Принцип работы солнечного коллектора. Как работают солнечные коллекторы различных видов. Какой солнечный коллектор лучше выбрать

Что такое солнечный коллектор?

Как он устроен?

Бак-накопитель.

Антифриз.

Типы гелиоколлекторов

Плюсы и минусы гелиоколлекторов

Плоский коллектор:

Плоский солнечный коллектор

Плоский солнечный коллектор

Преимущества:

Бюджетные цены;

Недостатки:

Вакуумный коллектор:

Вакуумный солнечный коллектор

Вакуумный солнечный коллектор

Преимущества:

Низкие потери тепла;

Недостатки:

Воздушный коллектор:

Воздушный солнечный коллектор

Воздушный солнечный коллектор

Преимущества:

Минимальная цена.

Недостатки:

Низкий КПД.

Цена: от 1000 рублей.

Достоинства гелиоколлекторов

Экологичность;

Удобство эксплуатации;

Высокая долговечность.

Сколько это стоит?

Как выбрать солнечный коллектор?

Где купить?

Рост цен на энергоносители стал причиной повышения интереса к альтернативным и возобновляемым источникам энергии. Одно из первых мест в этом списке занимает энергия Солнца, которая используется для производства электрической и тепловой энергии.

Что такое солнечный коллектор?

Коллектор представляет собой устройство, в котором за счет солнечной энергии нагревается теплоноситель, в качестве которого чаще всего выступает вода. В дальнейшем она может использоваться для бытовых нужд, обогрева помещения или в технологических процессах. Также солнечный коллектор для бассейна может подогревать воду до комфортной температуры.

Недавно были разработаны и запущены в производство гибридные гелиоколлекторы, которые вместе с тепловой способны вырабатывать и электрическую энергию.

Как он устроен?

Как устроен солнечный коллектор

Принцип работы солнечного коллектора

Простейший солнечный водонагреватель состоит из таких элементов:

Плита-абсорбер, поглощающая солнечную энергию;

Теплопроводящая система, в которой циркулирует теплоноситель;

Бак-накопитель.

Учитывая, что такое устройство намного проще, чем солнечная батарея, цена солнечного коллектора значительно ниже.

В качестве теплоносителя могут использоваться:

Антифриз.

Средняя температура нагрева теплоносителя составляет 180-300 °C, в зависимости от режима работы.

Типы гелиоколлекторов

Солнечные водонагреватели различают по режиму работы: круглогодичные и сезонные, а также по принципу устройства: плоские, вакуумные и воздушные.

Плоский гелиоколлектор обеспечивает меньший нагрев теплоносителя - не более 200 °C. Повысить КПД его работы можно за счет использования в качестве абсорбера материала с высокой теплопроводностью, например меди или алюминия.

Вакуумный коллектор работает по принципу термоса, а более высокая температура носителя, 250—300 °C, достигается за счет сокращения потерь тепла путем полной герметизации системы. Купить вакуумный солнечный коллектор - значит получить возможность использовать 95% энергии светила.

Сфера применения воздушных гелиоколлекторов, которые в качестве теплоносителя используют воздух, ограничена отоплением помещений или сушкой различной продукции промышленного и сельскохозяйственного назначения.

Плюсы и минусы гелиоколлекторов

Использование солнечных нагревателей имеет как свои преимущества, так и ряд недостатков, в зависимости от особенностей конструкции.

Плоский солнечный коллектор

Преимущества:

Бюджетные цены;

Не требует очистки от инея, снега и других осадков;

Высокая эффективность в регионах с повышенной инсоляцией.

Недостатки:

Большие потери тепла, низкий КПД;

Форма и размер абсорбирующего элемента делают его неустойчивым при сильных порывах ветра на покатых кровлях.

Цена: от 10000 — 15000 рублей.

Вакуумный солнечный коллектор

Преимущества:

Высокий коэффициент полезного действия даже при низких температурах;

Возможность монтажа под любым углом;

Низкие потери тепла;

Модульная система облегчает ремонт и замену запчастей.

Недостатки:

По сравнению с плоским, цена солнечного вакуумного коллектора намного выше;

Нуждается в очистке от осадков.

Цена: от 15000 — 50000 рублей.

Воздушный солнечный коллектор

Преимущества:

Простота конструкции. При наличии определенных навыков Вы легко можете собрать воздушный солнечный коллектор своими руками.

Минимальная цена.

Недостатки:

Ограниченная сфера применения;

Низкий КПД.

Цена: от 1000 рублей.

