Тепловой солнечный коллектор: Вакуумный солнечный коллектор для отопления и горячего водоснабжения —

Солнечный коллектор зимой. Эффективность использования плоского и вакуумного коллектора зимой.

В этой статье: Работает ли зимой солнечный коллектор? Сравнение эффективности работы зимой вакуумного и плоского солнечного коллектора. Плюсы и минусы гелиосистемы. Отзыв владельца. Видео по теме.

Солнечный коллектор зимой.

Эффективность использования плоского и вакуумного коллектора зимой.

В последнее время альтернативные источники энергии вызывают все более живой интерес со стороны наших соотечественников. Наиболее простыми из них в устройстве являются солнечные коллекторы, благодаря чему их доля в нетрадиционной энергетике, особенно бытовой, чрезвычайно велика. Данная статья поможет найти ответ на вопрос: насколько эффективным является солнечный коллектор зимой?

Работает ли зимой солнечный коллектор?

Как свидетельствует статистика (данные приведены в Википедии), на 1 тыс. россиян приходится примерно 0,2 кв. м применяемых у нас солнечных коллекторов, тогда как в Германии этот показатель составляет 140 кв. м, а в Австрии – целых 450 кв. м. на 1 тыс. жителей.

Столь значительную разницу нельзя объяснить одними только климатическими условиями. Ведь на большей части России за день поверхности земли достигает такое же количество солнечной энергии, как и на юге Германии – в теплое время эта величина составляет от 4 до 5 кВт*ч/кв. м.

Чем же вызвано наше отставание? Отчасти оно обусловлено сравнительно низкими доходами россиян (гелиоустановки являются пока довольно дорогим удовольствием), отчасти – наличием собственных крупных газовых месторождений и, как следствие, доступностью голубого топлива.

Но немалую роль сыграло и предвзятое отношение со стороны многих потенциальных пользователей, считающих установку солнечного коллектора нецелесообразной. Дескать, летом и так тепло, а зимой от подобной системы мало проку.

Вот какие аргументы выдвигают скептики касательно эксплуатации гелиоустановок зимой:

1. Установку постоянно засыпает снегом, так что солнечное излучение достигает её не так уж часто. Если, конечно, владелец не дежурит постоянно на крыше с веником или щеткой.

2. Холодный морозный воздух отбирает почти все тепло, накапливаемое коллектором.

3. Часто упоминают и всесезонный поражающий фактор – град, который может разнести гелиоустановку вдребезги.

Чтобы понять, насколько справедливы эти доводы, рассмотрим устройство различных видов солнечных коллекторов.

Устройство и область применения в быту.

На сегодняшний день наибольшее распространение нашли плоские и вакуумные солнечные коллекторы.

Плоские солнечные коллекторы

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя.

Абсорбер связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель или напыление оксида титана) для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурат). Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметикой.

При отсутствии забора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть теплоноситель до 190—210°C. Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре, эффективность которого может составлять около 95%. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности, поскольку применение меди против алюминия даёт выигрыш 4 % (хотя теплопроводность алюминия вдвое меньше, что означает значительное превышение «запаса мощности» по теплопередаче), что незначительно в сравнении с ценой). Также высокая эффективность достигается увеличением площади контакта трубки и медного листа: у формованного листа и паянного соединение она максимальна, у соединения ультразвуковой сваркой — меньше. Используется также алюминиевый экран.

Вакуумные солнечные коллекторы.

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная вакуумная труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение медные тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При воздействии на коллектор солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору.

Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Видео сравнение работы плоского и вакуумного коллектора зимой

В быту гелиоустановки применяются для приготовления горячей воды, в том числе для бань, подогрева бассейна либо в качестве дополнительного источника тепла для системы отопления.

В промышленности сфера применения таких систем является более широкой: на их основе сооружают опреснители воды, парогенераторы (пар приводит в движение различные машины) и даже электростанции.

Эффективность зимой

Эффективно ли отопление дома солнечными коллекторами зимой? Ну что же, теперь посмотрим, как различные виды солнечных коллекторов работают в условиях зимы. Напомним, что противники внедрения таких установок выдвигают следующие аргументы:

Засыпание панели снегом: данная проблема актуальна только для плоско-пластинчатых коллекторов. На трубках вакуумных установок, как показала практика, снег задерживается только в тех редких случаях, когда в силу особых погодных условий на их поверхности образуется изморозь. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер (от 3 м/с), панель точно останется чистой.

Из-за того, что коллектор окружен холодным воздухом, все тепло с коллектора улетучивается: этот аргумент опять же справедлив только в отношении плоско-пластинчатых коллекторов. Действительно, зимой производительность такой установки в сравнении с летней уменьшается пятикратно. В более совершенных вакуумных моделях прослойка вакуума позволяет сберечь до 95% усвоенного тепла. Самые современные модели даже в сильный мороз способны довести воду до кипения.

Коллектор легко может быть поврежден градом: в заводских условиях коллекторы изготавливаются из высокопрочных материалов. Посмотрите видеоролик, снятый во время испытаний вакуумной трубки на ударную прочность.

Видео. Испытание солнечного коллектора на прочность.

Трубка выполнена из чрезвычайно крепкого боросиликатного стекла которое выдерживает удары града который падает со скоростью 18 м/с и имеет 35 мм диаметре.

  Как видно, солнечные коллекторы зимой вполне работоспособны. Хотя, конечно, производительность их в сравнении с летним периодом ощутимо снижается.  

Плюсы и минусы гелиосистемы

 Им присущ более высокий КПД по сравнению с фотоэлектрическими элементами и ветрогенераторами.

 Усваиваемая с их помощью энергия является абсолютно бесплатной.

 Работа солнечного коллектора полностью безвредна для экологии: используемый ресурс – солнечное тепло — является неисчерпаемым и усваивается напрямую, без сжигания чего-либо и загрязнения окружающей среды.

 Теперь укажем слабые места гелиоустановок:

• Коллекторы стоят пока сравнительно дорого

• Из-за переменчивости погодных условий производительность коллектора не стабильна.

• Систему приходится оснащать довольно вместительным баком-накопителем с хорошей теплоизоляцией.

Отзыв владельца о работе солнечного коллектора зимой.

Видео о работе солнечной сплит-системы SH-200-24 торговой марки «АНДИ Групп»

Предлагаем Вашему вниманию всесезонные солнечные коллекторы торговой марки АНДИ Групп

Солнечная сплит-система ЭЛИТ

Система на основе вакумного солнечного коллектора: (объём бака от 200 до 1000л)

 

Солнечная сплит-система СТАНДАРТ

Система на основе вакумного солнечного коллектора: (объём бака от 100 до 500л)

 

Солнечный вакуумный коллектор ПАНЕЛЬ

Количество трубок в коллекторе: 12,15,18,20,24,30 (в зависимости о модели)

 

Солнечный коллектор УНИВЕРСАЛ

Количество трубок в коллекторе: 15,20,24,30 (в зависимости о модели)

   Остались вопросы? Напишите нам!

отзывы владельцев, реально ли сделать своими руками

Системы отопления в частных загородных домах могут строиться на абсолютно разных источниках энергии. Это могут быть системы, основанные на котлах, нагрев теплоносителя в котором основывается на сжигании различных видов топлива, например газа или жидкой солярки. Котлы могут отапливаться углем или дровяными пеллетами. В любом случае для того, чтобы запустить в действие такую систему отопления придется помимо собственно монтажа отопительных котлов еще и закупать само топливо. А вот эта статья расходов может в определенной ситуации превысить даже расходы на монтаж системы отопления. И вот здесь на помощь могут прийти солнечные коллекторы для отопления дома.

Солнечные отопительные коллекторы на крыше частного дома

Плюсы и минусы солнечных коллекторов для отопления дома

Использование возобновляемых источников энергии в автономных системах отопления предполагает денежные затраты исключительно на приобретение и установку такой системы, а также на ее техническое обслуживание и на необходимый поддерживающий ремонт. Но вот после установки такие системы начинают работать совершенно автономно и абсолютно бесплатно для их владельцев. В самом деле – за солнечные лучи платить ничего не нужно.

Некоторые потребители выражают сомнение в эффективности установки и применения солнечных коллекторов в средней полосе России, где солнечных дней не так много, как, например, на Кубани. Однако, солнечные коллекторы для нагрева воды могут использоваться не только как основной источник нагрева теплоносителя, но и как дополнительный источник. В этом случае прибор нагрева воды на солнечной энергии будет работать только в то время, когда на небе нет облаков, а в другие периоды можно задействовать классические нагревательные приборы, например газовые котлы.

схема отопления

Что же касается эффективности использования солнечных коллекторов по соотношению цена-отдача, то рекомендуем вам обратить внимание на северные провинции Китая. Значительное количество домов в этих китайских городах и селах оборудовано солнечными коллекторами для отопления. Климат и солнечная активность в этих местностях не слишком отличается от сопредельных российских областей: например, Хабаровского и Забайкальского краев. Сами понимаете, что климат в Забайкалье, месте, куда ссылали каторжников в царские времена – совершенно не сахарный. Значит, использование солнечных коллекторов для отопления домов даже в российских регионах с самым суровым климатом не только возможно, но и вполне востребовано и экономично.

Эффективность работы солнечных нагревательных коллекторов

Стоит отметить, что солнечные коллекторы на сегодняшний момент стали пожалуй наиболее эффективными приборами, использующими солнечную энергию. Если классическая солнечная фотоэлектрическая батарея может показать эффективность всего лишь на уровне до 18 процентов, то солнечный коллектор для отопления достигает завидных показателей КПД до 95 процентов. Разница очевидна.

Принципы функционирования нагревательных коллекторов

Одной из основных конструкций солнечных отопительных коллекторов являются устройства вакуумного типа. Исходя из названия очевидно, что такие устройства будут собирать лучистую солнечную энергию и передавать ее для нагрева воды или другого теплоносителя. Собственно так и обстоит в реальности.

