличие от теплогенераторов и тепловых насосов, преобразующих энергию из согретых солнцем грунтовых вод и воздушных масс, солнечные коллекторы работают от прямых солнечных лучей, воздействующих на их поверхность. Единственный нюанс гелиоколлекторов заключается лишь в том, что ночью они находятся в пассивном режиме.

На суточную производительность гелиоустановки влияют такие факторы, как:

• Продолжительность светового дня, которая в свою очередь зависит от географической широты региона и времени года. Так, например, в Центральной части России летом солнечный коллектор будет функционировать по максимуму, а зимой – по минимуму. Это связано не только с длительностью дня, но и изменением угла падения солнечных лучей на гелиопанели;
• Климатические особенности региона. Как правило, на территории нашей страны имеется множество участков, над которыми больше 200 дней в году солнце скрывается за слоями туч или за пеленой тумана. Несмотря на то, что гелиоколлектор может улавливать даже рассеянные солнечные лучи, в пасмурную погоду его продуктивность значительно уменьшается.

Принцип работы и особенности устройства

Главным элементом гелиоколлектора является адсорбер. Он представляет собой медную пластину с присоединенной к ней трубой. При поглощении энергии воздействующих на гелиосистему прямых солнечных лучей, адсорбирующий элемент моментально нагревается, передавая тепло циркулирующему по трубопроводу теплоносителю.

От типа поверхности коллектора зависит его способность отражать или поглощать солнечные лучи. Так, например, устройство с зеркальной поверхностью превосходно отражает свет и тепло, в то время как черная пластина полностью поглощает их. Следовательно, для наибольшей эффективности медную пластину адсорбера чаще всего покрывают черной краской.

Чтобы также повысить количество излучаемой от солнца тепловой энергии, необходимо грамотно выбрать прикрывающее адсорбер стекло. Для солнечных коллекторов применяют специальное стекло с антибликовым покрытием и минимальным процентом содержащегося в нем железа. Такое стекло отличается от обыкновенного не только сниженной долей отражаемого света, но и увеличивает прозрачность.

Кроме того, для предотвращения загрязнения стекла, что тоже снижает эффективность работы гелиоустановки, корпус коллектора полностью герметизируют, либо наполняют инертным газом.

При всем этом часть получаемой тепловой энергии пластина адсорбера отдает в окружающую среду, нагревая взаимодействующий с гелиосистемой воздух. Для снижения теплопотерь адсорбирующий элемент следует изолировать. Поиски максимально эффективных способов теплоизоляции и привели к появлению множества разновидностей солнечных коллекторов. Одними из распространенных видов являются плоские и трубчатые, или вакуумные.

Плоские солнечные коллекторы: устройство

Гелиоколлектор плоского типа состоит из алюминиевого короба, сверху которого установлено защитное стекло с абсорбционным слоем. Внутри корпуса расположены медные трубки, впускной и выпускной патрубки. Дно и стенки короба защищены самым надежным теплоизолирующим элементом – минеральной ватой.

Некоторые модели плоских коллекторов могут также иметь под стеклом слой пропиленгликоля, который выполняет функцию поглотителя солнечных лучей. Это увеличивает его КПД, обеспечивая оборудованию максимальную производительность вне зависимости от сезона.

Достоинства и недостатки плоских гелиоколлекторов

К главным преимуществам плоских солнечных коллекторов относят:

• Способность к самоочищению в случае выпадения осадков в виде снега или инея;
• Высокие показатели в соотношении «цена/качество», что характерно для южных регионов с теплым климатом;
• Высокий КПД при эксплуатации в летний сезон;
• Сравнительно невысокая стоимость в отличие от других гелиоконструкций.

Основными недостатками таких систем являются:

• Высокие теплопотери, обусловленные конструктивными признаками установок;
• Небольшой КПД при функционировании осенью и зимой;
• Сложности в ходе перевозки и монтажа гелиосистем;
• Максимальные затраты в случае выполнения ремонтных работ;
• Повышенная парусность гелиоустановки.

Сфера применения плоских солнечных коллекторов

Несмотря на недостатки, данный тип гелиосистем используется для сезонного нагрева горячей воды. Плоские гелиоколлекторы используются:

• Для горячего водоснабжения летнего душа;
• Для подогрева воды в бассейне до нужной температуры;
• Для обогрева теплиц.

Вакуумные гелиоколлекторы

Вакуумный солнечный коллектор – это высокотехнологичное комплексное устройство, предназначенное для сбора тепловой солнечной энергии и последующей ее переработки в тепловую энергию, которая используется в быту и промышленных сферах для обеспечения отопления, подогрева воды в системах водоснабжения. Солнечный вакуумный коллектор высокоэффективен и эргономичен, обладает высоким КПД даже в условиях слабой освещенности и низких температур, что дает возможность использовать систему в любое время года. Устройство позволяет перерабатывать в тепло инфракрасное излучение, проникающее сквозь облака и рассеянные лучи. Солнечные коллекторы Oventrop способны даже при отрицательных температурах окружающей среды нагреть воду до ста градусов Цельсия.

Сфера применения вакуумных  солнечных коллекторов

Использование конструкции значительно снижает затраты на отопление в зимний период года и гарантирует бесплатный подогрев воды в летний период года. Солнечный коллектор активно поглощает солнечную энергию и улавливает 98% энергии, когда степень вакуума — 10^—. Системы устанавливают на фасадах, плоских или скатных крышах. При расположении в произвольных местах угол наклона должен находиться в пределах 15-75⁰. Срок эксплуатации – не менее двадцати лет.

Системы широко используются для:

• подогрева воды в бытовых и производственных водопроводах, бассейнах;
• работы отопительных индивидуальных систем;
• обогрев теплиц.

Коллекторы легко включаются в сети водо- и теплоснабжения. Для подключения системы используется станция Regusol X Duo с вмонтированным теплообменником и контроллером, которая благодаря послойному накоплению теплоносителя повышает эффективность всей энергосистемы.

Установка солнечного коллектора

От правильности установки коллектора напрямую зависит эффективность конструкции. Для избегания риска поднятия давления вследствие перегрева воды расчет солнечного коллектора выполняются исключительно в специальных программах. Расчеты производятся с учетом погодных условий в точке размещения коллектора и среднегодового расхода тепла. Мощность солнечного корректора вычисляется исходя из данных о площади, значения инсоляции системы и КПД коллектора.

Перед началом расчетов определяется, будет система круглогодичной или сезонной.

1.  Солнечные корректоры сезонного типа предполагают использование в теплый период года (середина апреля – середина октября). Данная конструкция состоит из бака накопителя и коллектора. Теплоносителем служит вода, которая замерзает при отрицательных температурах, поэтому использование ее в холодную часть года невозможно.
2. Круглогодичные системы могут эффективно использоваться вне зависимости от температурного режима окружающей среды. В конструкции используется незамерзающая эфирная жидкость, которая обеспечивает высокий КПД солнечного коллектора даже в самые холодные дни года.

Вакуумные солнечные коллекторы при грамотной установке и монтаже покрывают до 60% среднестатистической семьи в горячей воде и обеспечивают отопление в период от второй половины весны до середины осени. Например, при установке системы в средних широтах России коллектор площадью в два квадратных метра обеспечивает ежедневный нагрев ста литров воды до 40-60⁰.

Эффективность установки в летний период года значительно выше. За один ясный световой день 1 м² коллектора будет прогревать около восьмидесяти литров воды до температуры + 65⁰. Среднегодовая производительность солнечного коллектора с поглощающей площадью в 3м² будет состоять в диапазоне 500-700 кВт/ч на 1м².

Устройство вакуумного солнечного коллектора

Компания Oventrop предлагает вакуумные солнечные коллекторы с тепловой трубкой. Системы с тепловой трубкой конструктивно напоминают термос: в стеклянную/металлическую трубку большего диаметра вставлена другая, меньшего диаметра. Пространство между ними вакуумированно, что обеспечивает максимально эффективную теплоизоляцию от воздействия внешних температур и минимальные потери на излучение. Вакуумная прослойка позволяет сохранить до 95% поглощенной тепловой энергии.

Все вакуумированные трубки оборудованы внутри медными пластинами поглотителя с эффективно собирающим солнечную энергию гелиотитановым покрытием. Заполненная специальной эфирной жидкостью тепловая труба установлена под поглотителем и присоединена к расположенному в теплообменнике конденсатору. Полученная поглотителем солнечная энергия превращает жидкость в пары, которые поднимаются в конденсатор и отдают тепло коллектору, конденсируется и возвращается в нижнюю часть колбы. Благодаря цикличности создается непрерывный процесс теплообмена.

Система способна вырабатывать значительные температуры и обеспечивает высокий КПД даже при слабой освещенности и t -30 — -45⁰С (в зависимости от вида коллектора с трубками из стекла или металла). Вакуумные солнечные коллекторы просты и недороги в эксплуатации. Специальные соединения конструкции позволяют заменять либо поворачивать трубки в заполненной находящейся под давлением установке.

Солнечные коллекторы. Часто задаваемые вопросы.

 

1. Могут ли солнечные водонагреватели являться конкурентоспособной альтернативой газа или электричества?

Солнечная энергия не должна рассматриваться в качестве альтернативы газа или электричества, скорее в качестве дополнения к ним. Она не может полностью заменить потребность в газе или электрическом отоплении, поскольку есть дни с недостаточным уровнем солнечного освещения. Правильный расчёт системы, солнечного нагрева воды, может обеспечить 60% -70% от потребности горячей воды.

Можно точно утверждать что, гелиосистема будет выгодна в том случае, если на объекте отсутствует газ или нагрев воды происходит за счет электричества.

 

2. В течение какого срока солнечный коллектор сможет окупить мои инвестиции?