Таким образом, достоинства и недостатки гелиоколлектора зависят от вида циркулирующего в нем теплоносителя и типа конструкции.

Достоинства гелиоколлекторов

Неоспоримыми преимуществами использования солнечного коллектора любого типа являются:

Автономность снабжения теплом и горячей водой независимо от централизованных поставщиков;

Сокращение затрат на оплату коммунальных услуг;

Экологичность;

Использование возобновляемого энергоносителя;

Удобство эксплуатации;

Минимальная потребность в сервисном обслуживании;

Высокая долговечность.

Солнечные коллекторы позволят Вам экономить семейный бюджет и обеспечат теплом и горячей водой даже в тех районах, где отсутствуют магистральные коммуникации.

Сколько это стоит?

Цена на гелиоколлектор зависит от его типа и источника теплоносителя.

Наиболее дешевые - воздушные. Если Вы собрали его своими руками, то его стоимость может приблизиться к нулю.

Цена солнечного коллектора для дома плоского типа находится в интервале 10 000-15 000 рублей.

Стоимость вакуумного коллектора составляет 15 000-50 000 рублей в зависимости от конструкции и фирмы производителя.

Как выбрать солнечный коллектор?

Выбор гелиоколлектора подходящего типа нужно делать, исходя из сравнения достоинств и недостатков каждого отдельного типа и тех задач, которые Вы планируете решить с его помощью.

Где купить?

Солнечные коллекторы любых типов легко приобрести в профильных магазинах, компаниях, которые занимаются автономным тепло- и водоснабжением, а также непосредственно у фирм-изготовителей и их дилеров.

Различные солнечные коллекторы появились на рынке достаточно давно. Это устройства, использующие энергию солнца для нагрева воды на домашние нужды. Но приобрести популярность среди пользователей им мешает высокая стоимость, это беда всех альтернативных источников энергии. Например, общие затраты на приобретение и монтаж установки, что обеспечит нужды средней семьи, составят 5000$. Но выход есть: можно сделать солнечный коллектор своими руками из доступных по цене материалов. Какими способами это реализовать, будет рассказано в данном материале.

Как работает солнечный коллектор?

Принцип действия коллектора основан на поглощении (абсорбции) тепловой энергии солнца специальным приемным устройством и передачей его с минимальными потерями теплоносителю. В качестве приемника используются медные или стеклянные трубки, окрашенные в черный цвет.

Ведь известно, что лучше всего абсорбируют тепло предметы, имеющие темную или черную окраску. Теплоносителем чаще всего выступает вода, иногда – воздух. По конструкции солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения бывают таких видов:

• воздушные;
• водяные плоские;
• водяные вакуумные.

Среди прочих воздушный солнечный коллектор отличается простотой конструкции и, соответственно, самой низкой ценой. Он представляет собой панель – приемник солнечной радиации из металла, заключенный в герметичный корпус. Стальной лист для лучшей теплоотдачи снабжен с задней стороны ребрами и уложен на дно с тепловой изоляцией. Спереди установлено прозрачное стекло, а по бокам корпуса имеются проемы с фланцами для подключения воздуховодов или других панелей, как показано на схеме:

Воздух, поступающий через проем с одной стороны, проходит между стальными ребрами и, получив от них тепло, выходит с другой.

Надо сказать, что установка солнечных коллекторов с нагревом воздуха имеет свои особенности. Из-за их невысокой эффективности для обогрева помещений нужно применять несколько подобных панелей, объединенных в батарею. Кроме того, обязательно понадобится вентилятор, поскольку нагретый воздух из коллекторов, находящихся на кровле, самостоятельно вниз не пойдет. Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:

Простое устройство и принцип работы позволяют выполнять изготовление коллекторов воздушного типа своими руками. Но потребуется много материала для нескольких коллекторов, а подогреть воду с их помощью все равно не получится. По этим причинам домашние умельцы предпочитают заниматься водяными нагревателями.

