Солнечный коллектор что такое: Принцип работы солнечного коллектора, как выбрать гелиосистему для дома

Содержание

Современные способы борьбы с закипанием теплоносителя в солнечных коллекторах |

В этой статье пойдёт речь о современных технологиях, позволяющих предотвратить возникновение стагнации в солнечных коллекторах.

Мы уже писали о стагнации и о том, каким образом она влияет на компоненты гелиосистемы в этой статье: solarsoul.net/stagnaciya-geliosistem

Так же мы упомянули основные технические решения, снижающие негативное влияние на отдельные компоненты гелиосистемы. Однако при этом сам процесс стагнации все же может возникать. Полностью избавится от стагнации возможно, применив один из нижеперечисленных методов, или сочетание нескольких из них.

Функция обратного охлаждения

При достижении максимального значения в баке аккумуляторе в конце дня, контроллер запускает насос гелиоконтура в ночное время. Благодаря циркуляции, солнечные коллекторы рассевают тепло из бака в атмосферу и бак аккумулятор остывает. К утру следующего дня бак готов получать тепло.

Функция обратного охлаждения гелиосистемы в ночное время

Эта функция хорошо применима при длительном отсутствии водоразбора, к примеру когда вся семья уехала в отпуск и т.д. Так же, эта функция не подойдет для трубчатых вакуумных коллекторов, из-за низких тепловых потерь в самом коллекторе.

Преимущества: нет дополнительного оборудования или компонентов.
Недостатки: возможен недостаток теплой воды при утреннем водоразборе.

Функция старт-стоп

В контроллере гелиосистеме заложен следующий алгоритм: если бак ГВС прогрет до максимальной заданной температуры (рекомендованное значении 60-65 ºС) а температура в солнечном коллекторе близка к закипанию (110-120 ºС) то запускается насос гелиоконтура. При этом температура в коллекторе падает на несколько градусов и закипание не происходит. Затем процесс повторяется и снова откладывает стагнацию за счет более холодного бака аккумулятора и теплопотерь в трубах. Таким образом, происходит как бы тактование насоса не позволяющее теплоносителю закипеть.

Пример работы функции старт-стоп в контроллере гелиосистемы

При этом вода в баке так же немного нагревается. Для этого в контроллере есть настройка максимально возможной температуры в баке (80-95 ºС) при которой насос больше не запустится. Как правило, этого будет достаточно, чтобы гелиосистема не перешла в режим стагнации за целый день. Важно что бы гелиосистема была оснащена термостатическим клапаном от ошпаривания.

Преимущества: нет дополнительного оборудования или компонентов.
Недостатки: функция не может полностью предотвратить закипание теплоносителя, а лишь отсрочить его на день-два при длительном отсутствии водоразбора. Данная функция будет значительно эффективней в сочетании с опцией ночного обратно охлаждения.

Система Drain back

При отключенном насосе гелиоконтура, солнечные коллекторы заполнены воздухом, а весь теплоноситель находится ниже их уровня в трубопроводах, теплообменнике и/или специальном приемном бачке. При повышении температуры солнечных коллекторов до рабочего значения, насос включается. Далее теплоноситель заполняет солнечные коллекторы, вытесняя воздух.

Пример работы системы drain back в гелиосистеме auroSTEP от компании Vaillant

Затем прогретая жидкость поступает в теплообменник, где отдает тепло воде в баке аккумуляторе. Когда работа заканчивается, насос останавливается, и теплоноситель под собственным весом стекает вниз из коллекторов, которые снова заполняются воздухом.

Преимущества: полностью решается возможность возникновения стагнации.
Недостатки: при монтаже необходимо соблюдать ряд жестких требований (уклон трубопровода, ограничение по длине гелиоконтура и т.д.). Иногда необходимо дооснащать систему специальными приёмными бачками.

Вода вместо пропиленгликоля

По сути, использование пропиленгликолевой смеси в качестве теплоносителя является своего рода компромиссом для защиты от замерзания гелиосистем. Вода является идеальным теплоносителем для всех систем теплоснабжения и поэтому её применение было бы куда эффективнее. Однако из-за риска замерзания и разрушения гелиоконтура, производители вынуждены использовать гликоль.
Вода при закипании безопасна для всех компонентов системы при правильном подборе оборудовании гелиосистемы. Каким же образом, возможно избежать замерзания теплоносителя в ночное время зимой?

Пример реализации системы с водой в качестве теплоносителя от компании Paradigma

Что бы вода не замёрзла, контроллер гелиосистемы активирует функцию антизамерзания запуская насос гелиоконтура. Это происходит при достижении температуры воды +3 ºС. Забирая тепло из бака аккумулятора, контроллер поддерживает температуру в солнечных коллекторах на уровне +5 ºС.

При этом циркуляция насоса происходит на минимальных оборотах. Затраченное тепло компенсируется за счет лучшей эффективности благодаря теплофизическим свойствам воды. Такая система подходит для вакуумных коллекторов с прямоточным тепловым каналом, поскольку они имеют низкий уровень теплопотерь.

Подробнее о типах вакуумных трубчатых солнечных коллекторах: solarsoul.net/tipy-vakuumnyx-trubchatyx-solnechnyx-kollektorov

Преимущества: лучшая эффективность солнечных коллекторов. Повышается срок службы отдельных компонентов гелиосистемы.
Недостатки: риск заморозки системы при перебоях в электроснабжении.

Защитный клапан в тепловом канале

Так же есть и решение для вакуумных солнечных коллекторов с тепловой трубой. При достижении критической температуры в конденсаторе вакуумной трубке срабатывает биметаллический клапан, который блокирует попадание перегретой жидкости в монифолд коллектора. Тем самым температура теплоносителя не будет привышать 90 ºС даже в самом солнечном коллекторе.

Работа биметаллического клапана в тепловой трубке Heat pipe в солнечном коллекторе King Span

При остывании вакуумной трубки, клапан открывается, и гелиосистема выходит в рабочий режим.

Преимущества: полностью решается возможность возникновения стагнации.
Недостатки: удорожание системы за счет применения клапанов в каждой трубке гелиоколллектора.

Система Thermal Protect

При достижении высокой температуры, солнечный коллектор перестаёт поглощать тепловую солнечную энергию, благодаря особому селективному покрытию. При температуре абсорбера +75 ºС в слоях абсорбирующего напыления происходит изменение кристаллической решетки, из-за этого отражение солнечных лучей значительно увеличивается. Благодаря этому при дальнейшем нагреве температура теплоносителя увеличивается незначительно и не закипает.

Температура абсорбера в плоском солнечном коллекторе c технологией Thermal Protect от Viessmann

При остывании абсорбера ниже +75 ºС структура кристаллов возвращается в первоначальное положение. В рабочем состоянии абсорбер имеет максимальную эффективность, как в стандартных солнечных коллекторах.

Самые популярные модели воздушных солнечных коллекторов

SolarFox vsf-1w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 25

Воздушный поток, м³ — 35

Повышение темп., °С — 15-20°

SolarFox vsf-2w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 50

Воздушный поток, м³ — 90

Повышение темп., °С — 25-30°

SolarFox vsf-3w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 80

Воздушный поток, м³ — 110

Повышение темп., °С — 30-35°

SolarFox vsf-4w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 100

Воздушный поток, м³ — 140

Повышение темп., °С — 35-40°

 

SolarFox vsf-5w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 150

Воздушный поток, м³ — 200

Повышение темп., °С — 40-45°

SolarFox vsf-1r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 25

Воздушный поток, м³ — 35

Повышение темп., °С — 15-20°

 

SolarFox vsf-2r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 50

Воздушный поток, м³ — 90

Повышение темп., °С — 25-30°

SolarFox vsf-3r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 80

Воздушный поток, м³ — 110

Повышение темп., °С — 30-35°

 

SolarFox vsf-4r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 100

Воздушный поток, м³ — 140

Повышение темп., °С — 35-40°

SolarFox vsf-5r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 150

Воздушный поток, м³ — 200

Повышение темп., °С — 40-45°

 

Полный ассортимент и цены представлены в разделе каталога Солнечные коллекторы воздуха

Перейти к другим полезным статьям..

Воздушный солнечный коллектор для отопления дома своими руками: принцип работы, сборка устройства

Солнце — мощный источник энергии, который люди научились использовать для своих нужд. Простейший пример того, как солнечные лучи могут применяться с пользой, — ёмкость для душа, выкрашенная в чёрный цвет. Более сложная и функциональная конструкция, которую можно сделать своими руками, — воздушный солнечный коллектор. С помощью такого оборудования можно не только подогревать воду, но и отапливать дом.

Отопление дома с помощью солнечного коллектора не единственная его функция

Принцип действия

Все солнечные коллекторы работают по одному принципу: энергия ультрафиолетовых лучей преобразуется в тепло. Основной элемент конструкции — коллектор, внутри которого находятся тонкие трубки с теплоносителем. В качестве последнего обычно используют антифриз или воду.

Теплоноситель перемещается по трубкам и нагревается под воздействием солнечных лучей. По трубкам он циркулирует внутри бака, в котором находится вода. В то время как основной объём жидкости нагревается, теплоноситель остывает, и за счёт этого происходит его циркуляция по трубам. Принцип похож на то, как функционирует система охлаждения в автомобилях: избыточное тепло отводится от двигателя и расходуется, например, на поддержание температуры в салоне.

Отличие воздушно-солнечного коллектора от системы охлаждения в авто состоит в следующем: тепло не просто отводится из одного места в другое, а выполняет определённую функцию. С каждым годом солнечные коллекторы получают всё большее распространение, и учёные уверены, что именно за этими приборами будущее.

В скором времени, скорее всего, солнечные батареи будут в каждом частном доме

Интересные факты, свидетельствующие о том, что в скором времени солнечные лучи везде будут использоваться как источник энергии:

  • воздушный солнечный коллектор для отопления дома устроен сравнительно просто, и его можно сделать своими руками;
  • полученную энергию можно аккумулировать и направлять на различные нужды;
  • тепло не нуждается в транспортировке, а применяется там же, где и было получено;
  • процесс преобразования солнечной энергии в тепловую безвреден для окружающей среды;
  • коллекторы не нуждаются в дорогостоящем обслуживании, уход за ними минимален;
  • солнечная энергия бесконечна и практически бесплатна.

Но у этого источника тепла есть и минусы. Один из них — невозможность получать энергию солнца ночью. Другие недостатки:

  • эффективность работы оборудования прямо зависит от характеристик инсоляции, т.е. в пасмурную погоду, а также в период, когда световой день короткий, тепловой энергии удаётся получить меньше;
  • создание и установка коллектора потребуют финансовых и временных затрат;
  • в зимний период КПД заметно снижается.

В этом видео вы узнаете, все о воздушном солнечном коллекторе:

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.

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:

В России воздушный коллектор в качестве основного источника отопления целесообразно использовать на юге, и только в маленьких помещениях, предназначенных для временного проживания. В остальных случаях, а также в регионах с суровым климатом, лучше применить модель другого типа.

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.

Сборка своими руками

Коллектор, работающий на солнечной энергии, можно как собрать, так и купить в готовом виде. Второй вариант неудобен тем, что с увеличением площади поглощения возрастает цена. При этом от размеров поглощающей поверхности зависит мощность. Сборка воздушного коллектора своими руками — оптимальный вариант для тех, кто не желает переплачивать. Для изготовления не нужны дорогие инструменты и материалы: в простейшем варианте отопительное устройство собирается из алюминиевых банок.

Выбирая из разных типов конструкций, лучше остановиться на воздушном или плоском устройстве. Главное — суметь предотвратить потери тепла. Если получится это сделать, конструкция окупится за несколько недель.