Для семи из 3-5 человек, стоимость гелиосистемы будет схожа со стоимостью газовой или электрической системой нагрева воды. Сроки окупаемости напрямую зависят от того, в каком колличестве будет потребляться вода, нагретая солнечным коллектором и размера системы.

Эсли на объекте нагрев воды осуществляется за счет электричества, то срок окупаемости будет от 1 года до 2 лет, причем необходимо учитывать, что и работоспособность электрокотлов, электробойлеров и другого отопительного оборудование имеет не такой уж большой срок службы, в отличие от гелиосистемы, которая может проработать не менее 20-25 лет без замены главных и дорогостоящих частей системы. Работая совместно с действующей системой нагрева воды, солнечные коллектора могут экономить до 75% топлива или электроэнергии в осенне-весенний период.

 

3. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы в холодных условиях?

Да. Наши вакуумные трубчатые коллекторы могут использоваться при очень низких температурах, в солнечных системах водонагрева, установленных в регионах России, температура в которых достигает -45°C. Удивительно, но даже при этих температурах система может производить горячую воду с хорошей эффективностью за счет вакуума в трубках коллекторов, который является идеальным теплоизолятором. В яркий солнечный день, эффективность коллектора будет примерно одинаковой как в зимний период времени, так и в летний.

 

 

4. Что произойдет, если целостность одной из вакуумных трубок нарушится?

Вакуумные трубки достаточно прочные, и их нелегко разбить, но если это всё-таки произошло, это с лёгкостью решается заменой вакуумной трубки на новую. Хотя наши солнечные коллекторы обладают способностью работать с некоторым количеством повреждённых трубок, рекомендуется повреждённые трубки немедленно заменить, чтобы удерживать эффективность солнечного коллектора на должном уровне. Запасные трубки Вы всегда можете приобрести в нашем магазине.

 

5. Будет ли вода нагреваться в пасмурный день?

Да. Несмотря на то, что тепловая мощность солнечного коллектора снижается в пасмурные дни, поглощаемой энергии хватает для нагрева воды. Если это, по большей степени, туманный день или дождь, то может потребоваться больше ресурсов газового или электрического нагрева, чтобы сохранить температуру воды оптимальной для использования. Солнечная система нагрева воды является автоматизированной, так что вам не придется беспокоиться о нехватке горячей воды в дождливый день.

За своевременным включением котлов, ТЭНов и др нагревательных приборов следит контроллер гелиосистемы.

 

6. Могу ли я использовать солнечный коллектор с системой горячего водоснабжения, которая у меня уже есть?

ДА. Клапаны попросту модернизированы, и они зачастую могут быть использованы, чтобы позволить солнечной энергии подключаться к существующей подаче холодной воды. Если ваш бак не может принять солнечную энергию напрямую, вы можете установить дополнительный накопительный бак для предварительного нагрева холодной воды перед входом в уже существующий. Любая действующая система отопления и водоснабжения может быть доработана гелиосистемой без глобальной реконструкции котельной. Действующая котельная прекрасно будет работать совместно с гелиосистемой, причем экономия топлива и электроэнергии традиционной котельной будет значительной.

 

 

7. Могут ли солнечные коллекторы быть установлены на плоской поверхности?

Да. Они могут быть установлены на плоской крыше или на земле с помощью алюминиевых опорных подставок. Для оптимальной работы солнечного коллектора, его следует установить под углом 45 градусов, чтобы гарантировать оптимальную работу тепловых трубок.

 

8. Как я могу защитить свою солнечную систему при минусовых температурах?

Если ваша солнечная система нагрева воды работает в регионах с минусовыми температурами, то Вам следует принять меры по защите от замерзания. Самым простым способом предотвращения замерзания является использование солнечного контроллера с настройками низких температур. Таким образом, когда температура падает ниже определенной заранее установленной температуры (5°C), насос будет циркулировать и нагревать коллектор водой снизу из резервуара. Насос будет работать сессионно, частота сессий которого зависит от температуры наружного воздуха. В особо холодных регионах целесообразно использовать замкнутый контур с помощью пропиленгликоля, температура замерзания которого ниже 30 градусов.

 

9. Может ли солнечный коллектор стать причиной возникновения пожара во время жаркой и засушливой погоды?

Нет. Все компоненты наших тепловых солнечных коллекторов рассчитаны на воздействие высоких температур и не воспламеняются, так что даже при сильном солнечном свете система нагрева воды не загорится и не подожжёт сухой материал. Даже самым жарким летом к вакуумным трубкам можно прикоснуться и не обжечься, т. к. вся температура находится в самой трубке, за вакуумом.

 

 

10. Может ли солнечный коллектор нагревать воду до достаточно высокой температуры?

Да, в хорошую погоду коллектор может довести воду до кипения. Как правило, это не является необходимым, поэтому система должна быть разработана грамотно. Нелогично доводить воду до кипения в домашних условиях солнечным коллектором, т. к. из за температуры близкой к кипению может произойти деформация пластиковых и резиновых уплотнителей в системе, тем самым увеличивается риск протечек. Если горячая вода не используется в течение одного дня, то на следующий день система будет сбрасывать воду через предохранительный клапан. Это пустая трата энергии и воды! Пожалуйста, используйте разумно энергию, получаемую солнечным водонагревателем, для обеспечения оптимальной производительности и минимального расхода воды.

 

11. Что требуется для обслуживания солнечного коллектора?

При нормальных обстоятельствах обслуживание не требуется. Хотя солнечные коллекторы могут работать с несколькими сломанными трубами, тепловая эффективность будет снижена незначительно. Но разбитые трубки всё же следует заменить как можно скорее.

 

12. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы для крупномасштабного производства горячей воды?

Да. Наши солнечные тепловые коллекторы могут быть соединены последовательно или параллельно, чтобы обеспечить крупномасштабное производство горячей воды для нужд коммерческих и муниципальных организаций, таких как школы, гостиницы или офисные здания.

 

 

13. Могу ли я нагреть воду в своём бассейне или спа, используя солнечный коллектор?

Да. Вакуумные трубчатые коллекторы могут быть использованы для нагрева спа или жилого плавательного бассейна. Для любого бассейна, который необходимо нагреть, должен быть использован изолирующий защитный слой, чтобы свести к минимуму потери тепла и испарение.

 

 

14. Вакуумные трубчатые коллекторы более эффективные, чем плоские?

 

Существует небольшая разница между вакуумным трубчатым коллектором и плоским коллектором при сравнении максимальной эффективности. На самом деле, эффективность плоской пластины коллектора может быть выше трубки вакуумного коллектора, но при условиях с минимальными потерями тепла. При средних же показателях за год, вакуумный трубчатый коллектор имеет явные преимущества. Ключевыми являются следующие моменты:

 

1) Солнечные вакуумные трубки могут пассивно отслеживать положение солнца в течение дня из-за цилиндрической формы трубок. Пластина плоского солнечного коллектора обеспечивает выходной импульсной энергии в полдень, когда солнце находится в зените

2) Вакуум в трубках значительно снижает потери конвективного тепла из внутренней части трубки. Таким образом, ветра и низкие температуры оказывают намного меньшее влияние на эффективность вакуумного коллектора.

3) Вакуумные трубки прочны и долговечны, так как сделаны из сверхпрочного боросиликатного стекла. По отдельности трубки стоят недорого и сломанную легко заменить.

4) Из-за различных преимуществ вакуумной трубки коллектора над плоской пластиной коллектора, понадобится меньшее количество коллекторов, чтобы обеспечить такую же производительность нагрева. Например, в семье из 4-5 человек, как правило, потребуется резервуар с 250-300 литров воды. В зависимости от вашего местоположения, летом все 30 вакуумных трубок коллектора будут обязаны предоставлять все потребности в горячей воде и большой процент в другие сезоны.

5) Плоские солнечные коллекторы могут производить подобный выход тепла в вакуумных трубчатых коллекторах, но, как правило, исключительно в солнечных условиях. При среднем в течение всего года, тепловая мощность вакуумной трубки коллектора на квадратный метр на 25%-40% больше, чем плоской пластины коллектора.

 

Солнечный коллектор — Что такое Солнечный коллектор?

Солнечный коллектор – гелиоустановка (для сбора тепловой энергии Солнца), способная нагревать материал-теплоноситель.

Солнечный коллектор — гелиоустановка (для сбора тепловой энергии Солнца), способная нагревать материал-теплоноситель.

Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд.
Пищевая и текстильная промышленности больше остальных отраслей нуждаются в использовании солнечных коллекторов (при производственных процессах требуется вода с температурой 30-90 °C).

В Европе в 2000 г. общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн м², а во всём мире — 71,341 млн м².

Солнечные коллекторы способны производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга.

Известны 2 основных типа солнечных коллекторов:

Плоские

Плоский коллектор состоит из абсорбера, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя.

В плоском коллекторе работает следующий механизм: падающая энергия передается теплоносителю в коллекторе, эффективность коллектора пропорциональна количеству падающей энергии.

При отсутствии расхода тепла плоские коллекторы способны нагреть воду до 190-200 °C.

Вакуумные

В вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль теплопроводников.

При облучении установки солнечным светом, жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагревается и превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки, где, конденсируясь, передают тепло коллектору.

В вакуумных установках возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250-300 °C в режиме ограничения отбора тепла.

Известен также отдельный тип солнечных коллекторов: Солнечные воздушные коллекторы.

Солнечные воздушные коллекторы — это приборы, работающие по принципу гелиоэнергетики, способные нагревать воздух.

Чаще всего солнечные воздушные коллекторы представлены простыми плоскими коллекторными конструкциями.

Они используются:

• для отопления помещений,

• для просушивания с/х продукции.

