Солнечный коллектор

Солнечный коллектор — устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии, которую выделяет видимое и ближнее инфракрасное излучение, для последующего преобразования ее в пригодную для использования людьми тепловую энергию. Многие умельцы с элементарными инженерными навыками могут попытаться создать солнечный коллектор своими руками для бытовых нужд.

Использование коллекторов

Солнечные коллекторы в основном нужны для приготовления горячей воды, так же эти устройства можно использовать в отопительных системах. Экономия при использовании солнечных коллекторов составляет до 30% в год.

Обычно солнечные коллекторы устанавливают неподвижно, а угол наклона выбирают в зависимости от основного назначения устройства. При установке коллектор стараются ориентировать в сторону юга, обязательно учитывая рельеф местности. Рекомендуют отклоняться от ориентации на юг не более чем на 30° — тогда и количество выработанного тепла будет в пределах нормы.

Солнечные коллекторы будут максимально эффективными, если угол падения солнечных лучей составит 90°.

Но в течение дня Солнце описывает над нами дугу, а в разные времена года — еще и поднимается на разную высоту. Поэтому идеальным был бы вариант, когда солнцеприемное устройство вращалось бы вслед за движением Солнца, чтобы его лучи падали постоянно под прямым углом. Технически это вполне возможно, и такие системы производят, но стоимость такой конструкции очень высока и окупится она не скоро.

Принцип работы солнечной водонагревательной установки
Самые популярные солнечные коллекторы изготавливаются следующие фирмы: «Buderus», «Vaillant», «Viessmann» и другие.

Солнечные коллекторы применяют для отопления промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. Наибольшее количество производственных процессов, в которых используют теплую и горячую воду (30-90° C), — в пищевой и текстильной промышленности, которые, таким образом, имеют высокий потенциал для использования солнечных коллекторов.

Преимущества солнечных коллекторов:

высокая надежность в системах отопления;
максимальное использование каждого солнечного луча;
способность обеззараживать воду;
сохранения высокой работоспособности зимой;
скорое возвращение в рабочее состояние при обледенении, покрытии снегом или инеем;
сменные модули, легкость установки;
антикоррозийный медный теплосборник;
высокие теплоизоляционные характеристики теплосборника;
рама и кожух теплопровода изготовлены из высококачественной нержавеющей стали;
выдерживают высокое давление теплоносителя.
Все солнечные коллекторы условно делят на плоские (плоскопанельные) и вакуумные. Кроме того, есть еще такие типы солнечных коллекторов: солнечные коллекторы-концентраторы, солнечные башни, параболические концентраторы, но для домашних условий они не годятся из-за высокой стоимости.
Плоские солнечные коллекторы

Плоские солнечные коллекторы — самый распространенный вид солнечных коллекторов, которые используются в бытовых водонагревательных и отопительных системах.

Обычно это теплоизолированные металлические ящики со стеклянной или пластмассовой крышкой, в которых помещена пластина абсорбера (поглотителя). Остекление может быть прозрачным или матовым. В плоских солнечных коллекторах обычно используют матовое стекло с низким содержанием железа (оно пропускает значительную часть солнечного света, поступающего на коллектор).

Панели плоского солнечного коллектора Солнечный свет попадает на теплопринимальную пластину, а благодаря остеклению снижаются потери тепла. Дно и боковые стенки коллектора покрывают теплоизолирующим материалом, что дополнительно снижает тепловые потери. Пластину абсорбера обычно окрашивают в черный цвет (темные поверхности поглощают больше солнечной энергии, чем светлые).

Солнечный свет проходит через остекление и попадает на поглощающую пластину, которая нагревается, превращая солнечную радиацию в тепловую энергию. Это тепло передается теплоносителю — воздуху или жидкости, циркулирующей по трубкам. Поскольку большинство черных поверхностей все же отражает около 10% радиации, некоторые пластины-поглотители обрабатывают специальным селективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет и служит дольше, чем обычная черная краска.

Селективное покрытие, которое используется в коллекторах, состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическую основу. Селективные покрытия отличаются высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области. Поглощающие пластины обычно изготавливают из металла, хорошо проводящего тепло (например, меди или алюминия).

Медь дороже, но лучше проводит тепло и меньше подвержена коррозии, чем алюминий. Пластина-поглотитель солнечного коллектора должна иметь высокую теплопроводность, чтобы с минимальными теплопотерями передавать воде накопленную энергию. Плоские солнечные коллекторы делятся на жидкостные и воздушные. Оба вида солнечных коллекторов бывают остекленными или незастекленными.

Плоский солнечный коллектор в разрезе Теплоизоляция ограничивает потерю тепла на солнечных коллекторах и повышает их эффективность. Толщина минеральной изоляции от 2 до 6 см в зависимости от модели.

Плоские солнечные коллекторы используются для нагрева воды для бытовых нужд, подогрева воды в бассейне или отопления в доме. Коллекторы позволяют эффективно использовать солнечную энергию даже осенью и зимой.

Система плоского солнечного коллектора на крыше

Некоторые модели плоских солнечных коллекторов можно встраивать в крышу дома, образуя единую конструкцию с кровельным покрытием.

Плоский солнечный коллектор устанавливают на крыше, а аккумулирующий бак с водой устанавливают в помещении, удобном для разведения сети горячей воды (котельная, санузел и т.п.). Бак и коллектор соединены трубами, циркуляцию обеспечивает комплексная гелиостанция, в баке можно установить электрический нагреватель (моновалентный бак) или использовать дублирующий нагревательный контур (бивалентный бак) от имеющегося теплогенератора, за температурой воды следит электронный контроллер. Солнечный коллектор накапливает солнечное излучение в любую погоду, независимо от внешней температуры, коэффициент поглощения энергии составляет 96%. Коллектор монтируют под углом 30-50° непосредственно на крыше зданий так, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для накопления энергии.

Для поддержания отопления в системе применяют буферный бак — автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также от других источников энергии (например, традиционный котел, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые поддерживают систему при недостаточном количества солнечного излучения. Нагретую от доступных источников теплую воду используют в качестве теплоносителя для существующей системы отопления. Контроллер автоматически поддерживает оптимальные параметры циркуляции и обеспечивает комфортную заданную температуру. При отсутствии достаточной солнечной активности или в ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения. Система имеет малую инерционность, быстро выходит на рабочий режим и позволяет обеспечить среднегодовую экономию энергоносителей до 50%.

Преимущества плоских солнечных коллекторов:

-возможность использования системы как основного (для регионов с достаточной солнечной активности) и дополнительного источника энергии для отопления;
-эффективны для умеренного и холодного климата, работающих при температуре до -50° С и низкой интенсивности потока солнечной радиации;
-большое количество схем подключения для удовлетворения различных потребностей;
-их легко встроить в существующие системы горячего водоснабжения и отопления;
-расположение бака и оборудования не требует больших площадей;
-большая производительность.