Солнечный коллектор принцип работы: Как работает и как устроен солнечный коллектор на вакуумных трубках
Устройство и принцип работы солнечного коллектора
Солнечный вакуумный водонагреватель обеспечивает сбор и преобразование солнечной энергии в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии у подобных устройств составляет 97%.
Энергию Солнца в дело
Вакуумные водонагреватели прямого нагрева
В таких системах стеклянные вакуумные трубки и бак-накопитель составляют единое целое и монтируются на одну раму. Трубки входят непосредственно в накопительный бак через уплотнительное кольцо. Вода, нагреваясь в вакуумных трубках, поднимается в бак за счёт естественной циркуляции. После чего она может быть использована для бытовых нужд.
Такие системы работают без давления. Подключение к водопроводу производится через запорный клапан, который поддерживает постоянный уровень воды в баке. Так как в качестве теплоносителя используется вода, такие водонагреватели можно использовать в период с мая по сентябрь, то есть до поры наступления ночных заморозков. Преимуществами водонагревателей такого типа являются простота конструкции, определяющая высокую надёжность и низкую стоимость, а также полная энергонезависимость.
Вакуумные водонагреватели косвенного нагрева
Принцип действия таких водонагревателей напоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, которая работает под давлением. Ещё такие системы называют всесезонными или раздельными. За счёт использования тепловых трубок в конструкции вакуумных коллекторов достигается большая эффективность при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.
Применяются вакуумные тепловые трубки HP (Heate Pipe). Это более продвинутый тип трубки, который может работать при низких, до -50°С температурах. Коллектор и бак-накопитель расположены раздельно и соединены трубопроводом. Для соединения используют медную или удобную в монтаже гофрированную трубу из нержавеющей стали, которая не боится разморозки.
Водонагреватель обычно монтируется на крыше, а бак-накопитель внутри здания. Теплоноситель циркулирует принудительно, для этого система использует электрические насосы, клапаны и контроллеры. И хотя подобная установка является энергозависимой, многолетний опыт эксплуатации показывает, что при использовании её в комплексе с солнечными электрическими панелями, обеспечивающими питание циркуляционного насоса, такая система может длительное время работать и при отключении электричества.
Системы с открытым контуром
Если через коллектор, в котором происходит передача тепла от вакуумных трубок, используется вода, которая циркулирует между ним и баком-накопителем, она называется системой с открытым контуром.
Такая схема наиболее проста и эффективна и снижает эксплуатационные расходы, однако солевые отложения и коррозия со временем могут вывести её из строя. Коллекторы с открытым контуром популярны в регионах с круглогодичными положительными температурами или при сезонном использовании. Хотя они и способны противостоять умеренно отрицательным (до -20°С) температурам без повреждения.
Системы с закрытым контуром
В этих системах косвенного нагрева теплоносителем первого контура является антифриз, который и передаёт энергию бытовой воде через теплообменник внутри бака-теплоаккумулятора. Они дороже, но при этом и более эффективны. Системы с закрытым контуром имеют хорошую защиту от замораживания, поэтому они безальтернативны для тех районов, где влияние отрицательных внешних температур носит продолжительный характер.
Солнечный коллектор
Через верхнюю часть коллектора протекает незамерзающая жидкость, которая отбирает тепло от медных наконечников вакуумных трубок и циркулируя через теплообменник бака-аккумулятора (бойлера), таким образом нагревает в нём воду.
Циркуляция антифриза в системе осуществляется посредством циркуляционного насоса. Его включением и выключением на основании показаний датчиков температуры, которые расположены на выходе коллектора, в бойлере и обратке системы отопления, управляет контроллер.
Цикл передачи тепла от коллектора к баку длится весь световой день, пока температура на выходе из коллектора выше температуры воды в баке. Тепловой контур отделен от трубок, поэтому при повреждении одной или нескольких из них коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, ведь сливать антифриз из контура теплообменника нет необходимости. Расширительный бак предохраняет систему от избыточного давления, возникающего при сильном нагреве теплоносителя.
Бак-аккумулятор тепла
Резервуар накопитель по своему устройству напоминает обычный бойлер. Он предназначен для накопления и сохранения тепла и обычно включает в себя одну или две внутренние спирали теплообменников. Сам бак выполнен из нержавеющей стали в пенополиуретановой изоляции в стальном корпусе. Если нагретая вода не расходуется, бак выполняет функцию теплоаккумулятора и хранит её нагретой, позволяя пользоваться горячей водой даже в тёмное время суток, когда солнечный коллектор не работает.
Получаемая в некоторые дни вода может иметь недостаточную из-за продолжительной пасмурной погоды или малого в зимнее время количества солнечных часов температуру. Поэтому в бак-теплоаккумулятор может устанавливаться дублирующий электрический автоматический водонагреватель мощностью 1-2,5 кВт. В случае снижения температуры в баке ниже установленной он автоматически включается и догревает воду до заданной температуры.
При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом помещения и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур. Такая последовательность работы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что с ней легко сочетаются другие нагревательные системы, например, контур ГВС отопительного котла.
Таким образом, активная система с закрытым контуром представляет собой комплексную автоматизированную систему преобразования и сохранения тепла, полученного как путём преобразования энергии солнца, так и других источников тепла.
Например, к ней легко можно подключить традиционный электрический или газовый водонагреватель, который страхует систему при неблагоприятных погодных условиях. Система обладает малой инерционностью и достаточно быстро выходит на рабочий режим, позволяя обеспечить горячее водоснабжение круглогодично, а сезонное отопление с экономией до 40% традиционного топлива в зависимости от географической широты местности и климатических условий.
Начало: Солнечный водонагреватель. Бесплатный источник тепла
Описание принципов работы солнечных коллекторов, вакуумных и плоских коллекторов
Для превращения солнечной энергии в тепловую используют гелиосистемы.
Солнечный водонагреватель (солнечный коллектор) — это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии, которая переносится видимым и ближним инфракрасным излучением для последующего её преобразования в тепловую энергию, пригодную для использования.
В гелиосистемах наиболее распространены два типа коллекторов: вакуумные и плоские.
Основной частью вакуумного коллектора является тепловая трубка. Такие коллекторы представляют собой ряд стеклянных трубок специальной конструкции. Трубка гелиоколлектора – это на самом деле две трубки (одна вложенная в другую), между которыми находится вакуум для наилучшей термоизоляции теплоносителя от внешней среды.
Способ передачи тепла от неё теплопроводу вакуумного солнечного коллектора: медная труба внутри пустая и содержит неорганическую и нетоксичную жидкость. При нагревании эта жидкость испаряется, а поскольку в трубке создан вакуум, то это происходит даже при температуре минус 30°С. Пар поднимается к наконечнику тепловой трубки, где отдаёт тепло теплоносителю (антифризу), который течёт по теплопроводу гелиоколлектора. Потом он конденсируется и стекает вниз, и процесс повторяется снова. Солнечный водонагреватель с вакуумными трубами показывает отличные результаты даже в пасмурные дни, потому что вакуумные трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через тучи. Благодаря изоляционным свойствам вакуума, влияние ветра и низких температур на работу гелиосистемы также незначительно по сравнению с влиянием на плоский солнечный коллектор. Система с вакуумным солнечным коллектором успешно работает до -35°С.
Трубы установлены в солнечном водонагревателе параллельно, угол их наклона зависит от географической широты места установки системы отопления. Ориентированные с севера на юг, на протяжении дня, трубки вакуумного солнечного коллектора пассивно двигаются за солнцем. Они практически не нуждается в эксплуатационном обслуживании.
Для поддержания вакуума солнечный водонагреватель использует газопоглотитель, который в производственных условиях подвергался влиянию высоких температур, в результате чего нижний конец вакуумной трубы покрыт слоем чистого бария. Он поглощает СО, СО2, N2, O2, H2O и H2, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, и является чётким визуальным индикатором состояния вакуума в трубке солнечного коллектора. Когда вакуум исчезает, бариевый слой из серебристого становится белым. Это дает возможность легко определить, целая ли труба вакуумного солнечного водонагревателя.
Вакуумные солнечные коллекторы полностью пригодны для ремонта: в случае необходимости трубку можно заменить без остановки солнечного водонагревателя. За необходимостью вакуумные трубки можно добавлять (при недостатке тепла) или частично снимать (если есть его избыток), уменьшая площадь гелиоколлектора. Обслуживание солнечного водонагревателя сводится практически к нулю. Вакуумные солнечные коллекторы отлично справляются с заданием обеспечения дома горячей водой, отоплением квартиры, подогревом бассейнов, теплиц, работают в системах вентиляции, кондиционирования и отопления зданий. Благодаря всему этому работа гелиосистемы проста, как с точки зрения эксплуатации, так и обслуживания.
Плоские гелиоколлекторы имеют иную конструкцию. Главным элементом в них является абсорбер, поглощающий солнечное излучение, сверху он имеет прозрачное покрытие. Для повышения эффективности коллектора, используют специальное оптическое покрытие из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов. Абсорбер соединён с теплопроводящей системой.
Конструкция плоских солнечных коллекторов является довольно простой. Внешне они представляют собой простую панель, имеющую прямоугольную форму. Эта установка обладает алюминиевым корпусом, несколькими патрубками, использующимися с целью отвода и подвода жидкого теплоносителя. Кроме того, изнутри стенки коллектора покрыты теплоизоляционным слоем. На сегодняшний день производители его толщину делают равной трем-четырем сантиметрам – это предоставляет возможность добиться существенного уменьшения уровня теплопотерь.
Принцип работы плоского солнечного коллектора основывается на парниковом эффекте — солнечные лучи поступают на поверхность этого устройства и проникают сквозь стекло. Теплопоглощающее покрытие, используемое в нижней части коллектора, характеризуется коэффициентом поглощения, составляющим 91%. В конечном итоге чрезмерный нагрев приводит к тому, что покрытие начинает излучать тепловую энергию. Мощность её расположена в инфракрасном диапазоне, другими словами, имеется возможность достичь аккумулирования энергии солнца в коллекторе. Процесс отвода тепла происходит при непосредственном участии теплоносителя.
Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов
Вакуумные трубчатые
Плоские высокоселективные
Низкие теплопотери
Способность очищаться от снега и инея
Работоспособность в холодное время года до -30С
Высокая производительность летом
Способность генерировать высокие температуры
Отличное соотношение цена/производительность для южных широт и тёплого климата
Длительный период работы в течение суток
Возможность установки под любым углом
Удобство монтажа
Меньшая начальная стоимость
Низкая парусность
Отличное соотношение цена/производительность для умеренных широт и холодного климата
минусы
минусы
Неспособность к самоочистке от снега
Высокие тепло потери
Относительно высокая начальная стоимость проекта
Низкая работоспособность в холодное время года
Рабочий угол наклона не менее 20°
Сложность монтажа, связанная с необходимостью доставки на крышу собранного коллектора
Высокая парусность
Если у Вас появились вопросы по выбору оборудования или необходимо подобрать солнечную или резервную станцию, вы можете обратиться за помощью к нашим специалистам.
Проконсультируйтесь у специалистов
Принцип работы вакуумного солнечного коллектора
Вакуумный солнечный коллектор служит для переработки энергии прямых солнечных лучей в тепловые ресурсы. Данное устройство при любой температуре природных воздушных потоков, независимо от погодных условий работает на накопление энергетических солнечных ресурсов. Чаще всего такое оборудование устанавливают на кровельных покрытиях жилых и производственных конструкций и ориентируют на южное направление.
