Солнечные коллекторы: виды, принцип работы, устройство системы

Принцип работы солнечного коллектора

Принцип работы солнечного коллектора

Чтобы конструкция функционировала наиболее эффективно, разработчики смогли совместить электричество и энергию солнечных лучей. Дело в том, что в зимний период солнце можно найти на небосклоне далеко не всегда. Из-за этого выходит, что данный обогревательный прибор не сможет функционировать в полной мере. Благодаря подключению к электрической сети осуществляется принудительная циркуляция теплообменника по системе, что делает затраты минимальными. Стоит отметить, что подобное устройство устанавливать рационально только в домах с большой площадью.

Некоторые специалисты утверждают, что гелиосистема окупается довольно долго, однако эта точка зрения ошибочна. Если сложить все средства, вложенные в данное оборудование и техническое обслуживание, то они вернутся приблизительно в течение трех-пяти лет. Чем регулярней его будут использовать, тем быстрее он окупится

Более того, необходимо принимать во внимание, что расходы на отопление с каждым годом становятся все больше и больше из-за постоянного роста тарифов

Правильно оборудуем жилье

Для сохранения тепла в доме следует уделить внимание выбору межкомнатных дверей.Где же купить межкомнатные двери, чтобы ни на минуту не пожалеть о совершенной покупке? Как обезопасить себя от возможных подделок и недобросовестных производителей? Что предпринять, если вы готовы вложить достаточную сумму средств, чтобы купить межкомнатные двери, но не склонны доверять специалистам, обладающим низкой квалификацией?
Вывод в данном случае прост — обратиться к услугам , реализующего широкий спектр моделей межкомнатных дверей, представленных различными конструктивными решениями и производителями. Наш ассортимент постоянно расширяется и обновляется, а высокая квалификация персонала не подлежит сомнению

В нашем магазине вы всегда сможете межкомнатные двери, решенные в
ключе основных тенденций традиционной классики или же соответствующие одному из многочисленных направлений современного интерьерного дизайна. Каждое изделие не только оснащено надежной, функциональной и эффектной фурнитурой, но и имеет сертификат соответствия качества основным существующим стандартам. Приобретая межкомнатные двери у нас, вы тем самым отдаете предпочтение абсолютно безвредной продукции, изготовленной из экологически чистого сырья.

Классификация устройств

Солнечные коллекторы подразделяются на двухконтурные и одноконтурные. Первый тип более распространён. В устройстве с двумя контурами по одному из них циркулирует вода, по второму — теплоноситель. Такой коллектор используется круглогодично.

Что касается одноконтурного оборудования, оно пригодно к применению только в безморозный период, так как внутри теплоносителя находится вода, способная замёрзнуть и разрушить трубки.

Это полезно: принцип работы и строение солнечных батарей.

По принципу работы коллекторы также делятся на несколько групп:

• воздушные;
• плоские;
• вакуумные;
• концентраторы.

Существуют несколько видов моделей, например, воздушные

Воздушные модели

Особенность этих коллекторов — невысокая эффективность. Воздух плохо проводит тепло, хотя он и способен нагреваться. Главное преимущество — возможность круглогодичного использования. Поскольку воздух не замерзает, нет риска, что трубки будут повреждены. Конструктивно этот тип коллектора отличается надёжностью и простотой. Такое оборудование подходит для отопления разных типов помещений, включая:

• жилые дома;
• подвалы;
• овощехранилища;
• цеха;
• гаражи;
• склады.

Основной элемент коллектора — ребристая панель, выполняющая функции теплоприёмника. Обычно она изготовлена из стали, алюминия или меди. Внутри панель разделена на ячейки. Воздух циркулирует между рёбрами и подогревается, отдавая тепло в помещение. Охлаждённый теплоноситель перемещается обратно в основную часть коллектора.

Воздушный солнечный коллектор из пивных банок : последствия работы после зимы:

Плоский источник тепла

Основное достоинство плоского солнечного коллектора — простота конструкции. Оборудование довольно надёжно, но имеет сравнительно низкий коэффициент полезного действия. Устройство собрано по принципу сэндвича и включает в себя следующие элементы:

• защитное стекло;
• медные трубки, заполненные теплоносителем;
• теплоизоляционный слой;
• алюминиевую раму;
• крепёж;
• абсорбент.

В качестве поглощающей поверхности (абсорбента) выступает пластина. Её окрашивают в чёрный цвет, чтобы поглощение солнечных лучей было максимальным. Стекло применяется для создания парникового эффекта. Благодаря ему тепло не уходит, а нагревает абсорбент. Такую конструкцию несложно собрать самостоятельно, а служить она может более 10 лет.

