Устройство солнечного коллектора

Источник: http://forum.truba.ua/index.php?topic=2983.030 Апрель 2008

Принцип работы

Солнечный вакуумный коллектор (преобразователь тепловой энергии солнца) обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10ֿ, составляет 98 %. Солнечные коллекторы обычно устанавливаются непосредственно на крыше зданий таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для сбора энергии. Коллекторы монтируются практически под любым углом, от 5 до 90 градусов. Минимальный угол наклона необходим для обеспечения циркуляции теплоносителя Срок службы вакуумных коллекторов — не менее 20 лет.

Резервуар-теплообменник представляет собой автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный водонагреватель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной энергии. Нагретая таким образом вода поступает из теплообменника внутреннего блока в радиаторы системы отопления, а вода из резервуара используется для горячего водоснабжения.

• Круглогодичное горячее водоснабжение;
• Сезонное отопление с экономией традиционных источников тепловой энергии до 80% (в зависимости от географической широты и климатических условий).

Конструкция элементов

вакуумный коллектор

Конструкция коллекторов с вакуумными трубами состоит из параллельных рядов прозрачных трубчатых профилей.

Конструкция вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Для всесезонных систем в коллекторах применяются вакуумные трубы с встроенными термотрубками (тепловыми трубками). Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова.

Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим листом. Передача тепла происходит через медную „гильзу“ приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Резервуар-теплообменник

Конструктивно выполнен в виде бойлера-накопителя. Предназначен для накопления и сохранения тепла, и обычно включает в себя одну или две внутренние теплообменные спирали. Остальное оборудование системы обычно включает насос, манометр, клапан давления, вентили, кран регулировки налива воды, соединители, манометр, вентиль безопасности на 6 атм., набор для безопасного подсоединения к отопительной системе. Как опция бак может оснащаться электронагревателем мощностью от 1 до 3 кВт.

При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом главного котла и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур. Такая последовательность работы системы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что к ней легко могут подсоединяться другие нагревательные системы.

Системный контроллер для солнечных водонагревательных систем

Контроллер предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе, в резервуаре-теплообменнике и выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток.

Контроллер выполняет следующие основные функции:

• Индикацию температуры коллектора;
• Индикацию температуры в резервуаре;
• Индикацию температуры обратного потока теплоносителя;
• Установка температуры включения принудительной циркуляции теплоносителя;
• Установка времени включения и выключения системы отопления;
• Установка температуры и времени дополнительного подогрева;
• Установка температуры «антизамерзания»;
• Индикацию повреждения датчиков.

Типы гелиосистем

Различают два типа гелиосистем: сезонные и круглогодичные (всесезонные)

К сезонным системам относятся вакуумные коллекторы с прямой теплопередачей солнечной энергии воде. В таких системах вакуумные трубки расположены под определенным углом и соединены с накопительным баком. Из него вода протекает прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно.

К преимуществам этой системы относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Минусом можно считать несколько больший объем воды контура теплообменника (60-200 литров). Основным преимуществом остается низкая стоимость и высокий КПД, до 98 %.

К всесезонным системам относятся вакуумные коллекторы с термотрубками. Принцип действия таких коллекторов прост и припоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, в которой, через верхнюю часть коллектора и змеевик протекает, незамерзающая жидкость. Эта жидкость забирает тепло из медных наконечников, а затем горячая жидкость перекачивается через змеевик бака-аккумулятора и нагревает воду в баке.
кл передачи тепла из коллектора к аккумулятору длится до тех пор, пока длится день (и температура на выходе коллектора выше температуры в баке на уровне теплообменника). Работу насоса контролирует электронный контроллер. Датчики контроллера находятся в коллекторе и в баке-аккумуляторе. Они измеряют температуру в системе. Кроме того, расширительный бак предохраняет систему от слишком высокого давления, возникающего при возрастании температуры и не использовании воды потребителями.