Первый этап — выбор места, где будет стоять устройство. Оно должно освещаться солнцем как можно дольше. Панели ориентируют на юг, причем желательно, чтобы их можно было поворачивать, регулируя угол наклона. Так удастся добиваться максимального уровня инсоляции в разное время года. Например, зимой солнце находится ниже над горизонтом, чем летом.

Воздушный солнечный коллектор:

Для уменьшения потерь тепла коллектор располагают как можно ближе к помещению, которое планируют обогревать. В частности, можно установить его на фронтон или южную сторону кровли. Ещё один важный момент — тени от ограждений, деревьев и других высоких объектов. Зимой они бывают длиннее, и нужно это учитывать. Коллектор следует ставить так, чтобы тени не попадали на него в любое время года.

Когда выбрано место, приступают к изготовлению. Алюминиевые банки подходят лучше, чем что-либо другое, потому что металл хорошо нагревается и проводит тепло. Ёмкости без проблем стыкуются между собой, так как имеют одинаковые размеры, а при необходимости их можно резать и сгибать.

Данную систему отопления можно собрать и своими руками

Собрав достаточное количество алюминиевых банок, прорезают в них отверстия с обеих сторон. Стыкуют между собой и склеивают места соединений герметиком. Конструкцию из банок окрашивают чёрной краской и укладывают в панель. Затем присоединяют трубки для отведения и подведения воздуха. Подойдут элементы, предназначенные для монтажа вентиляционных систем. С задней стороны панели монтируют теплоизоляционный материал, с передней — укрепляют стекло или сотовый поликарбонат. Готовый коллектор может работать без дополнительного оборудования, но для повышения эффективности можно подключить к нему вентилятор.

Другой вариант — объединить устройство с вентиляционной системой жилого помещения. Проходя через систему, воздух будет нагреваться на 30-35 градусов.

Самодельный коллектор даёт возможность организовать водяное отопление дома. В этом случае функцию теплоприёмников выполняют полиэтиленовые шланги, металлические трубы, алюминиевые или чугунные батареи. Для круглогодичного использования сооружают двухконтурный коллектор. Теплоноситель — антифриз или тосол.

Собрав солнечный коллектор воздуха своими руками, можно полностью покрыть потребность в горячей воде и уменьшить расходы на обогрев помещения.

Воздушный солнечный коллектор из профнастила своими руками:

▷ Как выбрать солнечные коллекторы

Тип

— Вакуумный. В широком смысле вакуумными называют все солнечные коллекторы, в которых используется теплоизоляция на основе вакуума — в том числе и плоские модели (см. соответствующий пункт). Однако в нашем каталоге в данную категорию отнесены только устройства трубчатой конструкции, не относящиеся к термосифонным (см. соответствующий пункт) и способные, соответственно, работать круглый год.

Во всех трубчатых моделях, в соответствии с названием, роль поглощающих элементов играют вакуумные трубки особой конструкции, передающие солнечную энергию находящейся внутри воде и в то же время почти не выпускающие тепло наружу. Это обеспечивает высокий КПД и минимум теплопотерь. Ещё одно немаловажное преимущество таких устройств перед плоскими коллекторами состоит в повышенной эффективности в плане «приёма» энергии: трубки хорошо работают практически при любом угле падения солнечных лучей и даже в пасмурную погоду. При этом трубчатые вакуумные коллекторы ещё и заметно проще в монтаже, конструкция устанавливается по частям: сначала рама, затем корпус-теплообменник, затем собственно трубки. А большинство моделей позволяют при поломках менять только отдельные трубки, не трогая остальную конструкцию.

Если же сравнивать «обычные» вакуумные коллекторы с термосифонными, то данная разновидность эффективнее, может использоваться для отопления (в т.ч. в холодное время года, при температуре ниже нуля), однако сложнее и…стоит дороже.

— Плоский. Относительно недорогая разновидность солнечных коллекторов, фактически — простейшая разновидность подобных устройств, массово представленная на рынке. На передней части такого устройства имеется прозрачное покрытие (из специального стекла или прозрачного пластика), под ним находится поглощающий слой (абсорбер) с теплопроводящей системой, а с тыльной стороны предусматривается термоизолирующий слой (во избежание утечки тепла).

Теоретически такие системы способны нагревать находящуюся внутри воду до температуры порядка 200 °С (при отсутствии циркуляции теплоносителя). При невысокой стоимости они имеют неплохую эффективность в тёплое время года. С другой стороны, для плоских коллекторов характерна низкая степень теплоизоляции, что заметно снижает их эффективность в осенне-зимний период. Существуют улучшенные разновидности таких приспособлений — в частности, устройства, в которых вместо теплоизолирующего слоя используется глубокий вакуум (не стоит путать их с вакуумными коллекторами, — см. соответствующий пункт). Они способны работать и при низких температурах, однако и обходятся дороже, а фактическая эффективность всё равно сильно зависит от угла падения солнечных лучей.

Также отметим, что плоские коллекторы могут оказаться довольно сложными в монтаже: коллектор приходится поднимать и устанавливать целиком, что в некоторых условиях вызывает неудобства. Да и при поломке менять такое устройство приходится целиком.

— Термосифонный. Термосифонными называют специфическую разновидность вакуумных коллекторов (см. соответствующий пункт). Другое их название — «сезонные» — очень чётко отражает особенность таких устройств: они рассчитаны на использование в тёплое время года, с весны по осень. Зимой, при температуре ниже нуля, вода в таких коллекторах замерзает и они становятся бесполезными.

С одной стороны, «термосифонники» менее универсальны, чем полноценные вакуумные модели: они ограничены по времени года и не могут применяться для отопления (в холодную погоду, когда отопление наиболее актуально, коллектор становится бесполезным). С другой стороны, у таких устройств есть определённые преимущества: они проще, дешевле, компактнее и легче в монтаже. Среди оптимальных вариантов применения термосифонных систем называют летние пансионаты, дачи, гостиницы и другие места, где люди находятся преимущественно летом.

— Гибридный. Специфическая разновидность оборудования, сочетающая в себе возможности солнечного коллектора и фотоэлектрического элемента. Фотоэлемент, как правило, располагается с внешней стороны, а под ним находится собственно коллектор. Интересным свойством таких моделей является то, что при высокой температуре воздуха и интенсивном солнечном освещении они оказываются эффективнее в выработке электричества, чем традиционные солнечные батареи. Дело в том, что фотоэлементы плохо переносят нагрев до температур 50 °С и выше — их эффективность при этом резко падает. А в гибридном элементе солнечный коллектор играет ещё и роль системы охлаждения, отводя лишнее тепло от фотоэлемента и снижая его температуру. С другой стороны, стоит отметить, что тепловая эффективность таких моделей ниже, чем у специализированных коллекторов схожего размера — значительная часть солнечной энергии поглощается и рассеивается фотоэлементом. Ещё один недостаток подобных устройств — высокая стоимость. Кроме этого, нужно учитывать, что солнечная энергетика требует не только батарей, но и сложных управляющих систем, накопительных батарей и т. п.; и хотя сама энергия получается дармовой, оборудование для её получения тоже обходится недёшево. В свете всего этого данный вариант встречается значительно реже, чем другие типы солнечных коллекторов.

Вид

— Открытый. Открытыми называют коллекторы, работающие без дополнительного давления в системе циркуляции воды. Как правило, такое устройство оснащается баком в верхней части, в который и заливается запас воды; после этого вода самотёком, по действием силы тяжести, поступает к точкам водоразбора. На первый взгляд, открытые системы не очень удобны: их нужно ставить повыше (причём напор будет зависеть от разницы высот между коллектором и точков водозабора), при этом необходимо продумать способ заполнения резервуара (подвести к нему шланг с насосом), а назначение таких устройств ограничивается горячим водоснабжением и нагревом бассейнов. С другой стороны, подобные коллекторы предельно просты, недороги, не требуют подключения к сети и способны работать даже при полном отсутствии электричества (пока есть вода в баке).

Ещё один вариант конструкции — устройства без бака, работающие от циркуляционного насоса. Однако они встречаются реже, в основном среди моделей для подогрева бассейнов (см. «Назначение»).

— Закрытый. Закрытые коллекторы предполагают работу под высоким давлением (порядка 5 – 6 бар) и рассчитаны на непосредственное встраивание в систему горячего водоснабжения. Для нагрева при этом обычно используется косвенный принцип работы — передача тепла от воды в коллекторе к воде в системе ГВС через специальный теплообменник.

Такие устройства заметно сложнее и дороже отк…рытых, причём как сами по себе, так и в установке. В то же время они более универсальны и эффективны, могут применяться как для ГВС, так и для отопления. К тому же установить обогреватель можно на любой высоте — этот момент не влияет на напор в системе, в отличие от открытых конструкций.

Монтаж

Штатный способ монтажа, предусмотренный конструкцией коллектора.

Говоря о монтаже, стоит отметить, что все солнечные коллекторы рассчитаны на установку под углом к горизонту. Именно за счёт этого можно добиться того, что угол падения солнечных лучей будет максимально близок к перпендикуляру — и, соответственно, эффективность прибора будет близка к максимальной. Поэтому и горизонтальные, и наклонные модели по сути устанавливаются в одинаковом положении — наклонном; разница же между этими вариантами заключается в том, что служит опорой для коллектора. Подробнее см. соответствующие пункты.

— Наклонный. Коллекторы, рассчитанные на установку на специальную подставку (раму). Благодаря этой раме поглощающая поверхность располагается под нужным углом к горизонту, сама же подставка рассчитана на установку на ровной горизонтальной поверхности. Если вы планируете разместить коллектор на такой поверхности — например, на плоской крыше или на земле рядом с домом — стоит обратить внимание именно на наклонные модели.

— Горизонтальный. Горизонтальными называют устройства, не укомплектованные подставками и в целом не рассчитанные на использование подставок. Такие коллекторы укладываются непосредственно на поверхность крыши, необходимый угол наклона при этом обеспечивается исключительно за счёт наклона поверхности. Соответственно, основной сферой применения горизонтальных моделей являются дома с…покатыми кровлями, куда невозможно установить наклонный коллектор. Недостатком данного варианта является то, что угол расположения устройства напрямую зависит от угла наклона крыши.

— Универсальный. Коллекторы, допускающие установку и горизонтальным, и наклонным способом. Подробнее об этих вариантах см. соответствующие пункты, а их сочетание в одной модели позволяет пользователю выбирать оптимальный вариант, в зависимости от ситуации. Впрочем, подобная универсальность обходится недёшево, а на практике требуется крайне редко — солнечный коллектор обычно приобретается в расчёте на строго определённое место установки, и с выбором специализированного варианта (наклонный или горизонтальный), как правило, не возникает проблем. Вследствие этого подобные модели встречаются крайне редко. Также отметим, что подставка для наклонной установки может не входить в комплект, её понадобится приобрести отдельно.

Назначение

Основное применение, на которое рассчитан солнечный коллектор. Отклоняться от этих рекомендаций крайне нежелательно: от назначения зависят специфические особенности конструкции и функционирования, и в «неродном» режиме устройство в лучшем случае окажется неэффективным, а в худшем — может выйти из строя и даже привести к авариям.

— ГВС. Применение в системах горячего водоснабжения — классический вариант, под который делается абсолютное большинство современных солнечных коллекторов. Конкретный способ встраивания в систему ГВС может быть разным: в частности, открытые модели используют прямой нагрев воды, закрытые — косвенный (подробнее см. «Вид»). Однако как бы то ни было, солнечный нагрев может оказаться очень удобным для обеспечения горячей воды. Он может играть как вспомогательную роль (для экономии энергии при основном нагреве или как запасной вариант на случай отключения горячей воды), так и основную (например, на загородной даче или другом аналогичном месте, где горячей воды нет изначально).