Существует модель на вакууме, которая имеет свои особенности

Оборудование на вакуумных элементах

Коллекторы вакуумного типа имеют в своей основе запаянные трубки, наполненные теплоносителем, и теплосборник. Трубки выполнены из стекла, покрытого специальным напылением, позволяющим лучше аккумулировать тепло. Благодаря вакууму предотвращаются потери тепла. В процессе циркуляции жидкость из вакуумных трубок поступает сначала в теплосборник, а затем в накопительный бак с водой. Охлаждённый теплоноситель возвращается обратно в систему.

У вакуумного (вакуумированного) устройства более высокий коэффициент полезного действия, чем у плоского и воздушного. С помощью этого коллектора удобно нагревать воду. Конструкция хороша тем, что трубки можно добавлять и убирать, когда увеличивается или уменьшается потребность в горячей воде.

Мой воздушный коллектор-сборка перед экспуатацией:

Существует много вариантов вакуумных устройств, в том числе такие, где стеклянные трубки находятся одна в другой, а в наружной находится вода. Недостаток моделей этого типа — сложность изготовления. Создать вакуум в домашних условиях нереально. На предприятиях есть такая возможность, тем не менее процесс изготовления вакуумированных коллекторов обходится недёшево.

Вакуумные коллекторы

Принцип работы вакуумных коллекторов иной. Объясняется это прежде всего разницей в конструкции. Главным рабочим элементом в вакуумных моделях является не пластина абсорбера, а система вакуумированных трубок и теплосборник. Причем вариантов конструкций таких трубок несколько.

Тем не менее, несмотря на конструктивные различия, общая схема действия таких трубок фактически одинакова. Стеклянная поверхность поглощает максимум солнечных лучей благодаря специальному высокоселективному покрытию. Энергия солнца нагревает внутренний теплоноситель, а вакуумная прослойка ликвидирует теплопотери, так как вакуум – лучший изолятор. Через теплосборник аккумулированное тепло поступает далее в систему и используется для нагрева воды в баке-накопителе.

В целом коллектор этого типа обеспечивает более высокую производительность по сравнению с плоским аналогом.

Изготовление корпуса коллектора и его теплоизоляции

Предлагаемый к изготовлению коллектор будет состоять из 8-ми трубок по 8 банок в каждой. При этом его корпус будет иметь размеры 1400х670 мм. Для изготовления всех элементов ящика (корпуса) потребуется лист фанеры размером 1525х1525х21 мм. Из него необходимо вырезать следующие детали:

1. Днище размером 1400х670 мм — 1 шт.
2. Стенки размером 1400х116 мм — 2 шт.
3. Детали размером 630х116 мм — 4 шт (2 используются в качестве стенок, другие 2 — в качестве направляющих для банок).

Края деталей скорее всего придется обрабатывать, на что при разметке следует оставлять припуск от 3-х до 5-ти мм.

Поскольку коллектор будет устанавливаться снаружи, все деревянные детали необходимо обработать антисептиком или окрасить.

При сборке ящика детали скрепляются посредством уголков и каких-нибудь шурупов, например, мебельных размером 6,3х50 мм (их называют конфирматами). Отверстия под установку таких шурупов выполняются сверлом диаметром 4 мм.

Каждую деталь при сборке необходимо сажать на силиконовый герметик, чтобы ящик оказался герметичным.

Изнутри днище и стенки оклеиваются пенопластом толщиной 20 мм, а затем — любой фольгированной теплоизоляцией (фольгой внутрь, то есть к абсорберу).

Солнечные коллекторы для отопления дома: разновидности установок

По конструктивному исполнению солнечные коллекторы могут быть плоскими или вакуумными. Последний вариант является более распространенным типом, который характеризуется простотой монтажа, высокой эффективностью, способностью обеспечить необходимым количеством тепла весь дом. Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома, цена которого превышает стоимость плоского изделия, представлен сложной конструкцией, которую можно использовать для полноценного обогрева помещения и нагрева воды в любой сезон года.

Существует особый тип установки, который называется коллектор-концентратор. Он представляет собой систему параболических отражателей, которые располагаются на одной криволинейной поверхности, где концентрируется в определенных точках солнечный свет. Для получения максимального эффекта необходимо изменять вслед за движением солнца положение устройства, которое может находиться в двух плоскостях.

В зависимости от теплоносителя различают жидкостные и воздушные конструкции. В первом случае используется дистиллированная вода или антифриз, а во втором – нагретый воздух.