Стоит отметить что существует несколько типов коллекторов работающих от солнечного света. Основными типами являются плоский тип устройства и вакуумная модификация. В плоском устройстве вода нагревается за счет падающих солнечных лучей проодящих через специальное стекло, с нанесенным на него спецраствором черного цвета для сохранения тепла. Такая плоская панель делается воздухонепроницаемой, и имеет способность нагревать воду до температуры 200 градусов по Цельсию.
Вакуумный тип коллекторов имеет важное конструктивное отличие от плоских моделей устройства. Он имеет вид нескольких стеклянных трубок закрепленных на базовой панели. Эти стеклянные трубки имееют на внутренней поверхности стекла специальное покрытие собирающее солнечное тепло. Кроме того внутри такой трубки располагается еще одна трубка меньшего сечения, причем между внешней и внутренней трубками имеется полость из которой откачан воздух. Эта вакуумная прослойка нужна для большей сохранности тепла, и способна повысить эффективность коллектора на 30 процентов, по сравнению с плоскими модификациями. С помощью такого коллектора вода способна нагреться до 300 градусов по Цельсию.
Еще одним технологическим отличием вакуумного типа солнечного коллектора является наличие специальной жидкости внизу трубки, которая вледствие нагрева превращается в пар, и, поднимаясь вверх, равномерно нагревает воду. В регионах с малой продолжительностью светового дня и в условиях минусовой температуры такая схема работы дает значительный выигрыш в количестве тепловой энергии. Что касается цены, то, конечно, более конструктивно сложный вакуумный коллектор имеет более высокую цену, но при этом его характеристики имеют преимущества.
Вакуумные накопители энергетических ресурсов с прямой тепловой подачей
В устройствах с непосредственной подачей тепла вакуумные приспособления из стекла и накопительный бак, прикреплены на одном рамовом каркасе, с наклоном от сорока до шестидесяти градусов. Вакуумные механизмы соединены с баком накопителем, при помощи уплотнительного соединительного кольца из резины.
Когда нагревается жидкость, помещенная в стеклянные емкости с вакуумом, то водные слои, с более высокой температурой, посредством циркуляции поднимаются в накопительный отсек, далее нагретые водные массы из накопителя, используются для удовлетворения производственных и бытовых нужд. Вакуумный коллектор, для получения солнечной энергии, данного типа действует без дополнительной подачи давления.
Посредством запорного клапана устройство подключается к водопроводным линиям. Специальный фиксирующий клапан контролирует состояние уровней водной массы в накопительной емкости. Так, как в роли носителя тепловой энергии в вакуумном коллекторе, для получения солнечной энергии, выступает вода, то и данные устройства, получили название — сезонных обменников тепловой энергии.
Вакуумный коллектор, для получения солнечной энергии, с косвенной тепловой подачей
Принцип функционирования оборудования, имеющего свойства косвенной передачи тепловых ресурсов, похож на рабочий процесс системных линий централизованного отопления. Данные соединения работают благодаря давлению от водопроводных путей.
Функционал и основные преимущества системы вакуумного коллектора
Для работы системы используют вакуумные изолированные приспособления. Данный вид тепловых соединений не прекращает функционировать даже при пониженной температуре (- 40 градусов) и выдерживает усиленное давление водопроводных каналов. Само оборудование с накопительным баком монтируется по отдельности, соединяясь посредством специальных изделий металлопроката.
Стандартный вакуумный коллектор, для получения солнечной энергии, располагают на домовой крыше, а накопительную емкость во внутренней части помещения. Данные установки получили название — сплит-системами. Так же они получили название всесезонные (раздельные). Функционирование косвенных устройств автоматизировано при помощи контроллера. Бесперебойную циркуляцию носителя тепловой энергии в системах выполняет насос.
Основные положительные стороны использования коллекторов солнечного тепла вакуумного типа это:
- Высокая эффективность даже при минусовой температуре
- Легкость монтажа конструкции
- Устойчивость коллектора при ветровых нагрузках
- Продолжительное время работы
Из отрицательных моментов использования можно отметить только завышенную стоимость оборудования, которая в долгосрочном периоде в процессе использования окупается.
Принцип работы вакуумного солнечного коллектора
Теплоносителем в вакуумном солнечном коллекторе выступает незамерзающая жидкость, которая, протекая через верхнюю зону устройства, поглощает тепловую энергию со специальных наконечников из медных сплавов. При перекачке осуществляет нагревание водной масс в накопителе, с помощью змеевого механизма. Цикл передачи тепла зависит от продолжительности дня и происходит до того момента, пока температура жидкости на выходе из устройства превышает температурные показатели водных потоков в накопительной емкости.
Приёмник – медный с изоляцией полиуретанового типа, защищён анодированным алюминиевым покрытием. Подача тепловой энергии осуществляется сквозь гильзу приёмника. Процесс смены комплектующих деталей не сложный. Он не требует сливания незамерзающей жидкой массы из теплообменника.
На выходе из вакуумного коллектора, для получения солнечной энергии, в накопительной емкости, а также на обратной стороне контуре устройства отопления расположены температурные датчики. Основываясь на показания температурных приборов, солнечный контроллер включает, либо выключает циркуляционный насос. При перегреве теплоносителя в системе может возникнуть избыточное давление, для этого предусмотрен расширительный бак.
Такой коллектор служит прекрасной альтернативой электричеству и газовому отоплению, так как является экологичным устройством, благодаря использованию солнечной энергии. Кроме того, такие устройства очень выгодны с экономической точки зрения.
Применение солнечных коллекторов
В настоящее время солнечные коллекторы, как вакуумного, так и плоского типа, широко распространены в странах с высокой солнечной активностью. Их с успехом применяют как для бытовых нужд и обогрева жилых домов, так и на производственных предприятиях, и на фермерских плантациях для выращивания овощей. Такой вид получения энергии довольно популярен в европейских государствах, где экономия всегда стоит во главе угла, особенно в таких странах как Испания, Кипр, Австрия и Германия. В остальном мире солнечные коллекторы распространены также в США, Китае, Монголии. Во всем мире переход на солнечную энергию означает существенный прорыв современных технологий, которые дают большие возможности для обеспечения населения планеты неисчерпаемым источником энергии.
В России солнечные коллекторы пока не получили должной популярности, хотя во многих регионах страны достаточное наличие солнечного света могло бы существенно снизить затраты на обогрев помещений. Такие регионы как Забайкалье, южная часть Сибири, а также южная часть европейской части страны имеют необходимое количество солнечной радиации для выработки более дешевого тепла, чем дают традиционные источники.
Такой способ получения энергии в долгосрочной перспективе дает большую экономии природных ресурсов, и благотворно влияет на экологическую обстановку на нашей планете.
Принцип работы солнечного коллектора (в зависимости от его типа)
Принцип работы солнечных коллекторов основан на трансформации лучистой энергии солнца в тепловую энергию. Происходит это путем нагревания циркулирующего в коллекторе теплоносителя (чаще всего воды, иногда – антифриза) и последующей передачи накопленного тепла. Иными словами, солнечный коллектор работает как своего рода водонагреватель, что и определило его сферу применения (ГВС частных домов, отопление).
Общий принцип водонагрева
Существуют различные виды гелиоколлекторов, однако в водонагревательных установках все они работают по одной схеме. Солнечные лучи нагревают теплоноситель, который по тонким трубкам поступает в заполненный водой бак. Трубки с теплоносителем проходят через весь внутренний объем бака и нагревают находящуюся в нем воду. В дальнейшем эта вода расходуется на бытовые нужды (отопление, ГВС и т.д.). Температура воды в баке контролируется специальными датчиками, при ее охлаждении ниже заданного минимума автоматически включается резервный подогрев (обычно – газовый или электрокотел).
Такова общая схема работы всех солнечных водонагревательных установок. Что же касается работы плоских и вакуумных коллекторов, то, несмотря на единый принцип действия (нагрев теплоносителя от солнца и последующую отдачу тепла), в их работе много различий.
Плоские коллекторы
Плоский солнечный коллектор нагревает теплоноситель при помощи пластинчатого абсорбера. Устроен он довольно просто. По сути, это пластина теплоемкого металла, выкрашенная сверху в черный цвет специальной краской. К нижней поверхности пластины плотно прилегает (приваривается) змеевидная трубка, по которой и циркулирует жидкость.
Черная селективная краска обеспечивает максимальное поглощение солнечных лучей, причем их отражение практически равно нулю. Поглощенные лучи прогревают теплоноситель под абсорбером, он, в свою очередь, подается далее в систему. Для минимизации теплопотерь применяются теплоизоляция абсорбера от корпуса коллектора и закаленное стекло, почти не содержащее окислов железа. Оно устанавливается над абсорбером и выполняет функцию верхней крышки корпуса. Кроме того, использование подобного стекла позволяет создать своеобразный «эффект парника», что еще больше увеличивает прогрев абсорбера, а значит, и температуру теплоносителя.
Вакуумные коллекторы
Принцип работы вакуумных коллекторов иной. Объясняется это прежде всего разницей в конструкции. Главным рабочим элементом в вакуумных моделях является не пластина абсорбера, а система вакуумированных трубок и теплосборник. Причем вариантов конструкций таких трубок несколько.
Тем не менее, несмотря на конструктивные различия, общая схема действия таких трубок фактически одинакова. Стеклянная поверхность поглощает максимум солнечных лучей благодаря специальному высокоселективному покрытию. Энергия солнца нагревает внутренний теплоноситель, а вакуумная прослойка ликвидирует теплопотери, так как вакуум – лучший изолятор. Через теплосборник аккумулированное тепло поступает далее в систему и используется для нагрева воды в баке-накопителе.
В целом коллектор этого типа обеспечивает более высокую производительность по сравнению с плоским аналогом.
Вакуумные трубки
Устройство классической вакуумированной трубки довольно просто. Она представляет собой двухстенную стеклянную колбу, между стенками которой создан вакуум. Внутри расположен медный сердечник (тепловой канал). Такая трубка называется «коаксиальной». Еще один вид — так называемые «перьевые трубки», одностенные колбы с вакуумом в самом тепловом канале.
Принцип работы вакуумной трубки зависит от особенностей строения ее теплового канала и от типа самой колбы. Каналы же, как и колбы, бывают двух видов, прямоточные и типа heat pipe.
Действие прямоточных каналов основано на непосредственном протекании теплоносителя через U-образную медную трубку. Охлажденная жидкость попадает в трубку из теплосборника, проходит через нее, нагревается и возвращается в теплосборник. Там она отдает накопленное тепло основному теплоносителю и возвращается в трубку.
Трубка heat pipe работает несколько иначе. Принцип ее работы основан на переносе тепла посредством легко испаряющейся жидкости, заключенной в тепловом канале. Сам канал (трубка) выполняется из теплоемкого металла (алюминий, медь). Солнечный свет нагревает жидкость, она испаряется из нижнего конца трубки и конденсируется в теплосборнике. Конденсат стекает вниз, где его вновь разогревает солнечный свет. Основной теплоноситель забирает тепло из теплосборника и передает его через коллектор дальше в систему.
Теплосборник
Помимо трубок, вакуумный солнечный коллектор оснащен теплосборником, которые необходим для передачи тепла от трубок к теплоносителю. Размещается теплосборник в верхней части агрегата. Принцип его работы следующий. Медный сердечник передает накопленную энергию основному теплоносителю, циркулирующему в замкнутом круге «теплообменник бака – коллектор». Циркуляцию обеспечивает специальный небольшой насос. Причем если температура теплоносителя упадет ниже определенного минимума (например, ночью), то управляющая автоматика водонагревательной системы отключит насос. Таким образом предотвращается обратный прогрев, при котором теплоноситель будет забирать тепло горячей воды в накопительном баке.