— Отопление и ГВС. Устройства, рассчитанные на применение и для горячего водоснабжения, и для отопления. О ГВС подробнее см. соответствующий пункт; однако не всё, описанное там, справедливо для данной категории. Для того, чтобы коллектор можно было эффективно встроить в систему отопления, он должен удовлетворять определённым дополнительным требованиям. Прежде всего, такое п…рименение допускается только для закрытых устройств (см. «Вид») — отопительный контур работает под довольно высоким давлением и принудительной циркуляцией, открытая схема работы здесь неприменима. Во-вторых, «отопительный» коллектор должен допускать использование круглый год (см. «Дополнительно») — ведь наиболее остро вопрос отопления стоит именно в холодный сезон, а работать при низкой внешней температуре могут далеко не все модели.

— Подогрев бассейна. В данную категорию включены солнечные коллекторы высокой производительности, допускающие применение для обогрева воды в бассейне, а также для других целей, требующих постоянного поступления большого количества горячей воды — например, работы систем «тёплый пол» или набора ванны. Разумеется, они могут применяться и в более традиционном формате — например, для систем ГВС; однако основной специализацией остаются всё же описанные задачи, связанные с большим потреблением нагретой воды.

Круглогодичное использование

В данную категорию включены солнечные коллекторы, допускающие использование в течение всего года — в том числе и в зимнее время, при минусовой температуре воздуха. По сути, единственным условием для эффективной работы такого устройства является наличие солнечного света.

Главной отличительной особенностью подобных моделей является высокая степень термоизоляции, призванная не только снизить потери тепла, но и защитить циркулирующий внутри теплоноситель от замерзания. В большинстве таких устройств теплоизоляция обеспечивается за счёт вакуума (отметим, что это могут быть не только собственно вакуумные, но и улучшенные плоские коллекторы — подробнее см. «Тип»). Кроме того, в «круглогодичных» коллекторах нередко применяется принцип непрямого нагрева: роль теплоносителя играет антифриз с температурой замерзания значительно ниже нуля, а нагреваемая вода получает тепло через стенку теплообменника. Впрочем, современные технологии позволяют делать «морозостойкими» и устройства с прямым нагревом.

Удобство коллекторов данного типа очевидно, однако и обходятся они недёшево. Поэтому приобретать модель с возможностью использования круглый год стоит лишь в том случае, если такая возможность имеет критическое значение; навряд ли «всесезонный» коллектор имеет смысл ставить, к примеру, на даче, где зимой никого не бывает.

Материал абсорбера

Материал, из которого выполнен абсорбер — слой, поглощающий солнечную энергию. Это основная рабочая часть коллектора, от её конструкции во многом зависят общие рабочие свойства устройства.

В большинстве современных моделей, независимо от типа, абсорбер выполняется из меди со специальным покрытием. Этот металл отличается высокой теплопроводностью, благодаря чему он эффективно передаёт тепло на теплоноситель. А покрытие применяется для того, чтобы улучшить поглощение солнечного света, снизить его отражение и, соответственно, добиться хороших показателей КПД.

Ещё один вариант, встречающийся в солнечных коллекторах — алюминий. Он обходится несколько дешевле меди, весит меньше, однако уступает ей по теплопроводности и рабочим характеристикам.

Площадь абсорбера

Общая площадь поглощающей поверхности коллектора. Для комплектов с несколькими коллекторами (см. «Количество коллекторов») указывается площадь для одного устройства.

Отметим, что смысл данного показателя зависит от типа коллектора (см. соответствующий пункт). В плоских устройствах речь идёт именно о рабочей площади — размере поверхности, которая подвергается солнечному свету. В трубчатых моделях (вакуумных, термосифонных), где роль абсорбера играют трубки, учитывается общая площадь поверхности трубок — в том числе та, которая при работе находится «в тени» и не нагревается солнцем. Для того, чтобы задействовать и эту поверхность в работу, могут применяться специальные рефлекторы, однако они имеются далеко не во всех трубчатых коллекторах.

Всё вышеизложенное означает, что сравнивать между собой по площади абсорбера можно только коллекторы одного типа и схожей конструкции. Если же говорить о таком сравнении, то большая площадь, с одной стороны, обеспечивает большую эффективность и скорость нагрева, а с другой — соответствующим образом сказывается на габаритах устройства и размере пространства, необходимом для его установки. Здесь, опять же, есть своя специфика, в зависимости от типа. Так, общая площадь плоского коллектора приблизительно соответствует площади рабочей поверхности; она чуть больше, но эта разница невелика. А вот в трубчатых моделях встречается парадокс, когда общая площадь получается меньше площади абсорбера. Впрочем, в…этом нет ничего сверхъестественного, если учесть особенности конструкции и замера той и другой площади.

Апертурная площадь

Апертурная площадь коллектора; в комплектах из нескольких устройств (см. «Количество коллекторов») указывается для одного коллектора.

Апертурная площадь — это, фактически, рабочая площадь устройства: размер пространства, непосредственно освещаемого солнцем. В плоских моделях (см. «Тип») этот размер соответствует размеру стеклянного «окна» на передней стороне коллектора; при этом апертурная площадь обычно либо равна площади абсорбера (см. соответствующий пункт), либо незначительно меньше (из-за того, что края «окна» могут прикрывать края поглощающей поверхности. А вот в трубчатых коллекторах (вакуумных, термосифонных) апертурная площадь может измеряться по разному, в зависимости от наличия рефлектора. Если он имеется, рабочая площадь получается равной площади абсорбера, т. к. трубки облучаются со всех сторон. Если же рефлектор не предусмотрен, то апертурная площадь берётся как сумма площадей проекций всех трубок; длина проекции при этом соответствует длине трубки, ширина — внутреннему диаметру стеклянной колбы или наружному диаметру внутренней трубки, в зависимости от конструкции.

Апертурная площадь — один из самых важных параметров для современных солнечных коллекторов, именно к нему привязываются многие рабочие характеристики. При этом, пересчитывая эти характеристики на 1 м2 апертурной площади, можно сравнивать между собой разные модели (в том числе и относящиеся к разным типам).

Общая площадь коллектора

Общая площадь коллектора. Если коллекторов в комплекте несколько, данный показатель приводится для одного устройства.

Общая площадь определяет прежде всего габариты коллектора и количество места, которое потребуется для его установки (при этом стоит учесть, что при одинаковой площади конкретные размеры разных моделей могут быть разными). При этом если речь идёт о горизонтальном размещении (см. «Монтаж»), то общая площадь коллектора будет соответствовать площади пространства, которое он займёт после установки. А вот при наклонном монтаже основание всей конструкции занимает несколько меньшую площадь — это обусловлено спецификой установки.

Отдельно стоит коснуться связи между общей и рабочей (апертурной) площади. Напомним, практические характеристики солнечного коллектора определяются в первую очередь его апертурной площадью, подробнее о ней см. соответствующий пункт. При этом в плоских моделях (см. «Тип») рабочая площадь неизбежно будет меньше общей, а вот в трубчатых бывает и наоборот — в некоторых случаях площадь рабочей поверхности всех трубок может превышать площадь самого устройства. Ничего странного в этом нет, такое явление связано с геометрическими особенностями конструкции.

Тип трубок

Тип трубок, используемых в конструкции соответствующего солнечного коллектора — вакуумного или термосифонного (см. «Тип»).

— Коаксиальные вакуумные прямого нагрева. Простейшая разновидность вакуумных трубок: полая трубка из абсорбера, заключённая в стеклянную вакуумную колбу. Такая колба имеет двойные стенки, между которыми находится вакуум, что обеспечивает необходимую степень теплоизоляции. А термин «прямой нагрев» означает, что теплоноситель (вода) циркулирует непосредственно во внутренней трубке, получая тепло за счёт контакта со стенками из абсорбера.

Главными преимуществами трубок прямого нагрева являются простота и невысокая стоимость. Считается, что они слабо подходят для «круглогодичных» коллекторов, однако современные технологии позволяют обеспечивать очень высокую степень теплоизоляции, благодаря чему на современном рынке имеются и всесезонные системы этого типа. Аналогичная ситуация и с применением в закрытых системах (см. «Вид»): элементы прямого нагрева несколько хуже подходят для такого применения, чем более продвинутые вакуумные трубки (вроде heat pipe), однако, помимо открытых, существуют и закрытые коллекторы с прямым нагревом. Однако недостатком данного варианта в любом случае является сравнительно невысокая эффективность.

— Коаксиальные вакуумные heat pipe. Вакуумные трубки, использующие передачу энергии за счёт системы т. н. тепловых трубок — heat pipe. Внешняя оболочка в так…ом элементе стеклянная, с двойными стенками и вакуумом между ними (по принципу термоса) а вот внутренняя часть как раз и представляет собой тепловую трубку — герметичную колбу (обычно медную), заполненную специальной жидкостью-теплоносителем с низкой температурой испарения. Верхняя часть этой трубки выведена в манифолд (корпус-теплообменник), она имеет увеличенные размеры и играет роль радиатора. Работает вся система следующим образом: солнечный свет нагревает тепловую трубку, пары теплоносителя поднимаются в её верхнюю часть, где конденсируются и через стенки радиатора передают тепло воде, движущейся по манифолду. Конденсат стекает назад в нижнюю часть тепловой трубки, после чего процесс повторяется.

Коаксиальные трубки с heat pipe сложнее по конструкции, чем системы прямого нагрева, и, закономерно, обходятся дороже. С другой стороны, они более эффективны, могут без ограничений применяться в высоконапорных закрытых коллекторах, а также всесезонных системах. Кроме того, устройства с таким принципом работы просты в ремонте: при поломке одной из трубок не нужно менять весь коллектор — достаточно заменить саму трубку. Это не вызывает особых трудностей и может осуществляться прямо на месте установки, без демонтажа всей конструкции.

— Коаксиальные вакуумные U-type. Вакуумные трубки, оснащённые U-образными теплообменниками. Такой теплообменник имеет вид тонкого трубопровода, проходящего от корпуса-манифолда по всей длине трубки и обратно; трубопровод по форме обычно напоминает букву U, отсюда и название. Сам манифолд, как правило, делается двухтрубным: по одной трубе в коллектор поступает холодная вода (к ней подключены входы U-образных теплообменников), по другой — отводится нагретая (к ней подключены выходы теплообменников).

Подобная конструкция позволяет добиться довольно высоких показателей эффективности в сочетании с отличной теплоизоляцией: вода не контактирует напрямую со стенками абсорбера, что особенно важно при использовании в холодную погоду. Да и с применением трубок U-type в закрытых коллекторах (см. «Вид») тоже не возникает никаких проблем. Из недостатков, помимо довольно высокой стоимости, можно назвать высокое гидродинамическое сопротивление и чувствительность к загрязнениям, что выдвигает повышенные требования к характеристикам насоса и чистоте теплоносителя. Кроме того, подобные коллекторы сложны в ремонте: трубки и манифолд представляют собой единое целое, и для исправления неполадок нередко приходится снимать с крыши всю конструкцию, да и заменить отдельную трубку невозможно.

— Перьевые вакуумные. Перьевые вакуумные трубки представляют собой своеобразную модификацию систем heat-pipe (см. соответствующий пункт). В них heat-pipe размещается не во внутренней трубке, а на плоском абсорбере, и вся эта конструкция установлена внутри стеклянной колбы, из которой откачан воздух. Перьевые системы отличаются высокой эффективностью — благодаря тому, что абсорбер не греет воздух внутри колбы, а передаёт практически всю энергию на теплоноситель; однако и стоят они недёшево. Кроме того, такие системы довольно сложны в монтаже, а при выходе трубки из строя её неизбежно придётся менять целиком (хотя с самой заменой проблем обычно не возникает). Также стоит отметить, что перьевые трубки сильнее зависят от угла падения света, чем решения с традиционным круглым абсорбером.