Вакуумные солнечные коллекторы

По варианту применения теплоносителя различают пассивные и активные системы. В первом варианте солнечный коллектор используется совместно с баком накопителем. Такая система приемлема для горячего водоснабжения и не комплектуется дополнительными инженерными элементами. Активный вариант предполагает установку солнечного коллектора и других технических устройств, таких как насос, бак-накопитель, защитные клапаны, дополнительные приборы нагрева теплоносителя. Такая система может применяться и для горячего водоснабжения, и для отопления дома.

Активный солнечный коллектор для подогрева воды

Способ передачи тепла может быть косвенным или прямым. Первый вариант предполагает наличие аккумулирующего бака, в котором выполняется передача тепловой энергии, полученной наружным контуром от солнечного излучения, внутреннему контуру, циркулирующему в системах отопления и ГВС. В прямоточных системах, которые применяются для горячего водоснабжения, циркуляция воды в контуре коллектора происходит под воздействием разности температур и благодаря наличию дополнительных элементов в виде клапанов и кранов.

Классификация солнечных коллекторов для отопления по температуре нагрева теплоносителя

Воздушные или водяные солнечные коллекторы для отопления дома можно классифицировать по степени нагревания его рабочих органов и теплоносителя. В зависимости от этого критерия различают низко-, средне- и высокотемпературные установки. Низкотемпературные варианты способны обеспечить нагрев теплоносителя до 50 °С. Такие тепловые коллекторы используются для подогревания воды в душевых летом, в емкостях для полива, для создания комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.

Среднетемпературные системы обеспечивают нагрев теплоносителя до 80 °С. Такие установки употребляются для обогрева помещений, для бассейнов. Солнечные коллекторы данной категории наиболее целесообразно устанавливать при обустройстве частного дома. Высокотемпературные системы способны нагреть теплоноситель до температуры 250-300 °С. Такие устройства рекомендуется использовать в промышленных масштабах. Их применяют для обогрева коммерческих зданий, производственных цехов и других технологических помещений.

Высокотемпературные системы предполагают сложный процесс преобразования и передачи тепловой энергии. Конструкции имеют внушительные габариты, требующие много свободного пространства для их монтажа. Процесс изготовления системы является весьма трудоемким и затратным, что связано с использованием специализированного оборудования. Самостоятельно выполнить такой вариант не удастся.

Плюсы и минусы коллекторов с вакуумными трубками

Опыт использования гелиоустановок на территории РФ достаточно продолжительный, что позволяет увидеть реальную картину теплоэффективности систем. При описании достоинств и недостатков учитывают возможности работы в режиме отопления и горячего водоснабжения, технические характеристики и реальные отзывы о вакуумных коллекторах.

Для определения рентабельности важно принимать в расчет сроки окупаемости гелиоустановок, с учетом существующих законов, действующих на территории Российской Федерации

Об эффективности в режиме отопления

Важно помнить, что коллекторы не используются в качестве основного источника тепла в доме. Цель подключения компенсировать определенные энергозатраты

Причем изначально в отапливаемом здании должен быть установлен котел, способный полностью обогреть здание.

Эффективность гелиоустановки определяется тем, на сколько процентов система с солнечными вакуумными коллекторами способна компенсировать затраты на отопление дома. Максимальные показатели достигают 40-50%.

За время эксплуатации в регионах с холодным и средним климатом были выявлены следующие преимущества вакуумного коллектора, по сравнению с плоскими гелиоколлекторами:

• оптимальное соотношение стоимости и теплоотдачи;

теплопотери минимальны, 75% абсорбируемой энергии передается в буферную емкость;

трубчатая гелиосистема способна работать при отрицательных температурах и при низком ультрафиолетовом излучении, что делает возможным всесезонное солнечное отопление с использованием вакуумных коллекторов;

простая установка и демонтаж.

Практика показывает, что в зимнее время года аккумулируемого тепла достаточно для полноценного отопления системой теплых полов. Даже при низкой солнечной активности теплоноситель будет прогреваться до температуры 30-40°C. Водяные полы соответственно будут нагреваться до комфортных 26-35°C.

Отопление частного дома солнечными вакуумными коллекторами имеет несколько недостатков:

• высокая стоимость — необходимость первоначальных вложений;

жесткие требования к монтажу, при неправильном угле наклона, относительно земли теплоэффективность резко снижается;

обслуживание — еще один недостаток вакуумных коллекторов: в зимнее время года трубки, нередко заметает снегом, их приходится чистить.

В зимнее время года работают исключительно коллекторы с выносным баком. Буферная емкость к которой подключаются вакуумные трубки, используется для обеспечения многовалентных систем отопления.