Воздушные коллекторы
Солнечный коллектор воздушного типа гораздо менее распространен. Применяется он не для подогрева воды, а для нагрева и кондиционирования воздуха. Роль теплоносителя в нем играет собственно воздух, нагреваемый солнечными лучами. По сути, данный коллектор представляет собой ребристую металлическую панель, выкрашенную в черный цвет. Принцип работы его основан на естественной или принудительной подаче в помещения воздуха, который прогревается под панелью под действием солнечных лучей.
Солнечные коллекторы. Какие они бывают?
Классический солнечный коллектор представляет собой металлические пластины черного цвета, установленные на крыше дома. Цвет и положение коллектора предполагает максимальное поглощение и накапливание солнечной энергии. Эти металлические пластины помещаются в корпус, изготовленный из стекла или пластмассы. Наклон к южной стороне, при установке позволит увеличить количество поглощаемой радиации. Проще говоря, солнечный коллектор – это миниатюрная теплица, которая накапливает солнечную энергию под стеклянной панелью. Солнечная радиация распределяется по поверхности равномерно, по этому, чем больше площадь коллектора, тем больше энергии будет поглощено.
На сегодняшний день солнечная энергетика развита достаточно обширно, это дает возможность устанавливать солнечные панели различных комплектаций и размеров. Этот аспект позволяет солнечным коллекторам обеспечивать хозяйственные нужды человека, такие как отопление и снабжение горячей водой.
К примеру, существует несколько отдельных видов солнечных коллекторов, которые различаются, в зависимости от температуры, до которой они способны достигать:
- Коллекторы низких температур. Такие коллекторы дают достаточно низкие температуры – не выше 50 С. Такие коллекторы, широко применяются для подогрева воды в бассейнах, и в других случаях, когда не требуется слишком высокая температура воды.
- Коллекторы средних температур. Такой тип коллекторов способен нагревать воду от 50 до 80 С. Зачастую, такой коллектор представляет собой плоскую остекленную пластину, в которой с помощью жидкости происходит теплопередача или же это коллекторы-концентраторы. В последних тепло концентрируется и может использоваться для нагрева воды в жилых секторах.Представлен коллектор-концентратор, в большинстве случаев, вакуумированным трубчатым коллектором
- Коллектор высоких температур. Зачастую имеют форму параболических тарелок. Такое устройство, в большинстве случаев используется большими предприятиями, которые генерируют электричество и распределяют его для городских электросетей
Интегрированный коллектор
Накопительный интегрированный коллектор
На данный момент одним из самых простых видов солнечных коллектором является емкостной коллектор, который еще называются термосифонным коллектором. Такое название, данный генератор получил за счет того, что он одновременно может и аккумулировать тепло и хранить определенное, уже нагретое, количество воды. Такие коллекторы, зачастую используются для начального нагрева воды, которая впоследствии нагревается до необходимой температуры стандартными установками (газовыми, электрическими колонками и т.д.). Такой метод позволяет экономить на потреблении электричества, за счет того, что в бак котла поступает уже подогретая вода.
Рассмотрим основные плюсы такого вида коллекторов. Первое – это, конечно же, экономия на электричестве. Второе – это возможность использовать достаточно дешевую альтернативу солнечной водонагревательной системе. Третьим плюсом стоит отметить простоту использования коллектора – минимум технического обслуживания, за счет отсутствия в нем движущихся частей (насосов и прочего).
Такие коллекторы бывают также «Integrated Collector and Storage», или, проще говоря, интегрированными коллекторами-накопителями. Такой вид коллектора, зачастую представлен одним или несколькими баками, которые заполнены водой. Эти баки помещаются в теплоизоляционный ящик и накрываются стеклянной крышкой. Порою, в этот же ящик помещаются прибор-рефлектор, который позволяет увеличивать солнечное излучение. Принцип действия данного устройства достаточно прост – солнечный свет, проходя через стекло, нагревает воду. Такая простота функционирования обуславливает достаточно не большую цену самого устройства. Однако стоит помнить, что в холодное время года, воду стоит защищать от замерзания, или же сливать.
Плоские коллекторы
Такие коллекторы, пожалуй, самые популярные для использования в бытовых условиях, для нагрева воды и в отопительных системах. Внешне, такое устройство выглядит как обычный металлический ящик. Однако внутри него находиться черная платина, которая поглощает солнечный свет. Крышка у этого ящика должна быть в обязательном порядке, стеклянной или пластмассовой, дабы лучше пропускать солнечную энергию.
Остекление плоского солнечного коллектора может быть прозрачным или матовым. Зачастую, все же, отдается предпочтение матовому остеклению, поскольку такое стекло позволяет пропускать только свет. А также, содержание железа в стекле должно быть очень низким, что бы позволить пропускать большую часть поступающего света, в коллектор. Принцип действия заключается в том, что солнечный свет, попадая на пластину, тепловоспринимающую пластину, которая и вырабатывает тепло. Стекло служит теплоизоляцией, а для повышения КПД коллектора, его стенки прокладывают теплоизолятором. Такая конструкция, позволяет снизить тепловые потери до минимума.
Пластина абсорбента, или же пластина, поглощающая солнечный свет, зачастую окрашена в черный цвет, дабы увеличить количество поглощаемой солнечной энергии, ведь тот факт, то темные тела притягивают ее больше – ни для кого не секрет. Проходя через стекло, и попадая на поглощающую пластину, солнечная радиация превращается в тепловую энергию. Далее, чтобы продолжить процесс, полученное тепло передается тепловому носителю. Тепловым носителем может выступать воздух или жидкость, которые циркулируют в трубах. К сожалению, даже полностью черные поверхности, способны отражать около 10% солнечной радиации, падающей на нее. Дабы избежать этого, абсорбирующие пластины покрываются дополнительно специальным покрытием, которое призвано удерживать солнечный свет попадающие на пластину. Такое покрытие служит дольше обычной краски и позволяет повысить КПД коллектора. В состав такого селективного покрытия входит слой аморфного полупроводника, который наноситься на металлическое основание пластины.
Абсорбирующие пластины изготавливаются из металла, который наилучшим образом проводит тепло. Высокий уровень теплопроводности металла позволит уменьшить теплопотери при передаче переработанной энергии теплоносителю. К списку таких металлов можно причислить медь и алюминий. Разница между ними заключается в том, что медная пластина способна лучше проводить тепло, и более устойчива к коррозиям, в отличии от алюминиевой пластины.
Плоские солнечные коллекторы бывают жидкостными или воздушными. А в зависимости от наличия остекления, и тот и другой вид бывает как остекленным, так и не остекленным.
Жидкостные коллекторы
В солнечных коллекторах этого типа, теплоносителем выступает жидкость. Солнечная энергия, перерабатывается в поглощающей пластине в тепло, и передается жидкости, которая течет по трубам, прикрепленным к пластине. Эти трубы могут идти параллельно друг другу, но на каждой, в обязательном порядке должно быть входное и выходное отверстие. Существует возможность расположение труб в виде змеевика. Такое положение уменьшает количество соединительных отверстий, что, в свою очередь, снижает вероятность протекания. Таким образом, змеевидное расположение обеспечивает более равномерный поток жидкости-теплоносителя. Однако, могут возникать сложности при спуске жидкости перед похолоданием, поскольку в изгибах трубы может остаться жидкость.
Простые системы жидкостных солнечных коллекторов предполагают использование обычной воды, которая сразу же, нагреваясь в коллекторе, поступает пользователю. Такие модели называют «разомкнутыми» или «прямыми» системами. Однако применение таких коллекторов неудобно в регионах с низким температурным режимом. Поскольку, при снижении температуры ниже точки замерзания – необходимо сливать воду. В этот период систему использовать невозможно. Альтернативой является использование незамерзающих жидкостей вместо воды. Этот вид системы жидкостных солнечных коллекторов использует жидкие теплоноситель, который, поглощая тепло, направляется в теплообменник. Зачастую теплообменником является водяной бак, конструкция которого предполагает передачу тепла воде. Такую систему называют «замкнутой» или «непрямой».
Остекление жидкостных коллекторов позволяет нагревать воду для бытовых нужд, и для отопления дома, поскольку их КПД выше, чем у неостекленных аналогов. Неостекленные коллекторы, зачастую используют для нагрева воды в бассейнах. В последних приборах не требуется нагревать температуру до высоких температур. Это позволяет использовать менее дорогие материалы, такие как пластмасса и резина.
Воздушные коллекторы
Теплоносителем в воздушных коллекторах выступает воздух, а он не замерзает и не кипит, в отличие от воды. Этот факт позволяет избежать проблем, которым подвержены жидкостные коллекторы. К тому же, утечка в системе воздушных коллекторов приносит намного меньше трудностей, хотя, конечно же, обнаружить ее достаточно сложно. Стоит помнить, что перед материалами, используемыми в воздушных солнечных коллекторах, не стоят особо сложные эксплуатационные задачи. По этому, в воздушных системах возможно использование более дешевых материалов.
Конструкция воздушных коллекторов, представляет собой сочетание плоских коллекторов. Такой прибор используется в основном для просушки сельскохозяйственной продукции, или же для отопления помещений. Металлические панели и многослойные неметаллические экраны могут послужить поглощающими пластинами в конструкции воздушных коллекторов. Теплоноситель проходит через стенки поглотителя с помощью естественной конвекции, или с помощью специального вентилятора.
Теплопроводимость воздуха, на порядок хуже, чем проводимость тепла, жидкостью. По этому, поглотитель получает значительно меньше тепла от воздуха, чем от жидкости. Вентилятор, присоединенный к поглощающей пластине, позволяет увеличить поток воздуха, таким образом, улучшая теплоотдачу. Однако и в этой конструкции есть свои недостатки. Для работы вентиляторов, необходимо дополнительно использовать электроэнергию, а это, в свою очередь увеличивает затраты на работу системы. В условиях холодного климата, необходимо направлять воздух между поглощающей пластиной и утепленной стенкой коллектора, это позволяет избежать потерь тепла. Но не стоит применять такою циркуляцию, если, все же, воздух в помещении, нагревается на 17 С больше, чем воздух на улице. В этом случае, воздух может спокойно циркулировать без потерь эффективности.
Поговорим о достоинствах воздушных коллекторов. В первую очередь – это простота и надежность. Воздушные коллекторы имеют достаточно простое устройство, благодаря этому снижается уровень необходимости технического обслуживания, при этом увеличивая их безусловную надежность. При достойных условиях эксплуатации, срок службы качественного воздушного коллектора колеблется от 10 до 20 лет. За счет того, что теплоносителем выступает воздух, исключается необходимость использования теплообменника и термоизоляции в холодное время года.
Однако не все так красочно, в сфере солнечных воздухонагревателей. Все дело в том, что применение таких установок распространено исключительно для отопления помещений и просушки сельскохозяйственной продукции, причем, в основном, в развивающих странах. Причиной этому стало то, что существуют некоторые ограничения, для использования в промышленных условиях. Начнем с того, что по сравнению с жидкостными, воздушные коллекторы занимают достаточно большую площадь, за счет низкого уровня удельной теплоемкости. К тому же, требуется оборудовать длинный воздуховод для эффективной работы коллектора. И самая главная трудность – это необходимость использования электроэнергии для прогонки воздуха через функциональные части коллектора. Еще иногда встречаются сложности с аккумулированием самой теплоты. Все эти проблемы, даже в регионах с достаточным количеством солнечных дней, приводит к значительному увеличению стоимости на эксплуатацию и установку воздушных коллекторов.