Системы автономного обогрева, имеющие в своем составе солнечные коллекторы состоят из следующих основных составных частей:

• Собственно солнечный нагревательный коллектор – то есть устройство которое размещается на прямых солнечных лучах и служит для нагрева теплоносителя,
• Контур теплообмена: система трубопроводов, по которой перемещается горячий теплоноситель, постепенно передавая свое тепло в обогреваемые помещения,
• Тепловой аккумулятор: это бак для воды, в котором нагретая вода запасается впрок.

Итак солнечный коллектор, состоящий из труб, в которых находится пока еще не нагретый теплоносителя находится под действием прямых солнечных лучей. Жидкость-теплоноситель (обычно вода, но возможно и специальный антифриз) поступает в коллектор, нагревается там и передается в контур теплообмена, который смонтирован внутри теплового аккумулятора. Нагретый теплоноситель, перемещаясь внутри трубопроводов контура теплообмена нагревает воду в тепловом аккумуляторе. Нагретая вода в баке с функцией аккумуляции тепла хранится вплоть до возникновения необходимости ее использования, например до подачи в контуры отопительной домашней системы и в отопительные радиаторы или в контуры горячего домашнего водоснабжения, например для умывания.

Циркуляция водоснабжения в отопительном коллекторе

Поскольку солнечная энергия воздействует на коллектор совершенно бесплатно, то в системе в любой момент времени имеется нагретая вода, которая подогревается постоянно циркулирующим теплоносителем.

Естественно, что бак теплового аккумулятора должен иметь отличную теплоизоляцию, способствующую сохранению температуры нагретой воды в течении как можно более долгого времени. Это позволит избежать падения температуры воды ночью, когда солнечный нагрев отсутствует или в периоды пасмурной погоды. Для обеспечения бесперебойной работы такой системы в совсем уж облачные или дождливые дни в бак теплового аккумулятора может быть вмонтирован обыкновенный электрический водонагреватель.

Для того, чтобы теплоноситель постоянно переносил тепло солнечных лучей для нагрева воды – он должен постоянно циркулировать. В системах с солнечными коллекторами циркуляция жидкого теплоносителя может быть принудительной (с подачей насосами) или естественной (смотеком).

Типы отопительных солнечных коллекторов для дома

Современная промышленность освоила выпуск различных типов солнечных отопительных коллекторов. Для того, чтобы понять, какой из них может подойти для монтажа системы домашнего отопления или горячего контура водоснабжения в вашем доме – необходимо ознакомиться с их разновидностями. Основных типов насчитывается два: плоские и вакуумные, менее широко распространены воздушные коллекторы.

Плоский светопоглощающий

Плоский отопительный солнечный коллектор представляет собой тонкую коробку, внутри которой находится особое вещество, активно аккумулирующее, адсорбирующее тепло. Сверху коробка закрыта стеклом, которое пропускает солнечные лучи. Внутри адсорбирующего слоя, собирающего тепло расположена система трубопроводов, внутри которых перемещается теплоносителя. В качестве теплоносителя в таких системах, как правило используется пропилен-гликоль.

плоский коллектор в разрезе

Вакуумный

Внутри вакуумного отопительного коллектора на месте единственной плоской коробки находятся полые стеклянные или кварцевые трубки, из которых откачан воздух, то есть создан вакуум. А вот уже внутри таких полых трубок располагаются трубки с веществом, адсорбирующем солнечную тепловую энергию. Соответственно трубопроводы с теплоносителем находятся внутри трубок с адсорбером. Солнечные лучи легко проникают сквозь вакуум в промежутке между трубами и нагревают теплоноситель. Однако этот же вакуум препятствует обратной утечки тепловой энергии из адсорбера в окружающее пространство, выступая в роли теплоизолятора.

вакуумный коллектор

Воздушный

Как уже понятно из названия – такие устройства не имеют теплоизолирующего вакуумного слоя. Следовательно КПД их действия будет ниже, чем у вакуумных коллекторов. Такие устройства рекомендуется устанавливать в местности с большим количеством солнечных дней. Более того, в таких коллекторах теплоносителем является обычный воздух. Он переносится в отапливаемое помещение вентилятором или естественной конвекцией. Работа вентилятора при перемещении воздушных потоков также требует отдельного источника питания Это дополнительная причина того, что данная система имеет более низкий КПД, чем плоские или вакуумные коллекторы. Конечно же, ни о каком горячем водоснабжении в такой конструкции не может быть и речи.

Как выбрать необходимый тип отопительного коллектора?

Каждый из типов солнечных отопительных коллекторов имеет свои очевидные преимущества и явные недостатки. При выборе устройства стоит обратить внимание, что плоский коллектор является более прочной конструкцией, а вот вакуумные из-за наличия полых воздушных трубок очень чувствительны к внешним воздействиям. Однако в плоских коллекторах при ремонте замене подлежит вся система адсорбции, при поломке же одной из трубок вакуумного коллектора можно ограничиться только ее заменой.

Воздушный коллектор, при всех своих недостатках является чрезвычайно простым устройством, и не критичен в воздействию низких температур. Он может работать даже лютой сибирской зимой.

Плоский коллектор идеален для нагрева воды в диапазоне от 20 до 40 градусов выше, чем окружающая температура, а от вакуумные устройства имеют более высокую степень нагрева теплоносителя. Таким образом в зимних условиях вакуумный коллектор будет более эффективен, да и просто возможен в использовании. Они также лучше сохраняют тепло при работе в пасмурную погоду и хорошо сохраняют тепловую энергию в холодных погодных условиях. Тем не менее общая хрупкость конструкции снижает срок службы вакуумных солнечных коллекторов, которые не дотягивают по этому показателю до плоских устройств. Последние при хорошем изготовлении могут прослужить в вашем доме от 15 до 30 лет.

Особенности, на которые стоит обратить внимание при выборе коллектора

Показатель передачи лучистой солнечной энергии солнца в тепловую энергию теплоносителя в вакуумном солнечном коллекторе напрямую зависит от величины трубок этого устройства. Если вакуумная трубка коллектора будет короткая и тонкая, то она не сможет достаточно эффективно аккумулировать вакуумную энергию. Обычно для комплектации вакуумных солнечных коллекторов используются трубки длиной до 2 метров с диаметром около 6 сантиметров. Внутри вакуумной трубки может монтироваться простая прямая или изогнутая U-образная трубка для более эффективного сбора тепла.

Установка солнечного отопительного коллектора

Солнечный отопительный коллектор вместе с системой аккумуляции тепла и теплообменным контуром в сборе представляет собой довольно сложную технологическую систему. Комплекты такого оборудования оснащаются подробными инструкциями по установке, также в сети Интернет можно найти подробные видеоуроки. Но перед покупкой и установкой солнечного коллектора необходимо составление проекта отопительной системы. В этот процесс обязательно нужно привлекать специалиста, который произведет необходимые расчеты материалов и оборудования.

Использование альтернативных источников энергии может существенно снизить затраты на содержание вашего дома, более того, оно может сделать вас независимыми от поставщиков традиционной энергии.

Солнечные коллекторы для отопления дома: видео

Честные отзывы о работе солнечных коллекторов различных моделей для отопления дома

Модель КС 2000

Время работы — 3 года:

Модель RKraft

Время работы — 5 лет:

Вакуумный коллектор Altek

1 год эксплуатации:

Эффективность работы вакуумного коллектора зимой:

Модель Chromagen

Опыт эксплуатации — 4 года:

Модель АТМОСФЕРА СВК Nano

На рынке с 2013 года:

Можно ли сделать реально работающий солнечный коллектор своими руками?

Тепловые солнечные коллекторы

Для чего используются тепловые солнечные коллекторы? Где можно их использовать — сферы применения, варианты применения, плюсы и минусы коллекторов, технические характеристики, эффективность. Можно ли сделать самому и насколько это оправдано. Схемы применения и перспективы.

к содержанию ↑

Назначение

Коллектор и солнечная батарея два разных устройства. Батарея использует преобразование солнечной энергии в электрическую, накапливающуюся в аккумуляторах и применяющуюся для бытовых нужд. Солнечные коллекторы, как и тепловой насос, предназначены для сбора и накапливания экологически чистой энергии Солнца, преобразование которой используется для нагрева воды либо отопления. В промышленных масштабах стали широко использоваться солнечные тепловые электростанции, преобразующую тепло в электроэнергию.

к содержанию ↑

Устройство

Коллекторы состоят из трех основных частей:

• панели;
• аванкамера;
• накопительный бак.

Панели представлены в виде трубчатого радиатора, помещенного в короб с наружной стенкой из стекла. Их необходимо располагать на любом хорошо освещенном месте. В радиатор панели поступает жидкость, которая затем нагревается и передвигается в аванкамеру, где холодная вода замещается горячей, что создает постоянное динамическое давление в системе. При этом холодная жидкость поступает в радиатор, а горячая в накопительный бак.

Стандартные панели легко приспособить к любым условиям. При помощи специальных монтажных профилей их можно устанавливать параллельно друг другу в ряд в неограниченном количестве. В алюминиевых монтажных профилях просверливают отверстия и крепят к панелям снизу на болты или заклепки. После завершения работы панели солнечных абсорберов вместе с монтажными профилями представляют собой единую жесткую конструкцию.

Система солнечного теплоснабжения делится на две группы: с воздушным и с жидкостным теплоносителем. Коллекторы улавливают и поглощают излучение, и, совершая преобразование ее в тепловую энергию, передают в накопительный элемент, из которой тепло распределяется по помещению. Любая из систем может дополняться вспомогательным оборудованием (циркуляционный насос, датчики давления, предохранительные клапаны).

к содержанию ↑

Принцип работы

В дневное время тепловое излучение передается теплоносителю (вода или антифриз), циркулирующему через коллектор. Нагретый теплоноситель передает энергию в бак водонагревателя, расположенного выше его и собирающего воду для горячего водоснабжения. В простой версии циркуляция воды осуществляется естественным образом благодаря разности плотности горячей и холодной воды в контуре, а для того, чтобы циркуляция не прекращалась, используется специальный насос. Циркуляционный насос предназначен для активной прокачки жидкости по конструкции.