Описание принципов работы солнечных коллекторов, вакуумных и плоских коллекторов

Для превращения солнечной энергии в тепловую используют гелиосистемы.

Солнечный водонагреватель (солнечный коллектор) — это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии, которая переносится видимым и ближним инфракрасным излучением для последующего её преобразования в тепловую энергию, пригодную для использования.

В гелиосистемах наиболее распространены два типа коллекторов: вакуумные и плоские.

Основной частью вакуумного коллектора является тепловая трубка. Такие коллекторы представляют собой ряд стеклянных трубок специальной конструкции. Трубка гелиоколлектора – это на самом деле две трубки (одна вложенная в другую), между которыми находится вакуум для наилучшей термоизоляции теплоносителя от внешней среды.

Способ передачи тепла от неё теплопроводу вакуумного солнечного коллектора: медная труба внутри пустая и содержит неорганическую и нетоксичную жидкость. При нагревании эта жидкость испаряется, а поскольку в трубке создан вакуум, то это происходит даже при температуре минус 30°С. Пар поднимается к наконечнику тепловой трубки, где отдаёт тепло теплоносителю (антифризу), который течёт по теплопроводу гелиоколлектора. Потом он конденсируется и стекает вниз, и процесс повторяется снова. Солнечный водонагреватель с вакуумными трубами показывает отличные результаты даже в пасмурные дни, потому что вакуумные трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через тучи. Благодаря изоляционным свойствам вакуума, влияние ветра и низких температур на работу гелиосистемы также незначительно по сравнению с влиянием на плоский солнечный коллектор. Система с вакуумным солнечным коллектором успешно работает до -35°С.

Трубы установлены в солнечном водонагревателе параллельно, угол их наклона зависит от географической широты места установки системы отопления. Ориентированные с севера на юг, на протяжении дня, трубки вакуумного солнечного коллектора пассивно двигаются за солнцем. Они практически не нуждается в эксплуатационном обслуживании.

Для поддержания вакуума солнечный водонагреватель использует газопоглотитель, который в производственных условиях подвергался влиянию высоких температур, в результате чего нижний конец вакуумной трубы покрыт слоем чистого бария. Он поглощает СО, СО₂, N₂, O₂, H₂O и H₂, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, и является чётким визуальным индикатором состояния вакуума в трубке солнечного коллектора. Когда вакуум исчезает, бариевый слой из серебристого становится белым. Это дает возможность легко определить, целая ли труба вакуумного солнечного водонагревателя.

Вакуумные солнечные коллекторы полностью пригодны для ремонта: в случае необходимости трубку можно заменить без остановки солнечного водонагревателя. За необходимостью вакуумные трубки можно добавлять (при недостатке тепла) или частично снимать (если есть его избыток), уменьшая площадь гелиоколлектора. Обслуживание солнечного водонагревателя сводится практически к нулю. Вакуумные солнечные коллекторы отлично справляются с заданием обеспечения дома горячей водой, отоплением квартиры, подогревом бассейнов, теплиц, работают в системах вентиляции, кондиционирования и отопления зданий. Благодаря всему этому работа гелиосистемы проста, как с точки зрения эксплуатации, так и обслуживания.

Плоские гелиоколлекторы имеют иную конструкцию. Главным элементом в них является абсорбер, поглощающий солнечное излучение, сверху он имеет прозрачное покрытие. Для повышения эффективности коллектора, используют специальное оптическое покрытие из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов. Абсорбер соединён с теплопроводящей системой.

Конструкция плоских солнечных коллекторов является довольно простой. Внешне они представляют собой простую панель, имеющую прямоугольную форму. Эта установка обладает алюминиевым корпусом, несколькими патрубками, использующимися с целью отвода и подвода жидкого теплоносителя. Кроме того, изнутри стенки коллектора покрыты теплоизоляционным слоем. На сегодняшний день производители его толщину делают равной трем-четырем сантиметрам – это предоставляет возможность добиться существенного уменьшения уровня теплопотерь.

Принцип работы плоского солнечного коллектора основывается на парниковом эффекте — солнечные лучи поступают на поверхность этого устройства и проникают сквозь стекло. Теплопоглощающее покрытие, используемое в нижней части коллектора, характеризуется коэффициентом поглощения, составляющим 91%. В конечном итоге чрезмерный нагрев приводит к тому, что покрытие начинает излучать тепловую энергию. Мощность её расположена в инфракрасном диапазоне, другими словами, имеется возможность достичь аккумулирования энергии солнца в коллекторе. Процесс отвода тепла происходит при непосредственном участии теплоносителя.

Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов

Вакуумные трубчатые

Плоские высокоселективные

Низкие теплопотери

Способность очищаться от снега и инея

Работоспособность в холодное время года до -30С

Высокая производительность летом

Способность генерировать высокие температуры

Отличное соотношение цена/производительность для южных широт и тёплого климата

Длительный период работы в течение суток

Возможность установки под любым углом

Удобство монтажа

Меньшая начальная стоимость

Низкая парусность

 

Отличное соотношение цена/производительность для умеренных широт и холодного климата

 

минусы

минусы

Неспособность к самоочистке от снега

Высокие тепло потери

Относительно высокая начальная стоимость проекта

Низкая работоспособность в холодное время года

Рабочий угол наклона не менее 20°

Сложность монтажа, связанная с необходимостью доставки на крышу собранного коллектора

 

Высокая парусность

Если у Вас появились вопросы по выбору оборудования или необходимо подобрать солнечную или резервную станцию, вы можете обратиться за помощью к нашим специалистам.

Проконсультируйтесь у специалистов

Солнечные тепловые коллекторы — Управление энергетической информации США (EIA)

Отопление солнечной энергией

Люди используют солнечную тепловую энергию для многих целей, включая нагрев воды, воздуха, внутренних помещений зданий и выработку электроэнергии. Существует два основных типа солнечных систем отопления: пассивных систем и активных систем .

Пассивное солнечное отопление помещений происходит, когда солнце светит через окна здания и согревает интерьер.Конструкции зданий, которые оптимизируют пассивное солнечное отопление (в северном полушарии), обычно имеют окна, выходящие на юг, которые позволяют солнцу светить на поглощающие солнечное тепло стены или полы в здании зимой. Солнечная энергия поглощается строительными материалами и нагревает внутренние помещения зданий за счет естественного излучения и конвекции. Оконные выступы или шторы блокируют попадание солнечных лучей в окна летом, чтобы в здании было прохладно.

Активные солнечные системы отопления имеют коллекторы для нагрева текучей среды (воздуха или жидкости) и вентиляторы или насосы для перемещения текучей среды через коллекторы, где она нагревается, во внутреннюю часть здания или в систему аккумулирования тепла, где тепло выпускается и возвращается в коллектор для повторного нагрева.Активные солнечные водонагревательные системы обычно имеют резервуар для хранения воды, нагретой солнечными батареями.

Солнечные коллекторы либо неконцентрирующие, либо концентрирующие

Неконцентрирующие коллекторы — Площадь коллектора (область, которая задерживает солнечное излучение) совпадает с площадью поглотителя (площадью, поглощающей солнечную энергию / излучение). Системы солнечной энергии для нагрева воды или воздуха обычно имеют неконцентрирующие коллекторы. Плоские коллекторы являются наиболее распространенным типом неконцентрирующих коллекторов для воды и отопления помещений в зданиях и используются, когда достаточно температуры ниже 200 ° F.

• Плоская металлическая пластина, улавливающая и поглощающая солнечную энергию
• Прозрачная крышка, которая пропускает солнечную энергию через крышку и снижает потери тепла от поглотителя
• Слой изоляции на задней части поглотителя для уменьшения потерь тепла

Солнечные водонагревательные коллекторы имеют металлические трубки, прикрепленные к поглотителю.Жидкий теплоноситель прокачивается через трубы абсорбера для отвода тепла от абсорбера и передачи тепла воде в резервуаре для хранения. Солнечные системы для нагрева воды в бассейне в теплом климате обычно не имеют крышек или изоляции для абсорбера, и вода из бассейна циркулирует из бассейна через коллекторы и обратно в бассейн.

Солнечные системы воздушного отопления используют вентиляторы для перемещения воздуха через плоские коллекторы внутрь зданий.

Концентрирующие коллекторы —Площадь, задерживающая солнечное излучение, больше, иногда в сотни раз больше, чем площадь поглотителя.Коллектор фокусирует или концентрирует солнечную энергию на поглотителе. Коллектор обычно перемещается в течение дня, чтобы поддерживать высокую степень концентрации на поглотителе. Солнечные тепловые электростанции используют концентрирующие системы солнечных коллекторов, поскольку они могут производить высокотемпературное тепло, необходимое для выработки электроэнергии.

Последнее обновление: 9 декабря 2020 г.

Солнечные технологии отопления и охлаждения

Солнечные тепловые технологии поглощают солнечное тепло и передают его полезным приложениям, таким как отопление зданий или водоснабжение.Существует несколько основных типов используемых солнечных тепловых технологий:

В дополнение к солнечным тепловым технологиям, описанным выше, такие технологии, как солнечные фотоэлектрические модули , могут производить электричество, а здания могут быть спроектированы так, чтобы улавливать пассивное солнечное тепло .

Неглазурованный солнечный коллектор — одна из самых простых форм солнечной тепловой технологии. Теплопроводящий материал, обычно темный металл или пластик, поглощает солнечный свет и передает энергию жидкости, проходящей через теплопроводную поверхность или за ней.Этот процесс похож на то, как садовый шланг, лежащий на открытом воздухе, поглощает солнечную энергию и нагревает воду внутри шланга.