Область применения

• Обеспечение горячим водоснабжением жилых домов, коттеджей, дачных домиков, гостиниц, ресторанов, теплиц, бассейнов и т.д.;
• Отопление помещений в весенне-осенний период и экономия энергоносителей системы отопления в зимний период до 50%.
• Поддерживающее отопление помещений при применении с технологией «теплый пол»

Эта статья прочитана 8026 раз(а)!

www.solarhome.ru

Альтернативная энергетика и ее средства

Несмотря на то, что гелиоустановки, используемые для обогрева и аккумуляции энергии солнца, имеют различия в конструкции, все они выполняют одинаковые функции. Их предназначение — сбор и преобразование солнечной энергии в тепловую. Даже если за окном пасмурно, солнечный коллектор может показать чудеса продуктивности.

Работа солнечного коллектора подчиняется простым законам физики. Лучи солнца попадают в замкнутое пространство, преобразуются в тепловую энергию и копятся, ведь выйти обратно нет никакой возможности. Даже если учесть частичные энергетические потери непосредственно в коллекторе, трубопроводах и аккумуляторной установке, схема отопления с КПД, примерно равным 60%, может достойно конкурировать с более распространенными видами отопления (воздушное, водяное).

В северных странах солнечные коллекторы, установленные на так называемых «солнечных домах», обеспечивают до 50% потребностей в тепловой энергии.

Их дополняют печи или камины на древесине. В качестве стимуляторов термических гелиоустановок, обеспечивающих теплом дома, ориентированные относительно сторон света, используются насосы. Потребление электроэнергии таких насосов составляет менее чем 400 кВт/час в год.

Виды солнечных коллекторов

Мобильные аккумуляторные преобразователи солнечной энергии. В их число входят аппараты, которые способны поворачиваться своими зеркалами относительно движения солнца. Такие коллекторы довольно эффективны, но не востребованы из-за своей высокой стоимости.

Коллекторы-концентраторы воздушные, работа которых основана на таком явлении как «парниковый эффект». Инфракрасные лучи, проникающие через пленку ПВХ, стекло или поликарбонатную плоскость, поглощаются в теплоприемнике. Теплоприемник, нагреваясь, отдает тепло воздуху под пленкой. Затем горячий воздух используют для отопления помещения.

Плоские коллекторы, представляющие собой остекленный ящик черного цвета, который собирает лучи под углом 30 — 35º. Работа такого солнечного коллектора ограничивается продолжительностью дня, а эффективность зависит от принимаемой излучение площади и занимаемого положения (вертикального или наклонного). Схема устройства системы отопления, основанная на плоских коллекторах, самая дешевая и наиболее распространенная.

Коллекторы трубчатые. Такие устройства характерны черными трубками, заполненными теплоносителем. Циркуляция теплоносителя происходит за счет разницы температур коллектора и холодной части накопителя снизу. Круглые трубы в отличие от плоских деталей имеют большую площадь поверхности, поглощающей свет.

Коллекторы вакуумные. Они являются разновидностью трубчатых коллекторов. Конструкция характерна стеклянными трубками, внутри которых располагаются черные трубки с теплоносителем. Зазор между стеклом и трубкой черного цвета заполнен вакуумом, выполняющим теплоизоляционные функции. Схема работы вакуумного солнечного коллектора имеет следующий вид, где:

• 1. трубки с теплоносителем;
• 2. изоляционный корпус;
• 3. отражатель;
• 4. жесткая рама;
• 5, 6. емкости с холодной и горячей водой.

Концентраторы излучения солнца, оснащенные рефлекторами, которые фокусируют солнечные лучи. Зеркала и отражатели, которые концентрируют энергию солнца, увеличивают плотность и мощность потока. За счет этого появляется возможность уменьшить занимаемую площадь элемента, принимающего солнечное излучение. В целях увеличения продуктивности установки оборудуются следящими за движением солнца датчиками.

Простой дачный солнечный коллектор

Его можно сделать из обычной металлической бочки объемом 100 — 200 л. Ее устанавливают на крышу. Если такой аппарат поставить с южной стороны крыши на поверхность, покрытую блестящим листом из металла, то это позволит получать примерно 0,1 м³ разогретой до 60º С воды в день. Поверхность бочки отлично освещается лучами солнца, а малая площадь воздушного теплообмена позволяет добиться КПД, аналогичного заводским установкам.