Конструкция плоского коллектора

Для самостоятельного изготовления наибольший интерес представляют плоские солнечные коллекторы, предназначенные для нагрева воды. В корпусе из металла или алюминиевого сплава прямоугольной формы размещен тепловой приемник - пластина с запрессованным в ней змеевиком из медной трубки. Приемник выполняется из алюминия или меди, покрытой абсорбционным слоем черного цвета. Как и в предыдущем варианте, снизу пластина отделена от дна слоем теплоизоляционного материала, а роль крышки играет прочное стекло или поликарбонат. Ниже на рисунке изображено устройство солнечного коллектора:

Пластина черного цвета поглощает тепло и передает его теплоносителю, движущемуся по трубкам (вода или антифриз). Стекло выполняет 2 функции: пропускает к теплообменнику солнечную радиацию и служит защитой от осадков и ветра, снижающих производительность нагревателя. Все соединения выполнены герметично, чтобы внутрь не попадала пыль и стекло не теряло прозрачности. Опять же, тепло солнечных лучей не должно выветриваться наружным воздухом через щели, от этого зависит эффективная работа солнечного коллектора.

Данный вид – самый популярный среди покупателей из-за оптимального соотношения цена - качество, а среди домашних мастеров - по причине относительно несложной конструкции. Но применять такой коллектор для отопления можно лишь в южных регионах, с понижением температуры наружного воздуха его производительность значительно падает из-за высоких тепловых потерь через корпус.

Устройство вакуумного коллектора

Еще один вид водяных солнечных нагревателей изготавливается с применением современных технологий и передовых технических решений, а потому относится к высокой ценовой категории. Таких решений в коллекторе реализовано два:

• тепловая изоляция с помощью вакуума;
• использование энергии парообразования и конденсации вещества, кипящего при низкой температуре.

Идеальный вариант защитить абсорбер для коллектора от тепловых потерь – это заключить его в вакуум. Медная трубка, наполненная хладагентом и покрытая абсорбирующим слоем, помещена внутрь колбы из прочного стекла, воздух из пространства между ними откачан. Концы медной трубки входят в трубу, через которую протекает теплоноситель. Что происходит: хладагент под воздействием солнечных лучей закипает и обращается в пар, он поднимается по трубке вверх и от соприкосновения с теплоносителем сквозь тонкую стенку снова переходит в жидкость. Ниже показана рабочая схема коллектора:

Фокус в том, что в процессе превращения в пар вещество поглощает гораздо больше тепловой энергии, чем при обычном нагреве. Удельная теплота парообразования любой жидкости выше, нежели ее удельная теплоемкость, а потому вакуумные солнечные коллекторы весьма эффективны. Конденсируясь в трубе с проточным теплоносителем, хладагент передает ему всю теплоту, а сам стекает вниз за новой порцией энергии солнца.

Благодаря своему устройству вакуумные нагреватели не боятся низких температур и сохраняют свою работоспособность даже на морозе, а потому могут применяться в северных регионах. Интенсивность нагрева воды в этом случае ниже, чем летом, так как зимой на землю поступает меньше тепла от солнца, часто мешает облачность. Понятно, что изготовить стеклянную колбу с откачанным воздухом в домашних условиях просто нереально.

Примечание. Существуют вакуумные трубки для коллектора, заполняемые напрямую теплоносителем. Их недостаток – последовательное подключение, при выходе из строя одной колбы придется менять весь водонагреватель.

Как изготовить солнечный коллектор?

Прежде чем приступить к работе, следует определиться с габаритами будущего водогрейного аппарата. Произвести точный расчет площади теплообмена непросто, многое зависит от интенсивности солнечного излучения в данном регионе, расположения дома, материала нагревательного контура и так далее. Правильным будет сказать, что чем больше тепловой коллектор, тем лучше. Однако, его размеры наверняка ограничиваются местом, где планируется его устанавливать. Значит, надо исходить из площади этого места.

Корпус проще всего изготовить из древесины, проложив на дно слой пенопласта или минеральной ваты. Также для этой цели удобно использовать створки старых деревянных окон, где сохранилось хотя бы одно стекло. Выбор материала для приемника тепла неожиданно широк, чего только не используют мастера-умельцы, чтобы собрать коллектор. Вот перечень популярных вариантов:

• тонкостенные медные трубки;
• различные полимерные трубы с тонкими стенками, желательно черного цвета. Хорошо подойдет полиэтиленовая РЕХ труба для водопровода;
• трубки из алюминия. Правда, соединять их сложнее, чем медные;
• стальные панельные радиаторы;
• черный садовый шланг.

Примечание. Кроме перечисленных, существует масса экзотических версий. Например,воздушный солнечный коллектор из пивных банок или пластиковых бутылок. Подобные прототипы отличаются оригинальностью, но требуют значительного вложения труда при сомнительной отдаче.

В собранный деревянный корпус или старую оконную створку с приделанным дном и уложенным утеплителем надо поместить металлический лист, накрывающий всю площадь будущего нагревателя. Хорошо, если найдется лист алюминия, но подойдет и тонкая сталь. Ее необходимо окрасить в черный цвет, а затем уложить трубы в виде змеевика.