В усложненном варианте коллектор включен в отдельный контур, наполненный водой или антифризом. Насос помогает им начать циркулировать, передавая при этом сохраненную солнечную энергию в теплоизолированный бак-аккумулятор, который позволяет запасать тепло и брать его в случае необходимости. Если энергии недостаточно, предусмотренный в конструкции бака электрический или газовый нагреватель, автоматически включается и поддерживает необходимую температуру.

к содержанию ↑

Виды

Тем, кто хочет, чтобы в его доме была система солнечного теплоснабжения, для начала следует определиться с наиболее подходящим типом коллектора.

к содержанию ↑

Коллектор плоского типа

Представлен в виде коробки, закрытой закаленным стеклом, и имеющий особый слой, поглощающий солнечное тепло. Этот слой соединен с трубками, по которым ведется циркуляция теплоносителя. Чем больше энергии он будет получать, тем выше его эффективность. Уменьшение тепловых потерь в самой панели и обеспечение наибольшего поглощения тепла на пластинах абсорбера позволяет обеспечить максимальный сбор энергии. При отсутствии застоя плоские коллекторы способны нагреть воду до 200 °C. Они предназначены для подогрева воды в бассейнах, бытовых нужд и отопления дома.

к содержанию ↑

Коллектор вакуумного типа

Представляет собой стеклянные батареи (ряд полых трубок). Наружная батарея имеет прозрачную поверхность, а внутренняя батарея покрыта специальным слоем, который улавливает излучение. Вакуумная прослойка между внутренними и внешними батареями помогает сохранить около 90% поглощаемой энергии. Проводниками тепла являются специальные трубки. При нагревании панели происходит преобразование жидкости, находящейся в нижней части батареи в пар, который поднимаясь, предает тепло в коллектор. Этот тип системы имеет больший КПД по сравнению с коллекторами плоского типа, так как его можно использовать при низких температурах и в условиях плохой освещенности. Вакуумная солнечная батарея позволяет нагреть температуру теплоносителя до 300 °C, при использовании многослойного стеклянного покрытия и создании в коллекторах вакуума.

к содержанию ↑

Тепловой насос

Системы солнечного теплоснабжения наиболее эффективно работают с таким устройством, как тепловой насос. Предназначен для сбора энергии из окружающей среды вне зависимости от погодных условий и может устанавливаться внутри дома. В качестве источника энергии здесь могут выступать вода, воздух либо грунт. Тепловой насос может работать, используя лишь солнечные коллекторы, если достаточно солнечной электроэнергии. При использовании комбинированной системы «тепловой насос и солнечный коллектор», не имеет значения тип коллектора, однако наиболее подходящим вариантом будет солнечная вакуумная батарея.

к содержанию ↑

Что лучше

Система солнечного теплоснабжения может устанавливаться на крышах любого вида. Более прочными и надежными считаются плоские коллекторы, в отличие от вакуумных, конструкция которых более хрупкая. Однако при повреждении плоского коллектора придется заменить всю абсорбирующую систему, тогда как у вакуумного замене подлежит лишь поврежденная батарея.

Эффективность вакуумного коллектора гораздо выше, чем плоского. Их можно использовать в зимнее время и они производят больше энергии в пасмурную погоду. Достаточно большое распространение получил тепловой насос, несмотря на свою высокую стоимость. Показатель выработки энергии у вакуумных коллекторов зависит от величины трубок. В норме размеры трубок должны составлять в диаметре 58 мм при длине от 1,2-2,1 метра. Достаточно сложно установить коллектор своими руками. Однако обладание определенными знаниями, а также следование подробным инструкциям по монтажу и выбору места системы, указанными при покупке оборудования существенно упростит задачу и поможет принести в дом солнечное теплоснабжение.

Оцените статью:

Загрузка…

Поделитесь с друзьями:

Солнечный коллектор — Что такое Солнечный коллектор?

Солнечный коллектор – гелиоустановка (для сбора тепловой энергии Солнца), способная нагревать материал-теплоноситель.

Солнечный коллектор — гелиоустановка (для сбора тепловой энергии Солнца), способная нагревать материал-теплоноситель.

Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд.
Пищевая и текстильная промышленности больше остальных отраслей нуждаются в использовании солнечных коллекторов (при производственных процессах требуется вода с температурой 30-90 °C).

В Европе в 2000 г. общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн м², а во всём мире — 71,341 млн м².

Солнечные коллекторы способны производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга.

Известны 2 основных типа солнечных коллекторов:

Плоские

Плоский коллектор состоит из абсорбера, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя.

В плоском коллекторе работает следующий механизм: падающая энергия передается теплоносителю в коллекторе, эффективность коллектора пропорциональна количеству падающей энергии.

При отсутствии расхода тепла плоские коллекторы способны нагреть воду до 190-200 °C.

Вакуумные

В вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль теплопроводников.

При облучении установки солнечным светом, жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагревается и превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки, где, конденсируясь, передают тепло коллектору.

В вакуумных установках возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250-300 °C в режиме ограничения отбора тепла.

Известен также отдельный тип солнечных коллекторов: Солнечные воздушные коллекторы.

Солнечные воздушные коллекторы — это приборы, работающие по принципу гелиоэнергетики, способные нагревать воздух.

Чаще всего солнечные воздушные коллекторы представлены простыми плоскими коллекторными конструкциями.

Они используются:

• для отопления помещений,

• для просушивания с/х продукции.

Сравнение конструкций различных солнечных коллекторов

 Площадь солнечного коллектора.
     Солнечный коллектор ЯSolar имеет площадь в 2 м². Сторона, обращенная к солнцу, покрыта специальным светопоглощающим слоем и имеет практически 95%-е поглощение тепла. Обратная (теневая сторона) имеет специальное двухслойное утепление 70мм. Подсчитаем потери тепла, происходящие на теневой стороне. Коэффициент теплопередачи утеплителя равен 0,03 Вт/м*°С. С учетом толщины и перепада температуры например в 45°C, получим потери равные 50 Вт. Торцы солнечного коллектора, трубы и пр. будут излучать меньше тепла. Из-за специального селективного покрытия и правильно подобранного расстояния между стеклом и абсорбером излучение тепла и конвекция воздуха будут минимальны. В итоге получаем теплопотери двухметрового плоского солнечного коллектора 250-450 Вт. Данные потери подтверждаются испытаниями и сертификатами солнечного коллектора.

     Для расчета будет брать поток солнечной энергии равный 1000 Вт/м², вычитаем теплопотери и получаем величину 700 Вт/м². Для плоского коллектора площадью 2м² реальная тепловая мощность при разнице температуры 45°C составляет 1300-1400Вт.
     При наличии автоматики, плоские солнечные коллекторы начинают работать при температурах, превышающих всего на несколько градусов температуру нагреваемой жидкости. Это особо актуально для нагрева бассейнов и холодных теплоносителей (например, для тепловых насосов), благодаря этому уменьшаются теплопотери и увеличивается эффективность.

     Следует иметь ввиду, что площадь абсорбера типового китайского вакуумного коллектора с 18 трубками диаметром 47 мм и длинной 1,8м составляет всего 0,047м*1,8м*18= 1,522 м². При лучшем их КПД 75%, основанном на реальных данных центров сертификации, при идеальных погодных условиях 1000 Вт/м² один солнечный коллектор с вакуумными трубками вырабатывает только 1100 Вт. Значений выше этих получить физически не возможно, энергия не берется из ни от куда.

Рабочая площадь плоского и вакуумного солнечного водонагревателя

    Отношение апертуры (рабочей поверхности) к общей площади солнечного коллектора у вакуумного водонагревателя в два раза меньше, чем у плоского солнечного коллектора. Следует иметь ввиду, что площадь абсорбера типового китайского вакуумного коллектора с 18 трубками диаметром 47 мм и длинной 1,8м составляет всего 0,047м*1,8м*18= 1,522 м².

Конструкция качественного плоского солнечного коллектора.
    Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбером; он связан с теплопроводящей системой. Прозрачный элемент (стекло) обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов. Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Для её повышения применяется специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре. Стандартным решением повышения эффективности коллектора также стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности.

Конструкция солнечного коллектора с вакуумной трубкой
    Стеклянные вакуумные трубки по конструкции являются термосами – одна трубка расположена в другой, между ними технический вакуум. В стеклянную трубку, вставляются медные термотрубки, соединенные со стеклянные трубками тонкими листами алюминия.

   Термотрубка — это закрытая медная труба с небольшим содержанием «легкокипящей жидкости». В качестве «легкокипящей жидкости» используется обычная вода под низким давлением. Под воздействием тепла жидкость испаряется при температуре около 30°С и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть головки, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура с незамерзающей жидкостью. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова. Но дальнейшем повышении температуры плотность пара будет расти, а плотность воды будет падать. В критической точке плотность станет одинаковой, и процесс конденсации и испарения прекратится, поступающая энергия передается только за счет стенки латунного стержня, при её небольшой толщине (0,5 мм), эффективность передачи будет мала.
    Приемник солнечного коллектора латунный с изоляцией, в лучшем случае, из минеральной ваты толщиной обычно всего 4 см, закрыт листом жести.

 
Реальный КПД вакуумного солнечного коллектора 70%.

    Эффективность вакуумного солнечного коллектора складывается из потерь на отражение и поглощение двойного стекла и теплопотерь, связанных с излучением тепла поглощающим слоем. Также неэффективность получается из-за того, что солнцем нагревается поверхность внутренней стеклянной колбы, от которой тепло передается через стекло (плохой теплопроводник) тонким алюминиевым пластинам на медную трубку.
    Значительны теплопотери возникают через изоляцию приемника коллектора, выполненную из минеральной ваты.