Принцип действия солнечных коллекторов
Элементарный воздушный коллектор
Воздушные солнечные коллекторы делятся на две группы, в зависимости от способа циркуляции воздуха. В самом простейшем случае, поток теплоносителя (воздуха) в коллекторе проходит как раз под поглотителем. Таким образом, данный коллектор позволяет повысить температуру воздуха, не больше чем на 3-5 С. Причиной такого низкого КПД является потери тепла на конвекцию и излучение.
Любой прозрачный материал, с низкой проводимостью инфракрасного излучения, позволяет снижать уровень теплопотерь, при накрывании им поглотителя. Все дело в том, что поток воздуха, образовывается или под поглотителем, или между поглотителем и данным прозрачным покрытием. Прозрачная крышка (из особого стекла или пластмассы) позволяет не на много снижать уровень излучения тепла с поглотителя. Однако, это снижение конвективных тепловых потерь, может позволить увеличить температуру до 20-50 С. Но и этот параметр будет зависеть от интенсивности солнечной энергии попадающей в коллектор и качества воздушного потока. Как плюс к этому всему, наблюдается, также снижение тепловых потерь на излучение, за счет снижения температуры поглотителя. Но стоит помнит, что при этом происходит еще и снижение возможности абсорбента поглощать энергию, за счет его запыления, в том случае, если поток воздуха проходит с обеих сторон.
Накрытый поглотитель в воздушном коллекторе
Отказ от остекления металлического ящика и теплоизоляции, в некоторых случаях, позволяет существенно снижать затраты. Дело в том, что изготовляется такой коллектор из перфорированного металла черно цвета. Такой материал позволяет улучшать качество теплообмена. Принцип этого процесса заключается в том, что этот металл нагревается достаточно быстро, а вмонтированный вентилятор втягивает теплый воздух, через отверстия в металлических листах. Коллекторы такого типа, достаточно часто используются в жилых домах. Зачастую размеры такого прибора составляют 2,4 м?0,8 м, при этом скорость нагрева воздуха составляет 0,002 м3/с. Даже в солнечный зимний день, температура воздуха, который нагревается в коллекторе, может достигать разницы в 28 ?С по сравнению с наружным. К тому же, стоит учесть, что в значительной мере улучшается качество воздуха, поскольку нагревается непосредственно воздух, поступающий снаружи.
Одним из главных плюсов подобных коллекторов, является тот факт, что они достаточно эффективны. КПД некоторых промышленных моделей может достигать 70%. А их стоимость снижается, за счет уменьшается количество используемых материалов.
Вакуумированный солнечный коллектор
Плоские солнечные коллекторы, изначально создавались для использования в местах с большим количеством солнечной энергии. При плохой погоде, их эффективность достаточно не значительна. Холодная, ветреная, пасмурная погода – не позволяют работать таким коллекторам в полную мощь. Но и это не все – повышенная влажность в значительной мере неблагоприятно сказывается на состоянии внутренних деталей такого коллектора. А это влечет за собой уменьшение срока службы коллектора, а также ухудшение эффективности его работы. Дабы устранить такие недостатки были созданы вакуумированные солнечные коллекторы.
Современные вакуумированные солнечные коллекторы способны нагревать воду, для обеспечения хозяйственных нужд. Принцип действия такого прибора заключается в следующем: солнечная энергия, проходя через наружную трубку, попадает в поглощающую трубку, где и происходит превращение солнечной энергии в тепло. А далее, переработанное тепло передается теплоносителю (жидкости). Сам коллектор представляет собой сочетание определенного количества параллельных рядов стеклянных трубок. К каждой из этих трубок прикрепляется трубчатый поглотитель с селективным покрытием (аналог пластины-поглатителя в вышеописанных плоских коллекторах). Нагретая в коллекторе жидкость поступает в бак накопитель, и уже там отдает все полученное тепло воде.
Трубки в вакуумированном коллекторе можно менять. Добавлять или даже убирать, в зависимости от необходимости. Это позволяет называть такие коллекторы модульными. Но стоит помнить, что между трубками коллектора должен быть вакуум, что бы уменьшить потери тепла в процессе конвекции. Однако, радиационная потеря тепла остается. Уточним, что радиационная потеря тепла – это то тепло, которое идет на нагревание поверхностей рабочих частей коллектора. Но не стоит думать, что эти потери существенно повлияют на эффективность работы коллектора. Радиационная потеря достаточно мала, по этому можно уверенно считать, что рабочие характеристики вакуумированного коллектора достаточно велики.
На данный момент, создано большое количество вакуумированных коллекторов, которые имеют различные комплектации, а, следовательно, и разные эксплуатационные характеристики и особенности.
Создание вакуумированного коллектора – это достаточно сложный и трудоемкий процесс. Особенные трудности вызывает запайка оболочки коллектора. Проблема заключается в том, что по сей день не найдено достаточно эффективного метода создания эффективной высоковакуумной системы, при не больших затратах.
Стоит помнить, что такие вакуумированные коллекторы достаточно эффективны, по сравнению с обычными плоскими коллекторами. Все дело в том, что эффективность работы вакуумированного коллектора не зависит от качества радиации, т.е. как в условиях прямой, так и рассеянной радиации, данный коллектор работает одинаково эффективно. К тому же, вакуумное строение коллектора позволяет свести к минимуму потери тепла. Помимо всего вышесказанного, такие приборы достаточно долго и качественно служат, полностью обеспечивая все хозяйственные нужды человека.
Концентраторы
Фокусирующий солнечный коллектор
Концентраторы или же коллекторы отличаются от предыдущих описанных коллекторов тем, что их принцип действия заключается в концентрации солнечных лучей. Делается это за счет зеркальных поверхностей, которые направляют солнечную энергию конкретно на поглотители. Температура, которая обеспечивается концентраторами значительно выше, чем максимальная температура плоских коллекторов. Но стоит помнить, что концентраторы могут воспринимать исключительно прямую солнечную радиацию, по этому. В пасмурную погоду их использование не возможно. Такой тип коллекторов-концентраторов, особенно эффективен в регионах близких к экватору и в пустынных районах с большим количеством солнечных дней.
Для более эффективной работы концентратора, используется специальный прибор, который отслеживает направление солнечных лучей и поворачивает прибор к солнцу. В зависимости от оси, по которой может вращаться, такой коллектор различают одноосные и двуосные следящие устройства. Первые предполагают вращение устройства с востока на запад, а вторые, предполагают поворот устройства во все четыре стороны света, для того что бы точно отслеживать направление солнца в течение всего года. Данные коллекторы-концентраторы, в основном используются в промышленных условиях. Причиной этому стала достаточно большая стоимость этого устройства, а также необходимость постоянного технического обслуживания. Для бытового применения, они просто не приемлемы.
Солнечные печи и дистилляторы.
Солнечная печь
Помимо всех вышеописанных приборов, существуют также приборы, которые имеют достаточно простую структуру, и узкую сферу применения. К примеру, такие приборы могут выступать в роли солнечной печи, для приготовления пищи, или солнечного дистиллятора – прибора достаточно дешево очищающего воду любого состояния.
Поговорим про солнечные печи. Они достаточно просты, как при эксплуатации, таки при изготовлении. Солнечные печи представляют собой достаточно хорошо теплоизолированную коробку, которая покрыта материалом, отражающим свет (фольгой, например). Эта коробка накрывается стеклом и оборудована внешним отражателем. Кастрюля черного цвета послужит поглотителем, поскольку может намного быстрее нагреваться. Такие печи, можно использовать для стерилизации воды, при кипении.
Что касается солнечных дистилляторов, то они могут в результате своей работы предоставлять дистиллированную воду достаточно дешево, притом, что брать воду, можно практически из любого источника. Принцип работы солнечного дистиллятора лежит в основе процесса испарения, а сам прибор использует солнечную энергию, с целью ускорить этот процесс. За день работы, небольшой солнечный дистиллятор может произвести около 10 литров идеально чистой воды.
На данный момент солнечная энергия используется достаточно обширно. Одним из самых эффективных примеров его использования является метод нагрева воды солнечной энергией. Несколько миллионов жителей нашей планеты, уже достаточно долго и давно используют солнечные коллекторы для обеспечения своих нужд. Такие приборы достаточно эффективны, не требуют особых затрат на эксплуатацию, к тому же не приносят вреда окружающей среде.
Солнечный коллектор зимой. Эффективность использования плоского и вакуумного коллектора зимой.
В этой статье: Работает ли зимой солнечный коллектор? Сравнение эффективности работы зимой вакуумного и плоского солнечного коллектора. Плюсы и минусы гелиосистемы. Отзыв владельца. Видео по теме.
Солнечный коллектор зимой.
Эффективность использования плоского и вакуумного коллектора зимой.
В последнее время альтернативные источники энергии вызывают все более живой интерес со стороны наших соотечественников. Наиболее простыми из них в устройстве являются солнечные коллекторы, благодаря чему их доля в нетрадиционной энергетике, особенно бытовой, чрезвычайно велика. Данная статья поможет найти ответ на вопрос: насколько эффективным является солнечный коллектор зимой?
Работает ли зимой солнечный коллектор?
Как свидетельствует статистика (данные приведены в Википедии), на 1 тыс. россиян приходится примерно 0,2 кв. м применяемых у нас солнечных коллекторов, тогда как в Германии этот показатель составляет 140 кв. м, а в Австрии – целых 450 кв. м. на 1 тыс. жителей.
Столь значительную разницу нельзя объяснить одними только климатическими условиями. Ведь на большей части России за день поверхности земли достигает такое же количество солнечной энергии, как и на юге Германии – в теплое время эта величина составляет от 4 до 5 кВт*ч/кв. м.
Чем же вызвано наше отставание? Отчасти оно обусловлено сравнительно низкими доходами россиян (гелиоустановки являются пока довольно дорогим удовольствием), отчасти – наличием собственных крупных газовых месторождений и, как следствие, доступностью голубого топлива.
Но немалую роль сыграло и предвзятое отношение со стороны многих потенциальных пользователей, считающих установку солнечного коллектора нецелесообразной. Дескать, летом и так тепло, а зимой от подобной системы мало проку.
Вот какие аргументы выдвигают скептики касательно эксплуатации гелиоустановок зимой:
-
Установку постоянно засыпает снегом, так что солнечное излучение достигает её не так уж часто. Если, конечно, владелец не дежурит постоянно на крыше с веником или щеткой.
-
Холодный морозный воздух отбирает почти все тепло, накапливаемое коллектором.
-
Часто упоминают и всесезонный поражающий фактор – град, который может разнести гелиоустановку вдребезги.
Чтобы понять, насколько справедливы эти доводы, рассмотрим устройство различных видов солнечных коллекторов.
Устройство и область применения в быту.
На сегодняшний день наибольшее распространение нашли плоские и вакуумные солнечные коллекторы.
Плоские солнечные коллекторы
Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя.
Абсорбер связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель или напыление оксида титана) для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурат). Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметикой.
При отсутствии забора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть теплоноситель до 190—210°C. Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре, эффективность которого может составлять около 95%. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности, поскольку применение меди против алюминия даёт выигрыш 4 % (хотя теплопроводность алюминия вдвое меньше, что означает значительное превышение «запаса мощности» по теплопередаче), что незначительно в сравнении с ценой). Также высокая эффективность достигается увеличением площади контакта трубки и медного листа: у формованного листа и паянного соединение она максимальна, у соединения ультразвуковой сваркой — меньше. Используется также алюминиевый экран.
Вакуумные солнечные коллекторы.
Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.
Фактически солнечная вакуумная труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.
Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение медные тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При воздействии на коллектор солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору.
Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.
Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.
Видео сравнение работы плоского и вакуумного коллектора зимой
В быту гелиоустановки применяются для приготовления горячей воды, в том числе для бань, подогрева бассейна либо в качестве дополнительного источника тепла для системы отопления.
В промышленности сфера применения таких систем является более широкой: на их основе сооружают опреснители воды, парогенераторы (пар приводит в движение различные машины) и даже электростанции.
Эффективность зимой
Эффективно ли отопление дома солнечными коллекторами зимой? Ну что же, теперь посмотрим, как различные виды солнечных коллекторов работают в условиях зимы. Напомним, что противники внедрения таких установок выдвигают следующие аргументы:
Засыпание панели снегом: данная проблема актуальна только для плоско-пластинчатых коллекторов. На трубках вакуумных установок, как показала практика, снег задерживается только в тех редких случаях, когда в силу особых погодных условий на их поверхности образуется изморозь. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер (от 3 м/с), панель точно останется чистой.
Из-за того, что коллектор окружен холодным воздухом, все тепло с коллектора улетучивается: этот аргумент опять же справедлив только в отношении плоско-пластинчатых коллекторов. Действительно, зимой производительность такой установки в сравнении с летней уменьшается пятикратно. В более совершенных вакуумных моделях прослойка вакуума позволяет сберечь до 95% усвоенного тепла. Самые современные модели даже в сильный мороз способны довести воду до кипения.
Коллектор легко может быть поврежден градом: в заводских условиях коллекторы изготавливаются из высокопрочных материалов. Посмотрите видеоролик, снятый во время испытаний вакуумной трубки на ударную прочность.
Видео. Испытание солнечного коллектора на прочность.
Трубка выполнена из чрезвычайно крепкого боросиликатного стекла которое выдерживает удары града который падает со скоростью 18 м/с и имеет 35 мм диаметре.
Как видно, солнечные коллекторы зимой вполне работоспособны. Хотя, конечно, производительность их в сравнении с летним периодом ощутимо снижается.
Плюсы и минусы гелиосистемы
Им присущ более высокий КПД по сравнению с фотоэлектрическими элементами и ветрогенераторами.
Усваиваемая с их помощью энергия является абсолютно бесплатной.
Работа солнечного коллектора полностью безвредна для экологии: используемый ресурс – солнечное тепло — является неисчерпаемым и усваивается напрямую, без сжигания чего-либо и загрязнения окружающей среды.
Теперь укажем слабые места гелиоустановок:
-
Коллекторы стоят пока сравнительно дорого
-
Из-за переменчивости погодных условий производительность коллектора не стабильна.
-
Систему приходится оснащать довольно вместительным баком-накопителем с хорошей теплоизоляцией.
Отзыв владельца о работе солнечного коллектора зимой.
Видео о работе солнечной сплит-системы SH-200-24 торговой марки «АНДИ Групп»
Предлагаем Вашему вниманию всесезонные солнечные коллекторы торговой марки АНДИ Групп
Солнечная сплит-система ЭЛИТ
Система на основе вакумного солнечного коллектора: (объём бака от 200 до 1000л)
Солнечная сплит-система СТАНДАРТ
Система на основе вакумного солнечного коллектора: (объём бака от 100 до 500л)
Солнечный вакуумный коллектор ПАНЕЛЬ
Количество трубок в коллекторе: 12,15,18,20,24,30 (в зависимости о модели)
Солнечный коллектор УНИВЕРСАЛ
Количество трубок в коллекторе: 15,20,24,30 (в зависимости о модели)
Остались вопросы? Напишите нам!
Солнечный коллектор, система без давления. Принцип работы.
Общее представление о работе.
Структура коллектора представляет из себя систему, построенную с использованием трубок вакуумных и бака для горячей воды. При этом, подача горячей воды осуществляется без давления.
Основной принцип работы системы такого коллектора — водонагреватель наливного типа, который автоматически набирает воду и контролирует ее температуру с уровнем. Именно солнечная энергия используется для нагрева воды.
Для нормальной работы системы нет необходимости в установке насоса, потому что все подключение осуществляется напрямую с водопроводной сетью. Подача же горячей воды осуществляется самотеком. Солнечный коллектор является прямым передатчиком тепла воде, благодаря этому производительность его намного выше обычных коллекторов.
Одним из основных недостатков в эксплуатации коллектора является возможность применения его только при плюсовой температуре воздуха. Но если учесть теплый период например, дачного сезона, то коллектор будет идеальным в бесперебойной подаче горячей воды с апреля по ноябрь.
Солнечный коллектор. Система работы «без давления».
Откуда такое название и как система водоснабжения может работать автономно?
Ответ довольно прост. За счет контроля уровня и температуры воды в системе, возможность перегрева воды исключена. Единая емкость образуется за счет того, что монтирование трубок в баке осуществляется с использованием уплотнителей — силиконовых колец.
Вся конструкция коллектора расположена на раме. С помощью электромагнитного запорного клапана водопроводная труба подводится к баку, в котором расположены датчики температуры и уровня воды.
В тот момент, когда датчик уровня воды будет сигнализировать о недостаточном количестве воды, с помощью контроллера будет открыт запорный клапан и осуществится подача воды.
Когда происходит закипание воды в системе без давления, сброс пара осуществляется через верхний клапан на баке. Это является нормальным режимом работы системы. Вода в системе может выкипеть, ее уровень может падать. Но, как говорилось выше, с помощью автоматической работы контроллера, набираться вода будет автоматически и ее подача в нагретом состоянии будет непрерывной.
Комплектация коллекторов и рекомендуемое место для их монтажа.
В зависимости от потребности в горячей воды, солнечные коллекторы могут комплектоваться баком общей емкостью для воды от 125-ти до 200-т литров.
Изготовители солнечных коллекторов рекомендуют монтировать их в местах максимального прямого попадания солнечных лучей и желательно, с южной стороны. Рекомендованный угол наклона при установке составляет 50-60°. Если вы знаете, как определить азимут плоскости, на которую будет устанавливаться коллектор, можно установить его с учетом расхода горячей воды и потребности в ней. Азимут будет равен 0° в случае, если плоскость, на которой планируется разместить коллектор, ориентирована на юг.
Например, если основное потребление горячей воды по утрам, то коллектор рекомендовано устанавливать на юго-восток и наоборот.
КАТАЛОГ
- Солнечный водонагреватель (система без давления, бак окрашеный)
- Солнечный водонагреватель (система без давления, бак из нержавеющей стали)
- Солнечный водонагреватель (сплит-система)
- Вакуумный солнечный коллектор (панель)
- Компактный солнечный водонагреватель (система под давления, бак окрашенный)
- Вакуумная трубка с трехслойным покрытием
О солнечном коллекторе — Helind LLC
Принцип работы солнечных коллекторов основан на преобразовании лучистой энергии солнца в тепловую. Происходит это за счет нагрева циркулирующей в коллекторе теплоносителя (чаще всего воды, иногда антифриза) и дальнейшей передачи накопленного тепла. Другими словами, солнечный коллектор работает как своеобразный водонагреватель, что определило его область применения (ГВС частных домов, отопление).
Общий принцип нагрева воды
Существуют разные типы солнечных коллекторов, но применительно к водонагревательным установкам все они работают по одной схеме.Солнечные лучи нагревают охлаждающую жидкость, которая по тонким трубкам стекает в резервуар с водой. Трубки с охлаждающей жидкостью проходят через весь внутренний объем бака и нагревают воду внутри бака. В дальнейшем эта вода расходуется на бытовые нужды (отопление, ГВС и т. Д.). За температурой воды в баке следят специальные датчики; когда он охлаждается ниже указанного минимума, автоматически включается альтернативное отопление (обычно газовый или электрический бойлер).
Это общая схема работы всех солнечных водонагревательных установок.Что касается работы плоских и вакуумных коллекторов, то, несмотря на единый принцип работы (солнечный нагрев теплоносителя и последующее тепловыделение), существует множество различий в их работе.
Плоские коллекторы
Плоские солнечные коллекторы нагревают хладагент через пластинчатый поглотитель. Имеет довольно простой дизайн. По сути, это пластина из металла с теплоемкостью, окрашенная сверху специальным черным красителем. Змеевидная трубка, по которой циркулирует жидкость, плотно прикреплена (приварена) к нижней поверхности пластины.
Черный селективный краситель обеспечивает максимальное поглощение солнечных лучей, а их отражение практически равно нулю. Поглощенные лучи нагревают теплоноситель под поглотителем, который, в свою очередь, передается дальше в систему. Теплоизоляция абсорбера от рамы коллектора и закаленное стекло, почти не содержащее оксидов железа, используются для минимизации потерь тепла. Он устанавливается над амортизатором и выполняет функцию верхней крышки рамы. Кроме того, использование такого стекла позволяет создать своеобразный «парниковый эффект», что еще больше усиливает нагрев поглотителя, а значит, и температуру теплоносителя.
Вакуумные коллекторы
Принцип работы вакуумных коллекторов другой. В первую очередь, это связано с разницей в дизайне. Основным рабочим элементом в вакуумных моделях является не пластина абсорбера, а система вакуумно обработанных трубок и коллектора тепла. Причем такие трубки имеют несколько конструкций.
Тем не менее, несмотря на конструктивные различия, общая схема работы таких трубок на практике одинакова. Стеклянная поверхность максимально поглощает солнечные лучи благодаря специальному высокоселективному покрытию.Солнечная энергия нагревает внутренний хладагент, а вакуумный слой исключает потери тепла, поскольку вакуум — лучший изолятор. Накопленное тепло проходит через тепловой коллектор дальше в систему и используется для нагрева воды в накопительном баке.
В целом, этот тип коллектора обеспечивает более высокую производительность по сравнению с плоскими аналогами.
Вакуумные лампы
Конструкция классической вакуумной лампы довольно проста. Он представляет собой стеклянную колбу с двойными стенками, между стенками которой создается вакуум.Внутри находится медный сердечник (тепловой канал). Эта трубка называется «коаксиальной». Другой тип — это так называемые «перьевые трубки», одностенные колбы с вакуумом в самом тепловом канале.
Принцип работы вакуумной лампы зависит от конструктивных особенностей ее теплового канала и от типа самой лампы. Как и колбы, каналы также бывают двух типов: прямоточные и тепловые.
Действие прямоточных каналов основано на прямом течении теплоносителя через U-образную медную трубку.Охлажденная жидкость поступает в трубку из коллектора тепла, проходит через нее, нагревается и возвращается в коллектор тепла. Там он передает накопленное тепло основному теплоносителю и возвращается в трубку.
Тепловая трубка работает немного иначе. Принцип его работы основан на передаче тепла через легко испаряющуюся жидкость, заключенную в тепловом канале. Сам канал (трубка) выполнен из металла с теплоемкостью (алюминий, медь). Солнечный свет нагревает жидкость, она испаряется с нижнего конца трубки и конденсируется в коллекторе тепла.Конденсат стекает вниз и снова нагревается солнечными лучами. Основной теплоноситель забирает тепло от коллектора тепла и передает его через коллектор дальше в систему.
Тепло коллектор
Помимо трубок, вакуумный солнечный коллектор оснащен тепловым коллектором, который необходим для передачи тепла от трубок к теплоносителю. Коллектор тепла расположен в верхней части сборки. Принцип его работы следующий.Медный сердечник передает накопленную энергию основному теплоносителю, циркулирующему по замкнутому кругу «теплообменник бака — коллектор». Циркуляция обеспечивается специальным маленьким насосом. А если температура теплоносителя упадет ниже определенного минимума (например, ночью), то автоматика системы водяного отопления отключит насос. Таким образом предотвращается обратный нагрев, в результате чего хладагент будет собирать тепло горячей воды в накопительном баке.