Размер трубок (øxВ)

Размер трубок, используемых в соответствующем солнечном коллекторе — вакуумном или термосифонном (см. «Тип»). Указывается в миллиметрах двумя цифрами, первая из которых обозначает диаметр, а вторая — длину (высоту).

В целом размер трубок — довольно специфический параметр, применяемый в некоторых формулах расчёта тепловой мощности и других рабочих характеристик. Эти формулы можно найти в специальных источниках; впрочем, если вы не очень дружите с физикой и математикой — лучше поручить выбор профессионалу.

Кол-во трубок

Общее количество трубок, предусмотренное в конструкции соответствующего коллектора (вакуумного или термосифонного, см. «Тип»).

Этот параметр во многом зависит от площади устройства: для крупного коллектора и трубок требуется больше. Впрочем, жёсткой зависимости здесь нет, устройства схожего размера могут различаться по количеству трубок. В целом же данный параметр является довольно специфическим, он используется в некоторых формулах расчёта необходимой мощности коллектора.

Макс.давление

Максимальное рабочее давление теплоносителя, на которое рассчитан коллектор. Данный параметр указывается только для закрытых моделей (см. «Вид») — открытые по определению работают при атмосферном давлении.

Максимальное давление, допустимое для выбранного коллектора, должно быть не ниже, чем рабочее давление в системе нагрева (ГВС, отопления и т. п.), к которой его планируется подключить. А в идеале стоит выбрать устройство с запасом по давлению хотя бы в 15 – 20 % — это даст дополнительную гарантию на случай различных сбоев и неполадок, да и общая надёжность у такого коллектора будет выше, чем у подобранного «впритык» (при прочих равных, разумеется).

КПД

Коэффициент полезного действия коллектора.

Изначально термин «КПД» обозначает характеристику, описывающую общую эффективность работы устройства — проще говоря, этот коэффициент обозначает, какая часть от поступающей на устройство энергии (в данном случае — солнечной) идёт на полезную работу (в данном случае — нагрев теплоносителя). Однако стоит отметить, что в случае солнечных коллекторов фактический КПД зависит не только от свойств самого устройства, но и от окружающих условий и некоторых особенностей работы. Поэтому в характеристиках обычно указывают максимальное значение данного параметра — т. н. оптический коэффициент полезного действия, или «КПД при нулевых тепловых потерях». Он обозначается символом η₀ и зависит исключительно от свойств самого прибора — а именно коэффициента поглощения абсорбера α, коэффициента прозрачности стекла t и эффективности передачи тепла от абсорбера к теплоносителю Fr. В свою очередь, реальный КПД (η) высчитывается для каждой конкретной ситуации по специальной формуле, которая учитывает разницу температур внутри и снаружи коллектора, плотность поступающего на устройство солнечного излучения, а также специальные коэффициенты теплопотерь k1 и k2. Этот показатель в любом случае будет ниже максимального — как минимум потому, что температуры внутри и снаружи устройства неизбежно будут разными (а чем выше эта разница — тем выше теплопотери).

Тем не менее, оценивать характеристики солнечного…коллектора и сравнивать его с другими моделями удобнее всего именно по максимальному КПД: в тех же практических условиях (и при одинаковых значениях коэффициентов k1 и k2) устройство с более высоким КПД будет более эффективным, чем устройство с более низким.

В целом более высокие значения КПД позволяют добиться соответствующей эффективности, притом что площадь коллектора может быть сравнительно небольшой (что, соответственно, положительно сказывается также на габаритах и цене). Особенно этот параметр важен в том случае, если устройство планируется использовать в холодное время года, в местности с «хмурым» климатом и сравнительно небольшим количеством солнечного света, либо если места под коллектор немного и использовать устройство большой площади нельзя. С другой стороны, для повышения КПД требуются специфические конструктивные решения — а они как раз усложняют и удорожают конструкцию. Поэтому при выборе по данному показателю стоит учитывать особенности применения коллектора. К примеру, если устройство покупается для дачи в южном регионе, где планируется бывать только летом, воды требуется относительно немного и с солнечной погодой проблем нет — на КПД можно не обращать особого внимания.

Коэф. отражения зеркала p

Коэффициент отражения зеркала, предусмотренного в конструкции коллектора.

Данный показатель указывается только для трубчатых моделей (вакуумных и термосифонных — см. «Тип»), оснащённых дополнительным рефлектором. Такой рефлектор, собственно, и представляет собой зеркало особой формы, установленное за трубками; это зеркало отражает солнечные лучи, прошедшие мимо трубок, и направляет их обратно на трубки. Благодаря этому задействуется практически вся площадь абсорбера, а не только та половина, которая находится под солнечным светом. А коэффициент отражения описывает, какая часть от попадающих на зеркало солнечных лучей эффективно отражается обратно; этот момент напрямую влияет на КПД устройства. В современных рефлекторах коэффициент отражения нередко превышает 90 % — это очень высокий показатель для зеркала.

Коэф. прозрачности стекла t

Коэффициент прозрачности стекла, используемого в конструкции коллектора.

Данный параметр описывает, какое количество солнечного излучения, падающего на стекло, проходит через него без препятствий. Чем выше значение t — тем меньше тепла теряется при прохождении через стекло, тем больше энергии передаётся на абсорбер и тем выше получается эффективность коллектора (при прочих равных). Собственно, коэффициент прозрачности является одним из важнейших факторов, влияющих на КПД устройства (наряду с коэффициентами поглощения и отражения абсорбера — см. соответствующие пункты).

Коэф. поглощения абсорбера α

Коэффициент поглощения абсорбера, используемого в конструкции коллектора.

От данного параметра напрямую зависит общая эффективность работы поглощающего покрытия и, как следствие, КПД устройства в целом. Коэффициент поглощения описывает, какая часть солнечной энергии, достигающей абсорбера, поглощается им и передаётся на теплоноситель (обычно с некоторыми потерями, однако в данном случае ими можно пренебречь). В идеале данный показатель должен достигать 100 %, однако добиться этого если и возможно, то чрезвычайно сложно и неоправданно дорого. Поэтому коэффициент поглощения обычно несколько ниже — около 95 %; этого более чем достаточно для эффективной работы коллектора. Остальная часть энергии отражается в виде излучения; подробнее об этом см. «Коэф. излучения абсорбера ε». Здесь же отметим, что в конструкции трубчатых коллекторов нередко применяются колбы со специальным внутренним покрытием, которое возвращает отражённые лучи на абсорбер и повышает фактический коэффициент поглощения.

Коэф. излучения абсорбера ε

Коэффициент излучения абсорбера (поглощающего покрытия), используемого в конструкции коллектора.

Данный параметр описывает, какая часть энергии, попадающей на поглощающее покрытие, отражается обратно. Напомним, задача абсорбера — максимально поглощать попадающую на него солнечную энергию; соответственно, в идеале он должен вести себя как «абсолютно чёрное тело» и не отражать вообще ничего. Но добиться таких характеристик крайне сложно и дорого, поэтому какая-то часть лучистой энергии неизбежно отражается от абсорбера. Этот показатель в современных солнечных коллекторах крайне мал — он редко превышает 5 %; кроме того, внешние стеклянные колбы могут иметь внутри специальное селективное покрытие, которое возвращает часть отражённых лучей и снижает фактический коэффициент излучения всей системы.

Температура стагнации

Температура стагнации коллектора, точнее — максимальная температура теплоносителя, достигаемая в режиме стагнации.

Под термином «стагнация» в данном случае подразумевают застой теплоносителя в коллекторе, из-за чего поступающая на устройство тепловая солнечная энергия не отводится от него. Такая ситуация может возникнуть, например, при прекращении отбора тепла или горячей воды, при отключении циркуляционного насоса, при завоздушивании или засорении контура и т. п. При этом температура теплоносителя может значительно повышаться (до 200 °С и более) и превышать температуру кипения не только воды, но и специальных составов. Отметим, что данный режим является хоть и неблагоприятным, но не аварийным — серьёзные неполадки в системе могут возникнуть лишь при многократной стагнации в течение короткого промежутка времени. А в продвинутых коллекторах нередко предусматриваются различные решения, призванные свести к минимуму негативное влияние данного режима.

Температура стагнации в целом является справочным параметром, она не влияет на основные рабочие характеристики и не является основным критерием при выборе. Однако в целом считается, что более высокие показатели свидетельствуют о более высоком уровне и продвинутой конструкции коллектора. Отчасти это оправдано: «высокотемпературная» модель должна быть достаточно эффективной для поглощения большого количества энергии (в частности, иметь качественное селективное покрытие стеклянной изоляции)…и достаточно надёжной для того, чтобы нормально перенести контакт с разогретым теплоносителем.

Коэф. потери тепла k1

Коэффициент потери тепла k1, которому соответствует коллектор.

Этот показатель является чисто справочным: наряду с коэффициентом k2 он применяется для расчёта реального КПД устройства в конкретной ситуации (подробнее см. «КПД»). Впрочем, при прочих равных более низкий k1 даёт меньшие потери тепла и, соответственно, более высокий реальный КПД.

Коэф. потери тепла k2

Коэффициент потери тепла k2, которому соответствует коллектор.

Этот показатель является чисто справочным: наряду с коэффициентом k2 он применяется для расчёта реального КПД устройства в конкретной ситуации (подробнее см. «КПД»). Впрочем, при прочих равных более низкий k2 даёт меньшие потери тепла и, соответственно, более высокий реальный КПД.

Комплектация

— Кол-во коллекторов. Количество отдельных коллекторов, непосредственно входящих в комплект поставки. Большинство современных солнечных коллекторов продаётся по одному, однако встречаются также комплектации, включающие сразу два, а то и три прибора. Такие комплекты рассчитаны на обширные системы нагрева, для которых одного коллектора недостаточно. Покупка набора из нескольких устройств удобна тем, что все они имеют одинаковые размеры, рабочие характеристики и требования по совместимости с другими компонентами системы; так что при использовании не возникает проблем с подсчётами рабочих характеристик и совместимостью. Кроме того, набор нередко обходится дешевле, чем то же количество коллекторов, приобретённых по отдельности.

— Водонагреватель. Наличие водонагревателя в комплекте поставки коллектора.

Обычно в данном случае речь идёт о накопительном водонагревателе — устройстве, известном в просторечии как «бойлер». В основе конструкции такого устройства лежит бак на несколько десятков литров (нередко — 100 и более). Вода, нагретая коллектором, запасается в этом баке и хранится там до тех пор, пока не потребуется; водонагреватель обычно имеет хорошую теплоизоляцию, и температура воды в нём может поддерживаться на неизменном уровне довольно долго.

В целом накопительный водонагреватель является одним из самых важных компонентов системы горячего водоснабжения с солнечным коллектором. Правда, многие колл…екторы допускают работу и в «проточном» режиме, когда вода, прошедшая через устройствор, сразу подаётся к точке водоразбора. Однако такой режим не очень удобен — в частности, потому, что температура воды получается нестабильной, к тому же она сильно зависит от погоды (интенсивности солнечного света). Накопительный же нагреватель позволяет держать наготове гарантированный запас воды определённой температуры. Такое оборудование может продаваться и отдельно, однако купить водонагреватель одновременно с коллектором обычно проще (не нужно переживать о совместимости), а нередко — ещё и дешевле.

— Фотомодуль. Наличие фотомодуля в конструкции солнечного коллектора.