Работа зимой вакуумного и плоского солнечного коллектора

    Начальный КПД (оптический) вакуумных коллекторов ниже чем у плоских на 10-15%. Это подтверждается всеми исследованиями и сертификатами, да и продавцы вакуумных коллекторов не скрывают это. Поэтому при разнице нагреваемого теплоносителя и окружающего воздуха до 50°C эффективнее качественные плоские солнечные коллекторы. При большей разнице эффективность вакуумных по отношение к плоскими является незначительной, при этом световой день в зимний период уменьшается в разы. Поэтому общая годовая производительность тепловой энергии качественных плоских солнечных коллекторов будет выше.

  Любые солнечные коллекторы установленные под углом до 50-70° часто засыпаются снегом, после чего они не работают. Только у плоских солнечных коллекторов возможно реализовать режим принудительной оттайки, путем пропускания горячего теплоносителя несколько минут через солнечный коллектор. Выпавший снег растапливается из-за минимальных теплопотерь через стекло и соскальзывает.

  Также только плоские солнечные коллекторы могут монтироваться вертикально для получения максимум тепловой энергии в зимний период. Термосифонные системы (без электричества) с естественной циркуляцией антифриза круглогодичного использования возможны только с плоскими солнечными коллекторами.

  В зимний период вакуумные трубчатые коллекторы могут покрываться инеем на достаточно продолжительный период. Особенно это актуально для регионов с резким перепадом температур и высокой влажностью.

Улавливание и отражение солнечного света

 
Падение и отражение света от вакуумных трубок

    Благодаря цилиндрической форме трубок солнечные лучи падают на постоянную поверхность перпендикулярно к оси трубки, но при этом все остальные лучи, не перпендикулярные оси трубки, будут отражаться. Это означает что в течении дня получение энергии будет усредненное, в том числе во время прихода максимальной солнечной энергии. Плоские же солнечных коллекторы в период максимальной солнечной интенсивности 11.00-16.00 улавливают максимально возможное количество тепловой энергии. Отражение по вертикале (вдоль трубок) будет такое же как и у плоских солнечных коллекторов.

 
Реальный КПД солнечных коллекторов различных конструкций
в зависимости от разницы температуры коллектора и окружающей среды.

    При выборе солнечного коллектора любой конструкции необходимо учитывать их отличия, стоимость, реальный КПД, цели и климат использования. Идеальных конструкций нет! Доверять проектирование следует профессионалам, имеющим большой опыт монтажа и эксплуатации систем с надёжными солнечными коллекторами. Наши специалисты будут рады оказать Вам качественную помощь в решении задач солнечной энергетики и предоставить объективную консультацию.

ООО «Новый полюс» Солнечный коллектор ЯSolar, солнечные батареи, автономное энергоснабжение

Рады приветствовать на нашем сайте. Мы занимаемся солнечной энергетикой уже более 10 лет!

Приглашаем всех желающих посетить наш стенд:

За это время накопили большой опыт и стали лидирующей компанией в России в области солнечной тепловой энергетики. Мы являемся производителем как плоских солнечных коллекторов ЯSolar, так и вакуумных солнечных коллекторов ЯSolar-VU. Также мы выпускаем воздушные солнечные коллекторы ЯSolar-Air для отопления и вентилирования помещений и воздушно-жидкостные солнечные коллекторы ЯSolar-AirW для дополнительного нагрева горячей воды в летний период.

Солнечные коллекторы ЯSolar разработаны по европейским стандартам EN 12975-1 и -2 и производятся нашей компанией ООО »НОВЫЙ ПОЛЮС» в России по полному циклу (включая изготовление абсорбера) на уникальном современном оборудовании.

Наша продукция позволяет получать тепло и электричество от солнечной энергии как в малых, так и в крупных промышленных установках . Мы проектируем, комплектуем и монтируем системы для частных домов, бассейнов, гостиниц, фермерских хозяйств и промышленных объектов.

Частные дома

Бассейны

Гостиницы и санатории

Фермерские хозяйства

Промышленные объекты

Также существуют решения и проекты по получению холода и электроэнергии от тепловой солнечной энергии.

Наши клиенты получили:

• Бесплатную горячую воду и помощь системе отопления
• Надежное оборудование от российского производителя
• Заводскую гарантию 5 лет
• Расширенную клиентскую поддержку
• Уменьшение первоначальных затрат
• Экономию на коммунальных расходах

Почему выбирают нашу компанию:

Успешно работаем 10 лет на рынке

Изготовили 3000 солнечных коллекторов

Оперативно отгрузим и изготовим

Расчет ведут наши опытные проектировщики. Установку — собственная монтажная бригада

Постоянно работаем над улучшением конструкций и выводим новые модели

Участвуем в крупнейших выставках. Получаем патенты и сертификаты

Плоские солнечные коллекторы

В конструкции плоских солнечного коллектора ЯSolar используются самое современное поглощающее энергию покрытие TiNOX, полностью медный абсорбер, сверхпрозрачное антибликовое стекло, максимально эффективные утеплитель (60мм) и средства герметизации. Специально для коллектора ЯSolar был разработаны и запатентованы технология пайки медных абсорберов с профилированным листом TiNOX для улучшенной теплопередачи, специальный корпус и прижим стекла. После улучшений оптический КПД ЯSolar составил 83%, что значительно больше всех российских и многих импортных аналогов (включая вакуумные). Выпускаются как упрощенные модели с поликарбонатом вместо стекла: ЯSolar П1 и ЯSolar П2, так и улучшенные версии ЯSolar Premium.

Панель поглощающая (абсорбер)

Основной элемент коллектора — медная панель максимальной толщины с селективным высокоэффективным покрытием TiNOX и семи медных трубок. Соединение трубной решетки и листа выполнено методом пайки бессвинцовым припоем. Предварительно происходит специальная формовка листа, увеличивается на порядок площадь контакта медного листа и трубок для лучшей теплопередачи.

Вакуумные солнечные коллекторы

Впервые в России мы запустили производство вакуумных солнечных коллекторов ЯSolar VU при этом с наиболее эффективной конструкцией: U-трубкой. Солнечное тепло в коллекторах такой конструкции максимально эффективно передается теплоносителю. Импортеры китайских солнечных коллекторов не завозят их в Россию из-за высокой стоимости и более дорогой доставки. Но благодаря полному циклу производства на нашем предприятии, данная технология теперь стала доступна!

U — трубка

Коллектор медных труб в ЯSolar-VU выполнен в виде современной конструкции с непосредственным протеканием теплоносителя внутри вакуумной трубки и снабжен алюминиевыми теплопередающими элементами.

Благодаря этому, солнечный коллектор ЯSolar-VU обладает большей эффективностью, по сравнению с распространенными импортными аналогами, а именно:

• отсутствует минимальная температура начала работы солнечного коллектора;
• работоспособность сохраняется при любом угле наклона;
• максимальна эффективная теплопередача между стеклом трубки и теплоносителем;
• работает с меньшими потерями при передаче энергии теплоносителю.

Тепловой насос и солнечный коллектор для отопления

Тепловые насосы относятся к теплотехническому оборудованию, использующему тепло альтернативных источников энергии, для переноса его в дом. Это энергоэффективные системы, предназначенные для тепло-холодоснабжения жилых и коммерческих строений, а также для экономного нагрева воды для бассейна, быта или технологических потребностей.

Гелиосистемы используют солнечное излучение для нагрева воды или теплоносителя и переноса тепла в систему горячего водоснабжения и отопления.

Разберемся в особенностях функционирования этих двух систем относительно применения их для отопления частных жилых или коммерческих объектов.

Не будем останавливаться подробно на описании принципа работы теплового насоса. Про это можно узнать из других источников.

Главное, что теплонасосное оборудование относится к оборудованию, использующему возобновляемое и бесплатное тепло воздуха, грунта и воды. Теплонасосы действуют на основе технологий, основанных на физических преобразованиях, проходящих с выделением тепла, состояния фреона, который циркулирует в компрессорном контуре теплового насоса. А инверторные технологии управления компрессорами, энергоэффективные насосы и ЕС-вентиляторы, электронное управление – все это обеспечивает высокую энергоэффективность и преимущества тепловых насосов перед другим теплотехническим оборудованием.

Уточним теперь, как и где нужно устанавливать отдельные типы теплонасосного оборудования. Остановимся на трех основных типах — тепловых насосах “грунт-вода”, “воздух-вода”, “вода-вода”, потому что они непосредственно кроме функции отопления дополнительно греют воду для хозяйственных нужд.

1. Грунтовые или тепловые насосы “грунт-вода”

• Функции: отопление/охлаждение/нагрев воды.
• Берут тепло от слоя грунта (геотермальное исполнение) через горизонтальный коллектор или от вертикальных грунтовых зондов. Горизонтальный коллектор может быть утоплен в водоеме.
• Установка на участке около объекта, требуются дорогостоящие земляные работы по укладке горизонтального коллектора или бурению и укладке глубинных зондов для качественного теплосъема. Качество слоев грунта влияет на характеристики теплопроизводительности.
• Производительность по теплу и холоду стабильная на протяжении всего года.
• Наивысшие показатели сезонной энергоэффективности, платежи по отоплению сокращаются до 80%.
• Устанавливаются как основной тепловой источник и управляют работой солнечных коллекторов или резервных котлов.

2. Тепловые насосы «вода-вода»

• Функции: отопление/охлаждение/нагрев воды.
• Извлекают тепло из подземного водного горизонта (гидротермальное исполнение).
• Требуется водоносный горизонт на глубине не более 15м с достаточным количеством воды для съема тепла. Нужен высококвалифицированный дорогой монтаж и наладка оборудования.
• Тепло-холодопроизводительность постоянная на протяжении года. Высокие и стабильные показатели энергоэффективности.
• Стабильно всю зиму отапливают дом, управляют по бивалентной схеме резервными источниками – гелиосистемами и котлами.

