Солнечный коллектор – это искусственное сооружение или устройство, предназначенное для поглощения солнечной радиации и преобразование ее в тепловую энергию, которую применяют для подогрева бытовой воды (система горячего водоснабжения).

Слово коллектор (англ. с ollect ) переводится, в данном смысле как — собирать, собиратель .

В общем конструкция установки, которая включает в себя солнечный коллектор является сложной и состоит из:

• датчика фиксации температуры в накопительном баке и солнечном коллекторе;
• накопительного или расширительного бака;
• циркуляционного насоса;
• датчики температуры для подогрева воды при условии недостаточности нагрева от солнечного коллектора;
• солнечный регулятор.

Данная установка должна иметь подключения к системе холодного и горячего водоснабжения (или к системе отопления), фото 1.

Фото 1. Общая схема работы и подключения солнечного коллектора

Существуют разные виды солнечных коллекторов:

1. Открытые солнечные коллекторы.
2. Плоские солнечные коллекторы.

Открытые солнечные коллекторы

Открытые коллекторы – оснащены поверхностью из резины или пластика, которые имеют высокий коэффициент поглощения солнечных и световых лучей. В данном коллекторе его поверхность не покрывается стеклом, фото 2 .

Фото 2. Солнечный коллектор открытого типа

Применяется в открытых гелиосистемах для нагрева воды в бассейнах и позволяет снизить расход газа на обогрев до 50…70%, что в наше время весьма существенно.

Коллектор открытого типа целесообразно использовать в теплых странах. В Украине рекомендуется применять только в южных регионах страны.

Плюсы открытого коллектора:

• легкое оборудование;
• простая конструкция и ее монтаж;
• относительно низкая стоимость.

Минусы открытого коллектора:

• прямая зависимость производительности коллектора от температуры окружающей среды и от погоды (облачности, ветра);
• применяется только для нагрева воды бассейнов и для летних душевых;
• малый срок эксплуатации (1…3 года).
• низкий КПД системы.

Вакуумный коллектор – является усовершенствуемым вариантом коллектора открытого типа, фото 3 . Особенностью данного коллектора является использования вакуума, как высокоэффективного теплоизолятора. Вакуум находится между внешним стеклом и теплопоглощающей поверхностью коллектора. Такая конструкция позволяет существенно снизить теплопотери и снизить зависимость производительности коллектора от температуры окружающей среды и погоды (ветер, осадки, облачность). Повышение эффективности вакуумного коллектора связано также с его работай по принципу зеркального эффекта (фото 4 ), который заключается в выравнивании тепловой мощности коллектора в зависимости от высоты солнца.

Вакуумные коллекторы производятся следующих видов:

• трубчатые – представляют собой герметичные вакуумные трубы;
• плоские – представляют собой пластины, вакуум в которых поддерживается насосами.

Фото 3. Вакуумные солнечные коллекторы

Фото 4. Зеркальный эффект вакуумного трубчатого коллектора. Принцип работы

Трубчатые вакуумные коллекторы

Трубчатые коллекторы состоят из следующих элементов:

• корпус-рама;
• корпус теплообменника;
• стеклянные вакуумные трубки.

В зависимости от конструкции теплового канала и стеклянных трубок трубчатые вакуумные коллекторы разделяются по следующим конструктивным особенностям:

• по виду стеклянной трубки: коаксиальная или перьевая;
• по виду теплового канала (производится с тепловой трубкой «нeat pipe» (термотрубка) и с прямоточной тепловой трубкой);

Коаксиальная стеклянная трубка сделана по типу термоса – две трубки различного диаметра вставленные друг в друга, между ними выкачан воздух и создан вакуум, фото 5.

Перьевая вакуумная стеклянная трубка – трубка с одной стенкой, а внутри трубки в среде вакуума установлена часть теплового канала и абсорбера, фото 6.

Фото 5. Коаксиальная вакуумная трубка

Фото 6. Перьевые трубки вакуумного трубчатого коллектора

Трубчатые вакуумные коллекторы по виду похожи на термос, и состоят из трубки в которую помещена трубка меньшего диаметра. Воздух между поверхностями трубок выкачан, т.е. создается вакуум, который является термоизолятором для минимизации теплопотерь. Внутренняя поверхность внутренней трубки покрыта высокоселективным слоем, от которого с помощью алюминиевых пластин происходит сбор количества принятого тепла и передача его медной U-образной или коаксиальной трубке с подогреваемой жидкостью.

Из фото 7 видно, что внутри алюминиевой пластины проходят две трубки: одна с нагретой жидкостью, а вторая – с холодной жидкостью. Все трубки с жидкостью (теплоносительные трубки) объедены в целую гидравлическую систему, фото 8 .

Цилиндрическая форма трубок позволяет по максимуму собирать солнечные лучи, которые в любое время дня и года принимают солнечные лучи перпендикулярно к оси трубки – это значительно повышает эффективность работы всей системы и позволяет даже при очень слабом солнечном освещении нагревать воду в системе горячего водоснабжения.