Фотомодуль (фотоэлектрический модуль) представляет собой солнечную батарею — элемент, вырабатывающий электричество от яркого света. В современных солнечных коллекторах такое оснащение чаще всего применяется для обеспечения электрической автономности: при отключении внешнего питания циркуляционный насос и другие компоненты, требующие электричества, запитываются от фотоэлемента, и система сохраняет работоспособность. Разумеется, качество такого питания также зависит от интенсивности солнечного света, однако современные технологии позволяют создавать довольно эффективные и в то же время компактные фотоэлементы. Стоит учитывать, что фотомодули в таких устройствах обычно делаются съёмными и могут не входить в комплект поставки; наличие такого оснащения в комплекте стоит уточнять отдельно.

Другая разновидность солнечных нагревателей с фотомодулями — т. н. гибридные модели. Они сочетают в себе собственно коллектор и полноценную солнечную батарею, способную вырабатывать электричество для внешних потребителей. Впрочем, такие устройства сложны и дороги, а домашние «солнечные электростанции» встречаются намного реже, чем системы нагрева воды на основе солнечной энергии. Поэтому данная разновидность встречается крайне редко.

Расширительный бак

Объём расширительного бака, поставляемого в комплекте с солнечным коллектором.

Расширительный бак, в соответствии с названием, предназначен для компенсации теплового расширения жидкости в нагревательной системе (ГВС, отопление и т. п.). При повышении температуры и увеличении объёма жидкости её излишки поступают в расширительный бак, что позволяет избежать критического повышения давления и повреждения компонентов системы. Объём бака должен быть достаточным для того, чтобы справиться с тепловым расширением при максимальной планируемой рабочей температуре. Рассчитать минимальную вместимость можно по специальным формулам; они учитывают общий объём и характеристики теплоносителя, перепады температур, особенности конструкции системы нагрева и т. п.

Отметим, что расширительный бак вполне можно и купить отдельно; однако в некоторых ситуациях удобнее (а то и дешевле) приобрести его сразу с солнечным коллектором.

Объем водонагревателя

Объём водонагревателя, поставляемого в комплекте с солнечным коллектором.

Напомним, водонагреватель фактически представляет собой бак, в котором накапливается нагретая вода для дальнейшего использования. Такое приспособление позволяет постоянно иметь в своём распоряжении определённый объём горячей воды — в том числе и в вечернее и ночное время, когда нагрев недоступен. Вода в баке, разумеется, тоже постепенно остывает, но большинство водонагревателей имеет хорошую теплоизоляцию, и этот процесс идёт очень медленно.

Большая вместимость водонагревателя, с одной стороны, позволяет накопить соответствующий объём горячей воды и снижает вероятность того, что она закончится в самый неподходящий момент. С другой стороны, объём бака заметно сказывается на его габаритах, весе и цене. Так что при выборе водонагревателя по объёму стоит учитывать фактические потребности в горячей воде; их можно довольно точно вычислить по специальным формулам.

Электронагреватель

Наличие ТЭНа — трубчатого электронагревателя — в конструкции солнечного коллектора.

ТЭН состоит из нити нагрева, металлической трубки, в которую она заключена, и изолирующего материала с хорошей теплопроводностью (песка, масла и т.п.), заполняющего пространство между нитью и трубкой. Такое приспособление играет роль дополнительного нагревателя, повышающего общую эффективность коллектора: если нагрева от солнца недостаточно, можно дополнительно подключить ТЭН и добиться требуемой температуры. Однако стоит учитывать, что для использования этой функции требуется как минимум наличие «в хозяйстве» электричества, а для мощных ТЭНов может понадобиться ещё и специфический формат подключения (напрямую к щитку, а то и к трём фазам 380 В). Также не стоит забывать, что данная функция связана с дополнительными расходами: если солнечная энергия поступает «даром», то за электрическую приходится платить. Впрочем, солнечный коллектор с ТЭНом всё равно обходится значительно дешевле, чем чисто электрический бойлер или котёл той же мощности.

Материал рамы

Материал, из которого выполнена рама трубчатого коллектора (вакуумного или термосифонного — см. «Тип»).

В данном случае рама — это подставка, благодаря которой сам коллектор устанавливается под нужным углом к горизонту. Основными вариантами для этого элемента конструкции являются алюминиевые сплавы и сталь; алюминий несколько легче, но в то же время дороже, а более тяжёлая сталь считается и более прочной. Впрочем, на практике особой разницы между этими материалами нет, они в любом случае достаточно прочны и устойчивы к коррозии — настолько, что срок службы рамы нередко превышает «долговечность» самого коллектора. Отметим только, что по ряду причин алюминий встречается преимущественно в вакуумных моделях, а сталь — в термосифонных.

Что такое солнечный коллектор?

Солнечный коллектор — это устройство, которое поглощает световую энергию солнца и преобразует ее в тепло. Тепло накапливается под стеклянной панелью в абсорбере и нагревает жидкость-теплоноситель, которая, в свою очередь, нагревает воду для водоснабжения или отопления.

Солнечная энергия улавливается поверхностью коллектора, поэтому чем больше площадь поверхности коллектора, тем больше тепла может накопить система. Конструкция коллектора имеет хорошую теплоизоляцию, предотвращая потери тепла, а правильная установка позволяют коллектору улавливать максимум солнечного света.

Солнечные коллекторы могут применяться практически для любых хозяйственных нужд, где требуется тепло:

— для автономного горячего водоснабжения;

— в качестве основного или дополнительного отопления жилых помещений;

— для подогрева открытых и закрытых бассейнов;

— для обогрева теплиц, производственных помещений.

Главный компонент солнечной установки — коллектор. Он преобразует солнечную радиацию в тепло и затем передает его воде, которая находится в теплоаккумулирующем баке-накопителе (бойлере). Тепло из солнечного коллектора передается воде в аккумулирующем тепло баке с помощью теплообменника. Теплообменником в этом процессе может служить змеевик в баке. Бойлеры могут быть различного объема. Вертикальная конструкция обладает наибольшим КПД. Температура воды в разных частях такого бака разная — это технологическое решение предотвращает смешивание в верхней части бака уже горячей воды с входящей холодной. Горизонтальный бак снижает производительность системы на 10–20%.

Бойлер обязательно должен быть хорошо теплоизолирован, чтобы нагретая за день вода ночью оставалась горячей. Потери тепла зависят от множества факторов (температура воздуха, ветер, время года) и ночью составляют около 0,5-1С в час. В идеале бак должен сохранять температуру воды до 2 суток.

Между коллектором и баком-накопителем размещается насос. Он обеспечивает циркуляцию воды, включаясь, когда температура солнечного коллектора превышает температуру бака. 

Трубки из нержавеющих материалов соединяют бак-накопитель с коллектором. При проектировании системы желательно расположить их внутри дома. Важно иметь несколько отдельных труб между коллектором и кранами, чтобы снизить потери тепла (трубы малого диаметра) и обеспечить быструю доставку воды к потребителю, с задержкой максимум в 10–20 секунд.

Преимущества солнечных коллекторов

На сегодняшний день солнечные коллекторы являются самыми эффективными устройствами, работающими на солнечной энергии. Их эффективность достигает 90–95%.

Солнечные коллекторы безопасны для здоровья людей и окружающей среды, так как не производят вредных выбросов. 

Но основное их преимущество — экономичность. Установив солнечный коллектор, вы снизите на 90% годовые затраты на горячее водоснабжение. Экономия на отоплении может достигать 30% в зависимости от региона.

Дополнительная экономия достигается за счет снижения нагрузки на имеющийся бойлер или газовый котел. Это увеличивает срок службы имеющейся системы отопления в 2 раза. Не последним фактором является и автономность от центральных систем отопления и водоснабжения, что позволит вам не зависеть от перебоев с водоснабжением.

 

Солнечный коллектор

Солнечный коллектор — это устройство для извлечения солнечной энергии косвенным образом в более пригодную для использования или хранения форму. Энергия солнечного света находится в форме электромагнитного излучения от инфракрасного (длинного) до ультрафиолетового (короткого) длин волн. Солнечная энергия, падающая на поверхность земли в любой момент времени, зависит от погодных условий, а также от местоположения и ориентации поверхности, но в целом она составляет в среднем около 1000 Вт на квадратный метр в ясный день, когда поверхность перпендикулярна солнечным лучам. .Солнечные коллекторы наилучшей конструкции — это те, которые собирают больше всего солнечных лучей [3]. Остекление — распространенный процесс, используемый для увеличения скорости поглощения солнечных лучей [3].

Конструкция

Солнечная система отопления состоит из описанного выше коллектора; контур теплопередачи, который включает текучую среду и средства ее циркуляции; и систему хранения, включающую теплообменник (если жидкость, циркулирующая через коллектор, не является той же жидкостью, которая используется для нагрева объекта системы).Система может включать или не включать вторичное распределение тепла между различными резервуарами для хранения или пользователями тепла. Система может использоваться различными способами, включая, среди прочего, подогрев горячей воды для бытовых нужд, подогрев плавательных бассейнов, подогрев воды для радиаторного или напольного нагревательного контура, обогрев промышленной сушилки или обеспечение подводимой энергии для системы охлаждения. Кроме того, глазирование — это процесс, в котором тонкий слой 5-гидроксиметилфурфурола наносится для улучшения отвода тепла при низкой длине волны света.Обычно тепло хранится в изолированных резервуарах для хранения, наполненных водой. Накопление тепла обычно предназначено для покрытия потребности в день или два, но существуют и другие концепции, включая сезонное хранение (когда летняя солнечная энергия используется для отопления зимой, просто повышая температуру на несколько градусов в нескольких миллионах литров воды (многочисленные пилотные проекты жилищного строительства) в Германии и других странах используют эту концепцию.)

Типы систем

Для солнечного нагрева горячей воды для бытового потребления используются два распространенных типа систем — термосифонная и насосная.В термосифонной системе над коллектором размещается накопительный бак. По мере того, как вода в коллекторе нагревается, она поднимается и начинает естественным образом циркулировать по резервуару. Это втягивает более холодную воду со дна резервуара. Эта система является саморегулирующейся и не требует движущихся частей или внешней энергии, поэтому она очень привлекательна. Его главный недостаток — необходимость размещения резервуара на уровне выше коллектора, что может оказаться физически затруднительным. В насосной системе для циркуляции воды используется насос, поэтому бак можно размещать независимо от расположения коллектора.Эта система требует внешней энергии для запуска насоса (хотя это может быть солнечная энергия, поскольку вода должна циркулировать только при падающем солнечном свете). Также требуется управляющая электроника для измерения градиента температуры на коллекторе и соответствующей регулировки насоса. Системы, использующие солнечные электрические насосы и элементы управления, известны как солнечные системы с нулевым выбросом углерода, в то время как системы, использующие электрическую сеть, известны как низкоуглеродные, поскольку они обычно имеют недостаток углерода на 10-20%.

Размещение

Солнечные коллекторы можно установить на крыше, но они должны быть обращены к солнцу, поэтому крыша, обращенная на север, в южном полушарии, и крыша, обращенная на юг, в северном полушарии являются идеальными.Коллекторы обычно также располагаются под углом, чтобы соответствовать широте места. Там, где есть доступ к солнечному свету, массив площадью от 2 до 10 квадратных метров обеспечит все необходимое для нагрева воды в типичном семейном доме. Такие системы являются ключевой особенностью экологичного жилья, поскольку вода и отопление помещений обычно являются крупнейшим потребителем энергии в домашних хозяйствах.