Эти коллекторы описываются как «неглазурованные», потому что они не имеют стеклянного покрытия или «остекления» на коллекторной коробке для улавливания тепла. Отсутствие остекления создает компромисс. Неглазурованные солнечные коллекторы просты и недороги, но, не имея возможности удерживать тепло, они теряют тепло обратно в окружающую среду и работают при относительно низких температурах. Таким образом, неглазурованные коллекторы обычно лучше всего работают с небольшими или умеренными системами отопления или в качестве дополнения к традиционным системам отопления, где они могут снизить топливную нагрузку за счет предварительного нагрева воды или воздуха.

Солнечные коллекторы для обогрева бассейнов — это наиболее часто используемая неглазурованная солнечная технология в Соединенных Штатах. В этих устройствах часто используются черные пластиковые трубчатые панели, установленные на крыше или другой опорной конструкции. Водяной насос обеспечивает циркуляцию воды в бассейне непосредственно через трубчатые панели, а затем возвращает воду в бассейн с более высокой температурой. Хотя эти коллекторы используются в основном для обогрева бассейнов, они также могут предварительно нагревать большие объемы воды для других коммерческих и промышленных применений.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на темный материал в коллекторе, который нагревается.
2. Циркуляция: Холодная жидкость (вода) или воздух циркулирует через коллектор, поглощая тепло.
3. Использование: Более теплая жидкость используется для таких применений, как обогрев бассейна.

Узнайте больше о неглазурованных солнечных коллекторах

Солнечные коллекторы Transpired

На южной стене этого склада установлен солнечный коллектор.
Кредит: Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Солнечные коллекторы прозрачного воздуха обычно состоят из перфорированного металлического облицовочного материала темного цвета, установленного на существующей стене на южной стороне здания. Вентилятор втягивает наружный воздух через перфорацию в пространство за металлической обшивкой, где воздух нагревается до температуры на 30–100 ° F выше температуры окружающего воздуха. Затем вентилятор втягивает воздух в здание, где он распределяется через систему вентиляции здания.

Солнечный коллектор — это проверенная, но все еще развивающаяся технология солнечного отопления. Этот вид техники лучше всего подходит для обогрева воздуха и вентиляции помещений. Его также можно применять в различных производственных и сельскохозяйственных целях, например, для сушки сельскохозяйственных культур.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на темную перфорированную металлическую облицовку, которая нагревается.
2. Циркуляция: Циркуляционный вентилятор втягивает воздух через отверстия за металлической обшивкой, нагревая воздух, который затем втягивается в здание для распределения.

Узнайте больше о солнечных коллекторах воздуха Transpired

Плоские солнечные коллекторы

Множество плоских солнечных коллекторов на крыше школы.
Кредит: Джо Райан, NREL 19690

Большинство плоских коллекторов состоят из медных трубок и других теплопоглощающих материалов внутри изолированного каркаса или корпуса, покрытого прозрачным стеклом (стеклом). Теплопоглощающие материалы могут иметь специальное покрытие, которое поглощает тепло более эффективно, чем поверхность без покрытия.

Плоские остекленные коллекторы могут эффективно работать в более широком диапазоне температур, чем неглазурованные коллекторы. Плоские коллекторы часто используются в дополнение к традиционным водогрейным котлам, предварительно нагревая воду, чтобы снизить потребность в топливе. Они также могут быть эффективны для обогрева помещений. Используя систему теплообмена, они могут надежно производить горячий воздух для больших зданий в светлое время суток.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет проходит сквозь стекло и попадает на темный материал внутри коллектора, который нагревается.
2. Отражение тепла: Прозрачный стеклянный или пластиковый корпус улавливает тепло, которое в противном случае могло бы излучаться. Это похоже на то, как теплица улавливает тепло внутри.
3. Циркуляция: Холодная вода или другая жидкость циркулирует через коллектор, поглощая тепло.

Узнайте больше о плоских солнечных коллекторах

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками

Вакуумный трубчатый солнечный коллектор на крыше.
Кредит: NREL PIX 09501

Вакуумные трубчатые коллекторы представляют собой тонкие медные трубки, заполненные жидкостью, например водой, помещенные внутри более крупных герметичных прозрачных стеклянных или пластиковых трубок.

Вакуумные трубки более эффективно используют солнечную энергию и могут производить более высокие температуры, чем плоские коллекторы по нескольким причинам. Во-первых, конструкция трубки увеличивает доступную для солнца площадь поверхности, эффективно поглощая прямой солнечный свет под разными углами. Во-вторых, трубки также имеют частичный вакуум внутри корпуса из прозрачного стекла, что значительно снижает потери тепла во внешнюю среду.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает в темный цилиндр, эффективно нагревая его под любым углом.
2. Отражение тепла: Прозрачный стеклянный или пластиковый корпус улавливает тепло, которое в противном случае могло бы излучаться. Это похоже на то, как теплица улавливает тепло внутри.
3. Конвекция: Медная трубка, проходящая через каждый цилиндр, поглощает накопленное в цилиндре тепло, в результате чего жидкость внутри трубки нагревается и поднимается к верхней части цилиндра.
4. Циркуляция: Холодная вода циркулирует через верхнюю часть цилиндров, поглощая тепло.

Системы с вакуумированными трубками обычно дороже плоских коллекторов, но они более эффективны и могут обеспечивать более высокие температуры. Вакуумные трубы могут надежно производить очень горячую воду для периодического нагрева воды или нагрева воды по запросу, а также для многих промышленных процессов, и они могут производить достаточно тепла, чтобы справиться практически с любым отоплением или охлаждением помещения.

Подробнее о вакуумных солнечных коллекторах

Концентрирующие солнечные системы

Этот набор концентрирующих солнечных коллекторов с параболическим желобом на крыше обеспечивает технологическое тепло для винодельни. Эти коллекторы имеют уникальную конструкцию, которая позволяет им вырабатывать не только тепло, но и электричество.
Кредит: SunWater Solar

Концентрирующие солнечные системы работают, отражая и направляя солнечную энергию с большой площади на маленькую.Меньшие по размеру отражающие массивы в форме чаши могут производить воду с температурой в несколько сотен градусов для промышленных или сельскохозяйственных процессов или для нагрева больших объемов воды, таких как бассейны курортных комплексов. Некоторые массивы работают с длинными параболическими желобами, которые концентрируют солнечный свет на трубе, проходящей по всей длине желоба, по которой переносится теплоноситель. Даже в более крупных системах используются поля зеркал для отражения солнечного света на центральную башню. Эти типы массивов производят пар высокого давления или другие перегретые жидкости для различных видов деятельности, от теплоемкой химической обработки до выработки электроэнергии.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на отражающий материал (т. Е. На зеркальную поверхность), обычно в форме желоба (показанного здесь) или тарелки.
2. Отражение солнца: Отражающий материал перенаправляет солнечный свет в одну точку (для тарелки) или трубу (для желоба).
3. Циркуляция: Холодная вода или специальный теплоноситель циркулирует по трубе, поглощая тепло.

Концентрационные системы способны производить чрезвычайно горячие жидкости для различных процессов, и они могут производить относительно большое количество энергии на каждый вложенный доллар.Однако эти системы, как правило, намного больше и сложнее, чем другие типы солнечных коллекторов, описанные выше, и имеют более высокую общую стоимость. Таким образом, концентрированная солнечная технология имеет тенденцию быть наиболее эффективной для крупномасштабных высокотемпературных применений, хотя более низкотемпературные применения могут по-прежнему быть рентабельными при определенных обстоятельствах.

Узнайте больше о концентрирующих солнечных системах

Солнечный коллектор — Energy Education

Рисунок 1. Солнечный коллектор. ^[1]

Солнечный коллектор — это устройство, которое собирает и / или концентрирует солнечное излучение от Солнца.Эти устройства в основном используются для активного солнечного нагрева и позволяют нагревать воду для личного пользования. ^[2] Эти коллекторы обычно устанавливаются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. ^[2]

Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с помощью водонагревателя, потенциально снижая затраты на электроэнергию с течением времени. Как и в домашних условиях, большое количество этих коллекторов можно объединить в массив и использовать для выработки электроэнергии на солнечных тепловых электростанциях.

Типы солнечных коллекторов

Существует много разных типов солнечных коллекторов, но все они сконструированы с учетом одной и той же основной предпосылки. В общем, есть материал, который используется для сбора и фокусировки энергии Солнца и использования ее для нагрева воды. В простейшем из этих устройств используется черный материал, окружающий трубы, по которым течет вода. Черный материал очень хорошо поглощает солнечное излучение и, поскольку материал нагревает воду, он окружает. Это очень простой дизайн, но коллекционеры могут стать очень сложными.Абсорбирующие пластины можно использовать, если нет необходимости в повышении температуры, но обычно устройства, в которых используются отражающие материалы для фокусировки солнечного света, приводят к большему повышению температуры.