Использование для горячей воды

Солнечные коллекторы применяются в качестве основного водонагревателя летом и дополнительного в зимнее время года. Система ГВС на вакуумных коллекторах, с апреля по сентябрь, стабильно обеспечивает высокую температуру подогрева жидкости. Установка с прямой теплоотдачей на 30 трубок, способна подогреть около 300 л. воды в течение одного дня, чего более чем достаточно для принятия душа 4-5 человек.

Зимой для нагрева воды мощности может быть недостаточно. В внешних накопительных баках дополнительно устанавливают электроТЭН, предназначенный компенсировать недостаток нагрева. Существуют решения, в которых для подогрева воды гелиосистемы работают одновременно с бойлером.

Горячее водоснабжение от солнечных вакуумных коллекторов, также, как и аналогичная система отопления, требует значительных первоначальных вложений, что и остается главным недостатком. Рентабельность применения достигается при коммерческом использовании гелиоводонагревателей. В гостиницах, кемпингах, отелях окупаемость систем достигается через 3-4 года.

Схема гелиоустановки

Система отопления состоит из следующих компонентов:

• Солнечный коллектор преобразует энергию солнца в тепловую.
• Подающая магистраль доставляет теплоноситель в бак-накопитель.
• Электронасос осуществляет циркуляцию жидкости-теплоносителя.

В баке-накопителе происходит передача тепла от контура гелиоустановки контуру паровой системы отопления дома. В этой емкости может быть размещен дублирующий нагревательный элемент, который автоматически включается, если погодные условия не способствуют нагреву теплоносителя до заданных параметров. Жидкость гелиоустановки соответствует противоречивым требованиям. Она должна быть морозоустойчивой, но в то же время не испаряться при высокой температуре и не быть токсичной. В большинстве установок используется теплоноситель, состоящий из 60 % дистиллированной воды и 40 % гликоля. Автоматика позволяет без участия человека поддерживать нужную температуру внутри помещения и не допускать перегрева теплоносителя.

Принцип работы и виды солнечных коллекторов

Настала пора сказать несколько слов об устройстве и принципе работы солнечного коллектора. Основным элементом его конструкции является адсорбер, представляющий собой медную пластину с приваренной к ней трубой. Поглощая тепло падающих на нее солнечных лучей, пластина (а вместе с ней и труба) быстро нагревается. Это тепло передается циркулирующему по трубе жидкому теплоносителю, а тот в свою очередь транспортирует его далее по системе.

Способность физического тела поглощать или отражать солнечные лучи зависит, прежде всего, от характера его поверхности. Например, зеркальная поверхность отлично отражает свет и тепло, а вот черная, напротив, поглощает. Именно поэтому на медную пластину адсорбера наносится черное покрытие (простейший вариант – черная краска).

Принцип работы солнечного коллектора

1. Солнечный коллектор. 2. Буферный бак. 3. Горячая вода.

4. Холодная вода. 5. Котроллер. 6. Теплообменник.

7. Помпа. 8. Горячий поток. 9. Холодный поток.

Увеличить количество получаемого от солнца тепла можно и путем правильного подбора стекла, прикрывающего адсорбер. Обычное стекло недостаточно прозрачно. Кроме того, оно бликует, отражая часть падающего на него солнечного света. В гелиоколлекторах, как правило, стараются использовать специальное стекло с пониженным содержанием железа, что повышает его прозрачность. Для снижения доли отраженного поверхностью света на стекло наносят антибликовое покрытие. А чтобы внутрь коллектора не попадали пыль и влага, которые тоже снижают пропускную способность стекла, корпус делают герметичным, а иногда даже заполняют инертным газом.

Несмотря на все эти ухищрения, КПД солнечных коллекторов все же далек от 100%, что связано с несовершенством их конструкции. Часть полученного тепла нагретая пластина адсорбера излучает в окружающую среду, нагревая контактирующий с ней воздух. Чтобы свести к минимуму теплопотери, адсорбер необходимо изолировать. Поиск эффективного способа теплоизоляции адсорбера привел инженеров к созданию нескольких разновидностей солнечных коллекторов, самыми распространенными из которых являются плоские и трубчатые вакуумные.

Плоские солнечные коллекторы

Плоские солнечные коллекторы. Конструкция плоского солнечного коллектора предельно проста: это металлический короб, покрытый сверху стеклом. Для теплоизоляции дна и стенок корпуса, как правило, используется минеральная вата. Вариант этот далеко не идеален, поскольку не исключен перенос тепла от адсорбера к стеклу посредством воздуха, находящегося внутри короба. При большой разнице температур внутри коллектора и снаружи потери тепла бывают довольно существенными. В результате плоский гелиоколлектор, прекрасно функционирующий весной и летом, зимой становится крайне неэффективным.