Солнечные тепловые коллекторы

Солнечный тепловой коллектор, накапливающий тепловую энергию, называется системой «периодического действия».Другие типы солнечных коллекторов не накапливают энергию, а вместо этого используют циркуляцию жидкости (обычно воды или раствора антифриза) для передачи тепла для прямого использования или хранения в изолированном резервуаре. Вода / гликоль обладает высокой теплоемкостью и поэтому удобна в обращении. Прямое излучение улавливается с помощью поверхности темного цвета, которая поглощает излучение в виде тепла и передает его перекачиваемой жидкости. Металл является хорошим проводником тепла, особенно медь и алюминий. В коллекторах с высокими характеристиками используется «селективная поверхность», на которой поверхность коллектора покрыта материалом, обладающим свойствами высокого поглощения и низкой излучательной способности.Селективная поверхность снижает потери тепла, вызванные излучением инфракрасного излучения от коллектора в окружающую среду. Другой метод уменьшения потерь тепла на излучение заключается в использовании прозрачного окна, такого как прозрачный УФ-стабилизированный пластик или стеклянная пластина с низким коэффициентом излучения. Опять же, материалы с низким энергопотреблением являются наиболее эффективными, особенно те, которые оптимизированы для усиления солнечного излучения. Боросиликатное стекло или «Pyrex» (TM) обладает низкоэмиссионными свойствами, что может быть полезно, в частности, для приготовления пищи на солнечной энергии.

По мере нагревания тепловые потери от самого коллектора снижают его эффективность, что приводит к увеличению излучения, в первую очередь инфракрасного.Противодействовать этому можно двумя способами. Сначала над пластиной коллектора помещается стеклянная пластина, которая будет улавливать излучаемое тепло в воздушном пространстве под ней. При этом используется так называемый парниковый эффект, который в данном случае является свойством стекла: оно легко пропускает солнечное излучение в видимом и ультрафиолетовом спектрах, но не очень хорошо передает переизлучение в инфракрасном диапазоне более низких частот. Стеклянная пластина также задерживает воздух в помещении, что снижает потери тепла за счет конвекции. Корпус коллектора также изолирован снизу и сбоку для уменьшения потерь тепла.Второй способ повышения эффективности — охлаждение пластины абсорбера. Это достигается путем обеспечения циркуляции самого холодного теплоносителя через абсорбер и с достаточной скоростью потока. Жидкость уносит поглощенное тепло, охлаждая абсорбер. Нагретая жидкость, выходящая из коллектора, либо непосредственно хранится, либо проходит через теплообменник для нагрева другого резервуара с водой, либо используется для непосредственного обогрева здания. Разница температур в эффективном солнечном коллекторе обычно составляет всего 10 или 20 ° C.Хотя большой перепад может показаться впечатляющим, на самом деле это показатель менее эффективной конструкции.

См. Также

* Фотоэлектрический модуль
* Возобновляемое тепло

Ссылки

Внешние ссылки

* [ http://www.jc-solarhomes.com/solar Colle_collector_plans , парниковый эффект и солнечные панели ]
* [ http://www.jainsolar.com Солнечные водонагреватели, солнечное освещение и солнечные панели ]
* [ http: // www.hotspringsenthusiast.com/Tub.asp Создание гидромассажной ванны ]
* [ http://www.TiNOX.com Высокоселективное солнечное тепловое покрытие на основе PVD ]
* [ http: // www. bigginhill.co.uk/solar.htm DIY Solar Panel ]
* [ http://www.finishing.com/231/42.html Солнечное селективное покрытие ]
* [ http: // www.solec.org/ Излучающие барьеры, светоотражающая изоляция, низкоэмиссионные покрытия, селективные поверхности, светоотражающие покрытия кровли ]
* [ http: // www.aetsolar.com/Solar_Products_Services/clear_selective_coatings.htm Теплоселективные покрытия для солнечной энергии ]
* [ http://www.epsea.org/ Информация о солнечной энергии и энергоэффективности ]
* [ http: // www .esru.strath.ac.uk / Домашняя страница ESRU ]
* [ http://hes.lbl.gov/ The Home Energy Saver ]
* [ http: //www.eere. energy.gov/ Домашняя страница Министерства энергетики США и возобновляемых источников энергии (EERE) ]
* [ http: // www.solartrainingcentre.co.uk Курсы обучения солнечной энергии в Великобритании ]

Фонд Викимедиа.
2010.

Урок 2: Основы солнечного горячего водоснабжения

Обзор

В этом уроке вы узнаете об использовании солнца для обеспечения тепла. В этой части курса мы уделим особое внимание нагреву горячей воды для дома.

В солнечной водонагревательной системе сбор тепла является основной целью наряду с отводом тепла от собирающей поверхности, передачей его в накопитель и, в конечном итоге, использованием его для нагрева горячей воды для бытового потребления.

Мелководье озера обычно теплее, чем глубокое. Это потому, что солнечный свет может нагреть дно озера на мелководье, которое, в свою очередь, нагревает воду. Это природный способ солнечного нагрева воды. Солнце можно использовать практически так же, как для нагрева воды в зданиях и бассейнах.

Большинство солнечных водонагревательных систем для зданий состоит из двух основных частей: солнечного коллектора и накопительного бака .Самый распространенный коллектор называется плоским коллектором . Установленный на крыше, он представляет собой тонкий плоский прямоугольный ящик с прозрачной крышкой, обращенной к солнцу. Маленькие трубки проходят через коробку и несут жидкость — воду или другую жидкость, такую ​​как раствор антифриза, — для нагрева. Трубки прикреплены к пластине абсорбера , окрашенной в черный цвет для поглощения тепла. По мере того, как в коллекторе накапливается тепло, он нагревает жидкость, проходящую по трубкам.
Ниже описаны различные типы солнечных коллекторов.

В накопительном баке находится горячая жидкость. Это может быть просто модифицированный водонагреватель, но обычно он больше по размеру и очень хорошо изолирован. Системы, в которых используются жидкости, отличные от воды (обычно смесь пропиленгликоля), нагревают воду, пропуская ее через теплообменник, который передает тепло от смеси гликоля к нагреваемой воде.

Солнечные водонагревательные системы могут быть активными или пассивными . Наиболее распространены активные системы, в которых для перемещения жидкости между коллектором и резервуаром для хранения используются насосы.Пассивные системы, с другой стороны, полагаются на силу тяжести и склонность воды к естественной циркуляции при нагревании.

Этот дом в Неваде имеет встроенную коллекторную систему хранения (ICS) для обеспечения горячей водой.

Солнечные коллекторы — ключевой компонент активных систем солнечного отопления. Солнечные коллекторы собирают солнечную энергию, преобразуют ее излучение в тепло, а затем передают это тепло воде, солнечной жидкости или воздуху.Солнечная тепловая энергия может использоваться в солнечных водонагревательных системах, солнечных нагревателях бассейнов и солнечных системах отопления помещений. Есть несколько видов солнечных коллекторов:

  • Плоские коллекторы
  • Коллекторы вакуумные
  • Интегральные коллекторно-накопительные системы

В жилых и коммерческих зданиях, где требуется температура ниже 200F, обычно используются плоские коллекторы, тогда как в тех, где требуется температура выше 200F, используются вакуумные трубчатые коллекторы.

В начало

Типы солнечных водонагревательных систем

Активные солнечные водонагревательные системы

Активные солнечные водонагреватели используют электрические насосы, клапаны и контроллеры для циркуляции воды или других теплоносителей (обычно смеси пропиленгликоля) через коллекторы. Существуют три типа активных солнечных водонагревательных систем:

1. В системах с прямой циркуляцией (или открытых систем ) используются насосы для циркуляции воды через коллекторы.Эти системы подходят для мест, которые не замерзают в течение длительного времени и не имеют жесткой или кислой воды. Эти системы не одобрены Solar Rating & Certification Corporation (SRCC), если в них используется рециркуляционная защита от замерзания (циркуляция теплой воды в резервуаре в условиях замерзания), потому что для эффективной защиты требуется электроэнергия.

2. Системы с косвенной циркуляцией (или закрытых систем ) перекачивают теплоносители, такие как смесь гликоля и водяного антифриза, через коллекторы.Теплообменники передают тепло от жидкости питьевой воде, хранящейся в резервуарах. Некоторые непрямые системы имеют защиту от перегрева, которая защищает коллектор и гликолевую жидкость от перегрева при низкой нагрузке и высокой интенсивности поступающего солнечного излучения.

3. Дренажные системы , тип косвенной системы, используют насосы для циркуляции воды через коллекторы. Вода из коллекторного контура стекает в резервуар-накопитель при остановке насосов.Это делает дренажные системы хорошим выбором для холодного климата. Дренажные системы должны быть тщательно установлены, чтобы гарантировать, что трубопровод всегда наклонен вниз, чтобы вода полностью стекала из трубопровода. В некоторых случаях этого может быть сложно.

Солнечные водонагревательные системы с отводом воды — хороший выбор для холодного климата, такого как Пенсильвания. Иллюстрация: Солнечный центр Северной Каролины.

Пассивные солнечные водонагревательные системы

Пассивные солнечные водонагревательные системы обычно дешевле, чем активные системы, но обычно не так эффективны.Пассивные солнечные водонагреватели полагаются на силу тяжести и склонность воды к естественной циркуляции при нагревании. Поскольку они не содержат электрических компонентов, пассивные системы, как правило, более надежны, проще в обслуживании и, возможно, имеют более длительный срок службы, чем активные системы.

1. Системы хранения со встроенным коллектором состоят из одного или нескольких резервуаров, помещенных в изолированную коробку с застекленной стороной, обращенной к солнцу. Зимой их необходимо осушить или защитить от замерзания.Эти солнечные коллекторы лучше всего подходят для областей, где температура редко опускается ниже нуля. Они также хороши в домохозяйствах со значительными дневными и вечерними потребностями в горячей воде; но они плохо работают в семьях с преимущественно утренними розыгрышами, потому что они теряют большую часть собранной энергии за ночь.

2. Термосифонные системы — это экономичный и надежный выбор, особенно в новых домах. Эти системы основаны на естественной конвекции теплой воды, поднимающейся вверх, для циркуляции воды через коллекторы и в бак (расположенный над коллектором).Когда вода в солнечном коллекторе нагревается, она становится светлее и естественным образом поднимается в резервуар, расположенный выше. Тем временем более холодная вода стекает по трубам к дну коллектора, улучшая циркуляцию. Некоторые производители размещают накопительный бак на чердаке дома, скрывая его от глаз. Непрямые термосифоны (которые используют гликолевую жидкость в коллекторном контуре) могут быть установлены в климатических условиях, склонных к замерзанию, если трубопровод в некондиционном пространстве должным образом защищен.

Солнечные водонагревательные системы почти всегда нуждаются в резервной системе в пасмурные дни и в периоды повышенного спроса.Обычные накопительные водонагреватели обычно обеспечивают резервное копирование и могут уже быть частью солнечной системы. Резервная система также может быть частью солнечного коллектора, например, резервуары на крыше с термосифонными системами. Поскольку накопительная система со встроенным коллектором уже накапливает горячую воду в дополнение к солнечному теплу, она может быть оснащена водонагревателем по запросу (без резервуара или проточного) для резервного копирования

В начало

Компоненты солнечной водонагревательной системы

Компоненты: Коллекторы

1.Коллекторы плоские

Плоские коллекторы — наиболее распространенные солнечные коллекторы для солнечных водонагревательных систем в домах и солнечного отопления помещений. Типичный коллектор с плоской пластиной представляет собой изолированный металлический ящик со стеклянной или пластиковой крышкой (так называемое остекление) и поглотительной пластиной темного цвета. Эти коллекторы нагревают жидкость или воздух до температуры менее 180 ° F. (см. Рисунок 1) Жидкие плоские коллекторы нагревают жидкость, когда она течет по трубкам внутри или рядом с пластиной абсорбера.В самых простых жидкостных системах используется бытовая питьевая вода, которая нагревается, проходя непосредственно через коллектор, а затем течет в дом. Солнечное отопление бассейна также использует технологию жидкостных плоских коллекторов.

Рис.1

Неглазурованные солнечные коллекторы обычно используются для обогрева бассейнов.