Без сомнения, коллектор для нагрева воды лучше всего получится из медных труб, они отлично передают тепло и прослужат долгие годы.Змеевик плотно прикрепляется к металлическому экрану скобами или любым другим доступным способом, наружу выводятся 2 штуцера для подачи воды.

Поскольку это плоский, а не вакуумный коллектор, то поглотитель тепла нужно закрыть сверху светопрозрачной конструкцией – стеклом или поликарбонатом. Последний легче обрабатывается и надежнее в эксплуатации, не разобьется от ударов града.

После сборки солнечный коллектор надо установить на место и подключить к накопительному баку для воды. Когда позволяют условия монтажа, то можно организовать естественную циркуляцию воды между баком и нагревателем, в противном случае в систему включается циркуляционный насос.

Заключение

Осуществлять отопление дома солнечными коллекторами, сделанными своими руками, – привлекательная перспектива для многих домовладельцев. Жителям южных районов этот вариант более доступен, только придется заполнить систему антифризом и как следует утеплить корпус. На севере самодельный коллектор поможет нагреть воду на хозяйственные нужды, но для обогрева дома его не хватит. Сказывается холод и короткий световой день.

Каждый день солнце поставляет человеку неограниченный энергетический потенциал. При этом он будет доступен для человечества еще на протяжении многих лет. Это толкает человека придумывать и воплощать в реальность новые устройства, способные трансформировать солнечное излучение в полезную для человека энергию. Последняя может и электрическую лампочку питать, а может обогревать помещение.

Примером устройства, которое способно превращать солнечную энергию в тепло, является солнечный коллектор – отзывы о нем доказывают эффективность системы. После того, как энергия, полученная от солнца, превращается в тепловую энергию, она передается теплоносителю. Все это делает возможным использование солнца для обогрева помещения, подогрева воды, а также подогрева бассейнов и прочих конструкций.

Нагрев воды и солнце

Для того чтобы солнце могло нагреть воду, имеются некоторые предпосылки. В течение года расход остается практически на одном и том же уровне. Поэтому именно энергию солнца эффективнее всего использовать в качестве источника энергии для нагрева воды. Если установить солнечные коллекторы правильно, то они способны поднимать температуру воды процентов на 50, а то и 65. Если же заводить речь о летних месяцах, тогда показатели подогрева могут достигать 100 процентов.

Это все говорит о том, что традиционные системы, которые используют электричество или газ, можно будет вовсе не включать. Это, естественно, будет плюсом, ведь в летние месяцы обогрев помещений не нужен, а посему традиционные системы будут иметь низкий КПД. Это еще одно доказательство эффективности использования солнечных коллекторов. Кроме всего прочего, от такой системы может питаться посудомоечная машина, работающая на теплой воде.

Современные солнечные водонагревательные установки отличаются своей простотой и технологическим новшеством, которые позволяют жить комфортно, не принося вред окружающей среде.

Принцип работы термических солнечных установок

В качестве сердца термических солнечных установок выступает коллектор. Наиболее распространена его плоская форма. Состоит коллектор из покрытого избирательного абсорбера, который в свою очередь поглощает солнечные лучи, трансформируя их в тепловую энергию. Для того чтобы свести к минимуму термические потери, такой коллектор помещается в термоизолированный ящик с прозрачными стенками.

Теплоноситель, роль которого в основном выполняет смесь воды и антифриза, протекает через абсорбер. Циркуляция производится между резервуаром с горячей водой и коллектором. Запуск в действие термической солнечной установки производится посредством специального регулятора. Когда в коллекторе температура превышает температуру жидкости в резервуаре, включается насос, и теплоноситель переносит тепловую энергию в резервуар из коллектора.

Чаще всего абсорберы создают из большого количества металлических пластинок. Теплоноситель передается по трубкам к этим пластинкам, где и происходит процесс теплообмена. Если заводить речь о листовом абсорбере, то здесь два металлических листа сваривают между собой таким образом, чтобы между ними мог циркулировать теплоноситель. Обычно в таком случае в качестве исходного материала используют алюминий и медь.

Если нужны солнечные коллекторы для бассейнов, то применяют искусственные материалы, ведь параметры термостойкости здесь несколько ниже. Существуют и комбинированные аппараты, которые не нуждаются в циркуляционных насосах. В таком случае вода нагревается прямо в коллекторе.