Устройство плоского солнечного коллектора

1. Впускной патрубок. 2. Защитное стекло.

3. Абсорбционный слой. 4. Алюминиевая рама.

5. Медные трубки. 6. Теплоизолятор. 7. Выпускной патрубок.

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы. Вакуумный солнечный коллектор представляет собой панель, состоящую из большого количества сравнительно тонких стеклянных трубок. Внутри каждой из них расположен адсорбер. Чтобы исключить перенос тепла газом (воздухом), трубки вакуумированы. Именно благодаря отсутствию газа вблизи адсорберов, вакуумные коллекторы отличаются низкими теплопотерями даже в морозную погоду.

Устройство вакуумного коллектора

1. Теплоизоляция. 2. Корпус теплообменника. 3. Теплообменник (коллектор)

4. Герметичная пробка. 5. Вакуумная трубка. 6. Конденсатор.

7. Поглощающая пластина. 8. Тепловая трубка с рабочей жидкостью.

Солнечные батареи: основная составляющая системы отопления

В мире возникли солнечные коллекторы, с помощью которых можно легко обогреть большую площадь квартиры, находящуюся в многоэтажке. Для успешной установки воздушное солнечное отопление своими руками – устройство специфическое, поэтому пока еще мало есть специалистов, готовых профессионально справиться с подобной задачей. Если использовать некоторые познания в физике, то получится профессиональная и экономичная система для отопления своими руками.

Экономия, правда, будет видна не сразу – ведь цена такого отопительного оборудования в десятки выше других видов систем. Но преимущество в том, что в будущем вам не придется разоряться из-за заоблачных счетов за применяемое топливо. Перед тем как делать систему обогрева своими руками, нужно соблюсти несколько важных требований:

• большое число солнечных дней в период отопления. Если в вашей стране зимы холодные и дождливые, тогда лучше не использовать гелиосистему и выбрать ту, которая потребляет более доступное топливо;
• наличие теплоизоляции дома. Данное требование выдвигается при монтаже всех отопительных устройств. Не нужно отапливать помещение, в котором постоянно холодные стены. Утепление является важным условием для создания продуктивной отопительной системы;
• наличие другого отопительного оборудования. Если в доме уже стоит автономное отопление, то подсоединение к нему солнечного коллектора уменьшит затраты применяемого в раннее монтированном оборудовании топлива. Более того, вы не будете тратить деньги на покупку радиаторов и трубопроводов;
• проверка уровня инсоляции. Данный показатель позволяет узнать, насколько продуктивным будет солнечное отопление. Если уровень маленький, тогда нужно увеличить пространство применяемой солнечной установки.

Если вы устанавливаете солнечное отопление, важно учесть следующие факторы:

• самая высокая степень инсляции наблюдается в середине дня. Хорошо, если коллекторы будут находиться на южной стороне. Если технически это невозможно, то можно направить коллекторы на юго-восток или юго-запад;
• при монтаже коллекторов нужно помнить, что они постоянно должны быть под прямыми лучами света. Не стоит допускать падение тени на плиты коллектора. Ведь только при прямом падении солнечного луча на пространство коллектора поглощается больше число энергии. В некоторых ситуациях плиты устанавливаются под углом, равному географической широте местности;
• рост угла наклона способствует росту эффективности работы установки в зимнее время. Данное действие уменьшает эффективность установки летом. Если не использовать обогрев летом, то такая погрешность допускается. Модификация зависит от производителя. Более того, вы сами можете выбрать те детали, которые нужны для получения эффективного солнечного отопления.

Здесь есть несколько нужных составляющих:

• вакуумный солнечный коллектор;
• насос, с помощью которого теплоноситель передвигается к накопительному такую;
• контроллер. Данная деталь управления следит за правильной работой оборудования;
• емкость для горячей воды. Все зависит от того, какую площадь требуется обогревать, поэтому объем варьируется от 500 до 1000 литров воды;
• пиковый доводчик. Выбор можно сделать в пользу электрического ТЭНа, теплового насоса или другого отопительного источника.

Вывод

Солнечный коллектор – изобретение современной науки, вызывающее множество любопытства и споров. Об абсолютном переходе на подобные установки говорить рано. При этом разумные доводы в сторону использования такого метода генерации тепла, безусловно, присутствуют.

В условиях истощения ресурсов природы коллекторы солнечного света становятся все актуальнее. Технология продолжает идти по пути развития, совершенствования, распространения в массы.

Производство гелиосистем набирает обороты. Количество моделей на разные потребности увеличивается. Даже при обширных сомнениях народа в таком отоплении, ниша растет и занимает все более устойчивые позиции.