Воздушные плоские коллекторы используются в основном для солнечного отопления помещений.Пластины абсорбера в коллекторах воздуха могут быть металлическими листами, слоями экрана или неметаллическими материалами. Воздух проходит мимо абсорбера с помощью естественной конвекции или вентилятора. Поскольку воздух проводит тепло гораздо хуже, чем жидкость, от абсорбера коллектора воздуха передается меньше тепла, чем от абсорбера коллектора жидкости. Для отопления помещений используются воздушные плоские коллекторы.

2.Коллекторы вакуумные

Рис. 2 | Коллекторы с вакуумными трубами эффективны при высоких температурах.

Коллекторы с вакуумными трубами могут достигать чрезвычайно высоких температур (от 170F до 350F), что делает их более подходящими для коммерческого и промышленного применения. Однако коллекторы с вакуумированными трубками дороже, чем коллекторы с плоской пластиной, при этом стоимость единицы площади примерно в два раза выше, чем у коллекторов с плоской пластиной.(см. рисунок 2)

Коллекторы обычно состоят из параллельных рядов прозрачных стеклянных трубок. Каждая трубка содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Ребро покрыто покрытием, которое хорошо поглощает солнечную энергию, но препятствует радиационным потерям тепла. Воздух удаляется или откачивается из пространства между стеклянными и металлическими трубками для создания вакуума, который устраняет кондуктивные и конвективные потери тепла.

Новая конструкция с вакуумными трубками доступна от китайских производителей, Beijing Sunda Solar Energy Technology Co.Ltd. Конструкция «Дьюара» представляет собой вакуум, содержащийся между двумя концентрическими стеклянными трубками, с избирательным покрытием абсорбера на внутренней трубке. Обычно воде позволяют термосифонировать вниз и обратно во внутреннюю полость, чтобы передать тепло резервуару для хранения. Металлических уплотнений нет. Этот тип вакуумной трубки может стать конкурентоспособным по стоимости по сравнению с плоскими пластинами.

3. Интегральные коллекторно-накопительные системы

Интегральные коллекторно-накопительные системы (ICS), также известные как периодические системы, состоят из одного или нескольких пустых резервуаров или трубок в изолированном застекленном ящике.Холодная вода сначала проходит через солнечный коллектор, который предварительно нагревает воду, а затем попадает в обычный резервный водонагреватель.

Системы

ICS — это простые и надежные солнечные водонагреватели. Однако их следует устанавливать только в климате с умеренным морозом, потому что сам коллектор или наружные трубы могут замерзнуть в очень холодную погоду. Некоторые недавние исследования показывают, что проблему замерзания труб в некоторых случаях можно решить, используя устойчивые к замерзанию трубопроводы в сочетании с методом защиты от замерзания.

Компоненты: Теплообменник
Солнечные водонагревательные системы используют теплообменников для передачи солнечной энергии, поглощенной в солнечных коллекторах, жидкости или воздуху, используемым для нагрева воды или помещения.

Теплообменники могут быть из стали, меди, бронзы, нержавеющей стали, алюминия или чугуна. В системах солнечного отопления обычно используется медь, поскольку она является хорошим проводником тепла и обладает большей устойчивостью к коррозии.

Солнечные водонагревательные системы используют два типа теплообменников:

1.Теплообменники жидкость-жидкость

Теплообменники жидкость-жидкость используют жидкий теплоноситель, который циркулирует через солнечный коллектор, поглощает тепло, а затем протекает через теплообменник для передачи тепла воде в резервуар для хранения. Жидкости-теплоносители, такие как антифриз, защищают солнечный коллектор от замерзания в холодную погоду. Жидкостные теплообменники имеют один или два барьера (одинарные или двойные стенки) между теплоносителем и водопроводом.

Одностенный теплообменник представляет собой трубу или трубку, окруженную жидкостью. Либо жидкость, проходящая по трубке, либо жидкость, окружающая трубки, может быть теплоносителем, а другая жидкость — питьевой водой. Теплообменники с двойными стенками имеют две стенки между двумя жидкостями. Если теплоноситель токсичен, например, этиленгликоль, часто используют две стенки. Двойные стенки часто требуются в качестве меры безопасности в случае утечек, чтобы гарантировать, что антифриз не смешается с питьевой водой.Примером двухстенного теплообменника жидкость-жидкость является «кольцевой теплообменник», в котором трубка обернута вокруг бака с горячей водой и прикреплена к внешней стороне. Трубка должна быть должным образом изолирована, чтобы уменьшить тепловые потери. Некоторые местные нормы и правила требуют наличия двустенных теплообменников в солнечных водонагревательных системах.

Хотя двустенные теплообменники повышают безопасность, они менее эффективны, поскольку тепло должно передаваться через две поверхности, а не через одну. Для передачи такого же количества тепла теплообменник с двойными стенками должен быть больше, чем теплообменник с одинарными стенками.

2. Воздухо-жидкостные теплообменники

Солнечные системы отопления с коллекторами воздухонагревателя обычно не нуждаются в теплообменнике между солнечным коллектором и системой распределения воздуха. Некоторые солнечные системы воздушного отопления предназначены для нагрева воды, если удовлетворяются требования к обогреву помещения. В этих системах используются теплообменники типа «воздух-жидкость», которые аналогичны теплообменникам «жидкость-воздух».

Конструкции теплообменников
Существует множество конструкций теплообменников.Вот несколько распространенных:

1. Змеевик в баке

Теплообменник представляет собой змеевик в резервуаре для хранения. Это может быть одинарная трубка (одностенный теплообменник) или толщина двух трубок (двустенный теплообменник). Менее эффективной альтернативой является размещение змеевика снаружи резервуара-коллектора с изоляционным покрытием.

2. Кожухотрубный теплообменник

Теплообменник отделен (снаружи) от накопительного бака.Он имеет две отдельные контуры жидкости внутри корпуса или корпуса. Жидкости текут в противоположных направлениях друг к другу через теплообменник, обеспечивая максимальную теплопередачу. В одном контуре нагреваемая жидкость (например, питьевая вода) циркулирует по внутренним трубкам. Во втором контуре теплоноситель протекает между кожухом и трубками с водой. Трубки и кожух должны быть из одного материала. Когда коллектор или жидкий теплоноситель токсичны, используются трубы с двойными стенками, а нетоксичная промежуточная переносящая жидкость помещается между внешней и внутренней стенками трубок.

3. Трубчатый теплообменник

В этой очень эффективной конструкции трубы для воды и теплоносителя находятся в прямом тепловом контакте друг с другом. Вода и теплоноситель движутся в противоположных направлениях. Этот тип теплообменника имеет две петли, аналогичные описанным в кожухотрубном теплообменнике.

В начало

Калибровка

Для обеспечения эффективности теплообменник должен иметь правильный размер.При выборе правильного размера необходимо учитывать множество факторов, в том числе следующие:

  • Тип теплообменника
  • Характеристики жидкого теплоносителя (удельная теплоемкость, вязкость и плотность)
  • Расход
  • Температура на входе и выходе для каждой жидкости.

Обычно производители предоставляют показатели теплопередачи для своих теплообменников (в британских тепловых единицах в час) для различных температур жидкости и расхода. Кроме того, размер поверхности теплообменника влияет на его скорость и эффективность: большая площадь поверхности передает тепло быстрее и эффективнее.

Установка

Для достижения наилучших характеристик всегда соблюдайте рекомендации производителя по установке теплообменника. Обязательно выберите жидкий теплоноситель, совместимый с типом теплообменника, который вы будете использовать. Если вы хотите построить свой собственный теплообменник, имейте в виду, что использование различных металлов в конструкции теплообменника может вызвать коррозию. Кроме того, поскольку разнородные металлы имеют разные характеристики теплового расширения и сжатия, могут возникнуть утечки или трещины.Любое из этих условий может сократить срок службы теплообменника.

Компоненты: теплоносители

Жидкие теплоносители переносят тепло через солнечные коллекторы и теплообменник в резервуары для хранения тепла в солнечных водонагревательных системах. При выборе жидкого теплоносителя следует учитывать следующие критерии:

  • Коэффициент расширения: относительное изменение длины (или иногда объема, если указано) материала за единицу изменения температуры
  • Сопротивление вязкости жидкости сдвиговым силам (и, следовательно, течению)
  • Теплоемкость: способность вещества накапливать тепло
  • Точка замерзания Температура, ниже которой жидкость превращается в твердое вещество
  • Точка кипения: температура, при которой жидкость кипит
  • Точка вспышки: самая низкая температура, при которой пар над жидкостью может воспламениться на воздухе.

Например, в холодном климате для солнечных водонагревательных систем требуются жидкости с низкой температурой замерзания. Жидкости, подвергающиеся воздействию высоких температур, например, в пустынном климате, должны иметь высокую температуру кипения. Вязкость и теплоемкость определяют количество необходимой энергии откачки. Жидкость с низкой вязкостью и высокой удельной теплоемкостью перекачивать легче, поскольку она менее устойчива к течению и передает больше тепла. Другими свойствами, которые помогают определить эффективность жидкости, являются ее коррозионная активность и стабильность

Типы жидкостей-теплоносителей
Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых жидкостей-теплоносителей и их свойства:

Воздух
Воздух не замерзает и не закипает, не вызывает коррозии.Однако он имеет очень низкую теплоемкость и имеет тенденцию вытекать из коллекторов, каналов и заслонок.

Вода
Вода нетоксична и недорогая. Благодаря высокой удельной теплоемкости и очень низкой вязкости его легко перекачивать. К сожалению, вода имеет относительно низкую температуру кипения и высокую температуру замерзания. Он также может вызывать коррозию, если pH (уровень кислотности / щелочности) не поддерживается на нейтральном уровне. Вода с высоким содержанием минералов (например, «жесткая» вода) может вызывать образование минеральных отложений в трубах коллектора и водопроводах системы.

Смеси гликоль / вода
Наиболее распространенной жидкостью, используемой в закрытых солнечных водонагревательных системах, является пропиленгликоль. Смеси гликоль / вода имеют соотношение гликоль-вода 50/50 или 60/40. Этилен и пропиленгликоль — «антифризы». Этиленгликоль чрезвычайно токсичен и должен использоваться только в двустенных замкнутых системах. В одностенных теплообменниках можно использовать смеси пропиленгликоля и воды пищевого качества, если смесь сертифицирована как нетоксичная.Убедитесь, что в него не добавлены токсичные красители или ингибиторы. Большинство гликолей портятся при очень высоких температурах. Значение pH, точку замерзания и концентрацию ингибиторов следует проверять ежегодно, чтобы определить, нуждается ли смесь в каких-либо корректировках или заменах для поддержания ее стабильности и эффективности.

Хладагенты / жидкости с фазовым переходом
Они обычно используются в качестве теплоносителя в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах. Обычно они имеют низкую температуру кипения и высокую теплоемкость.Это позволяет небольшому количеству хладагента очень эффективно передавать большое количество тепла. Хладагенты быстро реагируют на солнечное тепло, что делает их более эффективными в пасмурные дни, чем другие перекачивающие жидкости. Поглощение тепла происходит, когда хладагент закипает (переходит из жидкой фазы в газообразную) в солнечном коллекторе. Выделение собранной теплоты происходит, когда газообразный хладагент снова конденсируется в жидкость в теплообменнике или конденсаторе. В солнечных коллекторах с вакуумными тепловыми трубками используется этот вид жидкости.