3. Тепловой насос «воздух-вода»

• Функции: отопление/охлаждение/нагрев воды.
• Для установки не нужен участок или дорогие монтажные работы. Монтаж наружного и внутреннего блоков (или моноблока) профессиональный, занимает мало времени. Для установки блоков не нужно много места.
• Теплопроизводительность меняется в зависимости от температур атмосферного воздуха. Экономически выгодно использовать тепловой насос «воздух-вода» по бивалентной схеме — с резервным котлом. Может работать в моноэнергетическом режиме автономно, с включением в сильные морозы встроенного многоуровневого электронагревателя.
• Максимальный показатель сезонной энергоэффективности высокий, но ниже чем у грунтовых ТН.
• Легко устанавливается в уже готовых системах при их модернизации, а также в новых частных домах, в квартирах, на коммерческих объектах.
• Отлично поддерживаются гелиосистемами для производства горячей воды летом, весной и осенью.
• Экономически выгодный вариант с наименьшим сроком окупаемости для внедрения энергосберегающего отопления в новом доме.
• Преимущества управления тепловых насосов: интеллектуальное программируемое управление через панель управления или удаленный Wi-Fi контроль, адаптируемость с другими системами управления – «умный дом», автоматикой котлов или солнечных станций.

 

Солнечные коллекторы

Теперь рассмотрим, что могут или не могут, солнечные коллекторы — системы, использующие альтернативный источник – энергию солнца, для нагрева воды или незамерзающего теплоносителя.

Различают несколько типов солнечных коллекторов: вакуумные трубчатые различных конструкций, плоские и гибридные. Различают также сезонные и круглогодичные гелиосистемы. В сезонных (термосифонных) установках подогревается вода, они продуктивно работают только с весны до осени, зимой не используются из-за угрозы замерзания воды. Это отличный вариант для нагрева воды в открытых бассейнах, а также для душевых в домах и базах отдыха, пансионатах или в открытых бассейнах аквапарков.

Круглогодичные вакуумные трубчатые и плоские коллекторы производительно работают круглый год, но только в солнечную погоду. Внутри систем циркулирует незамерзающий теплоноситель (например – пропиленгликоль). В гибридных моделях (PVT-коллекторах) – вырабатывается электроэнергия и подогревается вода.

Отметим интересные свойства и функциональность таких систем.

• Функции: нагрев воды.
• Производительность гелиосистем различается в зависимости от интенсивности сезонной солнечной инсоляции в местности установки и пространственной ориентации панелей или трубок.
• Гелиосистемы больше эффективны в летнее время, когда солнце наиболее активно посылает тепло. В зимнее время из-за пасмурных дней и меньшего количества тепла, получаемого от солнца, продуктивность гелиосистем падает в несколько раз и тепла хватает только на частичный нагрев теплоносителя.
• С их помощью можно почти полностью с мая по сентябрь удовлетворить потребности дома, квартиры или коммерческого предприятия в горячей воде. По реальным данным получают до 90% от нужного объема горячей воды. В зимнее время продуктивность гелиосистем падает в 4-5 раз, количество полученного от солнца тепла для подогрева воды падает до 30%.
• Они рассчитываются из расчета, что в день на одного члена семьи необходимо подогреть до 40-50 литров воды. Гелиосистема из 30 вакуумных трубок, установленная на крыше дома, способна в летний день подогреть до 280-300 литров воды с температурой до 60 градусов. Этого достаточно для бытовых нужд семьи из 4-6 человек. Ни котел, ни бойлер, включать не нужно.
• Горячая бесплатная вода всегда доступна, если днем светит солнце. Но теплопроизводительность зависит от угла наклона и направления поля коллектора к падающим солнечным лучам.
• Гелиосистемы отлично подходят для комплексных решений по теплоснабжению, включающих котел, автоматику, накопительный бак, бойлер косвенного нагрева и т. д.
• Солнечные коллекторы могут передавать выработанное тепло через промежуточные теплообменники в систему отопления, для предварительного нагрева воды в контурах отопления, снимая тепловую нагрузку с котла (теплового насоса).

Теперь сравним, что лучше для отопления: тепловой насос или гелиосистема?

Берем для сравнения, как наиболее доступный по цене и наиболее популярный по запросам, тепловой насос “воздух-вода”.

Он не только отапливает и охлаждает комнаты дома, но подогревает воду в нужном количестве. Гелиосистема только греет воду, отлично – летом, но только частично — зимой.

По стоимости тепловой насос Mycond для дома 75-120 м кв., где живет 3-5 человек, может стоить от 3 до 6 тысяч евро, гелиосистема с продуктивностью по горячей воде до 300 л/сутки — от 3000 долларов.

Тепловой насос справляется с нагрузками стабильно, круглый год. Гелиоколлекторы -максимально полезны летом.

Нельзя сказать, что лучше или хуже. И то, и другое оборудование ценно по-своему.

Для нагрева воды в душевых на пляже или на базе отдыха, в аквапарке или на мойке машин будут очень полезны вакуумные или плоские коллекторы, которые продуктивно и почти бесплатно греют воду в нужном количестве. Для пляжа лучше подойдут сезонные термосифонные установки с прямым нагревом воды, более дешевые и быстро окупающиеся.

Для работы весь год, чтобы сэкономить до 70% затрат на нагрев воды, устанавливают вакуумные трубные или плоские коллекторы. Летом это полностью покрывает все потребности в горячей воде. Зимой — частично, но даже предварительный подогрев воды для системы отопления поможет снизить затраты на отопление.

Гелиосистема может выступать как экономически выгодное дополнение к тепловому насосу. И так и делают многие владельцы частных домов, особенно если есть крытый или открытый бассейн.

Хотя тепловой насос греет горячую воду очень экономно, греть воду летом выгоднее гелиосистемами. Приятно получать горячую воду почти даром. И тепловой насос будет работать дольше.

Вы платите еще меньше по отоплению и ГВС зимой, а летом не платите ничего, кроме расходов за электричество на работу бытовых приборов и за использование газовой плиты, если она есть.

Выводы

Что лучше для отопления? Конечно – тепловой насос. Сначала нужно рассчитать, подобрать и купить тепловой насос. Заключить договор со специализированной компанией и установить его с последующим сервисным обслуживанием. А через год или пару лет установить в пару к тепловому насосу солнечные коллекторы. Приобретать и то и другое лучше через программу IQ-Energy, или через банковские “зеленые” кредитные программы, с экономией до 30 -35%, потраченных на это энергосберегающее оборудование, средств. Вы сэкономите до 75 % годовых затрат на ГВС, сэкономите электроэнергию, будете более выгодно использовать тепловой насос.

Солнечные тепловые коллекторы — Управление энергетической информации США (EIA)

Отопление солнечной энергией

Люди используют солнечную тепловую энергию для многих целей, включая нагрев воды, воздуха, внутренних помещений зданий и выработку электроэнергии. Существует два основных типа солнечных систем отопления: пассивных систем и активных систем .

Пассивное солнечное отопление помещения происходит, когда солнце светит через окна здания и согревает интерьер.Конструкции зданий, которые оптимизируют пассивное солнечное отопление (в северном полушарии), обычно имеют окна, выходящие на юг, которые позволяют солнцу светить на поглощающие солнечное тепло стены или полы в здании зимой. Солнечная энергия поглощается строительными материалами и нагревает внутреннее пространство зданий за счет естественного излучения и конвекции. Оконные выступы или шторы блокируют попадание солнечных лучей в окна летом, чтобы в здании было прохладно.

Активные солнечные системы отопления имеют коллекторы для нагрева текучей среды (воздуха или жидкости) и вентиляторы или насосы для перемещения текучей среды через коллекторы, где она нагревается, во внутреннюю часть здания или в систему аккумулирования тепла, где тепло выпускается и возвращается в коллектор для повторного нагрева.Активные солнечные водонагревательные системы обычно имеют резервуар для хранения воды, нагретой солнечными батареями.

Солнечные коллекторы либо неконцентрирующие, либо концентрирующие

Неконцентрирующие коллекторы — Площадь коллектора (область, которая задерживает солнечное излучение) совпадает с площадью поглотителя (площадью, поглощающей солнечную энергию / излучение). Системы солнечной энергии для нагрева воды или воздуха обычно имеют неконцентрирующие коллекторы. Плоские коллекторы являются наиболее распространенным типом неконцентрирующих коллекторов для воды и отопления помещений в зданиях и используются, когда достаточно температуры ниже 200 ° F.

• Плоская металлическая пластина, улавливающая и поглощающая солнечную энергию
• Прозрачная крышка, которая пропускает солнечную энергию через крышку и снижает потери тепла от поглотителя
• Слой изоляции на задней части поглотителя для уменьшения потерь тепла

Солнечные водонагревательные коллекторы имеют металлические трубки, прикрепленные к поглотителю.Жидкий теплоноситель прокачивается через трубы абсорбера для отвода тепла от абсорбера и передачи тепла воде в резервуаре для хранения. Солнечные системы для нагрева воды в бассейне в теплом климате обычно не имеют крышек или изоляции для абсорбера, и вода из бассейна циркулирует из бассейна через коллекторы и обратно в бассейн.

Солнечные системы воздушного отопления используют вентиляторы для перемещения воздуха через плоские коллекторы внутрь зданий.

Концентрирующие коллекторы —Площадь, задерживающая солнечное излучение, больше, иногда в сотни раз больше, чем площадь поглотителя.Коллектор фокусирует или концентрирует солнечную энергию на поглотителе. Коллектор обычно перемещается в течение дня, чтобы поддерживать высокую степень концентрации на поглотителе. Солнечные тепловые электростанции используют концентрирующие системы солнечных коллекторов, поскольку они могут производить высокотемпературное тепло, необходимое для выработки электроэнергии.

Последнее обновление: 9 декабря 2020 г.

Солнечные технологии отопления и охлаждения

Солнечные тепловые технологии поглощают солнечное тепло и передают его полезным приложениям, таким как отопление зданий или водоснабжение.Используется несколько основных типов солнечных тепловых технологий:

В дополнение к солнечным тепловым технологиям, описанным выше, такие технологии, как солнечные фотоэлектрические модули , могут производить электричество, а здания могут быть спроектированы так, чтобы улавливать пассивное солнечное тепло .