Из чего состоит солнечная установка

Вообще конструкция солнечной установки, используемой для нагрева воды, является достаточно сложной. Сюда входят:

• датчики температуры в накопителе и коллекторе;
• подключение системы к холодной воде;
• расширительный бак;
• солнечный регулятор;
• циркуляционный насос;
• водосток горячих вод;
• датчики температуры для подогрева воды.

Обыкновенное отопление способно таким образом обеспечить первичную цель, что человек получит в свое распоряжение достаточные объемы горячей воды. Что касается солнечных установок, то они либо вовсе не производят никакой полезной энергии, либо ее количество недостаточное для удовлетворения потребностей. Но такую установку, работающую от солнца, без проблем можно интегрировать в техническое оснащение практически любого здания. Это позволит дополнить традиционную систему отопления резервным источником как минимум на 20 лет.

С точки зрения биологии оптимальными принято считать технологии, в которых комбинировано потребление современных котлов и солнечной энергии. Период энергетической амортизации в таком случае, будет составлять около двух лет.

Это существенно отличает такую технологию от традиционных методов отопления, в которой для работы всей системы нужно запитать ее определенным количеством энергии. При этом, если говорить о традиционном отоплении, то период амортизации можно и не ждать, поскольку он не наступит никогда.

Эффективные абсорберы

Абсорберы в основном делают черного цвета, ведь именно данный цвет располагает самым большим коэффициентом поглощения солнечных лучей. Последний показатель отображает, какое количество коротковолновых лучей абсорбер поглощает, а какое отражает. Поскольку при этом устройство нагревается, то это является признаком отдачи абсорбером в виде длинноволновых лучей большой части принятой энергии. Все данные об этом можно найти в коэффициенте излучения.

Для минимизации потерь тепловой энергии используют абсорберы, конструкция которых имеет органическое покрытие. Такое оборудование позволяет получить наибольшее количество энергии из лучей солнца, после чего трансформировать его в тепло. Вдобавок в процессе работы сокращается эмиссия теплового излучения. Как правило, у обычного покрытия коэффициент абсорбции составляет 90 процентов.

В процессе производства абсорберы покрывают специальным лаком, который наносится не на всю поверхность из-за высокого уровня эмиссии. Элементы, выполненные из оксида алюминия, окрашенного никелем, черного никеля или хрома, указывают на частичное покрытие. Достаточно новым принято считать технологию с использованием слоя, состоящего из титана-оксида-нитрида, напыляемого в вакуумном коллекторе. Данный слой позволяет не только сократить уровень эмиссии, а в некоторых случаях вовсе ее ликвидировать.

Плоские коллекторы

Конструкция плоского коллектора предполагает наличие абсорбера, корпуса, прозрачного покрытия и теплоизоляции. Для прозрачного покрытия чаще всего используют безосколочное стекло, обладающее высоким коэффициентом пропуска коротковолновых солнечных лучей. Одновременно с этим снижается отражение с поверхности стеклянного слоя. Ко всему прозрачное покрытие коллектора способствует отводу тепла через процесс конвекцию.

Таким образом, прозрачное покрытие вместе с корпусом способно защитить абсорбер от неблагоприятных погодных и природных условий. Достаточно часто в производстве корпусов применяют оцинкованную сталь или алюминий, а в некоторых случаях – даже синтетические материалы. За счет наличия на обратной стороне и стенках абсорбера теплоизоляционного слоя существенно сокращаются потери тепла. В основном роль изоляционного материала играет минеральная вата или пена из полиуретана, изредка можно встретить минеральное волокно, куда относят стеклопластик, стекловату, стекловолокно и т.д.

Плоские солнечные коллекторы для отопления дома всегда отличались прекрасными показателями соотношения мощности и цены. Кроме этого, они предлагают большой выбор способа установки, ведь можно заказать себе отдельно стоящие коллекторы, можно встроенные в крышу, а можно и расположенные над кровлей.

Для сокращения потерь от процесса конвекции внутри корпуса коллектора используется множество способов, один из которых предполагает откачку теплого воздуха из коллектора в помещение. Такой коллектор называется вакуумным, и особенностью его является то, что процедуру вакуумирования он должен проходить регулярно каждые 1-3 года.

Трубные вакуумные коллекторы

Данный вид вакуумных коллекторов предполагает расположение полос абсорбера в стеклянных вакуумных ударопрочных трубках. Теплоноситель в таком случае проходит через абсорбер по принципу труба в трубе, или же по трубе U-образной формы. В таком случае солнечный коллектор будет состоять из множества небольших труб, соединенных между собой в единую систему. В таком коллекторе жидкость начинает испаряться при достаточно низких температурах, когда она находится в тепловой трубе.