Фото 7. Трубка вакуумного коллектора в разрезе

Фото 8. Гидравлическая система коллектора

Выпускаются трубчатые вакуумные коллекторы различной конструкции. Кратко рассмотрим самые распространенные виды вакуумных трубчатых коллекторов:

• вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде (термосифонная система);
• вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным в бак теплообменником;
• вакуумный коллектор с термотрубками.

Система коллекторных трубок соединена с накопительным баком, через который поступает вода непосредственно к вакуумным трубкам, фото 9 , что является большим преимуществом, так как минимизируются теплопотери. Вода в трубках нагревается и поступает в теплообменник по принципу естественной конвекции, поэтому системный бак всегда располагается выше коллекторных трубок. Вода в баке, которая отдала тепло и охладилась, она естественным путем течет вниз в трубки.

Особенностью термосифонной системы является не только возможность аккумулировать определенное количество тепла, но и сохранять в баке определенное количество горячей воды некоторое время. Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде широко применяется для начального нагрева воды, а затем основными системами вода подогревается до требуемой температуры.

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде считается дешевым и отличается простой конструкцией.

Недостатки вакуумного коллектора с прямой теплопередачей воде:

1. Нерационально использовать солнечные коллекторы такого типа в тех регионах, где есть отрицательные температуры.
2. Не допускается в системе коллекторов давления более чем 0,2 атм, так как теплоноситель имеет прямой контакт с трубкой. Таким образом, данный коллектор не может работать в под высоким давлением.
3. Коллектор эффективно работает только при положительной температуре окружающей среды.

Фото 9. Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде (термосифонная система)

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным в бак теплообменником

Прямоточный канал позволяет снизить потери нагретой жидкости на пути к теплообменнику, фото 10 , т.е. непосредственная передача тепла теплообменнику (воде) без «посредников». При действии на трубку солнечных лучей жидкость закипает или просто нагревается, превращается в пар и переносит к теплообменнику тепловую энергию, который непосредственно находится в трубке. В теплообменнике пар конденсируется и возвращается обратно в каждую трубку коллектора. Такая система высокоэффективна и позволяет работать коллектору в экстремальных условиях, даже при температуре наружного воздуха -35°С.

Фото 10. Вакуумный трубчатый коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным в бак теплообменником

Вакуумный коллектор с термотрубками

Коллектор оснащен вместо обычных вакуумных трубок более усовершенствованными термотрубками , которые представляют собой трубку из тонкостенной меди заполненную легкокипящей жидкостью. Коллектор состоит из набора термотрубок, – при попадании солнечного света на трубки происходит кипение легкокипящей жидкости (например, иноргатик ) до температуры 250…380°С, ее пары поднимаясь в верхнюю часть трубки, которая является конденсатором отдают тепло и охлаждается до превращения в жидкость, а затем поступает снова в нижнюю часть термотрубок. Принцип работы представлен на фото 11 .

Фото 11. Вакуумный коллектор с термотрубками. Термотрубка и ее принцип работы

Плоские вакуумные коллекторы

Вакуумный плоский коллектор отличается от обычного плоского коллектора наличием в середине системы вакуума для снижения теплопотерь, фото 12 . Плоский вакуумный коллектор имеют высокую производительность по сравнению с другими плоскими коллекторами, но его распространение ограничивает то, что он очень дорогой. Также такой коллектор очень сложно устанавливать и эксплуатировать.

Фото 12. Плоский вакуумный коллектор

Плюсы вакуумного коллектора:

• высокий КПД системы на протяжении всего года, и даже зимой. По сравнению с другими типами коллекторов, трубчатый вакуумный коллектор на протяжении целого года производит на 30…40% количества тепла больше;
• возможность работать при отрицательных температурах (не все виды);
• некоторые производители выпускают трубчатые коллекторы с поверхностью из ударопрочного стекла, выдерживающего удар града или незначительного падения;
• низкая парусность конструкции позволяет более надежно закрепить оборудование с меньшими усилием и затратами.
• более ремонтопригодная система. При повреждении одной трубки ее относительно легко заменить, что совсем не возможно в плоских коллекторах;
• возможность нагрева воды до температуры 130…200°С.

Минусы вакуумного коллектора:

• более высокая стоимость; по подсчетам производителей окупаемость системы коллектора составляет 1…5 лет;
• большие габариты и тяжелый вес;
• в пределах Украины производительность вакуумного коллектора в зимний период может снижаться за счет осадков в виде снега и инея;
• низкий срок эксплуатации, система боится града (более свойственно продукции из Китая);
• одной из главных поломок системы – недержание вакуума в системе (более свойственно продукции из Китая).