Плоские коллекторы

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. ^[3]

Эти коллекторы представляют собой простые металлические коробки с каким-то прозрачным стеклом в качестве крышки поверх темной поглощающей пластины. Боковые стороны и нижняя часть коллектора обычно покрываются изоляцией, чтобы минимизировать тепловые потери в другие части коллектора.Солнечное излучение проходит через прозрачное остекление и попадает на пластину поглотителя. ^[4] Эта пластина нагревается, передавая тепло либо воде, либо воздуху, находящемуся между остеклением и пластиной-поглотителем. Иногда эти абсорбирующие пластины окрашиваются специальными покрытиями, которые лучше поглощают и удерживают тепло, чем традиционная черная краска. Эти пластины обычно делают из металла, который является хорошим проводником — обычно из меди или алюминия. ^[4]

Коллекторы вакуумные

Рисунок 3.Схема вакуумного трубчатого солнечного коллектора. ^[5]

В этом типе солнечных коллекторов используется серия откачанных трубок для нагрева воды. ^[2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии при минимизации потерь тепла в окружающую среду. У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина-поглотитель, которая соединена с тепловой трубкой для передачи тепла, собираемого от Солнца, к воде. Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. ^[6] При таком давлении на «горячем» конце трубы находится кипящая жидкость, а на «холодном» конце — конденсирующийся пар. Это позволяет тепловой энергии более эффективно перемещаться от одного конца трубы к другому. Как только тепло от Солнца переходит от горячего конца тепловой трубы к конденсирующему концу, тепловая энергия переносится в воду, которая нагревается для использования. ^[2]

Коллекторы Line Focus

Рисунок 4. Схема солнечного коллектора с линейным фокусом. ^[7]

В этих коллекторах, иногда называемых параболическими желобами, используются материалы с высокой отражающей способностью для сбора и концентрации тепловой энергии от солнечного излучения. ^[8] Эти коллекторы состоят из отражающих секций параболической формы, соединенных в длинный желоб. ^[2] Труба, по которой течет вода, помещается в центре этого желоба, так что солнечный свет, собираемый отражающим материалом, фокусируется на трубе, нагревая ее содержимое. Это коллекторы очень высокой мощности, поэтому они обычно используются для выработки пара для солнечных тепловых электростанций и не используются в жилых помещениях.Эти желоба могут быть чрезвычайно эффективными для выработки тепла от Солнца, особенно те, которые могут поворачиваться, отслеживая Солнце в небе для обеспечения максимального сбора солнечного света. ^[2]

Коллекторы точечного фокуса

Рисунок 5. Точечный солнечный коллектор. ^[9]

Эти коллекторы представляют собой большие параболические тарелки, состоящие из некоторого отражающего материала, которые фокусируют энергию Солнца в одной точке. Тепло от этих коллекторов обычно используется для привода двигателей Стирлинга. ^[2] Хотя они очень эффективны для сбора солнечного света, они должны активно отслеживать Солнце по небу, чтобы иметь какую-либо ценность. Эти тарелки могут работать по отдельности или быть объединены в группу, чтобы собрать еще больше энергии от Солнца. ^[10]

Коллекторы точечной фокусировки и аналогичные устройства также могут использоваться для концентрирования солнечной энергии для использования с концентрированной фотоэлектрической системой. В этом случае вместо производства тепла энергия Солнца преобразуется непосредственно в электричество с помощью высокоэффективных фотоэлектрических элементов, специально разработанных для использования концентрированной солнечной энергии.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flatplate.png
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6} Г. Бойл. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский остекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
4. ↑ ^{4.0 4.1} Flasolar. (10 августа 2015 г.). Плоские солнечные коллекторы [Онлайн]. Доступно: http://www.flasolar.com/active_dhw_flat_plate.htm
5. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор вакуумных трубок [Онлайн]. Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Evacuated_tube_collector.gif
6. ↑ RedSun. (10 августа 2015 г.). Коллектор вакуумных трубок [Онлайн]. Доступно: http://www.redsunin.com/products/evacuated-tube-collector-solar-water-heaters/
7. ↑> Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор линейного фокуса [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Solarpipe-scheme.svg/2000px-Solarpipe-scheme.svg.png
8. ↑ Министерство энергетики США.(10 августа 2015 г.). Солнечный коллектор Line Focus [Онлайн]. Доступно: https://www.eeremultimedia.energy.gov/solar/photographs/line_focus_solar_collector
9. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Солнечный двигатель Стирлинга [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/SolarStirlingEngine.jpg
10. ↑ JC Solar Homes. (10 августа 2015 г.). Концентраторы и плоские коллекторы [Online]. Доступно: http: //www.jc-solarhomes.ru / COLLECTORS / convertrators_vs_flat_plates.htm

Эффективность солнечного коллектора тепла

В сантехнической и отопительной промышленности водяные водогрейные котельные системы можно легко комбинировать с гелиотермогидронными технологиями. Обычно мы обнаруживаем, что, добавляя солнечные тепловые коллекторы к хорошо спроектированной теплогидронной системе, мы можем легко сократить, по крайней мере, половину (а обычно и больше) годового расхода топлива для отопления (в зависимости от здания и климата). Это не только представляет собой существенную долгосрочную экономию затрат на топливо, но также приводит к еще более значительному сокращению выбросов углекислого газа и других загрязнений, столь распространенных в существующих зданиях.

Два наиболее распространенных типа солнечных тепловых коллекторов — это плоская пластина и вакуумная трубка. Решение об использовании того или другого должно включать справедливое сравнение тепловых характеристик, часто характеризуемых показателями эффективности. Вот два разных способа сравнения производительности коллектора, во-первых, по эффективности, а во-вторых, по тепловой мощности.

Эффективность определена

Эффективность на самом деле представляет собой простую взаимосвязь между общей доступной энергией («топливо» для обогрева) и ее полезной частью, которая используется с пользой.Вы просто делите «доставленную полезную энергию» на «доступную энергию», и вы получаете КПД, выраженный в долях или процентах. Часто его сокращают с помощью греческой буквы Ню (Nv).

Тепловой КПД солнечного коллектора тепла не статичен. Он меняется по мере изменения условий эксплуатации. Это может затруднить справедливое сравнение одного коллектора с другим, поскольку панели бывают разных размеров, изготовлены из разных материалов и могут использоваться в бесчисленных различных климатических и температурных условиях.Очевидно, что существует потребность в стандартном способе тестирования и сравнения солнечных коллекторов, и в Соединенных Штатах этот стандарт поддерживается Корпорацией по оценке и сертификации солнечной энергии (SRCC).

SRCC

SRCC предоставляет наши наиболее широко используемые национальные стандарты испытаний солнечного отопления. Он был основан в 1980 году как некоммерческая организация, основной целью которой является разработка и внедрение программ сертификации и национальных рейтинговых стандартов для оборудования солнечной энергии.Они администрируют программу сертификации, рейтинга и маркировки солнечных коллекторов и аналогичную программу для полных солнечных водонагревательных систем. В последние годы рейтинг и маркировка стали более важными для установщиков и владельцев, поскольку это необходимо для того, чтобы солнечное оборудование могло претендовать на получение государственных кредитов на солнечную энергию в США. Вот почему в наши дни в США продаются почти все солнечные тепловые коллекторы. к нему прикреплен ярлык сертификации производительности SRCC.

Этикетки сами по себе могут быть полезны при сравнении энергоэффективности, поскольку они показывают стандартный рейтинг энергоэффективности, аналогичный по концепции тем, которые используются на холодильниках и автомобилях.База данных SRCC — это единственное место, где все эти рейтинги можно найти рядом для легкого и полезного сравнения. Эта информация доступна бесплатно на веб-сайте SRCC по адресу www.solar-rating.org.

КПД солнечного коллектора

Эффективность, как указано выше, рассчитывается путем деления «полезной энергии» на «доступную энергию». В случае солнечного коллектора тепла доступная энергия — это солнечное излучение, которое достигает поверхности отверстия коллектора.Время от времени это может меняться в зависимости от проходящих облаков и других местных условий. Полезная энергия на выходе — это чистая тепловая энергия, заключенная в горячей текучей среде (жидкий хладагент), покидающей выпускную трубу коллектора. Более холодная температура наружного воздуха, окружающего коллектор, как правило, вызывает более немедленную потерю тепла, поэтому низкие температуры окружающей среды могут снизить полезную передаваемую энергию.
Когда эта ситуация описывается математически, оказывается, что есть только три вещи, которые вам нужно знать, чтобы оценить эффективность коллектора для любого отопительного приложения:

• Насколько горячая жидкость (Ti) вы хотите нагреть?
• Насколько холодно на улице (Ta)?
• Насколько солнечно (I)?
• Итак, эффективность коллектора (η) напрямую связана с этими тремя значениями, которые можно объединить следующим образом.
• (Ti — Ta) / I [Это также называется «Параметр входной жидкости» (p)], где
• Ti — температура жидкости на входе,
• Ta — температура окружающей среды, а
• I — солнечное излучение на поверхности коллектора. [I означает солнечную инсоляцию.]

SRCC предоставляет результаты тестирования коллектора, которые включают наклон и данные пересечения для каждого протестированного коллектора. Наклон и точка пересечения позволяют провести прямую линию на графике, который определяет КПД коллектора для любых условий (Ti — Ta) / I.Я сделал это на рис. 90-1 для трех коллекторов, перечисленных в рейтингах SRCC; Плоская застекленная пластина, плоская неглазурованная пластина и коллектор из стеклянных вакуумных трубок. (Пересечение — это точка, в которой данные пересекают вертикальную ось, а наклон представляет собой отрицательное значение «Rise over Run» линии, когда она наклоняется вниз вправо.)

Обратите внимание, что это описывает только тепловой КПД коллектора, который сам по себе является солнечным коллектором. Это не следует путать с термической эффективностью системы, которая усложняется «паразитным» потреблением энергии насосами и регуляторами, потерями тепла в трубопроводах, эффективностью теплообменника, потерями в накоплении тепла и т. Д.Пока мы сосредоточены только на сравнении коллекционеров.

Данные SRCC включают не только наклон и пересечение графика КПД коллектора, но также тепловую мощность коллектора при пяти различных стандартных температурных условиях. Эти рейтинги представляют работы по солнечному обогреву, которые варьируются от очень простых (низкотемпературные бассейны) до очень сложных (высокотемпературное технологическое тепло) и представлены как категории A, B, C, D и E соответственно.