В процессе нагрева жидкость испаряется. Получившийся пар, поднимаясь по тепловым трубам, подает в сборную трубу через теплообменник большое количество тепла, в результате, теплоноситель стекает вниз. Та жидкость, которая образовалась в результате конденсата, обратно попадает в тепловую трубу. Чтобы происходило испарение и конденсация, трубки должны располагаться под небольшим углом.

Различают два вида соединения коллектора с солнечным циклом. Либо процесс протекает в теплообменнике, к которому подходят все трубы, либо все сосредотачивается в сборной трубе. В первом случае соединение называют сырым, а в последнем – сухим. Сухое соединение дает возможность осуществления процесса только в части труб, не используя на полную мощность солнечный цикл. Преимуществом такого вакуумного коллектора считается возможность работы системы с высоким коэффициентом полезного действия, низким излучением и при высоких температурах абсорбера.

Как насчет цены и выбора?

Достаточно часто недостатком использования подобных систем принято считать низкий уровень рентабельности, или полное ее отсутствие. Это же является причиной отказа от использования в процессе жизнедеятельности человека возобновляемого источника энергии. Но ведь и работа котла, технология которого была разработана в 70-е годы прошлого века, подвергается некоторым сомнениям со стороны экономической выгоды.

Кроме всего прочего, нужно помнить большущий вклад солнечных установок в состояние окружающей среды всей планеты. Приемлемая стоимость использования традиционных источников энергии только скрывает реальную картину. В цену такого оборудования также можно вносить отсутствие вреда для человека и окружающей среды. А вдобавок, традиционная энергия со временем будет дорожать, поскольку она располагает таким свойством, как исчерпаемость .

Что касается солнечной энергии, то ее поставки происходят абсолютно бесплатно. Но человек при первом знакомстве с данными технологиями может посчитать, что первичные затраты на установку такого оборудования могут быть чрезмерно высокими. После установки все, что нужно будет от потребителя, – это мизерные затраты на работу и обслуживание насоса.

Можно с уверенностью говорить, что люди, вкладывающие сегодня свои средства в солнечные установки, являются инвесторами в будущее.

Для правильного выбора коллектора главное – ориентироваться на температурную зону. Таким образом, для производства тепла не подойдет незакрытый коллектор. Иногда важно и расположение здания, что существенно будет сказываться на выборе типа коллектора. Наверное, самым важным фактором является стоимость установок.

Цена является наиболее высокой среди представленных на рынке. После вакуумного следует плоский, цена которого ниже предыдущего типа в три раза. Поэтому каждый выбирает для себя что-то наиболее подходящее. Даже с хорошим коллектором система может работать неэффективно. Главным критерием является качество всех составных частей системы и правильный ее монтаж.

О чем говорят отзывы

«Год назад приобрел себе такое оборудование с монтажом у хорошей компании. Результатами вполне удовлетворен. Заплатить, правда, пришлось немалую сумму, зато горд за сохранение окружающей среды».

«Поскольку средств на установку подобной системы не было, было принято решение сделать все своими руками. Результатами вполне доволен. По сравнению с услугами профессиональной компании расходы были ниже как минимум в два раза».

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.

Ежедневно солнце является поставщиком неограниченного энергетического потенциала, которое будет доступно для человеческого пользования на протяжении еще многих лет. Такие возможности природы являются главными движителями для человека придумывать и воплощать в реальность более новые возможности и устройства, которые способны перерабатывать солнечное излучении в полезную для человечества энергию.

Вакуумный солнечный коллектор – эффективное устройство, способное питать не только электрическую лампочку, но и целую отопительную систему для помещений.

Переработанная солнечная энергия превращается в тепловую, и передается теплоносителю. Такое применение современных установок используется для обогрева помещения, подогрева жидкости, архитектурных конструкций.

Процесс нагревания воды от солнца

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

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

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

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

Конструктивные отличия

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

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

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

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

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

Принцип работы солнечных коллекторов

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

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

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

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

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

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

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

Вакуумные накопители с прямой тепловой подачей

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

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

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

Вакуумные коллекторы с косвенной подачей

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

Достоинства вакуумных коллекторов

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

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

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

Главными достоинствами коллекторов солнечного тепла являются:

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

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

Распространенность солнечных коллекторов

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

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

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

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