Область применения. Вакуумные солнечные коллекторы применяют для подогрева бытовой воды или в системе отопления. Вакуумный коллектор позволяет летом получать полностью горячею бытовую воду в избытке, а зимой коллектор покрывает только до 60% всего расхода горячей воды. При заполнении теплоносителя, который не замерзает, свободно можно использовать коллектор для подогрева воды и в морозы при температуре -5…-10°С.

Плоские солнечные коллекторы

– это один из самых распространенных видов солнечных коллекторов, которые работают по принципу парникового эффекта, а именно то, что сквозь стекло практически полностью все солнечные лучи проходят и попадают на поверхность солнечного коллектора (фото 13 ).

Для плоского солнечного коллектора применяется обычное или специальное закаленное стекло с коэффициентом пропускания спектрального интервала 0,4…1,8 мкм и достигает 95%, а в свою очередь в нижней части коллектора используется теплопоглощающее покрытие с эффективностью 90% (высокоселективное покрытие). Поверхность стекла применяют матовую, которая больше поглощает солнечных лучей, чем глянцевая поверхность.

Фото 13. Плоский солнечный коллектор

Плоский солнечный коллектор состоит из следующих основных элементов:

• корпус;
• абсорбер и теплопоглощающее покрытие;
• прозрачное защитное покрытие (обычно стекло);
• термоизолирующее покрытие (обычно минеральная вата в комбинации со светоотражающей алюминиевой фольгой);
• элементы крепления оборудования.

Корпус плоского солнечного коллектора обычно изготовляют из листового или анодированного алюминия, и предназначенный для защиты главного оборудования от внешнего воздействия и крепления к основанию скатной кровли или реже к стене дома.

Абсорбер – основной элемент плоского коллектора. Абсорбер представляет собой обычно медную пластину с теплопоглощающим покрытием. К адсорберу припаян проточный трубопровод, для отвода тепла, который может располагаться по двум схемам: «меандр» и «арфа». Абсорбер помещается в стеклянный корпус. Одна поверхность, что покрыта теплопоглощающим слоем принимает солнечное излучение, а вторая сторона (противоположная) для снижения теплопотерь утепляется специальным материалом. Отвод теплоты от теплопоглощающего покрытия осуществляется через медный или алюминиевый теплообменник, внутри которого в качестве теплоносителя помещена вода или антифриз.

В разных моделях плоских солнечных коллекторах могут быть:

• абсорбер из меди лирообразной формы, поверхность которого покрыта высокоселективным черным хромом, что дает возможность к параллельному подключению коллекторов, фото 14а ;
• абсорбер из меди, меандровый с высокоселективным покрытием «Sunselect», фото 14б;
• абсорбер из меди двойной лирообразной формы с высокоселективным покрытием «Eta plus», фото 14в.

Фото 14. Устройство плоских коллекторов: а) абсорбер из меди лирообразной формы; абсорбер из меди, меандровый; в) абсорбер из меди двойной лирообразной формы

В плоских солнечных коллекторах используют следующие виды стекол , фото 15 :

• обычное стекло;
• специальное закаленное стекло. Особенностью является повышенная прочность на удар и высокая рассеянность.
• антирефлексное стекло – это стекло, на обеих поверхностях которого нанесен специальный слой элиминирующий отражение солнечного света и поэтому максимальное количество этого излучения попадает на абсорбер (до 96%);
• полярное стекло (самоочищающееся стекло); поверхность такого стекла покрыта специальным слоем диоксид титана, что приводит к выгоранию на солнце всего органического мусора, который оседает на поверхность коллектора, а дождь смывает его остатки, оставляя стекло чистым.

В более дорогих версиях плоского солнечного коллектора вместо обычного защитного стекла применяется стекло из поликарбоната, которое также хорошо пропускает солнечные лучи, но является более стойким к ударам.

Фото 15. Поглощающая способность и отражение солнечных лучей: антирефлексное стекло (слева) и специальное закаленное стекло (справа)

Очень важно, чтобы плоские коллекторы имели хорошую теплоизоляцию, которая снижает потери тепла. Обычно теплоизоляция плоских коллекторов устанавливается толщиной 20…60 мм изготовленной из минеральной ваты и светоотражающей алюминиевой пленки.

Для нашего региона, летом в Украине максимальная производительность плоского солнечного коллектора составляет 50 л (температура 50…60°С) за 1 день с 1 м 2 коллектора.

Плюсы плоских солнечных коллекторов:

1. Высокая производительность (КПД более 50%).
2. Простая и надежная конструкция.
3. Высокая долговечность оборудования (более 50 лет; производитель обычно дает гарантию на 10 лет эксплуатации).
4. Возможность работы круглый год.
5. Эффективно работают при необходимости нагрева воды выше на 20…40°С от температуры окружающей среды.