К недостаткам солнечного коллектора, сделанного из бочки, можно отнести возможность применения только в районах с чистой экологией, расположенных вдалеке от заводов, фабрик, автомобильных магистралей или аэропортов. Такие агрегаты неэффективны в зимнее время и в ветреную погоду.

Коллектор из змеевика от старого холодильника

Змеевик старого холодильника может послужить основой для довольно эффективной гелиоустановки. Помимо этого потребуется:

• фольга;
• стекло;
• коврик из резины;
• рейки для каркаса.

Порядок работ.

1. Змеевик полностью очищается от фреона, и вокруг него при помощи реек сооружается каркас. Точный размер каркаса зависит от габаритов рабочей поверхности устройства, то есть от того, какую марку имеет сломанный холодильник. Резиновый коврик подгоняется под размер каркаса, в котором свободно размещается змеевик.
2. Дно каркаса, покрытое резиновым ковриком, покрывается слоем фольги.
3. При помощи хомутов, которые можно снять все с того же холодильника, змеевик фиксируется внутри готовой конструкции. Хомуты крепятся с помощью винтов.
4. В каркасе дрелью сверлятся отверстия для вывода трубок от змеевика.
5. Дно получившейся конструкции солнечного коллектора дополнительно укрепляется рейками, прибитыми с обратной стороны.
6. Сверху устанавливается стекло. Взять его можно из старой рамы. По всему периметру каркаса стекло фиксируется скотчем или несколькими шурупами.

Изготовленную конструкцию солнечного коллектора монтируют на южной стороне крыши. Наиболее оптимальный угол наклона составляет 35°. Такой уклон позволит предотвратить накопление осадков на стеклянной поверхности коллектора. Также установку можно поставить во дворе, изготовив для нее наклонные опоры.

Схема устройства такого коллектора имеет следующий вид, где:

• 1. труба для перемещения горячей воды;
• 2. кран сброса давления;
• 3. трубопровод подачи нагретой воды;
• 4. арматура запорная;
• 5. кран подпитки;
• 6, 7. трубопровод с холодной водой;
• 8. разгрузочный кран для слива.

Гелиоустановка соединяется при помощи трубопровода с емкостью-накопителем горячей воды. Нагретая вода, имеющая меньшую плотность, чем холодная, из коллектора самотеком перемещается в накопитель. Как правило, в качестве накопителя используется бак или бочка, установленная на крыше или земле и закрытая крышкой, которая оснащена краном сброса давления. Другая труба, оборудованная запорным краном, выходит из емкости-накопителя и доставляет холодную воду в коллектор.

В такой системе замкнутого типа вода циркулирует, охлаждаясь и затем вновь нагреваясь. Горячая вода, имеющая меньшую плотность, направляется в емкость, а через нижнюю часть холодная более плотная вода поступает обратно в коллектор.
Коллектор из труб, стекла и утеплителя

Первым делом собирается короб под коллектор. Для этого можно применить фанеру, дерево или металл. Размер короба напрямую влияет на его емкость, то есть, чем больший размер имеет короб, тем больше воды сможет нагреть солнечный коллектор.
На примере будет рассмотрено изготовление короба из толстой фанеры, имеющего следующие размеры:

• высота — 1700 мм;
• ширина — 1000 мм;
• толщина короба — 200 мм.

Для производства работ потребуются:

• водопроводные трубы Ø16 мм и толщиной стенки 1,5 мм;
• саморезы;
• силикон сантехнический;
• 2 резьбы размером 1 дюйм;
• лист фанеры толщиной 12 мм;
• бруски 50 х 50 мм;
• минеральная вата (утеплитель);
• лист оцинкованной стали;
• рейки длиной 1700 мм — 2 шт;
• рейки длиной 1000 мм — 2 шт;
• стекло толщиной более 10 мм 950 х 1650 мм;
• шуроповерт;
• лобзик;
• ножницы по металлу.