Неглазурованный солнечный коллектор — одна из самых простых форм солнечной тепловой технологии. Теплопроводящий материал, обычно темный металл или пластик, поглощает солнечный свет и передает энергию жидкости, проходящей через теплопроводную поверхность или за ней.Этот процесс аналогичен тому, как садовый шланг, лежащий на открытом воздухе, поглощает солнечную энергию и нагревает воду внутри шланга.

Эти коллекторы описываются как «неглазурованные», потому что они не имеют стеклянного покрытия или «остекления» на коллекторной коробке для улавливания тепла. Отсутствие остекления создает компромисс. Неглазурованные солнечные коллекторы просты и недороги, но, не имея возможности удерживать тепло, они теряют тепло обратно в окружающую среду и работают при относительно низких температурах. Таким образом, неглазурованные коллекторы обычно лучше всего работают с небольшими или умеренными системами отопления или в качестве дополнения к традиционным системам отопления, где они могут снизить топливную нагрузку за счет предварительного нагрева воды или воздуха.

Солнечные коллекторы для обогрева бассейнов — это наиболее часто используемая неглазурованная солнечная технология в Соединенных Штатах. В этих устройствах часто используются черные пластиковые трубчатые панели, установленные на крыше или другой опорной конструкции. Водяной насос обеспечивает циркуляцию воды в бассейне непосредственно через трубчатые панели, а затем возвращает воду в бассейн с более высокой температурой. Хотя эти коллекторы используются в основном для обогрева бассейнов, они также могут предварительно нагревать большие объемы воды для других коммерческих и промышленных применений.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на темный материал в коллекторе, который нагревается.
2. Циркуляция: Холодная жидкость (вода) или воздух циркулирует через коллектор, поглощая тепло.
3. Использование: Более теплая жидкость используется для таких применений, как обогрев бассейна.

Узнайте больше о неглазурованных солнечных коллекторах

Солнечные коллекторы Transpired

На южной стене этого склада установлен солнечный коллектор.
Кредит: Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Солнечные коллекторы прозрачного воздуха обычно состоят из перфорированного металлического облицовочного материала темного цвета, установленного на существующей стене на южной стороне здания. Вентилятор втягивает наружный воздух через перфорацию в пространство за металлической обшивкой, где воздух нагревается до температуры на 30–100 ° F выше температуры окружающего воздуха. Затем вентилятор втягивает воздух в здание, где он распределяется через систему вентиляции здания.

Солнечный коллектор — это проверенная, но все еще развивающаяся технология солнечного отопления. Этот вид техники лучше всего подходит для обогрева воздуха и вентиляции помещений. Его также можно применять в различных производственных и сельскохозяйственных целях, например, для сушки сельскохозяйственных культур.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на темную перфорированную металлическую облицовку, которая нагревается.
2. Циркуляция: Циркуляционный вентилятор втягивает воздух через отверстия за металлической обшивкой, нагревая воздух, который затем втягивается в здание для распределения.

Узнайте больше о солнечных коллекторах воздуха Transpired

Плоские солнечные коллекторы

Множество плоских солнечных коллекторов на крыше школы.
Кредит: Джо Райан, NREL 19690

Большинство плоских коллекторов состоят из медных трубок и других теплопоглощающих материалов внутри изолированного каркаса или корпуса, покрытого прозрачным стеклом (стеклом). Теплопоглощающие материалы могут иметь специальное покрытие, которое поглощает тепло более эффективно, чем поверхность без покрытия.

Плоские остекленные коллекторы могут эффективно работать в более широком диапазоне температур, чем неглазурованные коллекторы. Плоские коллекторы часто используются в дополнение к традиционным водогрейным котлам, предварительно нагревая воду, чтобы снизить потребность в топливе. Они также могут быть эффективны для обогрева помещений. Используя систему теплообмена, они могут надежно производить горячий воздух для больших зданий в светлое время суток.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет проходит через стекло и попадает на темный материал внутри коллектора, который нагревается.
2. Отражение тепла: Прозрачный стеклянный или пластиковый корпус улавливает тепло, которое в противном случае могло бы излучаться. Это похоже на то, как теплица улавливает тепло внутри.
3. Циркуляция: Холодная вода или другая жидкость циркулирует через коллектор, поглощая тепло.

Узнайте больше о плоских солнечных коллекторах

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками

Вакуумный трубчатый солнечный коллектор на крыше.
Кредит: NREL PIX 09501

Вакуумные трубчатые коллекторы представляют собой тонкие медные трубки, наполненные жидкостью, например водой, помещенные внутри более крупных герметичных прозрачных стеклянных или пластиковых трубок.

Вакуумные трубки более эффективно используют солнечную энергию и по нескольким причинам могут производить более высокие температуры, чем плоские коллекторы. Во-первых, конструкция трубки увеличивает доступную для солнца площадь поверхности, эффективно поглощая прямой солнечный свет под разными углами. Во-вторых, трубки также имеют частичный вакуум внутри корпуса из прозрачного стекла, что значительно снижает потери тепла во внешнюю среду.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает в темный цилиндр, эффективно нагревая его под любым углом.
2. Отражение тепла: Прозрачный стеклянный или пластиковый корпус улавливает тепло, которое в противном случае могло бы излучаться. Это похоже на то, как теплица улавливает тепло внутри.
3. Конвекция: Медная трубка, проходящая через каждый цилиндр, поглощает накопленное в цилиндре тепло, в результате чего жидкость внутри трубки нагревается и поднимается к верхней части цилиндра.
4. Циркуляция: Холодная вода циркулирует через верхнюю часть цилиндров, поглощая тепло.

Системы с вакуумированными трубками обычно дороже плоских коллекторов, но они более эффективны и могут обеспечивать более высокие температуры. Вакуумные трубы могут надежно производить очень горячую воду для периодического нагрева воды или нагрева воды по запросу, а также для многих промышленных процессов, и они могут производить достаточно тепла, чтобы справиться практически с любым отоплением или охлаждением помещения.

Подробнее о солнечных коллекторах с вакуумными трубками

Концентрирующие солнечные системы

Этот набор концентрирующих солнечных коллекторов с параболическим желобом на крыше обеспечивает технологическое тепло для винодельни. Эти коллекторы имеют уникальную конструкцию, которая позволяет им помимо тепла вырабатывать электричество.
Кредит: SunWater Solar

Концентрирующие солнечные системы работают, отражая и направляя солнечную энергию с большой площади на маленькую.Меньшие по размеру отражающие системы в форме чаши могут производить воду с температурой в несколько сотен градусов для промышленных или сельскохозяйственных процессов или для нагрева больших объемов воды, таких как бассейны курортных комплексов. Некоторые массивы работают с длинными параболическими желобами, которые концентрируют солнечный свет на трубе, проходящей по всей длине желоба, по которой переносится теплоноситель. Даже в более крупных системах используются поля зеркал для отражения солнечного света на центральную башню. Эти типы массивов производят пар высокого давления или другие перегретые жидкости для различных видов деятельности, от теплоемкой химической обработки до выработки электроэнергии.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на отражающий материал (т. Е. На зеркальную поверхность), обычно в форме желоба (показанного здесь) или тарелки.
2. Отражение солнца: Отражающий материал перенаправляет солнечный свет в одну точку (для тарелки) или трубу (для желоба).
3. Циркуляция: Холодная вода или специальный теплоноситель циркулирует по трубе, поглощая тепло.

Концентрационные системы способны производить чрезвычайно горячие жидкости для различных процессов, и они могут производить относительно большое количество энергии на каждый вложенный доллар.Однако эти системы, как правило, намного больше и сложнее, чем другие типы солнечных коллекторов, описанных выше, с более высокой общей ценой. Таким образом, концентрированная солнечная технология имеет тенденцию быть наиболее эффективной для крупномасштабных высокотемпературных применений, хотя более низкотемпературные применения могут по-прежнему быть рентабельными при определенных обстоятельствах.

Узнайте больше о концентрирующих солнечных системах

Солнечный тепловой коллектор — обзор

7.7 Солнечные тепловые коллекторы

Солнечные тепловые коллекторы преобразуют солнечное излучение в тепло и передают это тепло среде (воде, солнечной жидкости или воздуху).Солнечные водонагревательные системы (SWH) или системы SHW хорошо зарекомендовали себя в течение многих лет и широко используются во всем мире. В моноблочной системе SWH резервуар для хранения устанавливается горизонтально прямо над солнечными коллекторами на крыше. Перекачивание не требуется, так как горячая вода естественным образом поднимается в бак за счет пассивного теплообмена. В системе с насосной циркуляцией резервуар для хранения устанавливается на земле или на полу ниже уровня коллекторов; Циркуляционный насос перемещает воду или теплоноситель между резервуаром и коллекторами.Существует несколько типов солнечных тепловых коллекторов:

•

Вакуумные трубчатые коллекторы являются наиболее эффективным, но наиболее дорогостоящим типом солнечных коллекторов для горячей воды. Эти коллекторы имеют стеклянные или металлические трубки с вакуумом, что позволяет им хорошо работать в более холодном климате.

•

Солнечные водонагреватели периодического действия, также называемые интегральными коллекторами-накопителями (ICS), имеют резервуары для хранения или трубки внутри изолированного ящика, южная сторона которого застеклена для улавливания солнечной энергии.

•

Плоский коллектор представляет собой коробку, покрытую стеклом или пластиком, с металлической пластиной-поглотителем на дне. Остекление или покрытие на пластине абсорбера помогает лучше поглощать и удерживать тепло.

•

Неглазурованные плоские коллекторы, обычно сделанные из резины, в основном используются для обогрева бассейнов.

•

Воздухосборники используются в основном для отопления помещений в доме. Плоские солнечные коллекторы представляют собой прочные всепогодные коробки, в которых под прозрачной крышкой находится темная пластина-поглотитель.Они являются наиболее распространенным типом коллекторов, используемых для нагрева воды во многих странах, хотя по многим параметрам они уступают вакуумным трубчатым коллекторам.

Вакуумные трубки с тепловыми трубками спроектированы таким образом, что конвекция и тепловые потери устранены, тогда как плоские солнечные панели содержат воздушный зазор между абсорбером и крышкой, который позволяет возникать тепловым потерям. Кроме того, системы с тепловыми трубками способны ограничивать максимальную рабочую температуру, тогда как системы с плоскими пластинами не имеют внутреннего метода ограничения тепловыделения, которое может вызвать сбой системы.Наконец, системы с вакуумными тепловыми трубками легки, просты в установке и требуют минимального обслуживания. С другой стороны, системы с плоскими пластинами сложны в установке и обслуживании, и их необходимо полностью заменить, если одна из частей системы перестает работать. На рисунках 7.19 и 7.20 показаны два типа солнечных коллекторов, которые обычно устанавливаются в Южной Австралии.

Рисунок 7.19. Вакуумная трубка. (Сейчас горячая вода, нет данных).

(Из http://raypower.in/home-creative/home-demo-page/).

Рисунок 7.20. Плоские солнечные тепловые коллекторы.

(с https://www.bba-online.de/fachthemen/energie/sonnenkollektor-fuer-waermepumpen/#slider-intro-1).

Солнечный коллектор с вакуумными трубками состоит из полых стеклянных трубок. Весь воздух удаляется из трубок для создания вакуума, который действует как отличный изолятор. Поглотительное покрытие внутри трубки поглощает солнечное излучение. Эта энергия передается жидкости, движущейся через коллектор, а затем в резервуар для горячей воды. В более прохладном климате теплообменник используется для отделения питьевой воды от нетоксичного антифриза в коллекторе.

Солнечные водонагреватели периодического действия, также называемые системами ICS, состоят из резервуара для воды или трубок внутри изолированного застекленного бокса. Через солнечный коллектор течет холодная вода. Вода нагревается и поступает в резервуар резервного нагрева воды. Некоторое количество воды можно хранить в коллекторе до тех пор, пока она не понадобится. Системы ICS представляют собой тип прямой системы SWH, в которой циркулирует вода для нагрева, а не используется теплоноситель для улавливания солнечного излучения (рисунки 7.21 и 7.22).

Рисунок 7.21. Прямые системы. (A) Пассивная система CHS с резервуаром над коллектором. (B) Активная система с насосом и контроллером, управляемым фотоэлектрической панелью.

(Из самоизданной работы Jwhferguson, 2010 г .; получено по адресу http://www.solarcontact.com/solar-water/heater).

Рисунок 7.22. Косвенные активные системы. (C) Непрямая система с теплообменником в баке. (D) Система обратного слива с резервуаром для обратного слива. На этих схемах контроллер и насос приводятся в действие от электросети.

(Из SomnusDe 2010, Wolff Mechanical Inc; доступ по URL-адресу http: // azairconditioning.ком / жилой / солнечные обогреватели /).

Плоский солнечный коллектор представляет собой изолированный ящик, покрытый стеклом или пластиком с металлической пластиной-поглотителем на дне. Атмосферостойкие коллекторы обычно покрываются покрытием, которое лучше поглощает и сохраняет тепло. Жидкий теплоноситель течет по металлическим трубкам, расположенным под пластиной поглотителя. Затем жидкость проходит через теплообменник перед попаданием в резервуар для хранения. Неглазурованные плоские коллекторы (без изоляции или абсорбирующего покрытия) не работают в прохладном или ветреном климате, но отлично подходят для нагрева воды в бассейне (Solar Tribune, 2012).

Солнечные коллекторы горячего воздуха монтируются на южных вертикальных стенах или крышах. Солнечное излучение, достигающее коллектора, нагревает пластину поглотителя. Воздух, проходящий через коллектор, забирает тепло от пластины поглотителя.

Замерзание, перегрев и протечки менее опасны для солнечных коллекторов, чем для жидкостных коллекторов. Однако, поскольку жидкость является лучшим проводником тепла, солнечные коллекторы, использующие воду или теплоноситель, больше подходят для нагрева горячей воды для дома.Солнечный коллектор горячего воздуха чаще всего используется для отопления помещений. Есть два типа воздухосборников: застекленные и неглазурованные (Energy4You, 2012).

Системы SWH рассчитаны на подачу горячей воды в течение большей части года. В более холодном климате может потребоваться газовый или электрический усилитель в качестве резервного для обеспечения достаточного количества горячей воды.

Солнечные водонагреватели — Ecohome

Что такое солнечный тепловой коллектор?

Фотоэлектрический солнечный коллектор преобразует солнечное излучение в электричество, но солнечный тепловой коллектор намного проще.Он относится к устройству, собирающему тепло непосредственно от солнечного излучения. Это может быть так же просто и примитивно, как если бы вода перекачивалась через черную трубку, лежащую на солнце. В Интернете можно найти бесчисленное множество конструкций солнечных панелей, сделанных своими руками, но есть коммерчески доступные солнечно-тепловые панели, которые можно использовать для нагрева воды и обогрева помещений.

Тепловой солнечный коллектор в теплом климате может пропускать воду через панели, но в холодном климате мы используем гликоль для предотвращения замерзания панелей.

Схема солнечного коллектора с вакуумной трубкой

Эффективны ли солнечные тепловые коллекторы?

Мощность и эффективность панели частично определяются степенью поглощения, а частично — коэффициентом излучения; Имеется в виду не только то, сколько тепла он может собрать, но и сколько тепла он будет выделять (или терять) до того, как будет доставлен к месту назначения.

Более ранние модели имели высокий коэффициент поглощения в диапазоне 90-95% (эффективность поглощения солнечного излучения), но они также имели коэффициент излучения в диапазоне 55-95% (излучение энергии в виде теплового излучения), поэтому большая часть собранное тепло было потеряно перед тем, как покинуть панель.В этих моделях также использовалась стандартная черная краска для печей, тогда как панели теперь имеют покрытия, специально разработанные для поглощения и удержания тепла.

Несмотря на то, что современное поколение тепловых коллекторов, представленных на рынке, сейчас очень эффективно, их фотоэлектрическая «конкуренция» в солнечной отрасли опережает достижения в области тепловых солнечных батарей и влияет на возврат инвестиций. Это не означает, что качество и эффективность солнечных тепловых панелей каким-то образом ухудшаются, просто существует школа мысли, которая утверждает, что ваши солнечные доллары лучше инвестировать в покупку фотоэлектрических солнечных панелей и использования энергии, которую они вырабатывают, для нагрева воды. традиционный водонагреватель.

Это связано с постоянным развитием технологий и снижением затрат в фотоэлектрической промышленности, в то время как технология и стоимость солнечной тепловой энергии оставались довольно неизменными в течение того же периода. Они по-прежнему хороши, проблема в том, что конкуренция становится все лучше (ярким примером этого является то, что Tesla теперь предлагает солнечные панели в аренду, что делает солнечные фотоэлектрические системы гораздо более доступными для домовладельцев).

Предпосылка, лежащая в основе этой философии, заключается в том, что во времена, когда горячая вода не нужна, панель не остается неподвижной и бесполезной.Если бы ваша солнечная установка была фотоэлектрической, а не тепловой, солнечное излучение всегда поглощалось бы для того или иного использования; для питания других устройств, храниться в батареях или возвращаться в сеть для кредита. Трудно отрицать логику этого; однако бывают ситуации, когда солнечное тепловое излучение полезно, поэтому мы опишем варианты.

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками:

Солнечный тепловой коллектор © Viessmann

Это наиболее распространенный тип солнечного теплового коллектора, который вы, вероятно, увидите на крыше дома.Сама коллекторная панель чаще всего состоит из стеклянных трубок, которые содержат медные трубки в своей сердцевине, с затемненной пластиной, покрывающей трубу для поглощения тепла. Стеклянные трубки герметично закрыты с помощью только открытой медной арматуры, и каждая трубка устанавливается в коллектор отдельно.

Это упрощает замену трубки, если вакуумное уплотнение сломано; это также может дать преимущество при установке. Вместо того, чтобы транспортировать одиночный тяжелый блок на крышу, поскольку это модульная система, ее можно транспортировать по частям.

Герметично закрытый воздух обеспечивает отличную изоляцию и делает коллектор практически невосприимчивым к температуре наружного воздуха зимой. Даже в летнюю жару можно было дотронуться до трубок голой рукой, хотя трубка внутри сразу ругала бы.

Плоские солнечные коллекторы:

Схема плоского коллектора из учебных пособий по альтернативной энергии

Конструкция

, конечно, может быть разной, но типичный коллектор с плоской пластиной — это немного больше, чем неглубокий ящик с медными трубками, которые проходят через него, покрытые металлической пластиной-поглотителем и прозрачной крышкой.Холодная жидкость прокачивается через медную трубку под пластиной коллектора и при этом нагревается. Как в плоских пластинчатых, так и в вакуумных трубчатых коллекторах используется смесь гликоля, поэтому в обоих случаях требуются специальные резервуары для хранения с теплообменниками.

Плоские солнечные коллекторы и вакуумные трубчатые солнечные коллекторы

У каждого солнечного коллектора есть достоинства и недостатки. Воздух внутри герметичных стеклянных трубок вакуумных трубчатых коллекторов обеспечивает гораздо лучшую изоляцию, чем плоские коллекторы, но часть вашего потенциального солнечного урожая теряется, когда он проходит через промежутки между трубками.

Плоский пластинчатый коллектор будет терять больше тепла, чем вакуумная трубчатая панель, но он способен собирать больше энергии, поскольку вся поверхность представляет собой черный коллектор. Таким образом, при отсутствии других факторов, плоская пластина будет вырабатывать больше энергии, чем конструкция с вакуумной трубкой, летом, потому что она имеет большую площадь поверхности коллектора, а температура окружающего воздуха не представляет проблемы.