Минусы плоских солнечных коллекторов:

1. Низкая производительность в зимнее время и в неблагоприятную для коллектора погоду (по сравнению с вакуумным коллектором).
2. Максимальна эффективность плоского коллектора достигается только при попадании солнечных лучей под прямым углом, т.е. в полдень.
3. Требует периодической очистки от пыли, грязи, снега.
4. При повреждении коллектора, необходимо проводить полную замену устройства, а не отдельного элемента, как это происходит в трубчатых вакуумных коллекторах.

Как уже выше отмечалось, что плоские коллекторы устанавливают обычно на кровлю или на стены домов. Оптимальным решение является установка солнечного коллектора на стадии строительства дома, что позволяет существенно снизить расход денежных средств на кровельные материалы.

В данном случае плоские коллекторы просто встраивают в каркас кровли, фото 16 и их можно использовать в комплексе с солнечными батареями и мансардными окнами (с далека трудно отличить это окно или коллектор). Такой конструкцией коллекторов, размер которых совпадает с основными типовыми размерами мансардных окон, занимаются такие производители как ROTO (Германия) и VELUX (Дания).

Фото 16. Встроенный плоский коллектор на кровле

В табл. 1 приведены для сравнения самые главные преимущества и недостатки вакуумного и плоского коллекторов.

Таблица 1

Сравнительная таблица преимуществ и недостатков трубчатого вакуумного и плоского коллекторов

Вакуумные трубчатые	Плоские высокоселективные
Низкие теплопотери	Высокие теплопотери
Работоспособность в холодное время года до -30°С	Низкая работоспособность в холодное время года
Длительный период работы в течение суток	Высокая производительность летом
Отличное соотношение цена/производительность для умеренных широт и холодного климата	Отличное соотношение цена/производительность для южных широт и теплого климата
Удобство монтажа	Сложность монтажа, связанная с необходимостью подъема на кровлю собранного коллектора
Неспособность самоочистки от снега	Способность очищаться от снега и инея
Относительно высокая начальная стоимость проекта	Меньшая начальная стоимость
Рабочий угол наклона не менее 20°	Возможность установки под любым углом
Низкая парусность	Высокая парусность
Способность генерировать высокие температуры теплоносителя	Не способен генерировать высокие температуры теплоносителя

На фото 17 представлен график сравнения тепловой эффективности разных солнечных коллекторов.

Фото 17. График сравнения тепловой эффективности разных солнечных коллекторов при солнечном излучении мощностью 600 Вт/м2: 1 – вакуумный коллектор (трубчатого типа); 2 – плоский солнечный коллектор (селективное покрытие); 3 – солнечный коллектор открытого типа

Параметры, по которым определяют эффективность работы теплопоглощающего покрытия:

а – коэффициент поглощения (адсорбции) – это отношение количества поглощающей энергии ко всей «приходящей» энергии. Нормальное значение коэффициента а лежит в пределах 0,8…0,98;

е – коэффициент излучения (эмиссии) – это отношения количества излученной энергии к поглощенной. Нормальное значение е лежит в пределах 0,95…1,02, что зависит от вида покрытия;

а/е – коэффициент селективности. Чем выше значение коэффициента селективности, тем лучшая поглощающая способность теплопоглощающей поверхности.

Публикацию подготовил – эксперт

Конев Александр Анатольевич

В настоящее время производители предлагают гелиосистемы, позволяющие получать горячую воду и отапливать дом без привычных энергетических затрат - исключительно за счет солнечного излучения.

Единственный недостаток таких систем - зависимость от уровня инсоляции, и в ряде регионов они могут работать с полной эффективностью лишь в теплое время года, когда солнечного излучения достаточно.

Но даже это является существенным подспорьем для владельца загородного дома. Кроме того, на рынке уже имеются всесезонные гелиосистемы, которые способны как минимум наполовину закрыть проблему с отоплением в холодное время года - и это при условии довольно суровой зимы и не слишком высокого уровня инсоляции. Ниже мы рассмотрим классификацию гелиосистем и принцип работы солнечного коллектора.

Принцип работы гелиосистемы с солнечным коллектором, предназначенной для горячего водоснабжения и отопления: 1 - солнечный коллектор; 2 - гидроаккумулятор; 3 - бойлер; 4 - горячая вода

Классификация и виды гелиосистем для отопления

Современные гелиосистемы делятся на одно- и двухконтурные.

• В одноконтурной роль теплоносителя играет вода. Такая система используется только в теплое время года, при наступлении холодов воду из нее необходимо сливать.
• В двухконтурной роль теплоносителя выполняет антифриз, который способен выдерживать очень низкие температуры. Такая система может эксплуатироваться круглогодично.

Различают также термосифонные и циркулярные гелиосистемы.

В термосифонной используется естественное течение жидкости: теплая жидкость поднимается, а холодная - опускается. При этом накопительный бак должен располагаться над коллектором, что не всегда возможно.

К примеру, если речь идет об оснащении гелиосистемой существующего дома, приходится учитывать мощность перекрытий: не всякие способны выдержать дополнительный вес накопительного бака.