В течение многих лет хладагенты на основе хлорфторуглеродов (CFC), такие как фреон, были основными жидкостями, используемыми производителями холодильников, кондиционеров и тепловых насосов, поскольку они негорючие, малотоксичные, стабильные, некоррозионные и не замерзают. Однако из-за негативного воздействия ХФУ на озоновый слой Земли производство ХФУ постепенно прекращается, как и производство гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ). Те немногие компании, которые производили солнечные системы с хладагентом, либо полностью прекратили производство этих систем, либо в настоящее время ищут альтернативные хладагенты.Некоторые компании исследовали метиловый спирт в качестве замены хладагентов.

Если солнечная система заправлена ​​хладагентом и нуждается в обслуживании, следует связаться с местным специалистом по обслуживанию солнечных батарей или холодильного оборудования. С 1 июля 1992 года преднамеренный выброс ХФУ и ГХФУ во время обслуживания и ремонта или утилизации оборудования, содержащего эти соединения, является незаконным и карается высокими штрафами. Несмотря на то, что производство CFC было прекращено в США в 1996 г., лицензированный техник по холодильному оборудованию все еще может обслуживать вашу систему.

В начало

Компоненты: Циркуляционные насосы

Центробежные циркуляционные насосы чаще всего используются в солнечных водонагревательных системах. Центробежные насосы обычно имеют низкое энергопотребление, низкие эксплуатационные расходы и высокую надежность. Корпуса обычно изготавливаются из чугуна, бронзы или нержавеющей стали. Для более дешевых замкнутых систем подходят циркуляционные насосы из чугуна. Для разомкнутых систем, циркулирующих пополняющий запас воды, необходим циркуляционный насос из бронзы.Насосы из нержавеющей стали используются в плавательных бассейнах и других областях, где присутствуют химические вещества.

Когда определено, что насос должен работать в замкнутом контуре, разомкнутом контуре или в другой конкретной среде, требования к напору и расходу солнечной системы используются для выбора подходящего насоса. Напор — это давление, которое насос должен создать, чтобы создать желаемый поток через систему. Общее давление, которое должен создать насос, определяется высотой подъема воды и сопротивлением трения трубы.

Статический напор — это давление, возникающее в результате вертикальной высоты и соответствующего веса столба жидкости в системе. Чем выше насос должен поднимать жидкость против силы тяжести, тем выше статический напор, который он должен развивать. Динамический напор включает сопротивление трению жидкости, протекающей по трубе и фитингам в системе. Давление, которое насос должен создать для преодоления динамического напора, зависит от размера и длины трубы, количества фитингов и изгибов, а также скорости потока и вязкости жидкости.

Циркуляционные насосы обычно делятся на категории с низким, средним или высоким напором. Приложения с низким напором имеют напор от 3 до 10 футов (0,9–3 м); аппликации со средним напором, от 10 до 20 футов (3-6 м) напора; и аппликации с высоким напором, более 20 футов напора.

Компоненты: датчики и органы управления

Дифференциальный контроллер сообщает насосу, когда включать и выключать. Контроллер через датчики, подключенные к коллектору и накопительному резервуару, определяет, достаточно ли теплее выход коллектора, чем дно резервуара, чтобы включить циркуляционный насос.
Датчики расположены на выходе из коллектора и в нижней части солнечного резервуара. Эти датчики представляют собой термисторы, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры. Дифференциальный контроль сравнивает сопротивления двух датчиков. Он включает насос, когда коллекторы теплее (обычно 20F), чем дно солнечного резервуара для сбора полезного тепла. Контроллер обычно отключает насос, когда разница температур составляет от 3 до 50F.

Компоненты: Накопительный бак

Солнечная система нагрева воды обычно устанавливается между холодной водой, поступающей в дом, и обычным водонагревателем, и используется для предварительного нагрева воды, поступающей в обычный водонагреватель. Накопительный бак необходим для хранения воды, нагретой солнечной системой нагрева воды. Добавление еще одного накопительного бака для хранения воды, нагретой солнечными батареями, не только более эффективно, чем обычный водонагреватель, но и солнечный водонагреватель действует как средство защиты солнечных панелей от перегрева.На этом рисунке слева показан накопительный бак емкостью 80 галлонов, а справа — обычный водонагреватель, работающий на природном газе, с дополнительным изоляционным покрытием.

В летние месяцы, которые могут быть удовлетворены только солнечной горячей водой, вы можете установить «узел байпасного клапана» между накопительным баком солнечной энергии и резервным водонагревателем. Обвод солнечного коллектора состоит из трех клапанов (или двух трехходовых клапанов), которые позволяют напрямую снабжать дом водой, нагретой солнечными батареями.Клапан темперирования должен быть добавлен, когда вода, нагретая солнечными батареями, более горячая, чем обычно производится в обычном баке с термостатическим управлением. Клапан темперирования устанавливается на трубопроводе горячей воды, питающей дом. Желаемую максимальную температуру воды, подаваемой в кран, можно отрегулировать. Горячая вода поступает с одной стороны, холодная вода при необходимости поступает снизу, а смешанная вода выходит в дома по водопроводу.

Компоненты: обратный клапан

Обратный клапан позволяет жидкости течь только в одном направлении.Он предотвращает потерю тепла ночью за счет конвективного потока из теплого накопительного бака в холодные коллекторы. Обратные клапаны бывают «поворотного» или «пружинного» типа. Обратные клапаны поворотного типа должны быть установлены надлежащим образом (то есть не перевернутыми вертикально, чтобы они могли быть открытыми). Обратный клапан поворотного типа следует использовать с насосом, питаемым непосредственно от фотоэлектрического модуля. В условиях слабого солнечного света происходит более низкая скорость потока, которая может быть недостаточно сильной, чтобы преодолеть пружинный обратный клапан. Для систем, использующих циркуляционные насосы переменного тока, следует установить пружинные обратные клапаны.Пружина сопротивляется потоку термосифона в любом направлении.

Компоненты: Расширительный бак

Расширительный бак позволяет жидкости в замкнутой системе расширяться и сжиматься в зависимости от температуры жидкости. Без расширительного бачка водопровод легко лопнул бы при нагревании жидкости. Расширительные баки мембранного типа имеют внутреннюю камеру и камеру сжатого воздуха. Нагретая жидкость расширяется в замкнутом контуре относительно баллона и камеры сжатого воздуха.Поскольку жидкость сжимается при охлаждении, воздушная камера поддерживает давление в замкнутом контуре. Размер расширительного бака должен выдерживать расширение в зависимости от объема, коэффициента расширения и диапазона колебаний температуры. Размер и количество коллекторов, а также размер и длина трубопроводов и фитингов определяют объем жидкости. Расширительные баки мембранного типа можно найти в большинстве домов водоснабжения.

Компоненты: предохранительный клапан

Каждая система водяного отопления должна иметь защиту от высокого давления из-за высоких температур.Клапан сброса давления на 50 фунтов на квадратный дюйм обычно достаточен для защиты систем водопровода с замкнутым контуром от чрезмерного давления. Клапаны сброса температуры / давления обычно не используются в замкнутом контуре, поскольку часто встречаются высокие температуры. Чаще всего используются предохранительные клапаны только по давлению. Клапаны сброса давления должны иметь вентиляционную трубку, которая направляет вытекающую жидкость в ведро или слив в полу. Как только один из этих клапанов открывается, целесообразно заменить его, поскольку они часто не устанавливаются полностью, частицы накипи или грязи могут привести к медленной утечке.

Манометр

Компоненты: датчики давления и температуры

Манометр показывает, находится ли система с замкнутым контуром в допустимом диапазоне давления. Типичное давление в системе составляет от 10 до 15 фунтов на квадратный дюйм. Манометр используется в качестве диагностического прибора для контроля состояния заряда гликоля. Падение давления указывает на утечку в системе, которую необходимо найти и устранить.

Датчик температуры

Два датчика температуры , в замкнутом контуре и один в водяном контуре не являются обязательными, но являются ценными индикаторами функционирования системы. По одному датчику на каждой стороне теплообменника в коллекторном контуре показывает повышение температуры в коллекторах и изменение температуры в теплообменнике. Разница температур от 15 до 20F указывает на эффективную работу системы.Один датчик температуры в водяном контуре между выходом из теплообменника и входом в накопительный бак будет отображать текущую температуру воды, нагретой солнечными батареями, поступающей в накопительный бак.
Датчики температуры должны иметь диапазон от 0 до 240 или 300F. В жаркий летний день температура воды в солнечном контуре может составлять около 200F, хотя обычно 180F — это максимальная температура.

Вопросы 2 урока

  1. Кратко опишите два основных типа активных солнечных водонагревательных систем.
  2. Что движет циркуляцией жидкости от коллектора (коллекторов) к накопительному резервуару в пассивных солнечных водонагревательных системах?
  3. Какой самый распространенный тип солнечного коллектора?
  4. Когда требуется двустенный теплообменник в солнечной системе водяного отопления?
  5. Почему охлаждающие жидкости-теплоносители, такие как хлорфторуглерод, постепенно исключаются из систем солнечного отопления?
  6. Какой тип насоса обычно используется в типичной жилищной системе солнечного водонагревателя с обратной связью?
  7. В чем разница между статической головкой и динамической головкой?
  8. Где следует размещать датчики контроллеров в солнечной водонагревательной системе?
  9. Зачем устанавливать обратный клапан в солнечной системе водяного отопления? Где должен быть установлен пружинный обратный клапан?
  10. Какова основная функция расширительного бачка в системе с обратной связью?
  11. Где должны быть установлены датчики температуры, чтобы указать, как система работает в разомкнутой и замкнутой системе солнечного водонагревания?

В начало

ответов

Что такое площадь отверстия в солнечном коллекторе

Mojave Solar Project — Википедия
Проект Mojave Solar Project (MSP) — это общая площадь коллектора: 1559347 квадратных метров (385.323 сотки) Участок проем. Коллектор со стальной рамой E2 с монолитными стеклянными отражающими панелями дает общую площадь апертуры 691,2 квадратных метра (7440 квадратных футов). Всего получается … Читать статью

Параболический желоб — Википедия
Параболический желоб — это тип солнечного теплового коллектора, который является прямым в одном измерении и изогнутым как парабола Параболический желоб состоит из нескольких солнечных коллекторов. модули (SCM), соединенные вместе, чтобы двигаться как одна солнечная энергия, мощность, генерируемая на квадратный метр площади, варьируется… Прочтите статью

Солнечные коллекторы и их применение
В этой статье представлен обзор различных типов солнечных тепловых коллекторов и их применения. Первоначально c общая площадь апертуры коллектора (м 2) A f геометрический фактор коллектора A r площадь приемника (м 2) L коэффициент теплопередачи солнечного коллектора … Document Viewer

Solar Thermal collector — Wikipedia
Первый солнечный тепловой коллектор, предназначенный для крыш зданий, был запатентован Уильямом Х.Goettl и назвал «Солнечный коллектор и радиатор тепла для неконцентрирующего типа, площадь коллектора (то есть область, которая задерживает солнечную энергию, отверстие любого фиксированного коллектора изменяется. … Читать статью

Model # of Общая площадь трубок (фут2) Площадь апертуры (фут2) БТЕ / день (рейтинг SRCC C) КАКОЙ ТИП КОЛЛЕКТОРА Я ДОЛЖЕН ИСПОЛЬЗОВАТЬ В СВОЕМ КЛИМАТЕ? ВСЕ ЛИ МНЕ НУЖНО ЛИ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ СОЛНЕЧНОЙ ВОДЫ? Нет. Солнечные коллекторы — это лишь один из критические компоненты солнечной системы горячего водоснабжения…. Получить документ

Плоские коллекторы

— бытовое отопление
Плоские коллекторы — бытовое отопление. a = площадь отверстия коллектора. В солнечном коллекторе энергия передается от источника лучистой энергии к жидкости. Поток падающего излучения ~ 1000 Вт / м2 (переменный) … Читать здесь

.

Want to say something? Post a comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *