Принцип работы солнечных коллекторов

Содержание

Солнечный коллектор

Принцип работы солнечных коллекторов

Энергия для тепловых насосов поступает из грунта, воды или воздуха, которые согревает солнцем. Тепло для котлов образуется вследствие сгорания, которое также представляет собой продукт преобразования солнечной энергии в ходе длительной эволюции Земли.

А вот гелиоколлекторы можно назвать уникальными: они получают энергию прямо от солнца.
Чтобы получить возможность полностью бесплатно греть воду для ГВС или получать тепло для отапливания дома, можно приобрести солнечный коллектор.

Учитывая немалую стоимость такого оборудования, очень важно правильно выбрать это устройство.

Особенности солнечных коллекторов

Основная особенность таких коллекторов, которая отличает их от теплогенераторов других видов, заключается в цикличности их работы. Отсутствует солнце – отсутствует и тепловая энергия. Следовательно, ночью подобные установки не активны.

Среднесуточное количество тепла непосредственно зависит от длительности светового дня, которая зависит от географической широты местности, а также от времени года. К примеру, летом на территории северного полушария приходится пик инсоляции, и коллектор будет работать с максимальной отдачей.

Тогда как зимой уровень его продуктивности снижается. А самый минимум наблюдается в декабре-январе.
Стоит отметить, что зимой эффективность гелиоколлекторов падает еще и вследствие изменения угла падения солнечных лучей.

Изменения производительности солнечного коллектора на протяжении года необходимо принимать во внимание в процессе расчетов его вклада в систему теплоснабжения.

Работа солнечных коллекторов

Главный элемент такого устройства – адсорбер, который представляет собой пластину из меди, с приваренной к ней трубой. Во время поглощения тепла попадающих на нее солнечных лучей, пластина вместе трубой быстро нагреваются. Далее тепло поступает в циркулирующий по трубе жидкий теплоноситель, который передает тепло далее по системе.

То, насколько сильно физическое тело может поглощать или отражать солнечные лучи зависит, главным образом, от структуры его поверхности. К примеру, зеркальная поверхность прекрасно отражает свет и тепло, тогда как черная, наоборот, поглощает. По этой причине медная пластина адсорбера должна быть покрыта черной краской.

Принцип работы:

  1. солнечный коллектор
  2. буферный бак
  3. горячая вода
  4. холодная вода
  5. котроллер
  6. теплообменник
  7. помпа
  8. горячий поток
  9. холодный поток.

Повысить объем получаемого солнечного тепла можно при помощи грамотного выбора стекла, которое будет прикрывать адсорбер. Простое стекло не имеет нужного уровня прозрачности. Помимо того, ему свойственно отражать определенную часть попадающего на него солнечного света.

При создании гелиоколлекторов, чаще всего, применяется особый вид стекла, имеющий низкое процентное количество железа, вследствие чего увеличивается уровень его прозрачности. Чтобы снизить количество отраженного поверхностью света стекло покрывают антибликовым покрытием.

А для предотвращения попадания внутрь коллектора пыли и влаги, снижающих пропускную возможность стекла, корпус должен быть полностью герметичным. В некоторых видах коллекторов корпус заполнен инертным газом.
Несмотря на все вышеперечисленное, солнечные тепловые коллекторы, все же не могут похвастаться КПД на уровне 100%.

Некоторую часть полученного тепла нагретая пластина адсорбера отдает окружающей среде, вследствие чего нагревается воздух. Для минимизирования уровня теплопотерь, адсорбер должен быть изолирован. В поиске наиболее эффективного метода теплоизоляции адсорбера инженеры разработали несколько разных видов солнечных коллекторов.

Плоские солнечные коллекторы

Плоский коллектор солнечной энергии имеет довольно простую конструкцию. Он состоит из металлического короба, покрытого сверху стеклом. В роли теплоизолирующего материала для дна и стенок корпуса, применяют минеральную вату.

Этот вариант далек от идеального, потому что тепло переносится от адсорбера к стеклу через воздух, находящийся внутри короба. Если температура внутри коллектора и снаружи сильно отличаются, то наблюдаются серьезные потери тепла.

Таким образом, плоский гелиоколлектор лучше использовать в летнее время. Плоский коллектор состоит из следующих компонентов:

  1. впускной патрубок
  2. защитное стекло
  3. абсорбционный слой
  4. алюминиевая рама
  5. медные трубки
  6. теплоизолятор
  7. выпускной патрубок. 

Вакуумный солнечный коллектор

Устройство солнечного коллектора такого типа представлено панелью, которая состоит из большого количества довольно тонких трубок из стекла. Каждая трубка заполнена адсорбером.

Для предотвращения переноса тепла газом (воздухом), трубки вакуумируют. Таким образом, вследствие отсутствия газа около адсорберов, вакуумные коллекторы характеризуются незначительными теплопотерями даже при условии морозной погоды.

Такая система солнечных коллекторов состоит из:

  1. теплоизоляции
  2. корпуса теплообменника
  3. теплообменника (коллектора)
  4. герметичной пробки
  5. вакуумной трубки
  6. конденсатора
  7. поглощающей пластины
  8. тепловой трубки с рабочей жидкостью. 

Использование солнечных коллекторов

Основным назначением солнечных коллекторов, как и любых других теплогенераторов, является отопление домой и подготовка воды для системы горячего водоснабжения. Нужно сделать правильный расчет солнечного коллектора. Плоские модели демонстрируют высокую производительность только в весенне-летний период.

Следовательно, подключение солнечных коллектором такого типа для отопления дома зимой, попросту нецелесообразно. Но, и ему найдется применение. Главное их достоинство – это доступная стоимость, ведь они намного дешевле вакуумных моделей.

Таким образом, если вы планируете использовать солнечную энергию только летом, то стоит купить именно плоский коллектор. Они прекрасно подходят для подогрева до комфортной температуры воды в открытом бассейне.Трубчатые вакуумные коллекторы можно назвать более универсальными. Их можно активно использовать круглый год.

Поэтому они подходят как для горячего водоснабжения, так и для системы отопления.
Стоит отметить, что коллектор необходимо располагать на открытом пространстве, куда не падает тень от соседних построек, деревьев, и прочих объектов.

Наиболее солнечной стороной в нашем северном полушарии является южная, следовательно, «зеркала» коллектора нужно размещать строго на юг. Если же по техническим причинам это невозможно, нужно выбрать направление, которое максимально приближено к южному, – юго-западное или юго-восточное.

Также не забывайте про угол наклона гелиоколлектора. Величина угла находится в зависимости от отклонения положения Солнца от зенита, определяемого географической широтой той местности, где будет установлено оборудование. При неправильном выборе угла наклона, значительно возрастают оптические потери энергии, потому что большая часть солнечных лучей будет отражаться от стекла коллектора и, не попадет на абсорбер.

Как выбрать солнечный коллектор?

Чего мы ждем от солнечного коллектора? Чтобы отопительная система коттеджа справлялась с задачей поддержания в комнатах комфортной температуры, а из кранов текла горячая, а не чуть теплая вода. Для полноценного использования солнечного коллектора, необходимо до покупки рассчитать требуемую мощность оборудования. Стоит обязательно принять во внимание:

  • назначение коллектора (ГВС, отопление или их комбинация)
  • потребность здания в тепле (общий размер обогреваемых помещений или среднесуточные затраты горячей воды)
  • климатические особенности региона
  • особенности монтажа коллектора.

Производство солнечных коллекторов не обходится без маркировки на них конкретного уровня производительности.

Компании, которые занимаются изготовлением солнечных коллекторов, предоставят вам более полную информацию об изменении мощности оборудования в зависимости от географической широты населенного пункта, угла наклона «зеркал», отклонения их ориентации от южного направления и другие.

В процессе выбора уровня мощности коллектора очень важно достичь баланса между недостатком и избытком накапливаемого тепла. Эксперты советуют отталкиваться от максимально возможной мощности коллектора, т. е. пользоваться во время расчетов самым продуктивным летним сезоном.

Однако, этот вариант противоположен мнению среднестатистического пользователя о том, что нужно покупать оборудование с запасом (т. е. вести расчеты по мощности самого холодного месяца), чтобы тепла от коллектора хватило и в менее солнечные осенние и зимние дни.

Но, если идти таким путем, то на пике его производительности, т. е. в летом, у вас возникнет серьезная проблема: тепла будет генерироваться больше, чем использоваться. Все это может стать причиной перегрева контура и других неприятностей. Есть два варианта решения этакой проблемы:

  • установка маломощного солнечного коллектора с подключением в зимние месяцы резервных источников тепла
  • покупка модели с большим запасом по мощности и предусмотрением варианта сброса избыточного тепла в теплое время года.

Другие компоненты системы

Мало просто собрать отдаваемое солнцем тепло. Необходимо его передать, накопить, доставить потребителям, необходим контроль за всеми этими процессами. Следовательно, кроме находящихся на крыше коллекторов в системе присутствует большое количество других компонентов, которые менее заметны, но не менее важны. Рассмотрим наиболее значимые из них: 

  • теплоноситель. Роль теплоносителя в контуре коллектора выполняет или вода, или незамерзающая жидкость. При этом, предпочтительнее покупать модели именно с незамерзающей жидкостью. При отрицательных температурах она не застывает. Тогда как вода, застывшая в трубах, приведет к разрыву контура. Кроме этого, недостаточно высокая температура кипения воды поводом частых стагнаций в летнее время. «Незамерзайку» нужно только предохранять от чрезмерного перегрева
  • насос, адаптированный для гелиосистем. Чтобы гарантировать принудительную циркуляцию теплоносителя по контуру коллектора понадобится насос, адаптированный для гелиосистем
  • теплообменник для ГВС. Передача тепла от контура гелиоколлектора к воде, находящейся в ГВС, или к теплоносителю системы отопления происходит при помощи теплообменника. Чаще всего, чтобы накопить горячую воду устанавливают резервуар большого объема, в комплекте с которым идет теплообменник. Более рациональным является использование баков с двумя и более теплообменниками. Таким образом, вы сможете забирать тепло не только у солнечного коллектора, но и у других источников, к примеру, у газового или электрического котла, теплового насоса
  • автоматика. Такая сложная система не может существовать без автоматики, которая контролирует все стадии процесса. Контроллер дает возможность автоматически осуществлять анализ температуры в контуре и накопительном резервуаре, управлять насосом и клапанами, которые отвечают за движение теплоносителя по контуру. В случае перегрева теплоносителя в контуре и воды в баке контроллер подаст сигнал к сбросу тепла в дополнительный теплоприемник – еще один бак с водой или уличный воздушный теплообменник. Когда вечером температура воды в накопительной емкости превышает температуру теплоносителя в контуре коллектора, то автоматика останавливает циркуляцию теплоносителя по контуру, чтобы предотвратить выброс накопленного тепла в атмосферу через сам коллектор. Новейшие технологии позволяют удаленно контролировать работу системы и при необходимости вносить корректировки.

Конечно, можно самостоятельно подобрать все компоненты системы. Вполне реально создать полноценную систему из купленных по отдельности элементов.

Но, существуют и готовые решения – комплекты, в составе которых есть коллектор, насосы, накопительные резервуары, управляющая автоматика и т. д.

Покупка готового комплекта – это не только экономия вашего времени, но и гарантия правильной работы системы.

Источник: http://mining-prom.ru/toplivodob/geotermiya/solnechnyy-kollektor/

Конструкция вакуумного солнечного коллектора

Принцип работы солнечных коллекторов

Источник: http://forum.truba.ua/index.php?topic=2983.030 Апрель 2008

Принцип работы

Солнечный вакуумный коллектор (преобразователь тепловой энергии солнца) обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10ֿ, составляет 98 %.

Солнечные коллекторы обычно устанавливаются непосредственно на крыше зданий таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для сбора энергии. Коллекторы монтируются практически под любым углом, от 5 до 90 градусов.

Минимальный угол наклона необходим для обеспечения циркуляции теплоносителя Срок службы вакуумных коллекторов — не менее 20 лет.

Резервуар-теплообменник представляет собой автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный водонагреватель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной энергии. Нагретая таким образом вода поступает из теплообменника внутреннего блока в радиаторы системы отопления, а вода из резервуара используется для горячего водоснабжения.

Блок управления предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе и резервуаре-теплообменнике, а также для выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток.

При этом контроллер регулирует поток теплоносителя через теплообменник, определяет направление подачи тепла (на ГВС или на отопление). В ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения.

Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить:

  • Круглогодичное горячее водоснабжение;
  • Сезонное отопление с экономией традиционных источников тепловой энергии до 80% (в зависимости от географической широты и климатических условий).

вакуумный коллектор

Конструкция коллекторов с вакуумными трубами состоит из параллельных рядов прозрачных трубчатых профилей. Используются трубы типа ”стекло-стекло”. Внутренняя труба покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует солнечную энергию и препятствует потерям тепла.

Такие трубы функционируют и в пасмурную погоду, и при отрицательной температуре, они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло. Инфракрасное излучение, которое проходит сквозь облака, также поглощается и преобразуется в тепло.

Трубки обычно выполнены из боросиликатного стекла.

Конструкция вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Для всесезонных систем в коллекторах применяются вакуумные трубы с встроенными термотрубками (тепловыми трубками).

Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура.

Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова.

Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим листом. Передача тепла происходит через медную „гильзу“ приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Резервуар-теплообменник

Конструктивно выполнен в виде бойлера-накопителя. Предназначен для накопления и сохранения тепла, и обычно включает в себя одну или две внутренние теплообменные спирали.

Остальное оборудование системы обычно включает насос, манометр, клапан давления, вентили, кран регулировки налива воды, соединители, манометр, вентиль безопасности на 6 атм., набор для безопасного подсоединения к отопительной системе.

Как опция бак может оснащаться электронагревателем мощностью от 1 до 3 кВт.

При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом главного котла и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур.

Такая последовательность работы системы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что к ней легко могут подсоединяться другие нагревательные системы.

Системный контроллер для солнечных водонагревательных систем

Контроллер предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе, в резервуаре-теплообменнике и выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток.

Контроллер выполняет следующие основные функции:

  • Индикацию температуры коллектора;
  • Индикацию температуры в резервуаре;
  • Индикацию температуры обратного потока теплоносителя;
  • Установка температуры включения принудительной циркуляции теплоносителя;
  • Установка времени включения и выключения системы отопления;
  • Установка температуры и времени дополнительного подогрева;
  • Установка температуры «антизамерзания»;
  • Индикацию повреждения датчиков.

Типы гелиосистем

Различают два типа гелиосистем: сезонные и круглогодичные (всесезонные)

К сезонным системам относятся вакуумные коллекторы с прямой теплопередачей солнечной энергии воде. В таких системах вакуумные трубки расположены под определенным углом и соединены с накопительным баком. Из него вода протекает прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно.

К преимуществам этой системы относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Минусом можно считать несколько больший объем воды контура теплообменника (60-200 литров). Основным преимуществом остается низкая стоимость и высокий КПД, до 98 %.

К всесезонным системам относятся вакуумные коллекторы с термотрубками. Принцип действия таких коллекторов прост и припоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, в которой, через верхнюю часть коллектора и змеевик протекает, незамерзающая жидкость.

Эта жидкость забирает тепло из медных наконечников, а затем горячая жидкость перекачивается через змеевик бака-аккумулятора и нагревает воду в баке.

Цикл передачи тепла из коллектора к аккумулятору длится до тех пор, пока длится день (и температура на выходе коллектора выше температуры в баке на уровне теплообменника). Работу насоса контролирует электронный контроллер. Датчики контроллера находятся в коллекторе и в баке-аккумуляторе.

Они измеряют температуру в системе. Кроме того, расширительный бак предохраняет систему от слишком высокого давления, возникающего при возрастании температуры и не использовании воды потребителями.

Область применения

  • Обеспечение горячим водоснабжением жилых домов, коттеджей, дачных домиков, гостиниц, ресторанов, теплиц, бассейнов и т.д.;
  • Отопление помещений в весенне-осенний период и экономия энергоносителей системы отопления в зимний период до 50%.
  • Поддерживающее отопление помещений при применении с технологией «теплый пол»

Эта статья прочитана 13783 раз(а)!

Продолжить чтение

  • Вакуумные солнечные коллекторы
  • Сплит-система с вакуумными коллекторами
  • Вакуумный коллектор с баком Suntask STH
  • Система с вакуумными коллекторами YFCY
  • Вакуумный коллектор с тепловыми трубками
  • Испытания вакуумных солнечных коллекторов

Источник: https://www.solarhome.ru/basics/solar/solar-heat/principle_vacuum.htm

Схемы подключения солнечного коллектора к системе отопления

Принцип работы солнечных коллекторов

Альтернативные источники энергии становятся сегодня широко востребованными в частном секторе. При этом наибольший интерес для владельцев загородных коттеджей и небольших дачных домиков представляет солнечная энергия, которая доступна для использования круглый год.

На фоне стремительного роста цен на традиционные энергоресурсы («голубое» топливо, электричество, нефтепродукты) использование современных гелиосистем вполне оправданно. Тем более, что период окупаемости оборудования составляет не более 3-5 лет.

Желательно предусмотреть интеграцию коллектора в индивидуальную систему ГВС и отопления еще на стадии разработки проекта дома — в этом случае получится существенно сэкономить.

Гелиосистема бытового назначения представляет собой контур, в котором последовательно расположены главные элементы конструкции, обеспечивающие «сбор» солнечного излучения, аккумуляцию тепла и последующую передачу полученной энергии конечному потребителю.

В качестве всесезонных автономных энергосистем гелиоустановки используют только в южных регионах России. В северо-восточных районах страны солярные устройства являются частью стационарного отопительного оборудования.

Но и в этом случае их использование позволяет значительно сократить расходы на обслуживание дома в холодное время года.

Принцип работы современных гелиосистем

Понятие «солнечные коллекторы» объединяет в себе несколько вариантов конструкций для домашнего пользования, но схема работы принципиально не отличается.

Все коллекторы, «питающиеся» от Солнца, оснащены системой трубок, которые в зависимости от конструкции оборудования, могут быть смонтированы в виде змеевика или последовательно подключены к выходной и входной магистрали. В самих трубках циркулирует жидкостный теплоноситель для гелиосистем — вода, масло или антифриз.

Поглощение и последующая аккумуляция тепловой энергии от Солнца осуществляются абсорберами. В техническом плане конструкция достаточно проста. Высокая стоимость таких установок обусловлена использованием дорогих материалов.

Для внешней поверхности конструкции применяют износоустойчивые материалы, обладающие отличными светопропускными характеристиками — органическое стекло, полимерные составы и другие.

Но поскольку полимерные «синтетики» не выдерживают продолжительного воздействия УФ-лучей (они имеют высокий коэффициент теплового расширения, что приводит к разгерметизации гелиосистемы), то в качестве альтернативного варианта производители используют каленое или органическое стекло.

А сами трубки чаще всего изготавливают из боросиликатного стекла, которое характеризуется минимальным коэффициентом теплового расширения (в 8 раз меньше, по сравнению с кварцевым стеклом). Именно поэтому материал не трескается при резких колебаниях температуры.

Отличие солнечных батарей от коллекторов

Прежде чем продолжить описание основных характеристик и сферы применения гелиосистем для нагрева воды, нужно разобраться, чем отличаются солнечные батареи от коллекторов.

1) Солнечная батарея — устройство, которое генерирует электричество из энергии Солнца при помощи высокочувствительных фотоэлементов, объединенных в единую автономную систему. Поскольку фотоэлектрические преобразователи производят постоянный ток, дополнительно используется инвертор, который позволяет получить переменный ток, пригодный для бытовых нужд: электроснабжения и освещения.

2) Солнечный коллектор — функциональная сплит-система, главной задачей которой является поглощение ближнего инфракрасного излучения и видимого солнечного света. Батареи генерируют ток, а коллекторы нагревают жидкость внутри трубок. В этом их главное отличие.

Теплоноситель для солнечных коллекторов подбирается с учетом времени года, а также особенностей эксплуатации. Для многофункциональных конструкций обычно используют антифриз (незамерзающая жидкость), а системы сезонного типа заполняют водой.

Сегодня можно купить и более универсальный вариант — гибридный солнечный коллектор. Это устройство привлекательно тем, что одновременно производит электроэнергию и нагревает воду.

Преимущества его использования очевидны: фотоэлектрические модули охлаждаются активной системой отвода тепла, благодаря чему генерируется вдвое больше электроэнергии, а излишки теплоресурсов расходуются на нагрев воды.

Солнечное оборудование для дома часто классифицируют по типу теплоносителя. Сегодня на мировом рынке можно встретить жидкостные и воздушные системы. Кроме этого, коллекторы разделяют по температурному режиму работы, то есть применяется классификация по максимальной температуре нагрева рабочих элементов. Выделяют следующие типы систем:

  • низкотемпературные — теплоноситель для солнечных коллекторов разогревается до 50℃;
  • среднетемпературные — температура циркулирующей жидкости не превышает 80℃;
  • высокотемпературные — максимальная температура материала-теплоносителя может подниматься до 300 градусов.

Первые два варианта больше всего пригодны для домашнего использования, тогда как модели коллекторов с высокотемпературным режимом работы чаще применяют в производственной и промышленной отрасли хозяйства.

Это обусловлено тем, что в высокотемпературных системах нагрева воды сам процесс трансформации солнечной энергии в тепло достаточно сложный. При этом такие гелиоустановки занимают большие площади.

Не каждый собственник «дачной» недвижимости может позволить себе подобную роскошь.

Схемы установки солнечного коллектора

В автономных системах обогрева и горячего водоснабжения обязательно нужно использовать накопительный бак для аккумуляции тепловой энергии. Связано это с тем, что распределение тепла, которое генерирует гелиоустановка, не пропорционально расходу энергии. Поэтому полученные ресурсы сначала аккумулируют в специальной емкости, а потом только потребляют по мере необходимости.

Специалисты рекомендуют использовать для этой цели стандартный накопительный бак для системы горячего водоснабжения или, как альтернативный вариант, — буферную емкость из автономной отопительной системы.

Грамотно построенная конструкция подразумевает соединение коллектора с дополнительным теплообменником, который напрямую контактирует с накопительным баком.

Существует пять проверенных на практике схем подключения оборудования.

№1. ГВС с естественной циркуляцией материала-теплоносителя

Данная схема используется преимущественно на малых площадях (например, для летнего душа), но вполне применима и для небольших строений — бани или дачного домика.

Солнечный коллектор нужно установить ниже уровня накопительного бака не более, чем на 1 метр. Благодаря этому будет обеспечена естественная циркуляция жидкости в системе.

Для соединения аккумулирующей емкости и коллектора желательно использовать трубы на ¾ дюйма.

Если вы планируете использовать горячую воду в вечернее время, накопительный бак нужно утеплить или купить готовую емкость, функционирующую по аналогии с термосом. Обратите внимание, что слой утеплителя не должен быть меньше 10 см.

Это самая доступная схема подключения солнечного коллектора, однако она имеет один недостаток — минимальную инерционность.

При минусовой температуре окружающей среды воду придется сливать, чтобы не допустить разгерметизации водопроводных труб.

№2. Зимний вариант установки солярного коллектора для ГВС

В данном случае теплоноситель для солнечных коллекторов — антифриз. Это позволяет избежать замерзания воды в трубах зимой. Но здесь нужно использовать аккумулирующую емкость косвенного нагрева с медным змеевиком. Непрерывная циркуляция жидкости происходит непосредственно между внутренними магистралями гелиосистемы и змеевиком, установленным в накопительном баке.

Данная схема монтажа рассчитана на естественную циркуляцию, но желательно «прогонять» теплоноситель для гелиосистем принудительно, используя циркуляционный насос. Дополнительно нужно установить расширительный бак.

№3. Схема подключения коллектора для отопления дома

Этот вариант подразумевает использование емкости косвенного нагрева, которая работает на твердом или «голубом» топливе. Поздней весной и летом котел можно отключать, поскольку воду будет нагревать коллектор.

А вот зимой эффективность гелиосистем в северо-восточных регионах России не очень велика, так как интенсивность солнечного излучения минимальна.

По этой причине коллектор используют в качестве источника дополнительного подогрева к отопительным системам.

Но даже в этом случае владелец дома получает возможность более рационально расходовать традиционные энергоресурсы. Чтобы обеспечить отопление дома в зимний период при помощи только одного солнечного коллектора, габариты всей конструкции должны составлять не менее 30–40% от площади здания.

№4. Монтаж гелиосистемы для отопления и ГВС

Типовая схема подключения объединяет сразу два варианта, то есть подходит одновременно для организации автономного отопления и горячего водоснабжения. Здесь применяется двухконтурная теплоаккумулирующая емкость— помимо медного змеевика, монтируется также дополнительный внутренний резервуар.

Такая схема установки дает возможность отделить техническую жидкость от питьевой воды. Для автоматизации процесса нагрева теплоносителя в систему интегрируют специальный контроллер солнечного коллектора, который позволяет избежать перерасхода энергоресурсов за счет контроля над температурой теплоносителя в гелиосистеме и температурой воды в буфере.

№5. Установка коллектора для подогрева бассейна

Данная схема не подходит к системе отопления, а используется, когда необходимо нагреть воду в открытом бассейне переносного типа. Чтобы обеспечить циркуляцию жидкости, допускается использовать стандартную погружную помпу. Если на вашем участке находится стационарный бассейн, для большего удобства оборудование лучше подключить к бытовой автоматизированной насосной станции.

Производительность солнечного коллектора

Одним из главных факторов, влияющих на уровень производительности гелиосистем, является интенсивность солярной радиации, излучаемой Солнцем на протяжении светового дня.

Кроме уровня инсоляции (количество полезного солнечного излучения на единицу площади), на производительность солнечного коллектора влияют и второстепенные факторы: номинальный объем теплоаккумулирующей емкости, материал теплообменника и площадь абсорберов.

При выборе солнечного коллектора для дома обращайте внимание на технические характеристики: коэффициенты теплопотерь, параметры оптического КПД, а также апертурную и общую площадь гелиоустановки.

Исходя из этих параметров, можно провести анализ эффективности работы и рассчитать максимально допустимую мощность. Если использовать тепловой насос и солнечный коллектор, то можно добиться высокой производительности круглый год.

Источник: https://EarthGenerator.ru/sun/solar-collector/connections-scheme/

Солнечный коллектор для отопления дома

Принцип работы солнечных коллекторов

Солнечный коллектор – это техническое устройство, служащее для преобразования солнечной энергии в тепловую. По типу теплоносителя, солнечные коллекторы подразделяются на воздушные и жидкостные, в которых теплоносителем служит вода или иное жидкое вещество (антифриз, этиленгликоль и подобные). По конструкции, данные устройства, бывают плоские и вакуумные.

Принцип действия

Для отопления жилого дома или иного объекта могут быть использованы все виды солнечных коллекторов, однако принцип их работы, вне зависимости от конструкции и вида теплоносителя, является единым.

Принцип работы солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать энергию солнца в видимом и невидимом, человеческому глазу, диапазонах, в связи с чем, внутри данного материала, начинаются физические процессы, молекулы начинают быстрее двигаться, материал (вещество) – нагревается. Тепло выделяемое материалами, на которые воздействуют солнечные лучи, передается теплоносителя для последующего использования.

Схематично, принцип работы различных видов устройств, можно отразить следующим образом:

  1. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование жидкого теплоносителя: 
  2. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование воздуха: 
  3. Вакуумный солнечный коллектор, с жидким теплоносителем: 

Виды

В соответствии с конструкцией, видом теплоносителя и способу его использования и передачи тепла, солнечные коллекторы бывают:

По типу конструкции:

  • Плоские – представляют из себя конструкцию в виде прямоугольника (коробки), выполняемую из прочного материала и служащую корпусом устройства. Во внутренне пространство корпуса укладывается изоляция, по поверхности которой монтируется абсорбирующая (поглощающая тепло) пластина. В специальные углубления абсорбера, укладываются трубки (как правили изготовленные из меди), в которые, в дальнейшем, подается теплоноситель. С наружной стороны корпус закрывается поглощающей оболочкой и защитным стеклом. 
  • Вакуумные – в устройстве данного типа, определенное количество вакуумных трубок, объединены в общем корпусе коллектора. В корпусе устроен теплообменник, в котором теплоноситель, циркулирующий во внутреннем контуре вакуумных трубок, передает полученную энергию, теплоносителю наружного контура. 

По типу теплоносителя:

По способу использования теплоносителя:

  • Пассивные – солнечный коллектор используется в паре с баком накопителем, и служит для горячего водоснабжения, без устройства дополнительных инженерных элементов сети (циркуляционный насос, элементы защиты и т. д.).
  • Активные – система, кроме монтажа коллектора, комплектуется техническими устройствами (насос, защитные клапана, бак накопитель, дополнительные элементы нагрева теплоносителя), и может использоваться как для горячего водоснабжения, так и для отопления помещений.

По способу передачи тепла:

  • Косвенного действия, когда в системе отопления (горячего водоснабжения), присутствует бак-аккумулятор (накопитель), в котором происходит передача тепловой энергии, полученной, наружным контуром, от солнечных лучей, и передаваемой внутреннему контуру, циркулирующему в системах ГВС и отопления.
  • Прямого действия, прямоточные – данный способ используется в системах ГВС, при этом циркуляция воды, в контуре коллектора, осуществляется под воздействием разности температур и путем установки дополнительных элементов (кранов, клапанов и т. д.).

Как работает зимой?

В системах отопления, как правило, используются вакуумные коллекторы, это определяется их техническими характеристиками и условиями эксплуатации.

Основной элемент вакуумного солнечного коллектора – это вакуумная трубка, которая состоит из:

  • Изоляционной трубки, выполненной из стекла или иного материала, пропускающего солнечные лучи с минимальными потерями их мощности;
  • Медной, тепловой трубки, помещенной во внутреннее пространство изоляционной трубки;
  • Алюминиевой фольги и поглощающего слоя, расположенных между трубками;
  • Крышкой изоляционной трубки, являющейся уплотнительной прокладкой, обеспечивающей вакуум во внутреннем пространстве устройства. 