Опять же если коллектор размещается на скатах крыши, то накопительный бак, установленный над коллектором, может представлять собой слишком оригинальный архитектурный «изыск».

• Циркулярная система действует благодаря насосу, что очень удобно: накопительный бак может располагаться каким угодно образом.

Принцип работы и особенности солнечного коллектора

Основой гелиосистемы является гелиоустановка. Принцип работы солнечного коллектора известен давно.

Чуть ли не на каждой даче в жаркие летние дни для подогрева воды использовали металлический или пластиковый бак, выкрашенный черной краской и установленный на крыше душевой кабины.

Вода в нем прогревается под воздействием солнечных лучей и уже горячая поступает в систему водоснабжения. Подобные солнечные коллекторы по сей день применяют во многих арабских странах: уровень инсоляции в том регионе позволяет подогревать таким образом воду практически круглый год.

И в поселках нередко можно увидеть огромные черные баки, установленные на крышах домов.

Современному солнечному коллектору не нужен такой высокий уровень инсоляции. Более того, он может работать даже в пасмурный день, хотя, конечно, не столь эффективно, как при ясном небе.

А гелиоустановки с незамерзающей жидкостью (к примеру, такие, как на рис. 1.2, - с этанолом) способны работать и зимой. Единственное, что требуется, - счищать с них снег.

Рис. 1.2. Устройство солнечного коллектора с незамерзающей жидкостью: 1 - пары этанола; 2- вакуум (0,1 мбар); 3 - теплообменник; 4 - жидкий этанол




Конструкция нуждается в очистке не только в холодное время года. Любое загрязнение снижает эффективность коллектора, поэтому периодически его требуется промывать, удаляя пыль и грязь, которые мешают проникновению солнечных лучей.

Видео: работа солнечного коллектора зимой

Стоимость гелиоустановки, который можно эксплуатировать круглогодично, довольно высока. Но даже при недостаточной инсоляции (при большом количестве пасмурных дней и снежной зиме) он окупается в течение пяти лет.
А если уровень инсоляции немного выше, чем в среднерусской полосе, то период окупаемости сокращается до двух-трех лет.

Гарантийный же срок службы такого коллектора - до 30 лет, что делает подобную систему весьма привлекательной.

Устройство всесезонного солнечного коллектора



Всесезонная гелиоустановка устроена по принципу сосуда Дьюара или обычного бытового термоса: внутри одной трубы находится другая, а теплоизоляцией между ними служит вакуум.

Из таких труб, расположенных параллельно, и состоит устройство. Внутренняя труба имеет специальное покрытие (гелиотан), удерживающее солнечную энергию.

Трубы изготавливаются из ситала (стеклокристаллический материал с пониженным содержанием железа, что значительно уменьшает теплопотери) и стали. В них находится медная пластина с гелиотановым покрытием.

Подобный вакуумный коллектор с тепловой трубой стоит дороже остальных моделей, зато суровой зимой коллектору всё нипочем: он сохраняет работоспособность при температурах до -45 °С.

Все, что ему требуется, - немного солнечного света, пусть даже рассеянного. За счет высокоселективного покрытия внутренней трубы вода в системе может прогреваться до +48 °С при морозе на улице.

Плоские солнечные коллекторы




Нередко применяются и плоские солнечные коллекторы, которые привлекают потребителей умеренной ценой и высоким КПД (98 %). В них поглотителем тепла служат металлические пластины (обычно из меди, так как она отлично проводит тепло и устойчива к коррозии).

Поверхность пластин имеет специальное покрытие, как и внутренние трубы «термосовидных» коллекторов. Пластины расположены в ситаловых панелях, а дно и боковые стенки коллектора защищены от теплопотерь с помощью различных теплоизоляционных материалов.

Плоские коллекторы используются в прямоточных гелиосистемах, то есть в таких где тепло передается от солнца к теплоносителю напрямую.

В качестве рабочей жидкости (теплоносителя) в коллекторах используется антифриз или вода.

Теплоноситель, циркулирующий в коллекторе, прогревается под воздействием солнечных лучей и передает тепло воде (или другой рабочей жидкости) в теплообменнике.

В вакуумном коллекторе с тепловой трубой теплоносителем служит жидкость с низкой температурой кипения. Закипая под воздействием солнечных лучей, эта жидкость испаряется, пар поднимается вверх, нагревает воду (или другую рабочую жидкость) в теплообменнике и, охлаждаясь, преобразуется в конденсат, стекающий обратно в трубу

Воздушный солнечный коллектор

Cхема устройства воздушного коллектора: 1 - перфорированные пластины; 2 - окружающий воздух; 3 - воздушное пространство; 4 - вентилятор; 5 - подогретый воздух.




Для поддержания в доме комфортной температуры в прохладное время года (весной и осенью) подходит воздушный солнечный коллектор. Это очень простое устройство, предназначенное для сезонной работы. Оно может служить отличным подспорьем при организации отопительной системы, не зависящей от внешних ресурсов.