Воздушные коллекторы
Воздушные солнечные коллекторы используются реже.Используется не для нагрева воды, а для нагрева и кондиционирования воздуха. Сам воздух, нагретый солнечными лучами, играет роль теплоносителя. По сути, этот коллектор представляет собой ребристую металлическую панель, окрашенную в черный цвет. Принцип его работы основан на естественном или принудительном поступлении воздуха в помещения, которые нагреваются под панелью, подвергающейся воздействию солнечных лучей.
Солнечные коллекторы
Как работает
солнечный коллектор работает?
Солнечный коллектор представляет собой плоскую коробку, состоящую из
из трех основных частей, прозрачной крышки, трубок с охлаждающей жидкостью и
утепленная задняя пластина.Солнечный коллектор работает на парниковом эффекте
принцип; солнечное излучение падает на прозрачную поверхность солнечного
коллектор проходит через эту поверхность. Внутри солнечной
коллектор обычно откачивается, энергия, содержащаяся в солнечном коллекторе
в основном задерживается и, таким образом, нагревает хладагент, содержащийся в трубках. В
трубки обычно делаются из меди, а задняя панель окрашена в черный цвет, чтобы облегчить
поглощают солнечное излучение. Солнечный коллектор обычно изолирован, чтобы избежать перегрева.
убытки.
Активный солнечный водонагреватель
Основные компоненты активной солнечной системы водяного отопления
- Солнечная
коллектор для улавливания солнечной энергии и передачи ее теплоносителю
средний - А
система циркуляции, которая перемещает жидкость между солнечным коллектором и
накопительный бак - Хранение
бак - Назад
система отопления - Контроль
система регулирования работы системы
Два основных типа солнечных водонагревательных систем:
система с замкнутым контуром и система с открытым контуром.В системе с открытым контуром вода использовалась в качестве
теплоноситель, вода циркулирует между солнечным коллектором и накопителем
бак.
Существует два основных типа систем без обратной связи:
система слива и система рециркуляции, основной принцип, лежащий в основе обоих
системы — это активация циркуляции от коллектора к накопительному резервуару
когда температура внутри солнечного коллектора достигает определенного значения.
В дренажной системе используется клапан, позволяющий
коллектор заполнять водой, когда коллектор достигает определенной температуры.
В рециркуляционной системе вода перекачивается через
коллектор, когда температура в накопительном баке достигает определенного критического
ценить.
В приложениях, где вероятно повышение температуры
ниже нуля градусов, тогда необходимо использовать замкнутую систему. В
Основное отличие системы разомкнутого контура заключается в том, что вода заменяется на
хладагент, который не замерзает в диапазоне температур солнечного коллектора.
может быть предметом.В качестве охлаждающей жидкости обычно используется хладагент, масло или дистиллированная жидкость.
воды. Системы с замкнутым контуром, как правило, дороже, чем их разомкнутые.
встречные части и следует проявлять большую осторожность, чтобы избежать загрязнения воды
с хладагентом. Энергия, захваченная охладителем, затем передается
горячая вода через теплообменник. В
Система обратного слива охлаждающей жидкостью может быть дистиллированная вода. Система работает на
принцип, что в коллекторе только вода, когда насос
операционная. Это имеет то преимущество, что охлаждающая жидкость, используемая в системе, не будет
иметь возможность остыть ночью, когда температура может упасть до
уровень, который может привести к увеличению плотности охлаждающей жидкости и, следовательно, вызвать
не будет таким свободным, как следовало бы.Единственная необходимая функция на
обратная система состоит в том, что солнечный коллектор поднимается от тепла
теплообменник или дренажный бак, чтобы охлаждающая жидкость вытекала из
коллектор. Эта система снова работает по принципу циркуляции воды.
между коллектором и сливным баком, когда заданная температура
достигнута между солнечным коллектором и горячей водой.
Активный
солнечное отопление
Компоненты системы для обогрева помещений:
то же самое для водяного отопления с добавлением радиаторов для отопления помещений или под
змеевики напольного отопления или даже системы с принудительной подачей воздуха.
Радиаторная система обычно работает в очень симметричном
Что касается применения горячей воды, основным отличием является включение
бойлер, нагретая вода из коллектора пропускается через теплообменник или
сливной резервуар, а затем передается в бойер, используется для пополнения
требования к прослушиванию воды перед тем, как попасть в радиаторы, которые будут использоваться для
космическое отопление.
Системы распределения воздуха.
В поместье снова работает система распределения воздуха.
аналогично системе горячего водоснабжения, основное отличие — включение
воздуходувка и воздуховод.В системе используется дополнительный элемент управления, который
позволить воздуху течь по змеевику при высокой температуре в накопительном баке
достаточно, чтобы воздух, проходящий через змеевики в обратном канале аппарата,
позволяют системе вносить положительный вклад в обогрев помещения
требовать.
При проектировании систем крупных коммерческих или промышленных приложений
немного отличается от жилых помещений. Стоит отметить, что
рост температуры коллектора довольно постоянен, чтобы использовать пример, если
температура подачи в коллектор составляет около 60F, а
температура возврата составляет около 73 ° C, или температура возврата составляет 173 ° F, а
подача 160C, это
в основном означает, что нельзя использовать высокотемпературные и низкотемпературные приложения.
серия внутри петли.Низкотемпературное приложение в основном потянет вниз
применение при более высоких температурах. Вакуумные коллекторы — отличные исполнители
в высокотемпературных приложениях коллекторный контур должен быть выделен
применение при более высоких температурах до тех пор, пока нагрузка не будет удовлетворена. В приложениях
например, для больниц, гостиниц или коммерческих офисных зданий может потребоваться
для установки двух и более резервуаров, соединенных последовательно.
1. резервуар для хранения 2. резервуар для предварительного нагрева 3.холодная подача 4. смесительный клапан
5. подача и возврат в коллектор 6. отвод горячей воды
Работа системы: Горячая вода из коллектора проходит
через змеевик в первом резервуаре ( 1 ),
Затем, в зависимости от температуры, он отводится трехходовым клапаном (4) .
к любому: змеевик в резервуаре (2) , если он выше установленного
температура (имеется в виду бак (1) горячий) или коллектор, если он
ниже установленной температуры смесительного клапана.
Соображения по поводу коммерческого и промышленного дизайна: Система
могут быть расширены за счет включения более одного резервуара предварительного нагрева, теплообменных змеевиков
соединены трехходовыми клапанами, и вода, которая должна быть нагрета, течет в
серия через резервуары в обратном направлении. Трехходовой клапан может
либо с терморегулятором, либо с электрическим управлением. Не более 100 пробирок
должны быть подключены последовательно. Необходимо соблюдать осторожность при проектировании трубопроводов в
каждая секция, чтобы гарантировать, что каждая секция получает равный поток.
Солнечный коллектор — Energy Education
Рисунок 1. Солнечный коллектор. [1]
A Солнечный коллектор — это устройство, которое собирает и / или концентрирует солнечное излучение. Эти устройства в основном используются для активного солнечного нагрева и позволяют нагревать воду для личного пользования. [2] Эти коллекторы обычно устанавливаются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. [2]
Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с использованием водонагревателя, потенциально снижая затраты на электроэнергию с течением времени. Как и в домашних условиях, большое количество этих коллекторов можно объединить в массив и использовать для выработки электроэнергии на солнечных тепловых электростанциях.
Типы солнечных коллекторов
Существует много разных типов солнечных коллекторов, но все они сконструированы с учетом одной и той же основной предпосылки.В общем, есть материал, который используется для сбора и фокусировки энергии Солнца и использования ее для нагрева воды. В простейшем из этих устройств используется черный материал, окружающий трубы, по которым течет вода. Черный материал очень хорошо поглощает солнечное излучение и, поскольку материал нагревает воду, он окружает. Это очень простой дизайн, но коллекционеры могут стать очень сложными. Абсорбирующие пластины можно использовать, если нет необходимости в повышении температуры, но обычно устройства, в которых используются отражающие материалы для фокусировки солнечного света, приводят к большему повышению температуры.
Плоские коллекторы
Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. [3]
Эти коллекторы представляют собой просто металлические коробки с каким-то прозрачным стеклом в качестве крышки поверх темной поглощающей пластины. Боковые стороны и дно коллектора обычно покрываются изоляцией, чтобы минимизировать тепловые потери в другие части коллектора. Солнечное излучение проходит через прозрачное остекление и попадает на пластину поглотителя. [4] Эта пластина нагревается, передавая тепло либо воде, либо воздуху, который находится между остеклением и пластиной-поглотителем.Иногда эти абсорбирующие пластины окрашиваются специальными покрытиями, которые лучше поглощают и удерживают тепло, чем традиционная черная краска. Эти пластины обычно делают из металла, который является хорошим проводником — обычно из меди или алюминия. [4]
Коллекторы вакуумные
Рисунок 3. Схема вакуумного трубчатого солнечного коллектора. [5]
В этом типе солнечных коллекторов используется серия откачанных труб для нагрева воды. [2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии при минимизации потерь тепла в окружающую среду.У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина поглотителя, которая соединена с тепловой трубкой, чтобы переносить тепло, собираемое от Солнца, к воде. Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. [6] При таком давлении на «горячем» конце трубы находится кипящая жидкость, а на «холодном» конце — конденсирующийся пар. Это позволяет тепловой энергии более эффективно перемещаться от одного конца трубы к другому. Как только тепло от Солнца переходит от горячего конца тепловой трубы к конденсирующему концу, тепловая энергия переносится в воду, которая нагревается для использования. [2]
Коллекторы Line Focus
Рисунок 4. Схема солнечного коллектора с линейным фокусом. [7]
В этих коллекторах, иногда называемых параболическими желобами, используются материалы с высокой отражающей способностью для сбора и концентрации тепловой энергии солнечного излучения. [8] Эти коллекторы состоят из отражающих секций параболической формы, соединенных в длинный желоб. [2] Труба, по которой течет вода, помещается в центре этого желоба, так что солнечный свет, собираемый отражающим материалом, фокусируется на трубе, нагревая ее содержимое.Это коллекторы очень высокой мощности, поэтому они обычно используются для выработки пара для солнечных тепловых электростанций и не используются в жилых помещениях. Эти желоба могут быть чрезвычайно эффективными для выработки тепла от Солнца, особенно те, которые могут поворачиваться, отслеживая Солнце в небе для обеспечения максимального сбора солнечного света. [2]
Коллекторы точечного фокуса
Рисунок 5. Точечный солнечный коллектор. [9]
Эти коллекторы представляют собой большие параболические тарелки, состоящие из некоторого отражающего материала, которые фокусируют энергию Солнца в одной точке.Тепло от этих коллекторов обычно используется для привода двигателей Стирлинга. [2] Хотя они очень эффективны для сбора солнечного света, они должны активно отслеживать Солнце по небу, чтобы иметь какую-либо ценность. Эти тарелки могут работать по отдельности или быть объединены в группу, чтобы собрать еще больше энергии от Солнца. [10]
Коллекторы точечной фокусировки и аналогичные устройства также могут использоваться для концентрирования солнечной энергии для использования с концентрированной фотоэлектрической системой. В этом случае вместо производства тепла энергия Солнца преобразуется непосредственно в электричество с помощью высокоэффективных фотоэлектрических элементов, специально разработанных для использования концентрированной солнечной энергии.