• Обогрев бассейна категории A (теплый климат) Ti-Ta = (- 9) ° F
• Нагрев бассейна категории B (прохладный климат) Ti-Ta = 9 ° F
• Категория C — водяное отопление (теплый климат) Ti-Ta = 36 ° F
• Категория D — водяное отопление (холодный климат) Ti-Ta = 90 ° F
• Категория E — очень горячая вода (холодный климат) Ti-Ta = 144 ° F

На рис. 90-1 вы заметите, что я добавил прямоугольные серые прямоугольники на графике, которые показывают, где расположены четыре различных солнечной / температурной категории.SRCC перечисляет доступность солнечной энергии в более чем 50 крупных городах США, и все они помещаются в каждую из серых рамок на Рисунке 90-1. Например, если у вас есть задание по отоплению категории C, коллекторы на этом графике будут работать с левой стороны поля категории C в Альбукерке или Лос-Анджелесе и с правой стороны от поля в Сиэтле или Бостоне.

Примеры, показанные на рис. 90-1, показывают интересный результат. Для многих распространенных категорий солнечного отопления коллектор с плоской пластиной работает лучше, чем коллектор со стеклянной вакуумной трубкой, с более высокой эффективностью коллектора для этих моделей.(Оба этих коллектора от одного производителя.) Таким образом, если цена вакуумного трубчатого коллектора намного выше, чем плоская пластина того же размера, более высокая стоимость может не окупиться, если вы не находитесь в правой части категории. D или в зону категории E, где явно доминирует вакуумный трубчатый коллектор.

Температура, КПД и выходная энергия

Солнечные тепловые коллекторы эффективны только в том случае, если они могут производить полезную температуру для удовлетворения потребностей любого подключенного отопительного оборудования в любой момент в светлое время суток.При работе при более высоких температурах эффективность солнечного коллектора имеет тенденцию падать.

На практике это означает, что тепловая мощность (БТЕ / час) коллекторов может упасть, и вместе с ней снизится экономия энергии, даже если подаваемая солнечная температура может быть очень высокой. При проектировании систем солнечного отопления важно соблюдать баланс между температурой и мощностью. Это правда, что «счастливый коллекционер — классный коллекционер».

Поэтому всегда предпочтительнее проектировать солнечные / водяные системы отопления так, чтобы они могли эффективно работать при более низких температурах, когда это возможно.Обычно это включает выбор теплообменников и методов распределения тепла, совместимых с более низкими температурами подаваемой жидкости.

Тепловая мощность солнечного коллектора

Солнечные коллекторы тепла предназначены для повышения температуры поступающей жидкости при наличии солнечного излучения. Или, как я люблю говорить: «При дневном свете коллекционер собирает». Коллектор будет реагировать на повышение температуры жидкости на входе повышением температуры на выходе.Конечно, это явление имеет свои пределы, которые можно увидеть на рис. 90-2, где тепловая мощность (в килобитовых единицах) сравнивается с температурой (F).

Графики КПД (например, на рис. 90-1) часто используются для иллюстрации работы коллекторов, но на этом графике я использую тестовые данные SRCC, чтобы показать выход тепловой энергии в БТЕ от двух разных коллекторов, а не КПД. Это прямое измерение потенциальной экономии топлива от коллектора. А главное в коллекторных установках — это экономия топлива.

Графики на Рисунке 90-2 показывают тепловую мощность, доступную от двух разных типов коллекторов, на основании результатов стандартного теста SRCC OG-100. Коллекторы, взятые для этого примера, — это коллекторы Viessmann Vitosol, одна плоская пластина и одна вакуумная трубка с аналогичной площадью поверхности отверстия (~ 40 футов2). Для простоты график на Рисунке 90-2 показывает один коллектор с использованием данных Clear Day и примеров температурных характеристик в течение дня, когда средняя температура наружного воздуха чуть ниже точки замерзания (30 ° F).Используя данные рейтинга коллектора SRCC, любой может взять интересующие солнечные условия и нанести их на такой график, используя всего пять точек данных (по одной из каждой категории).

График на Рисунке 90-2 показывает, как тепловая мощность коллектора изменяется в зависимости от температурных условий. Интересующая температура на самом деле представляет собой разность температур, вычисляемую путем вычитания температуры наружного окружающего воздуха из температуры на входе в коллектор. Чем холоднее на улице, тем больше тепла теряется от горячего коллектора.Очевидно, что чем больше разница температур, тем меньше тепла производит панель. Большая разница температур может быть вызвана попаданием в панель очень горячей жидкости или очень холодного наружного воздуха, либо того и другого.

Выводы

Графики производительности коллектора, представленные здесь, демонстрируют, что было бы ошибкой полагать, что один тип коллектора принципиально лучше другого. При сравнении тепловых характеристик правильный выбор солнечного коллектора зависит от требуемой рабочей температуры, интенсивности солнечного излучения и суровости температуры наружного воздуха.После того, как это будет оценено, окончательный выбор может зависеть от других факторов, помимо тепловых характеристик. Вопросы стоимости, надежности, совместимости, эксплуатации и обслуживания часто оказываются одинаково важными.

Заключительные записи

Эти статьи предназначены для жилых и небольших коммерческих зданий менее десяти тысяч квадратных футов. Основное внимание уделяется гликоль / гидронным системам под давлением, поскольку эти системы могут применяться в зданиях различной геометрии и ориентации с небольшими ограничениями.Торговые марки, организации, поставщики и производители упоминаются в этих статьях только в качестве примеров для иллюстрации и обсуждения и не представляют собой никаких рекомендаций или одобрений.

Bristol Stickney занимается проектированием, производством, ремонтом и установкой солнечных систем водяного отопления более 30 лет. Он имеет степень бакалавра наук в области машиностроения и является лицензированным подрядчиком-механиком в Нью-Мексико. Он является техническим директором SolarLogic LLC в Санта-Фе, штат Нью-Йорк.М., где он занимается разработкой систем управления солнечным отоплением и инструментов проектирования для профессионалов солнечного отопления. Посетите www.solarlogicllc.com.

Для получения более эксклюзивного контента прочтите эту статью в цифровом издании!

Солнечные водонагреватели — Ecohome

Что такое солнечный тепловой коллектор?

Фотоэлектрический солнечный коллектор преобразует солнечное излучение в электричество, но солнечный тепловой коллектор намного проще.Он относится к устройству, собирающему тепло непосредственно от солнечного излучения. Это может быть так же просто и элементарно, как прокачка воды через черную трубку, лежащую на солнце. В Интернете можно найти бесчисленное множество конструкций солнечных панелей, сделанных своими руками, но есть коммерчески доступные солнечно-тепловые панели, которые можно использовать для нагрева воды и обогрева помещений.

Тепловой солнечный коллектор в теплом климате может пропускать воду через панели, но в холодном климате мы используем гликоль для предотвращения замерзания панелей.

Схема солнечного коллектора с вакуумной трубкой

Эффективны ли солнечные тепловые коллекторы?

Мощность и эффективность панели частично определяются степенью поглощения, а частично — коэффициентом излучения; Имеется в виду не только то, сколько тепла он может собрать, но и сколько он будет выделять (или терять) до того, как будет доставлен к месту назначения.

Более ранние модели имели высокий коэффициент поглощения в диапазоне 90-95% (эффективность поглощения солнечного излучения), но они также имели коэффициент излучения в диапазоне 55-95% (излучение энергии в виде теплового излучения), поэтому большая часть собранное тепло было потеряно перед тем, как покинуть панель.В этих моделях также использовалась стандартная черная краска для печей, тогда как панели теперь имеют покрытия, специально разработанные для поглощения и удержания тепла.

Несмотря на то, что современное поколение тепловых коллекторов, представленных на рынке, сейчас очень эффективно, их фотоэлектрическая «конкуренция» в солнечной отрасли опережает достижения в области тепловых солнечных батарей и влияет на окупаемость инвестиций. Это не означает, что качество и эффективность солнечных тепловых панелей каким-то образом ухудшаются, просто существует точка зрения, согласно которой ваши солнечные доллары лучше инвестировать в приобретение фотоэлектрических солнечных панелей и использование энергии, которую они вырабатывают, для нагрева воды. традиционный водонагреватель.

Это связано с постоянным развитием технологий и снижением затрат в фотоэлектрической промышленности, в то время как технология и стоимость солнечного тепла оставались довольно неизменными в течение того же периода. Они по-прежнему хороши, проблема в том, что конкуренция становится все лучше (ярким примером этого является то, что Tesla теперь предлагает солнечные панели в аренду, что делает солнечные фотоэлектрические системы гораздо более доступными для домовладельцев).

Предпосылка, лежащая в основе этой философии, заключается в том, что во времена, когда горячая вода не нужна, панель не остается неподвижной и бесполезной.Если бы ваша солнечная установка была фотоэлектрической, а не тепловой, солнечное излучение всегда поглощалось бы для того или иного использования; для питания других устройств, храниться в батареях или возвращаться в сеть для получения кредита. Трудно отрицать логику этого; однако бывают ситуации, когда солнечное тепловое излучение полезно, поэтому мы опишем варианты.

Солнечные тепловые коллекторы с вакуумными трубками:

Солнечный тепловой коллектор © Viessmann

Это наиболее распространенный тип солнечного теплового коллектора, который вы, вероятно, увидите на крыше дома.Сама коллекторная панель чаще всего состоит из стеклянных трубок, которые содержат медные трубки в своей сердцевине, с затемненной пластиной, покрывающей трубу для поглощения тепла. Стеклянные трубки герметично закрыты с помощью только открытой медной арматуры, и каждая трубка устанавливается в коллектор отдельно.

Это упрощает замену трубки, если вакуумное уплотнение сломано; это также может дать преимущество при установке. Вместо того, чтобы транспортировать отдельный тяжелый блок на крышу, поскольку это модульная система, ее можно транспортировать по частям.