Воздух в системе циркулирует за счет вентилятора, который может быть подключен к солнечной батарее для электропитания. Сам коллектор представляет собой ящик, в котором содержится нагревательный элемент - перфорированные пластины, выкрашенные в черный цвет для лучшего поглощения солнечного излучения.

Сверху ящик закрывается прозрачной панелью из стекла или оргстекла, снизу находится слой теплоизоляционного материала, предотвращающий теплопотери.

Подобную систему можно приобрести относительно недорого, а можно без особого труда изготовить самостоятельно.

Работа воздушного солнечного коллектора характеризуется низким КПД. Однако в качестве дополнительной (вспомогательной) системы отопления для межсезонья он отлично подходит.

Каждый хоть раз в жизни пользовался летним душем. В жаркие солнечные дни вода в чёрной ёмкости наверху может оказаться очень горячей. Энергия впечатляющая, причём достаётся по нулевым тарифам. Смекалистые домовладельцы всерьёз задумываются о том, как более продуктивно использовать этот мощный источник тепла. Некоторым удаётся создать вполне рабочие самодельные гелиосистемы, однако сейчас не проблема приобрести фабричный солнечный коллектор для отопления дома и других целей. О том, насколько эффективны такие решения, и как они реализуются, поговорим далее.

Принцип работы солнечных коллекторов

Немного физики

Солнце – источник тепла. Лучи небесного светила (видимые и невидимые) переносят большое количество энергии, поэтому ультрафиолетовое и инфракрасное излучение ещё называют радиацией. Свет, попадающий на предметы, «впитывается» материалами, молекулы в них начинают двигаться быстрее, поверхности нагреваются. Это явление и применяют в системах отопления солнечными коллекторами.

Перспективы отопления гелиосистемами в течение года

Объекты по-разному воспринимают солнечное облучение. Они могут быть прозрачными для одного вида радиации, собирающими для другого, и наоборот. Некоторые материалы одновременно впитывают и отражают солнечные лучи. Негладкие матовые поверхности чёрного цвета улавливают энергию интенсивнее, чем светлые, блестящие и гладкие. Больше лучей – больше потенциального тепла.

Как гелиосистема «снимает» и использует солнечную энергию

В отличие от фотоэлектрических панелей (солнечных батарей), гелиосистема не вырабатывает электроэнергию. Солнечные коллекторы для отопления дома сами греют теплоноситель, без вспомогательных электрических приборов. Горячий теплоноситель попадает в специальную ёмкость, где через теплообменник передаёт тепло воде из системы отопления (получается своеобразный первичный замкнутый контур с независимой циркуляцией носителя). Накопительный бак, в свою очередь, интегрируют в отопительную систему с твердотопливным, дизельным или электрическим котлом в качестве основного теплогенератора.

Есть модели, в которых теплоносителем выступает воздух, прокачиваемый вентиляторами по системе каналов в заданные зоны. Они не так продуктивны, как водяные, но пригодятся для отопления технических помещений, теплиц, подготовки воздуха системы вентиляции или сушки сельхозпродукции. Главное достоинство – всесезонность (нет жидкостей – нет проблем с их замерзанием).

Важно! Отопление от солнечных коллекторов – не единственный вариант применения солнечной энергии в быту. Тепло, «произведённое» гелиосистемой, используют для запитки контура ГВС, подготовки воды в бассейнах и других нужд.

Виды солнечных коллекторов

По используемому теплоносителю:

• Водяные (в основном применяют антифриз).
• Воздушные.

Водяные системы в зависимости от способа использования теплоносителя разделяют на:

• Пассивные. По сути, это просто водонагревателями с баком, установленным на крыше или фасаде дома. Пассивные устройства в основном предназначены для получения горячей воды.
• Активные («сплит»). Посредством трубопроводов соединены с отдельно стоящим аккумулирующим баком, расположенным внутри здания, поэтому теряют меньше тепла и не боятся морозов. Для обеспечения циркуляции в систему устанавливают насосы. Чтобы активное отопление на солнечных коллекторах работало круглый год, накопитель доукомплектовывают ТЭНами для догрева.

Пассивный вакуумный моноблок для сезонного использования

Виды водяных коллекторов по принципу передачи тепла:

• Косвенного действия. Используют аккумулирующий бак, подключенный к контуру отопления или ГВС.
• Прямоточные («под давлением»). Посредством кранов и клапанов модуль подключают к водопроводу, то есть холодная вода выталкивает горячую, как в бытовом электрическом бойлере.

По типу конструкции водяные коллекторы бывают:

• Плоские – представляют собой коробчатую панель, дно покрыто теплоизоляционным материалом, чтобы не терять энергию через тыльную сторону. На этом слое по всей площади располагается пластина, которая поглощает солнечный свет и нагревается. В штампованных углублениях адсорбирующей пластины (под ней) проходят трубки с теплоносителем. Сверху панель покрыта защитным стеклом.
• Вакуумные – батареи из параллельных стеклянных труб, в которых циркулирует теплоноситель.