Для дальнейшего чтения
Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:
Список литературы
- ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flatplate.png
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Г. Бойль. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
- ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский застекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
- ↑ 4.0 4.1 Flasolar. (10 августа 2015 г.). Плоские солнечные коллекторы [Онлайн]. Доступно: http://www.flasolar.com/active_dhw_flat_plate.htm
- ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Evacuated_tube_collector.gif
- ↑ RedSun. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: http://www.redsunin.com/products/evacuated-tube-collector-solar-water-heaters/
- ↑> Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор линейного фокуса [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Solarpipe-scheme.svg/2000px-Solarpipe-scheme.svg.png
- ↑ Министерство энергетики США.(10 августа 2015 г.). Солнечный коллектор Line Focus [Онлайн]. Доступно: https://www.eeremultimedia.energy.gov/solar/photographs/line_focus_solar_collector
- ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Солнечный двигатель Стирлинга [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/SolarStirlingEngine.jpg
- ↑ JC Solar Homes. (10 августа 2015 г.). Концентраторы и плоские коллекторы [Онлайн]. Доступно: http: //www.jc-solarhomes.ru / КОЛЛЕКТОРЫ / концентраторы_vs_flat_plates.htm
Солнечный коллектор — Energy Education
Рисунок 1. Солнечный коллектор. [1]
A Солнечный коллектор — это устройство, которое собирает и / или концентрирует солнечное излучение. Эти устройства в основном используются для активного солнечного нагрева и позволяют нагревать воду для личного пользования. [2] Эти коллекторы обычно устанавливаются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. [2]
Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с использованием водонагревателя, потенциально снижая затраты на электроэнергию с течением времени. Как и в домашних условиях, большое количество этих коллекторов можно объединить в массив и использовать для выработки электроэнергии на солнечных тепловых электростанциях.
Типы солнечных коллекторов
Существует много разных типов солнечных коллекторов, но все они сконструированы с учетом одной и той же основной предпосылки.В общем, есть материал, который используется для сбора и фокусировки энергии Солнца и использования ее для нагрева воды. В простейшем из этих устройств используется черный материал, окружающий трубы, по которым течет вода. Черный материал очень хорошо поглощает солнечное излучение и, поскольку материал нагревает воду, он окружает. Это очень простой дизайн, но коллекционеры могут стать очень сложными. Абсорбирующие пластины можно использовать, если нет необходимости в повышении температуры, но обычно устройства, в которых используются отражающие материалы для фокусировки солнечного света, приводят к большему повышению температуры.
Плоские коллекторы
Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. [3]
Эти коллекторы представляют собой просто металлические коробки с каким-то прозрачным стеклом в качестве крышки поверх темной поглощающей пластины. Боковые стороны и дно коллектора обычно покрываются изоляцией, чтобы минимизировать тепловые потери в другие части коллектора. Солнечное излучение проходит через прозрачное остекление и попадает на пластину поглотителя. [4] Эта пластина нагревается, передавая тепло либо воде, либо воздуху, который находится между остеклением и пластиной-поглотителем.Иногда эти абсорбирующие пластины окрашиваются специальными покрытиями, которые лучше поглощают и удерживают тепло, чем традиционная черная краска. Эти пластины обычно делают из металла, который является хорошим проводником — обычно из меди или алюминия. [4]
Коллекторы вакуумные
Рисунок 3. Схема вакуумного трубчатого солнечного коллектора. [5]
В этом типе солнечных коллекторов используется серия откачанных труб для нагрева воды. [2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии при минимизации потерь тепла в окружающую среду.У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина поглотителя, которая соединена с тепловой трубкой, чтобы переносить тепло, собираемое от Солнца, к воде. Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. [6] При таком давлении на «горячем» конце трубы находится кипящая жидкость, а на «холодном» конце — конденсирующийся пар. Это позволяет тепловой энергии более эффективно перемещаться от одного конца трубы к другому. Как только тепло от Солнца переходит от горячего конца тепловой трубы к конденсирующему концу, тепловая энергия переносится в воду, которая нагревается для использования. [2]
Коллекторы Line Focus
Рисунок 4. Схема солнечного коллектора с линейным фокусом. [7]
В этих коллекторах, иногда называемых параболическими желобами, используются материалы с высокой отражающей способностью для сбора и концентрации тепловой энергии солнечного излучения. [8] Эти коллекторы состоят из отражающих секций параболической формы, соединенных в длинный желоб. [2] Труба, по которой течет вода, помещается в центре этого желоба, так что солнечный свет, собираемый отражающим материалом, фокусируется на трубе, нагревая ее содержимое.Это коллекторы очень высокой мощности, поэтому они обычно используются для выработки пара для солнечных тепловых электростанций и не используются в жилых помещениях. Эти желоба могут быть чрезвычайно эффективными для выработки тепла от Солнца, особенно те, которые могут поворачиваться, отслеживая Солнце в небе для обеспечения максимального сбора солнечного света. [2]
Коллекторы точечного фокуса
Рисунок 5. Точечный солнечный коллектор. [9]
Эти коллекторы представляют собой большие параболические тарелки, состоящие из некоторого отражающего материала, которые фокусируют энергию Солнца в одной точке.Тепло от этих коллекторов обычно используется для привода двигателей Стирлинга. [2] Хотя они очень эффективны для сбора солнечного света, они должны активно отслеживать Солнце по небу, чтобы иметь какую-либо ценность. Эти тарелки могут работать по отдельности или быть объединены в группу, чтобы собрать еще больше энергии от Солнца. [10]
Коллекторы точечной фокусировки и аналогичные устройства также могут использоваться для концентрирования солнечной энергии для использования с концентрированной фотоэлектрической системой. В этом случае вместо производства тепла энергия Солнца преобразуется непосредственно в электричество с помощью высокоэффективных фотоэлектрических элементов, специально разработанных для использования концентрированной солнечной энергии.
Для дальнейшего чтения
Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:
Список литературы
- ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flatplate.png
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Г. Бойль. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
- ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский застекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
- ↑ 4.0 4.1 Flasolar. (10 августа 2015 г.). Плоские солнечные коллекторы [Онлайн]. Доступно: http://www.flasolar.com/active_dhw_flat_plate.htm
- ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Evacuated_tube_collector.gif
- ↑ RedSun. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: http://www.redsunin.com/products/evacuated-tube-collector-solar-water-heaters/
- ↑> Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор линейного фокуса [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Solarpipe-scheme.svg/2000px-Solarpipe-scheme.svg.png
- ↑ Министерство энергетики США.(10 августа 2015 г.). Солнечный коллектор Line Focus [Онлайн]. Доступно: https://www.eeremultimedia.energy.gov/solar/photographs/line_focus_solar_collector
- ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Солнечный двигатель Стирлинга [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/SolarStirlingEngine.jpg
- ↑ JC Solar Homes. (10 августа 2015 г.). Концентраторы и плоские коллекторы [Онлайн]. Доступно: http: //www.jc-solarhomes.ru / КОЛЛЕКТОРЫ / концентраторы_vs_flat_plates.htm
Солнечный коллектор — Energy Education
Рисунок 1. Солнечный коллектор. [1]
A Солнечный коллектор — это устройство, которое собирает и / или концентрирует солнечное излучение. Эти устройства в основном используются для активного солнечного нагрева и позволяют нагревать воду для личного пользования. [2] Эти коллекторы обычно устанавливаются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. [2]
Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с использованием водонагревателя, потенциально снижая затраты на электроэнергию с течением времени. Как и в домашних условиях, большое количество этих коллекторов можно объединить в массив и использовать для выработки электроэнергии на солнечных тепловых электростанциях.
Типы солнечных коллекторов
Существует много разных типов солнечных коллекторов, но все они сконструированы с учетом одной и той же основной предпосылки.В общем, есть материал, который используется для сбора и фокусировки энергии Солнца и использования ее для нагрева воды. В простейшем из этих устройств используется черный материал, окружающий трубы, по которым течет вода. Черный материал очень хорошо поглощает солнечное излучение и, поскольку материал нагревает воду, он окружает. Это очень простой дизайн, но коллекционеры могут стать очень сложными. Абсорбирующие пластины можно использовать, если нет необходимости в повышении температуры, но обычно устройства, в которых используются отражающие материалы для фокусировки солнечного света, приводят к большему повышению температуры.
Плоские коллекторы
Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. [3]
Эти коллекторы представляют собой просто металлические коробки с каким-то прозрачным стеклом в качестве крышки поверх темной поглощающей пластины. Боковые стороны и дно коллектора обычно покрываются изоляцией, чтобы минимизировать тепловые потери в другие части коллектора. Солнечное излучение проходит через прозрачное остекление и попадает на пластину поглотителя. [4] Эта пластина нагревается, передавая тепло либо воде, либо воздуху, который находится между остеклением и пластиной-поглотителем.Иногда эти абсорбирующие пластины окрашиваются специальными покрытиями, которые лучше поглощают и удерживают тепло, чем традиционная черная краска. Эти пластины обычно делают из металла, который является хорошим проводником — обычно из меди или алюминия. [4]
Коллекторы вакуумные
Рисунок 3. Схема вакуумного трубчатого солнечного коллектора. [5]
В этом типе солнечных коллекторов используется серия откачанных труб для нагрева воды. [2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии при минимизации потерь тепла в окружающую среду.У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина поглотителя, которая соединена с тепловой трубкой, чтобы переносить тепло, собираемое от Солнца, к воде. Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. [6] При таком давлении на «горячем» конце трубы находится кипящая жидкость, а на «холодном» конце — конденсирующийся пар. Это позволяет тепловой энергии более эффективно перемещаться от одного конца трубы к другому. Как только тепло от Солнца переходит от горячего конца тепловой трубы к конденсирующему концу, тепловая энергия переносится в воду, которая нагревается для использования. [2]
Коллекторы Line Focus
Рисунок 4. Схема солнечного коллектора с линейным фокусом. [7]
В этих коллекторах, иногда называемых параболическими желобами, используются материалы с высокой отражающей способностью для сбора и концентрации тепловой энергии солнечного излучения. [8] Эти коллекторы состоят из отражающих секций параболической формы, соединенных в длинный желоб. [2] Труба, по которой течет вода, помещается в центре этого желоба, так что солнечный свет, собираемый отражающим материалом, фокусируется на трубе, нагревая ее содержимое.Это коллекторы очень высокой мощности, поэтому они обычно используются для выработки пара для солнечных тепловых электростанций и не используются в жилых помещениях. Эти желоба могут быть чрезвычайно эффективными для выработки тепла от Солнца, особенно те, которые могут поворачиваться, отслеживая Солнце в небе для обеспечения максимального сбора солнечного света. [2]
Коллекторы точечного фокуса
Рисунок 5. Точечный солнечный коллектор. [9]
Эти коллекторы представляют собой большие параболические тарелки, состоящие из некоторого отражающего материала, которые фокусируют энергию Солнца в одной точке.Тепло от этих коллекторов обычно используется для привода двигателей Стирлинга. [2] Хотя они очень эффективны для сбора солнечного света, они должны активно отслеживать Солнце по небу, чтобы иметь какую-либо ценность. Эти тарелки могут работать по отдельности или быть объединены в группу, чтобы собрать еще больше энергии от Солнца. [10]
Коллекторы точечной фокусировки и аналогичные устройства также могут использоваться для концентрирования солнечной энергии для использования с концентрированной фотоэлектрической системой. В этом случае вместо производства тепла энергия Солнца преобразуется непосредственно в электричество с помощью высокоэффективных фотоэлектрических элементов, специально разработанных для использования концентрированной солнечной энергии.