Инструкция.

1. Лист фанеры размечается и распиливается лобзиком. Необходимо получить лист, имеющий следующие размеры: высота — 1700 мм, ширина — 1000 мм.
2. Раскраиваются и выпиливаются еще две части из фанеры с размерами 1700 х 200 мм и 1000 х 200 мм. В итоге получится основа для короба.
3. В углах листа размером 1000 х 1700 мм при помощи саморезов крепятся четыре бруска, имеющих высоту 190 мм. Полученная конструкция должна напоминать стол на маленьких «ножках».
4. Ножки соединяются между собой в прямоугольник при помощи саморезов и еще 4-х кусков бруса. Куски бруса крепятся таким образом, чтобы их ребра плотно лежали на большом фанерном листе.
5. На дно короба укладывается слой минеральной ваты, а сверху — оцинкованный лист стали. Лист вырезается с таким расчетом, чтобы он входил в короб и края бруса оставались свободными.
6. Устройство радиатора из труб. Металлические трубы можно соединить на резьбе, но, чтобы избежать протечек, лучше их сварить газосваркой. В случае, если в наличие нет газосварки, то можно обратиться за помощью в ближайший сварочный цех. Полученный радиатор должен быть следующих размеров: высота — 1550 мм, ширина — 850 мм, зазор между трубами — 20 — 30 мм. Вся конструкция имеет форму змеевика с двумя концами (выходное и входное отверстия), оснащенными резьбовыми соединениями и выходящими за пределы короба.
7. Внутренняя часть бруса, лист оцинкованной стали и радиатор окрашиваются краской черного цвета.
8. Сверху на короб при помощи силикона, нанесенного на брус, крепится стекло. Можно также нанести силикон сверху стекла и открытого бруса и прижать его рейками из дерева. Концы реек для более лучшей стыковки заблаговременно срезаются под углом 45º.
9. Рейки крепятся к брусу при помощи саморезов.

Вот и все. Коллектор готов.

Коллектор нужно устанавливать в таких местах, где на него будет падать наибольшее количество солнечных лучей.

Остается только подключить воду и сделать в коллекторе отвод линии на потребителя.

Сделав все правильно, будет обеспечено получение горячей воды прямо из коллектора сделанного своими руками. Для увеличения количества получаемой воды, можно сделать 2 или 3 коллектора и компенсатор.

В качестве компенсатора может использоваться обычная металлическая бочка на 200 л, которая размещается вблизи коллекторов и тщательно теплоизолируется.

Помимо значительного уменьшения затрат на отопление у солнечных коллекторов, сделанных своими руками, имеется еще один значительный плюс: их можно собрать из имеющихся под рукой материалов, доплатив только за то, чего не хватает.

1poteply.ru

Назначение солнечных коллекторов

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

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

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

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

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

Как работает полнопроточный солнечный коллектор

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

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

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

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

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

Вакуумные системы нагрева

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

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

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

Преимущества вакуумных солнечных коллекторов

Преимущества в преобразовании солнечной энергии в варианте с тепловой трубой:

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

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

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

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

bouw.ru

Плоские коллекторы

Основной элемент такого коллектора – плоский абсорбер (теплопоглотитель) со змеевидной трубкой для теплоносителя. Абсорбер имеет вид металлической пластины, верхняя часть которой обязательно выкрашена в черный цвет (для максимально полного поглощения солнечных лучей). К нижней плоскости пластины приварена тонкая металлическая трубка, изогнутая в виде змеевика. Именно по этой трубке и циркулирует теплоноситель (обычно это вода, реже – антифриз). Сварочные швы проходят по всей длине змеевика для обеспечения полного теплового контакта.

Такой абсорбер помещается в корпус, изготовленный из тонких алюминиевых профилей. Верхняя часть корпуса закрывается особо прочным закаленным стеклом с максимальной светопроницаемостью (иногда для этих целей используется сотовый поликарбонат). Обязательное условие – наличие надежной теплоизоляции между абсорбером и стенками корпуса. Это необходимо для предотвращения теплопотерь в окружающую среду.