Начинка плоского солнечного коллектора

Устройство вакуумного солнечного коллектора для отопления

Рассмотрим функциональную нагрузку основных комплектующих вакуумного солнечного коллектора для отопления.

1. Вакуумная трубка – первичный теплообменник. Наружный слой выполнен из прочного прозрачного боросиликатного стекла. Внутри каждой колбы – адсорбер с многослойным покрытием, усиливающим поглощение солнечной энергии. Между стеклом и адсорбером воздух выкачан, вакуумная прослойка сохраняет тепло, создавая эффект термоса. В колбе установлены U-образные или Н-образные трубки с рабочей жидкостью.

1. Бак-аккумулятор выступает вторичным теплообменником. Через змеевик тепло передаётся теплоносителю из основного контура водяного отопления. В пасмурные дни данный элемент позволяет пользоваться накопленным теплом. У бака двойной корпус (внутренний кожух из нержавейки), пространство между стенками заполнено полиуретаном. Часто бак комплектуют нагревательными элементами для искусственного подогрева теплоносителя.

1. Контроллер предназначен для автоматизации работы коллектора. Он принимает показания датчиков и отдаёт команды: на подпитку системы, на включение ТЭНа или циркуляционного насоса.

1. Циркуляционный насос обеспечивает транспортировку теплоносителя между тепловой трубкой коллектора и выносным накопительным баком, благодаря чему на 20-25% повышается эффективность установки. Иногда для достижения автономности насосы снабжаются фотоэлектрической панелью, небольшое гидравлическое сопротивление позволяет использовать маломощные напорные устройства. Встречаются также конструкции с естественной циркуляцией.

Элементы вакуумной трубки солнечного коллектора

1. Трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой (подающий и обратный) соединяют аккумулирующую ёмкость с коллектором.

Важно! Чтобы сократить теплопотери, трубы контура гелиосистемы обязательно утепляют рукавами из вспененного каучука с толщиной стенок от 20 мм.

1. Расширительный бак должен компенсировать расширение нагретого теплоносителя, поскольку контур солнечного коллектора замкнут. Обычно используют модели, рассчитанные на 6-10 атмосфер.

1. Опорные металлоконструкции позволяют выставить коллектор под необходимым углом к солнцу. Раму изготавливают из стали или алюминия, она должна выдерживать порывы ветра до 30 м/с.

Производительность отопления солнечными коллекторами

Ключевую роль играет характер инсоляции в конкретной местности, например, важным показателем может оказаться высота над уровнем моря. Пользователи из южных регионов, где более трёхсот солнечных дней в году, по достоинству оценят работу гелиосистемы. Больше всего тепла можно получить в ясную погоду, когда солнце в зените. Вечером и утром, а также в пасмурные дни производительность системы неизбежно падает. Чтобы «поймать» максимум лучей, нужно правильно установить коллектор: выдержать угол наклона, ориентировать модули на юг, устранить возможность затенения (высокие соседние здания, деревья).

Выбор оптимального угла установки коллектора в зависимости от времени года и направления

Важно! Для отопления при помощи гелиосистемы лучше отказаться от радиаторной разводки и отдать предпочтение системе тёплых полов, так как для их работы нужен теплоноситель с гораздо меньшей температурой.

Расчет солнечного коллектора для отопления основывается на киловаттах, которые нужно компенсировать, и реальных технических условиях. Пользователь может собрать систему из нескольких модулей, таким образом увеличив ее производительность. Для заводских изделий всегда указывается удельная полезная мощность (кВт/м 2), но фактически она зависит от способа соединения коллекторов, от расхода теплоносителя и других нюансов. Чтобы капиталовложения не пропали даром, для расчётов и монтажа обратитесь к специалистам.

Видео: как работает солнечный коллектор

Солнечные коллекторы российского производства - это эффективное оборудование, обладающее довольно высокими качественными характеристиками и способное обогревать жилые дома.

Описание работы устройства

Суть работы таких агрегатов заключается в том, что они способны поглощать, накапливать и распределять накопленную энергию. Используется она для удовлетворения различных нужд потребителей дома. Общий принцип работы солнечного коллектора обусловлен его составляющими компонентами. Он имеет собирательное устройство, контур теплообменника, аккумулятор, приемник и датчики. Основной элемент конструкции изготавливается из сплава меди, который впоследствии изолируется при помощи полиуретана и покрытия. Именно через поглощающее устройство и осуществляется дальнейшее распределение тепла.