Герметично закрытый воздух обеспечивает отличную изоляцию и делает коллектор практически невосприимчивым к температурам наружного воздуха зимой. Даже в летнюю жару можно было дотронуться до трубок голой рукой, хотя трубка внутри сразу ругала бы.

Плоские солнечные коллекторы:

Схема плоского пластинчатого коллектора из учебных пособий по альтернативной энергии

Конструкция

, конечно, может быть разной, но типичный коллектор с плоской пластиной — это немного больше, чем неглубокая коробка с медными трубками, которые проходят через нее, покрытые металлической пластиной-поглотителем и прозрачной крышкой.Холодная жидкость прокачивается через медную трубку под пластиной коллектора и при этом нагревается. Как в плоских пластинчатых, так и в вакуумных трубчатых коллекторах используется смесь гликоля, поэтому в обоих случаях требуются специальные резервуары для хранения с теплообменниками.

Плоские солнечные коллекторы и вакуумные трубчатые солнечные коллекторы

У каждого солнечного коллектора есть достоинства и недостатки. Воздух внутри герметичных стеклянных трубок вакуумных трубчатых коллекторов обеспечивает гораздо лучшую изоляцию, чем плоские коллекторы, но часть вашего потенциального солнечного урожая теряется, когда он проходит через промежутки между трубками.

Плоский пластинчатый коллектор будет терять больше тепла, чем вакуумная трубчатая панель, но он способен собирать больше энергии, поскольку вся поверхность представляет собой черный коллектор. Таким образом, при отсутствии других факторов, плоская пластина будет вырабатывать больше энергии, чем конструкция с вакуумной трубкой, летом, потому что она имеет большую площадь поверхности коллектора, а температура окружающего воздуха представляет меньшую проблему.

И наоборот, зимой температура воздуха вызывает гораздо большие потери энергии при использовании плоского пластинчатого коллектора, чем при использовании вакуумной трубной панели, поэтому конструкция с вакуумной трубкой будет более эффективной.

Выбор дизайна, который принесет вам наибольшую пользу, зависит от того, как вы его используете. Если вы хотите сократить расходы на отопление дома круглый год, то, вероятно, вам пригодится коллектор с плоской пластиной. Если вы собираетесь использовать его вместе с бойлером для отопления помещений зимой, тогда вам будет больше пользы от конструкции с откачанными трубами, поскольку они работают зимой лучше, чем плоские коллекторы.

Теплопередача:

Схема солнечного теплового теплообменника © Viessmann

Для гликолевых систем вам понадобится теплообменник для нагрева воды для бытовых нужд, отопления помещений или и того, и другого.Нагретая жидкость от солнечных панелей нагревает воду, когда она проходит через змеевик в резервуаре для хранения. Дополнительная газовая или электрическая катушка в резервуаре будет нагревать воду, если солнечная панель не может поддерживать желаемую температуру или удовлетворять потребности.

Обслуживание и долговечность:

Опять же, еще одним отличием от солнечного тепла в холодном климате является гликоль. Хотя это необходимо зимой, летом пластинчатый коллектор может достигать температуры 200 ° C (395 ° F), а трубчатые коллекторы могут достигать температуры 295 ° C (563 ° F).

Гликоль разрушается и становится кислым при таких температурах, что может оставлять отложения и разъедать компоненты системы. Поэтому важно, чтобы панели имели какой-либо охлаждающий компонент, встроенный в их конструкцию, будь то ручной или автоматический.

Каким бы разумным ни было использование солнечного света для непосредственного нагрева воды, потребность в гликоле в качестве теплоносителя и проблемы, связанные с ним, являются большой частью того, почему вы не видите больше таких систем в Канаде. .

Чтобы узнать больше о солнечных водонагревателях, прочтите о новом концептуальном доме EcoHome с излучающим полом, нагретым солнечным воздухом, который в летние месяцы поставляет воду, нагретую солнечными батареями. Все это и все, что вам нужно знать о домостроении с высокими эксплуатационными характеристиками, можно найти на страницах Руководства по экологическому строительству EcoHome

.

Что такое солнечный тепловой коллектор? Типы коллекторов

Солнечный тепловой коллектор, также известный как солнечный тепловой коллектор, является составной частью солнечной тепловой установки.Солнечный коллектор — это тип солнечной панели, отвечающей за улавливание солнечного излучения и преобразование его в тепловую энергию. По этой причине этот возобновляемый источник энергии называется солнечной тепловой энергией.

Целью этого типа солнечных панелей является преобразование энергии: солнечное излучение, испытываемое солнечными модулями, преобразуется в тепловую энергию. В некоторых типах солнечных тепловых установок это тепло используется для выработки пара и получения электроэнергии, но это не функция солнечного коллектора.С другой стороны, фотоэлектрические панели обладают способностью вырабатывать электричество непосредственно в виде постоянного тока. Фотоэлектрические панели — незаменимый элемент фотоэлектрических солнечных энергетических установок.

С физической точки зрения солнечные тепловые коллекторы используют термодинамику для преобразования энергии. Напротив, фотоэлектрические панели не используют законы термодинамики для преобразования солнечной энергии, а скорее представляют собой электрический процесс.

Типы солнечных тепловых коллекторов

Солнечных коллекторов бывает много типов.Используемый солнечный коллектор будет зависеть от предполагаемого использования. Например, если мы хотим нагреть бассейн до температуры 25-28 градусов Цельсия, весной нам понадобится простой солнечный коллектор, так как легко температура окружающей среды будет такого порядка или даже выше. С другой стороны, если мы хотим нагреть жидкость до температуры 200ºC, нам понадобятся солнечные коллекторы концентрации, чтобы сконцентрировать солнечное излучение и передать его небольшому объему жидкости.

В настоящее время на рынке солнечной энергии мы можем выделить следующие типы солнечных тепловых коллекторов:

• Плоские или плоские солнечные тепловые коллекторы.Этот тип солнечных панелей улавливает солнечное излучение, попадающее на поверхность, для нагрева жидкости. Парниковый эффект часто используется для улавливания тепла.
• Солнечный тепловой коллектор концентрации солнечной радиации. Этот тип коллектора улавливает излучение, полученное на относительно большой поверхности, и концентрирует его через зеркала на меньшей поверхности.
• Солнечный тепловой коллектор вакуумных трубок. Этот солнечный тепловой коллектор состоит из набора цилиндрических трубок, образованных селективным поглотителем, расположенных на отражающем основании и окруженных прозрачным стеклянным цилиндром.

В солнечных установках при низких температурах используются в основном плоские солнечные тепловые коллекторы. Считается, что применение солнечной энергии осуществляется при низкой температуре, когда температура рабочей жидкости ниже 80 ° C; например, обогрев плавательных бассейнов, производство горячей воды для бытовых нужд или даже отопление. Эти плоские тарелки можно носить без застекленного покрытия или без него, в зависимости от области применения.

Плоские солнечные коллекторы

Душа плоского солнечного коллектора — это вертикальные ворота из металлических труб, которые для упрощения проводят холодную воду параллельно, соединенные снизу горизонтальной трубкой с выпуском холодной воды и сверху с помощью еще один похожий на возврат.

Решетка встроена в крышку, как описано выше, обычно двойным стеклом вверх и изолирующим позади.

В некоторых моделях плоских солнечных коллекторов вертикальные трубы привариваются к металлической пластине, чтобы использовать изоляцию между трубкой и трубкой.

Солнечные коллекторы вакуумных трубок «все стекло»

В солнечном коллекторе вакуумных трубок металлические трубки предыдущей системы заменены на стеклянные. Стеклянные трубки одна за другой заключены в другую стеклянную трубку, между которыми создается вакуум в качестве изоляции.

Большим преимуществом солнечных вакуумных трубчатых коллекторов является их высокая производительность. С другой стороны, в случае выхода из строя одной из трубок, нет необходимости менять всю панель на новую, необходимо заменить только поврежденную трубку. Напротив, у нас есть неудобство в том, что по сравнению с плоскими солнечными коллекторами они более дорогие.

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками с «тепловыми трубками» по фазовому переходу

Солнечные панели, в которых используется эта система, используют преимущество фазового перехода от пара к жидкости внутри каждой трубки, чтобы подавать энергию во второй контур транспортной жидкости.

Элементы представляют собой закрытые трубки, содержащие жидкость, которая при нагревании на солнце кипит и превращается в пар. Эти трубки обычно медные. Образующийся пар поднимается вверх, где имеется более широкий напор (зона конденсации). Внешняя часть зоны конденсации контактирует с транспортируемой жидкостью. Поскольку температура трансформирующей жидкости ниже температуры пара в трубке, она улавливает тепло благодаря процессу термодинамической конвекции и заставляет пар конденсироваться.Конденсированная жидкость падает обратно в нижнюю часть трубки, чтобы снова запустить цикл.

Жидкость в трубке может быть водой с низкой температурой кипения, чтобы работать даже при освещении инфракрасными лучами в случае облачности. Тепловую трубку можно обернуть изоляционным материалом, чтобы минимизировать потери на облучение.

Наконец, тепловая трубка закрывается внутри другой стеклянной трубки, между которой создается вакуум для изоляции. Прочные стеклянные трубки обычно используются для уменьшения повреждений в случае небольшой слякоти.

Концентрационные солнечные коллекторы

В солнечной энергии концентрационный солнечный коллектор — это солнечная панель, в которой используется метод концентрации солнечного излучения для получения высоких температур. Этот метод используется в солнечных установках с высокими и очень высокими температурами.

В зависимости от области применения энергии, которую вы хотите предоставить, существуют различные технологии для применения этого метода получения возобновляемой энергии. Таким образом, мы можем найти, например, солнечные коллекторы с параболическим желобом или концентрирующие солнечные печи для получения более высоких температур.