Вакуумные коллекторы

Отличие вакуумного солнечного коллектора от плоского только одно, но принципиальное. Это отличие – устройство абсорбера. В вакуумных моделях он представляет собой системы вакуумированных трубок из особого стекла. Внутри каждой трубки находится медный стержень с теплопередающей жидкостью.

Причем трубки такого солнечного коллектора различаются по конструктивным особенностям:

• Коаксиальные. Больше всего они напоминают классические термосы. Стеклянные колбы с двойными стенками (между ними – вакуум), внутри которых запаяна трубка из меди с легко вскипающей жидкостью. Теплопередача идет непосредственно от самой колбы, ее стенки имеют теплопоглощающее покрытие. При нагревании жидкость испаряется, передавая тепло далее в систему. Затем пар в виде конднесата оседает на дно трубки, после чего циклический процесс возобновляется.
• Перьевые. Это колбы с одной, но толстой и прочной стенкой. Внутри — теплопоглощающая трубка (также из меди), снабженная гофропластиной с абсорбционным слоем. За счет такого устройства вакуум формируется в тепловом канале, причем сам канал (равно как и абсорбер) частично интегрирован в колбу.

Очевидно, что у вакуумного вида солнечного коллектора гораздо более сложное устройство, чем у плоского аналога. Более того, помимо разных типов стеклянных трубок для них используют и разные теплоканалы (трубки из меди, в которых проходит теплоноситель).

Так, теплоканалы вида «heat pipe» («горячая труба») представляют собой герметичные трубки с легко вскипающей жидкостью. При нагревании она испаряется, движется вверх канала и отдает там набранную тепловую энергию, конденсируясь в особом теплосборном узле. Остыв, жидкость стекает в нижнюю часть канала, повторяя цикл. А теплоноситель самого солнечного коллектора забирает отданное тепло, передавая его дальше в систему.

Очень востребованы и прямоточные каналы. Во внутренней части колбы располагаются две объединенные трубки из меди. Одна из них служит для подачи жидкости в колбу, другая – для выхода жидкости. В процессе прохода через колбу жидкость нагревается.

Виды теплоканалов и трубок могут комбинироваться между собой в различных вариациях. Причем каждое такое сочетание трубки/канала обладает своими эксплуатационными особенностями, достоинствами и недостатками.

Видео про солнечные коллекторы:

Воздушные коллекторы

Воздушные варианты солнечного коллектора известны гораздо меньше, чем вакуумные или плоские модели. Тем не менее, они достаточно неплохо зарекомендовали себя в осушительных установках, в комплексах воздушного отопления и в системах рекуперации воздуха. Схема работы и устройство такого коллектора очень просты.

Теплоносителем, как ясно из названия, является не жидкость, а обычный воздух. Конструктивно воздушный коллектор представляет собой плоскую панель с ребристой (иногда – дополнительно перфорированной) поверхностью или же систему трубок из металла хорошей теплопроводности. Воздух в коллекторе нагревается благодаря непосредственному контакту с металлом (который прогревается под солнечными лучами). С помещением коллектор соединяется через воздуховоды (один – для забора воздуха, второй – для подачи), в которых установлены вентиляторы для обеспечения циркуляции воздушных масс.

solarb.ru

Процесс нагревания воды от солнца

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

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

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

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

Конструктивные отличия

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

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

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

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

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

Принцип работы солнечных коллекторов

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

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

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

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

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

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

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

Вакуумные накопители с прямой тепловой подачей

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

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

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

Вакуумные коллекторы с косвенной подачей

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

Достоинства вакуумных коллекторов

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

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

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

Главными достоинствами коллекторов солнечного тепла являются:

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

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

Распространенность солнечных коллекторов

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

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

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

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

energomir.biz

Другие статьи по теме:

Отопление от солнечных коллекторов Однотрубная и двухтрубная система отопления Ибп своими руками Газовая печь Для чего нужен коллектор Системы отопления загородного дома