За счет того, что в верхней части оборудования происходит движение жидкости, которая производит забор энергии из медных наконечников. Носитель будет нагреваться в змеевике. Такой цикл будет являться замкнутым и продолжаться до тех пор, пока температура носителя не станет выше, чем температура жидкости. Естественно, что существенная часть эффективной работы солнечного коллектора российского производства, как и любого другого, будет зависеть от продолжительности солнечного дня и других особенностей погоды.

Виды коллекторов

Существует несколько основных типов устройств.

• Первая модель - это коаксиальная установка. Это приспособление имеет вид двойной колбы из стекла, внутри которой нет воздуха. Он откачивается оттуда. На поверхность наносится абсорбирующее покрытие. По этой причине передача энергии осуществляется непосредственно от самой трубки.
• Вторая модель - это перьевая конструкция, которая представлена в виде одностенной колбы.
• Имеются также разновидности моделей по циркуляции носителя термосифонной системы.
• Имеются системы солнечных коллекторов, в которых устанавливается насос малой мощности. Это сети с принудительной циркуляцией. Преимущество заключается в том, что потребляемая мощность значительно уменьшается, а получаемая энергия увеличивается.
• Различают модели и по числу их контуров.

Характеристики российских моделей

Наиболее известные солнечные коллекторы российского производства - это "Дача" и "Универсал". К примеру, модель SCH-18 отличается довольно высоким показателем коэффициента полезного действия, температура конденсата в котором достигает 250 градусов по Цельсию. Колбы у этих видов устройств изготовлены из меди, а теплоноситель - жидкость. Также здесь важно отметить, что в вакууме отсутствует вода, что помогает избежать замерзания в холодный период. Корпус достаточно прочный, что является важным свойством для участков с сильными ветрами. Для того чтобы избежать попадания пыли и грязи, устанавливаются прорезиненные противопылевые прокладки. Наибольшая эффективность наблюдается до температуры в -35 градусов по Цельсию. Данные солнечные коллекторы российского производства изготавливаются по всем международным стандартам, что гарантирует их надежность и безопасность.

Как выбирать устройство

Если возникла необходимость в покупке такого рода устройств, то необходимо учитывать несколько основных нюансов.

• Если крыша, на которую планируется установить систему, является плоской, то лучше всего выбрать коллектор с трубчатой системой. Приспособление будет держаться очень прочно при большой парусности.
• Нужно довольно подробно изучить такие характеристики трубок, как тип, размер, количество, а также площадь, занимаемая оборудованием.
• Кроме того, важно выяснить такие общие параметры системы, как габариты, объем жидкости, поверхность абсорбера, качество стекла колбы и толщина изолятора.
• При приобретении нужно учитывать, что в цену солнечного коллектора не входит стоимость таких комплектующих, как бак, аккумулятор и обменник.

Производство в России

Конечно, производство коллекторов в России развивается с каждым годом, но если учитывать мировые масштабы, то российский рынок даже не учитывается при анализе данных. Однако тут стоит отметить, что качество моделей отечественного производства стремительно приближается к европейскому. Если говорить о стоимости данного вида товара, то здесь нужно учитывать такие факторы. Во-первых, имеет ли компания собственное производство комплектующих, а во-вторых, занимается ли она сборкой импортных элементов или покупает уже готовые. Учитывая эти два довольно важных фактора, можно сказать, что средняя цена солнечного коллектора находится в районе от 20 до 30 тысяч рублей.

Также здесь важно понимать, что полноценной сборкой гелиосистем занимаются только такие фирмы, как "Солнечный Ветер" и "Соларинтех". Остальные же компании выпускают лишь солнечные панели. Большой популярностью среди людей пользуются модели, которые изготавливает компания "Сокол". Они хороши тем, что имеется возможность модификации устройства.

Нагрев жидкости

Существуют солнечные водонагреватели для дома, однако для их нормального функционирования необходимо, чтобы соблюдались некоторые условия. Очень важно правильно провести процесс монтажа устройства. От этого зависит мощность нагрева воды. При наиболее благоприятных условиях в зимнее время года удастся увеличить температуру воды примерно на 50-65%, а в летнее время года на 100%.

Основываясь на этих цифрах, можно с уверенностью сказать, что в летнее время года такого рода системы хватит не только на то, чтобы нагревать воду, но и на то, чтобы обеспечить теплом дом. Еще одним довольно большим преимуществом станет то, что в летний период вырабатываемой энергии хватит еще и для работы некоторых бытовых приборов.

Отличия в конструкции и отзывы

Существуют такие типы, как Основное отличие - это трубки для солнечного коллектора данного типа. Они покрываются специальными материалами, чтобы увеличить степень поглощения солнечных лучей. Кроме того, в таких трубках чаще всего имеется еще одна, но с меньшим диаметром.

Между этими двумя комплектующими находится вакуум. Благодаря этому удалось повысить эффективность примерно на 30% и увеличить количество сохраняемого тепла. В коллекторах такого типа можно нагревать жидкость до 300 градусов по Цельсию.

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.

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 , 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.

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.