Для дальнейшего чтения
Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:
Список литературы
- ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flatplate.png
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Г. Бойль. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
- ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский застекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
- ↑ 4.0 4.1 Flasolar. (10 августа 2015 г.). Плоские солнечные коллекторы [Онлайн]. Доступно: http://www.flasolar.com/active_dhw_flat_plate.htm
- ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Evacuated_tube_collector.gif
- ↑ RedSun. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: http://www.redsunin.com/products/evacuated-tube-collector-solar-water-heaters/
- ↑> Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор линейного фокуса [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Solarpipe-scheme.svg/2000px-Solarpipe-scheme.svg.png
- ↑ Министерство энергетики США.(10 августа 2015 г.). Солнечный коллектор Line Focus [Онлайн]. Доступно: https://www.eeremultimedia.energy.gov/solar/photographs/line_focus_solar_collector
- ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Солнечный двигатель Стирлинга [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/SolarStirlingEngine.jpg
- ↑ JC Solar Homes. (10 августа 2015 г.). Концентраторы и плоские коллекторы [Онлайн]. Доступно: http: //www.jc-solarhomes.ru / КОЛЛЕКТОРЫ / концентраторы_vs_flat_plates.htm
Что такое плоский солнечный коллектор и как он работает?
Плоский солнечный коллектор — это тип солнечной тепловой панели, целью которой является преобразование солнечного излучения в тепловую энергию. Этот тип солнечного коллектора имеет хорошее соотношение цены и эффективности в умеренном климате и правильно адаптируется к большому количеству применений солнечной тепловой энергии (нагрев воды для бытовых нужд, нагрев плавательных бассейнов, поддержка отопления, предварительный нагрев промышленных жидкостей и т. Д.).
В зависимости от конфигурации поглотителя мы можем выделить два основных типа плоских пластинчатых солнечных коллекторов: «решетчатый» параллельный, в вертикальном и горизонтальном вариантах и серия «змеевидный». По сути, разница между ними составляет:
- Параллельная конфигурация способствует тому, что температура солнечного коллектора с большим объемом циркуляции воды может быть расслоена ветвями внутренней части коллектора и получить термодинамический скачок примерно на 10 ° C. с хорошей производительностью.
- Последовательная конфигурация состоит из одного непрерывного контура с небольшим объемом циркулирующей воды и верхним тепловым скачком с хорошей производительностью.
Другой способ классификации плоских солнечных коллекторов состоит в том, являются ли они застекленными или неглазурованными:
Плоские застекленные солнечные коллекторы обычно используются в бытовых системах водяного отопления или в установках. Рабочая температура обычно составляет от 30 ° C до 60 ° C. Он состоит из изолированной коробки, покрытой стеклом.Внутри находится абсорбент, в котором циркулирует теплоноситель. Остекление блокирует инфракрасное излучение и изолирует воздушное пространство над поглотителем для сохранения тепла.
Плоский неглазурованный солнечный коллектор намного дешевле, но менее распространен. В зависимости от наружной температуры он обычно используется в системах обогрева бассейнов, но иногда может использоваться как система водяного отопления в теплых странах. В зонах с умеренным климатом рабочая температура обычно ниже 30 градусов по Цельсию.Он состоит только из абсорбента, в котором циркулирует хладагент.
Производительность плоского солнечного коллектора
Работа солнечного теплового коллектора для использования солнечной тепловой энергии очень проста. Фактически, любое тело, подвергающееся солнечному излучению, получает поток энергии, который нагревает его и, следовательно, повышает температуру. Это повышение температуры означает увеличение внутренней энергии.
Тело при заданной температуре излучает энергию вокруг себя благодаря своим термодинамическим свойствам в виде излучения, которое напрямую зависит от разницы температур между температурой тела и температурой окружающей среды.
Если мы охлаждаем солнечный коллектор, пропуская через него жидкость, это тепло используется, что означает, что часть захваченной энергии передается этой жидкости в качестве полезной энергии. Остальная энергия по-прежнему теряется в виде излучения солнечного теплового коллектора во внешнюю среду. В этом случае рабочая температура всегда ниже равновесной.
Если мы хотим получить хорошую производительность, мы должны работать с коллекторами при минимально возможной температуре, если она достаточна для предполагаемого использования.
Используемая возобновляемая энергия удаляется из солнечного коллектора с помощью теплоносителя, обычно состоящего из смеси воды с антифризом и ингибиторами коррозии.
Физические принципы работы плоского солнечного коллектора
Плоский солнечный коллектор работает на основе следующих физических принципов:
Черное тело (поглотитель)
Падающее солнечное излучение частично поглощается телами. Остальное отражается или проходит через них.
Взаимосвязь между этими эффектами зависит от:
- природы тела
- состояния поверхности.
- Толщина корпуса.
- Вид излучения. Длина волны
- Угол падения солнечных лучей.
Темные и матовые тела лучше улавливают солнечное излучение, чем любой другой цвет; поэтому поглотитель солнечного коллектора обычно бывает темного цвета, чтобы максимально использовать солнечное излучение.
Парниковый эффект
Парниковый эффект возникает в некоторых прозрачных телах, через которые обычно проходит только излучение с длиной волны от 0,3 до 3 микрон. Поскольку большая часть солнечного излучения составляет от 0,3 до 2,4 микрон, солнечный свет может проходить через стекло. После прохождения излучение находит поглотитель, который нагревается солнечным излучением и излучает излучение размером от 4,5 до 7,2 микрон, для которого стекло непрозрачно.
Это солнечное излучение, которое не может уйти, снова отражается внутрь.Часть этой энергии нагревает стекло, и кристалл направляет его внутрь и наружу.
Некоторые пластмассы (например, поликарбонат) имеют поведение, подобное стеклу (они пропускают коротковолновое излучение Солнца и останавливают длинноволновое излучение, исходящее от пластины поглотителя).
Изоляция
Третий из физических принципов работы солнечных коллекторов — это изоляция сборки снаружи, обычно образованная внутренней облицовкой контейнерной коробки.Хорошая изоляция улучшает использование солнечной тепловой энергии.
Компоненты плоского солнечного коллектора
Плоский солнечный коллектор может быть застекленным или неглазурованным. Коллектор с застекленной крышкой чаще всего используется для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Эта команда состоит из следующих элементов:
Поглотитель
Поглотитель — это элемент, который улавливает солнечное излучение внутри коллектора и отвечает за преобразование солнечной энергии в тепловую.
Поглотитель обычно состоит из металлической фольги, обычно из меди (хорошая теплопроводность), которая в основном темнеет с:
1. Тонкая пленка черной термокраски, выдерживающая рабочие температуры выше 100 градусов Цельсия.
2. Селективная обработка на основе электрохимического осаждения или красок с оксидами металлов, которые имеют высокое поглощение солнечного излучения (короткие волны) и низкую теплоотдачу (длинные волны).
Абсорбер включает в себя решетку труб, по которым будет циркулировать теплоноситель.
Прозрачная крышка
Прозрачная крышка предназначена для изоляции солнечного коллектора от внешних условий окружающей среды, хотя и пропускает солнечную радиацию, которая вызывает парниковый эффект. Обычно он состоит из одного листа закаленного стекла (стойкого) с низким содержанием железа (очень прозрачного) толщиной примерно 4 мм.
Изоляция
Изоляция — это элемент, который, как и в остальных случаях, выполняет функцию предотвращения потерь тепла изнутри коллектора, в частности поглотителя, наружу и обычно состоит из пластин. синтетических пен (полиуретан, цианид, стекловолокно и др.)), расположенные по бокам и на задней части солнечной панели.
Корпус
Корпус плоского солнечного коллектора предназначен для размещения остальных компонентов. Эта крышка обычно состоит из анодированного алюминиевого профиля, который гарантирует прочность сборки даже в экстремальных условиях работы. Точно так же в нижней части корпуса будут отверстия для слива конденсата.
Плоские солнечные коллекторы без крышки
Как следует из названия, солнечные коллекторы без крышки в основном состоят из абсорбирующего элемента, обычно образованного набором трубок из пластика, EPDM, резины или полипропилена.
Этот тип солнечных коллекторов очень экономичен и прост в установке, поскольку они обычно имеют гибкую конфигурацию, позволяющую размещать их на любой поверхности. Они также устойчивы к коррозии и допускают прямой нагрев, например, в случае подогрева бассейна.
Напротив, коллекторы без покрытия с синтетическим поглотителем, как правило, имеют очень крутые рабочие характеристики, потому что без стекла имеют очень хорошие оптические характеристики, но вместо этого быстро теряют свои характеристики, когда температура окружающей среды ниже рабочей температуры или с высокой температурой. скорость ветра.
По этой причине плоские коллекторы без крыши рекомендуются только в низкотемпературных приложениях, где рабочая температура близка к температуре окружающей среды, например, для продления купального сезона в открытых бассейнах. Отличительной особенностью этого типа коллекторов без крышки являются коллекторы со встроенной и смещенной металлической пластиной, разработанные специально для применения в замкнутой цепи.
Этот вариант обеспечивает лучшие тепловые характеристики солнечного коллектора и позволяет использовать его для производства горячей воды для бытовых нужд или других низкотемпературных применений.Другой пример этого типа коллектора, доступный на нашем рынке, состоит из многофункциональной крышки, которая сочетает в себе качества не требующей обслуживания крышки из нержавеющей стали с эффективностью селективного поверхностного солнечного коллектора.
Солнечный коллектор. Принцип действия. Две хитрости солнечных коллекторов
Человечество всю жизнь успешно использовало энергию солнца и накопило множество способов. Рассмотрим 2 из них.
Почему у нас «стеклянные» балконы и теплицы? Почему мы находимся близко к солнцу даже в помещении или почему горячая точка на полу, когда на него падает солнечный свет? Ответ один — солнечный свет, проникая сквозь стекло , приносит энергию .И сохранить эту энергию, а не вернуть ее, помогает то же стекло (прозрачная пленка, пластик). Парниковый эффект работает.
Почему поднимается дым от огня? А почему тяга в дымоходе? Потому что горячий воздух легче холодного и стремится вверх, а на его место торопится холодный воздух.
На этих двух принципах и работают воздухосборники. Солнечные коллекторы воздуха.
Воздухосборники. Солнечные коллекторы воздуха.
Воздухосборники, о которых мы говорим, не являются воздухозаборными коллекторами автомобилей.Нет. И не устройство движется и поглощает воздух. №
Воздушные солнечные коллекторы — это устройства, работающие на солнечной энергии и нагревающие воздух. Солнечные коллекторы часто представляют собой простые плоские коллекторы, которые используются в основном для обогрева помещений, сушки сельскохозяйственных продуктов. Воздух проходит через поглотитель за счет естественной конвекции или под действием вентилятора. Поскольку воздух проводит тепло хуже, чем жидкость, он пропускает через абсорбер меньше тепла, чем теплоноситель. В некоторых солнечных воздухонагревателях к поглощающей пластине прикреплены вентиляторы, которые увеличивают турбулентность воздуха и улучшают теплопередачу.Недостатком этой конструкции является то, что она потребляет энергию для вентиляторов, что увеличивает стоимость эксплуатации системы. В холодном климате воздух направляется в зазор между пластиной-поглотителем и изолированной задней стенкой коллектора: таким образом предотвращаются потери тепла через остекление. Однако, если воздух нагревается не более чем на 17 ° C выше температуры окружающей среды, охлаждающая жидкость может циркулировать по обеим сторонам пластины абсорбера без значительного снижения эффективности.
Основными достоинствами воздухосборников являются их простота и надежность.У этих коллекторов простое устройство. При правильном уходе качественный резервуар может прослужить 10-20 лет, а его эксплуатация очень проста.