Работа системы осуществляется следующим образом:

  1. Под воздействием солнечной энергии, теплоноситель контура трубки, испаряется и поднимается вверх, где в теплообменнике коллектора конденсируется, передает свое тепло теплоносителю наружного контура, после чего стекает вниз, и процесс повторяется.
  2. Теплоноситель наружного контура, из теплообменника солнечного коллектора, подается на бак-аккумулятор, где происходит передача полученной тепловой энергии теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения.
  3. Циркуляция теплоносителя наружного контура осуществляется путем установки циркуляционного насоса и систем автоматики, обеспечивающей работу системы в автоматическом режиме.
  4. В комплекс системы автоматики входит контроллер, датчики и элементы управления, обеспечивающие установленные параметры работы системы (температура, расход жидкости в системе ГВС и т. д.) 

Для того, чтобы данная система была эффективна и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и в зимний период, системой предусматривается установка дублирующих источников энергии.

Это может быть дополнительная система нагрева, с использованием теплоносителя, как на приведенной схеме, когда теплоноситель дополнительного контура нагревается путем использования различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество).

Также, с подобную задачу можно выполнить путем установки электрических ТЭНов, непосредственно в бак-аккумулятор. Работу дублирующих источников энергии контролирует система автоматики, включая в работу данные устройства, по мере необходимости.

Выгодно ли это

Определить, выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей.

Регион проживания – это важный критерий, при определении эффективности использования устройств, служащих для преобразования энергии солнца в другие виды энергии. Солнечная активность (продолжительность солнечного сияния), в разных регионах нашей страны разная, что видно на приведенной ниже схеме.

 
Из данной схемы видно, что наиболее благоприятные регионы, для использования солнечной энергии, с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположены в южных районах страны.

В этих районах также не бывает холодных и продолжительных зим, что определяет возможность успешного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения, именно в этих областях России.

При необходимости создать абсолютно автономную систему, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что, установив только коллектор, создать подобную систему не получится, т. к.

для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электрическая энергия. Поэтому, для полной автономии, необходимо проработать вопрос по независимому электроснабжению подключаемого объекта.

Следовательно, для того, чтобы сделать абсолютно независимую систему, потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости оборудования.

Как сделать своими руками

Наиболее простой, но тем не менее эффективный вариант, это плоский солнечный коллектор, в котором в качестве теплоносителя используется вода.

 
Из имеющихся под рукой материалов, изготавливается корпус устройства. Это может быть дерево, профильный черный или цветной металл.

Размеры каркаса определяются местом установки солнечного коллектора, его назначением и наличием требуемых материалов.

Во внутреннее пространство корпуса укладывается утеплитель, поверх которого укладывается медная трубка. Для создания большей поглощающей площади, трубку укладывают в форме змеевика.

Чтобы увеличить КПД устройства, под трубку можно положить слой фольги (на схеме не показано), это позволит снизить тепловые потери в нижнюю сторону устройства и увеличит температуру во внутреннем пространстве корпуса.

С наружной стороны корпус закрывается защитным стеклом, щели герметизируются. В местах ввода и выхода труб, монтируются патрубки холодной и горячей воды.
Изготовленной таким образом устройство, можно использовать для горячего водоснабжения летнего душа и подогрева воды в бассейне, для этого патрубки коллектора подключаются к выбранным системам, после чего устройство готово к работе.

Плюсы и минусы

Как у любого технического устройства, так и у солнечного коллектора, есть свои плюсы и минусы, как по возможности использования и эксплуатации, так и по иным параметрам и показателям. В зависимости от конструкции устройства, плюсы и минусы, разнятся, поэтому необходимо их рассмотреть в отдельности друг от друга.

Вакуумные солнечные коллекторы

Достоинства использования:

  1. При использовании в регионах с холодным и умеренным климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
  2. Незначительные тепловые потери, в процессе эксплуатации, в сравнении с аналогами другой конструкции;
  3. Способность работать при низких и отрицательных температурах окружающего воздуха;
  4. Способность работать при низкой солнечной активности в утренние и вечерние часы, а также при отсутствии прямых солнечных лучей (пасмурная погода);
  5. Легкий и удобный монтаж, транспортабельность конструкций;
  6. Надежность в процессе эксплуатации.

Недостатками являются:

  1. Относительно высокая стоимость;
  2. Жесткие требования к монтажу, определяющие расположение коллектора в пространстве по отношению к поверхности земли.

Источник: https://alter220.ru/solnce/solnechnyj-kollektor.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.