Компоненты солнечного коллектора

Стандартные солнечные коллекторы состоят из следующих элементов:

• Крышка: Крышка солнечного коллектора прозрачная, может присутствовать или отсутствовать. Обычно он изготавливается из стекла, хотя также используется пластик, поскольку он менее дорогой и управляемый, но это должен быть специальный пластик. Его функция — минимизировать потери из-за конвекции и излучения, и поэтому он должен иметь максимально возможный коэффициент пропускания солнечного света. Наличие крыши улучшает термодинамические характеристики солнечной панели.
• Воздушный канал: это пространство (пустое или пустое), разделяющее крышку абсорбирующей пластины. Его толщина будет рассчитана с учетом цели уравновешивания конвекционных потерь и высоких температур, которые могут возникнуть, если он слишком узкий.
• Впитывающая пластина: Впитывающая пластина — это элемент, который поглощает солнечную энергию и передает ее жидкости, которая циркулирует по трубам. Основная характеристика пластины заключается в том, что она должна иметь хорошее поглощение солнечного света и пониженное тепловыделение.Поскольку обычные материалы не соответствуют этому требованию, используются комбинированные материалы для получения наилучшего отношения поглощения / выбросов.
• Трубки или трубопроводы: Трубки соприкасаются (иногда свариваются) с абсорбирующей пластиной, так что обмен энергией является как можно большим. По трубкам циркулирует жидкость, которая нагревается и поступает в накопительный бак.
• Изолирующий слой: Изолирующий слой предназначен для покрытия системы, чтобы избежать и минимизировать потери. Поскольку изоляция является наилучшей из возможных, изоляционный материал должен иметь низкую теплопроводность, чтобы уменьшить термодинамическую передачу тепла наружу.
• Аккумулятор: аккумулятор является дополнительным элементом, иногда он является неотъемлемой частью солнечной панели и в этих случаях часто виден непосредственно над или в непосредственной близости. Очень часто аккумулятор является частью не солнечной панели, а тепловой системы.

Использование солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы в основном используются для подачи горячей воды и отопления или для выработки электроэнергии.

В случае коллекторов для ГВС и отопления в баке хранится вода для бытового потребления, которая контактирует с жидкостью посредством змеевика.Змеевик позволяет жидкости передавать накопленную тепловую энергию воде, не загрязняя воду. Эта вода может использоваться в качестве горячей воды в домах (интеграция 80%) или может использоваться для дополнения отопления полов в комнатах (интеграция 10%). Тепловые солнечные панели способны обеспечивать горячую воду в больших количествах, но не могут полностью заменить обычные методы отопления из-за нехватки солнечной энергии.

Солнечные коллекторы, предназначенные для выработки электроэнергии, требуют нагрева теплообменника до кипения.После того, как жидкость завершила термодинамический фазовый переход и перешла в газовую фазу, она направляется в термоэлектрическую турбину, которая преобразует движение водяного пара в электрическую энергию. Этот тип системы называется солнечной термодинамикой и требует большого пространства для установки солнечных панелей и постоянного присутствия солнца. Примеры этих растений были установлены в пустынях.

Подключение солнечных тепловых коллекторов

При определении и установке солнечной тепловой установки необходимо учитывать, что распределение солнечных коллекторов должно производиться группами.

Эти группы солнечных тепловых коллекторов всегда должны состоять из блоков одной модели и с максимально равномерным распределением.

Существует два основных варианта или типа группирования двух или более коллекторов: последовательный или параллельный. Кроме того, поле сбора может быть настроено путем объединения двух группировок, что мы называем смешанными группировками или схемами.

Последовательное подключение солнечных коллекторов

При последовательном подключении выход первого солнечного коллектора напрямую соединяется с входом следующего и так далее.Температура жидкости на входе в каждый коллектор выше, чем у предыдущего коллектора, так что на выходе из группы коллекторов мы можем получить более высокие температуры, чем если бы мы работали с тепловым скачком одного коллектора.

Этот тип подключения имеет недостаток, заключающийся в том, что производительность датчиков снижается пропорционально увеличению рабочей температуры; Таким образом, этот тип подключения используется только в особых случаях, когда в зависимости от климатической зоны не более 6-10 м2 соединенных последовательно солнечных коллекторов.

Что касается гидравлического поведения этой конфигурации, общий поток группы солнечных панелей будет эквивалентен потоку одной панели, и, наоборот, потеря нагрузки, вызванная группой, будет эквивалентна сумме потери нагрузки всех солнечных коллекторов.

Параллельное подключение солнечных коллекторов

При параллельном подключении солнечных коллекторов выход и вход коллекторов подключаются к общим входам, а выходы — к остальным коллекторам.

В этой конфигурации температура входящей жидкости одинакова во всех коллекторах и то же самое происходит с температурами на выходе, так что на выходе из батареи или группы датчиков мы получаем температуру, как если бы мы работали с скачок одиночный коллектор термический.

Следовательно, все коллекторы работают в одной точке кривой производительности. Это соединение является наиболее распространенным в низкотемпературных тепловых солнечных установках.

С гидравлической точки зрения эта конфигурация представляет собой общий поток группы, который эквивалентен сумме частичных потоков каждого коллектора, в то время как потеря нагрузки группы будет эквивалентна потоку одного солнечного теплового коллектора.

Смешанное подключение солнечных коллекторов

В некоторых случаях объем коллекторов и / или потребность в более высоких температурах приводят к установкам, которые сочетают расположение последовательно и параллельно. Мы называем этот тип подключения солнечных панелей смешанным.

Уравновешивание поля приема

По сути, существует две методики для уравновешивания потока теплоносителя в области солнечных тепловых коллекторов:

• Согласование длины контуров.Это достигается с помощью так называемого обратного возврата. То есть выровняйте длину соединительных труб всех солнечных коллекторов, чтобы жидкость имела одинаковый перепад давления.
• Внесение потерь нагрузки за счет установки балансировочных клапанов на входе в коллекторные батареи. Таким образом, чем меньше длина контура, тем больше потеря давления с соответствующим клапаном.

Солнечные тепловые коллекторы, солнечные коллекторы

Есть 4 основные категории солнечных водонагревателей или солнечных коллекторов:

— Низкотемпературная неглазурованная — Концентрирующая — Плоская пластина — Вакуумная трубка

Низкотемпературные неглазурованные коллекторы

Этот тип коллектора в основном используется для обогрева бассейнов и состоит из матов черного цвета или трубок из материалов на основе резины или пластика, по которым циркулирует вода в бассейне.Такие панели эффективны при нагревании больших объемов воды за счет небольшого повышения температуры (идеально подходит для бассейна) в теплую солнечную погоду. В жарких солнечных регионах такие панели также используются для горячего водоснабжения.

Поскольку этот тип коллектора не изолирован, он не может эффективно работать в более прохладных условиях или когда требуется более горячая вода (температура душа).

Такие коллекторы часто называют «неглазурованными», поскольку они не имеют стеклянной крышки, как плоские пластины или вакуумные трубчатые коллекторы.Это название, однако, может вызвать путаницу со следующим типом «концентрирующего» коллектора, описанным ниже, который также является «неглазурованным», но очень отличается по конструкции и принципу действия.

Коллекторы-концентраторы

Когда требуются высокие температуры (> 120 ^o C / 250 ^o F), например, для производства пара, часто используются концентрирующие коллекторы.

Концентрирующий коллектор использует зеркала для концентрации солнечного света на абсорбирующей трубе или панели, что позволяет достичь гораздо более высоких температур.Такие коллекторы обычно требуют отслеживания по 1 или 2 осям, чтобы следовать за солнцем и обеспечивать оптимальный угол отражения. Из-за размера и сложности этих систем они в основном используются для крупномасштабных проектов.

Плоские коллекторы

Плоские коллекторы являются наиболее распространенным и широко используемым типом солнечных батарей

.

коллектор для горячего водоснабжения. Конструкция представляет собой очень простую изолированную коробку с листом абсорбера, приваренным к медной трубе, по которой циркулирует жидкий теплоноситель.

Несмотря на то, что основная концепция дизайна довольно последовательна у производителей, существуют различия в аспектах конструкции, которые могут улучшить производительность, сделать панели легче, проще в установке и пригодны для различных форматов установки и, в конечном итоге, влияют на стоимость, эффективность и долговечность.

Коллекторы с плоской пластиной хорошо работают в теплом климате и при достижении температуры для основного потребления горячей воды (<60 ^o C / 140 ^o F).Отсутствие изоляции над поглотителем является неотъемлемым недостатком конструкции и приводит к большим потерям тепла. Эти потери тепла означают, что плоские пластины не могут эффективно нагреться при более высоких температурах (> 70 ^o C / 160 ^o F), а производительность значительно снижается в холодную погоду.

Для получения дополнительной информации о плоских солнечных коллекторах Apricus щелкните здесь.

Коллекторы вакуумные

Вакуумные трубки состоят из массива стеклянных трубок с одной или двумя стенками с вакуумом, который обеспечивает отличную изоляцию от потерь тепла.Конструкция очень похожа на стеклянную колбу с горячей водой, в которой хранится горячая вода.

Одностенные вакуумные трубки обычно имеют ребро с абсорбирующим покрытием, аналогичное тому, которое используется в плоском пластинчатом коллекторе.

Вакуумные трубки с двойными стенками имеют абсорбирующее покрытие на внутренней трубке, а пространство между двумя трубками «вакуумируется» для образования вакуума.

Apricus использует вакуумные трубы с двойными стенками, так как они обладают некоторыми преимуществами по сравнению с одностенными.Для получения более подробной информации о вакуумированных трубках щелкните здесь.

Для получения дополнительной информации о солнечных коллекторах с вакуумными трубками Apricus AP щелкните здесь.

.