И наоборот, зимой температура воздуха вызывает гораздо большие потери энергии при использовании плоского пластинчатого коллектора, чем при использовании вакуумной трубной панели, поэтому конструкция с вакуумной трубкой будет более эффективной.

Выбор дизайна, который принесет вам наибольшую пользу, зависит от того, как вы его используете. Если вы хотите сократить расходы на отопление дома круглый год, то, вероятно, вам пригодится коллектор с плоской пластиной. Если вы собираетесь использовать его вместе с бойлером для обогрева помещений зимой, тогда вам будет больше пользы от конструкции с откачанными трубами, поскольку они работают зимой лучше, чем коллекторы с плоскими пластинами.

Теплопередача:

Схема солнечного теплового теплообменника © Viessmann

Для гликолевых систем вам понадобится теплообменник для нагрева воды для бытовых нужд, отопления помещений или и того, и другого.Нагретая жидкость от солнечных панелей нагревает воду, проходя через змеевик в резервуаре для хранения. Дополнительная газовая или электрическая катушка в баке будет нагревать воду, если солнечная панель не может поддерживать желаемую температуру или удовлетворять потребности.

Обслуживание и долговечность:

Опять же, еще одним отличием от солнечного тепла в холодном климате является гликоль. Хотя это необходимо зимой, летом пластинчатый коллектор может достигать температуры 200 ° C (395 ° F), а трубчатые коллекторы могут достигать температуры 295 ° C (563 ° F).

Гликоль разлагается и становится кислым при таких температурах, что может вызвать отложения и коррозию компонентов системы. Поэтому важно, чтобы панели имели какой-то охлаждающий компонент, встроенный в их конструкцию, будь то ручной или автоматический.

Каким бы разумным ни было использование солнечного света для непосредственного нагрева воды, потребность в гликоле в качестве теплоносителя и проблемы, связанные с ним, являются большой частью того, почему вы не видите больше таких систем в Канаде. .

Чтобы узнать больше о солнечных водонагревателях, прочтите о новом концептуальном доме EcoHome с излучающим полом с солнечным воздушным обогревом, который в летние месяцы поставляет воду с солнечным подогревом. Это и все, что вам нужно знать о строительстве домов с высокими эксплуатационными характеристиками, можно найти на страницах Руководства по экологическому строительству EcoHome

.

Солнечные тепловые коллекторы, Солнечные коллекторы

Есть 4 основные категории солнечных водонагревателей или солнечных коллекторов:

— Низкотемпературная неглазурованная — Концентрирующая — Плоская пластина — Вакуумная трубка

Низкотемпературные неглазурованные коллекторы

Этот тип коллектора в основном используется для обогрева бассейнов и состоит из матов черного цвета или трубок из материалов на основе резины или пластика, по которым циркулирует вода в бассейне.Такие панели эффективны при нагревании больших объемов воды за счет небольшого повышения температуры (идеально подходит для бассейна) в теплых солнечных условиях. В жарких солнечных регионах такие панели также используются для горячего водоснабжения.

Поскольку этот тип коллектора не изолирован, он не может эффективно работать в более прохладных условиях или когда требуется более горячая вода (температура душа).

Такие коллекторы часто называют «неглазурованными», поскольку они не имеют стеклянной крышки, как плоские пластины или вакуумные трубчатые коллекторы.Это название, однако, может вызвать путаницу со следующим типом «концентрирующего» коллектора, описанным ниже, который также является «неглазурованным», но очень отличается по конструкции и принципу действия.

Коллекторы-концентраторы

Когда требуются высокие температуры (> 120 ^o C / 250 ^o F), например, для производства пара, часто используются концентрирующие коллекторы.

Концентрирующий коллектор использует зеркала для концентрации солнечного света на абсорбирующей трубе или панели, что позволяет достичь гораздо более высоких температур.Такие коллекторы обычно требуют отслеживания по одной или двум осям, чтобы следовать за солнцем и обеспечивать оптимальный угол отражения. Из-за размера и сложности этих систем они в основном используются для крупномасштабных проектов.

Плоские коллекторы

Плоские коллекторы являются наиболее распространенным и широко используемым типом солнечных батарей

.

коллектор для горячего водоснабжения. Конструкция представляет собой очень простую изолированную коробку с листом абсорбера, приваренным к медной трубе, по которой циркулирует жидкий теплоноситель.

Несмотря на то, что основная концепция дизайна довольно последовательна у производителей, существуют различия в аспектах конструкции, которые могут улучшить производительность, сделать панели легче, проще в установке и пригодны для различных форматов установки и, в конечном итоге, влияют на стоимость, эффективность и долговечность.

Коллекторы с плоской пластиной хорошо работают в теплом климате и при достижении температуры для основного потребления горячей воды (<60 ^o C / 140 ^o F).Отсутствие изоляции над поглотителем является неотъемлемым недостатком конструкции и приводит к большим потерям тепла. Эти потери тепла означают, что плоские пластины не могут эффективно нагреться при более высоких температурах (> 70 ^o C / 160 ^o F), а производительность значительно снижается в холодную погоду.

Для получения дополнительной информации о плоских солнечных коллекторах Apricus щелкните здесь.

Коллекторы вакуумные

Вакуумные трубки состоят из массива стеклянных трубок с одной или двумя стенками с вакуумом, который обеспечивает отличную изоляцию от потерь тепла.Конструкция очень похожа на стеклянную колбу с горячей водой, в которой хранится горячая вода.

Одностенные вакуумные трубки обычно имеют ребро с абсорбирующим покрытием, аналогичное тому, которое используется в плоском пластинчатом коллекторе.

Вакуумные трубки с двойными стенками имеют абсорбирующее покрытие на внутренней трубке, а пространство между двумя трубками «вакуумируется» для образования вакуума.

Apricus использует вакуумные трубы с двойными стенками, поскольку они имеют некоторые преимущества по сравнению с одностенными.Для получения более подробной информации о вакуумированных трубках щелкните здесь.

Для получения дополнительной информации о солнечных коллекторах с вакуумными трубками Apricus AP щелкните здесь.

Что такое солнечный тепловой коллектор? Типы коллекторов

Солнечный тепловой коллектор, также известный как солнечный тепловой коллектор, является составной частью солнечной тепловой установки. Солнечный коллектор — это тип солнечной панели, отвечающий за улавливание солнечного излучения и преобразование его в тепловую энергию.По этой причине этот возобновляемый источник энергии называется солнечной тепловой энергией.

Целью этого типа солнечных панелей является преобразование энергии: солнечное излучение, испытываемое солнечными модулями, преобразуется в тепловую энергию. В некоторых типах солнечных тепловых установок это тепло используется для выработки пара и получения электроэнергии, но это не функция солнечного коллектора. С другой стороны, фотоэлектрические панели обладают способностью вырабатывать электричество непосредственно в виде постоянного тока.Фотоэлектрические панели — незаменимый элемент фотоэлектрических установок солнечной энергии.

С физической точки зрения солнечные тепловые коллекторы используют термодинамику для преобразования энергии. Напротив, фотоэлектрические панели не используют законы термодинамики для преобразования солнечной энергии, а скорее представляют собой электрический процесс.

Типы солнечных тепловых коллекторов

Солнечных коллекторов бывает много типов. Используемый солнечный коллектор будет зависеть от предполагаемого использования.Например, если мы хотим нагреть бассейн до температуры 25-28 градусов Цельсия, весной нам понадобится простой солнечный коллектор, так как легко температура окружающей среды будет такого порядка или даже выше. С другой стороны, если мы хотим нагреть жидкость до температуры 200ºC, нам понадобятся солнечные коллекторы концентрации, чтобы сконцентрировать солнечное излучение и передать его небольшому объему жидкости.

В настоящее время на рынке солнечной энергии мы можем выделить следующие типы солнечных тепловых коллекторов:

• Плоские или плоские солнечные тепловые коллекторы.Этот тип солнечной панели улавливает солнечное излучение, попадающее на поверхность, для нагрева жидкости. Парниковый эффект часто используется для улавливания тепла.
• Солнечный тепловой коллектор концентрации солнечной радиации. Этот тип коллектора улавливает излучение, полученное на относительно большой поверхности, и концентрирует его через зеркала на меньшей поверхности.
• Солнечный тепловой коллектор вакуумных трубок. Этот солнечный тепловой коллектор состоит из набора цилиндрических трубок, образованных селективным поглотителем, расположенных на отражающем основании и окруженных прозрачным стеклянным цилиндром.

В солнечных установках при низких температурах используются в основном плоские солнечные тепловые коллекторы. Считается, что применение солнечной энергии осуществляется при низкой температуре, когда температура рабочей жидкости ниже 80 ° C; например, обогрев плавательных бассейнов, производство горячей воды для бытовых нужд или даже отопление. Эти плоские тарелки можно носить без застекленного покрытия или без него, в зависимости от области применения.

Плоские солнечные коллекторы

Душа плоского солнечного коллектора — это вертикальные ворота из металлических труб, которые для упрощения проводят холодную воду параллельно, соединенные снизу горизонтальной трубкой с выпуском холодной воды и сверху с помощью еще один похожий на возврат.

Решетка встроена в крышку, как описано выше, обычно двойным стеклом вверх и изолирующим позади.

В некоторых моделях плоских солнечных коллекторов вертикальные трубы привариваются к металлической пластине, чтобы использовать изоляцию между трубкой и трубкой.

Солнечные коллекторы вакуумных трубок «все стекло»

В солнечном коллекторе вакуумных трубок металлические трубки предыдущей системы заменены на стеклянные. Стеклянные трубки одна за другой заключены в другую стеклянную трубку, между которыми создается вакуум в качестве изоляции.

Большим преимуществом солнечных вакуумных трубчатых коллекторов является их высокая производительность. С другой стороны, в случае выхода из строя одной из трубок, нет необходимости менять всю панель на новую, необходимо заменить только поврежденную трубку. Напротив, у нас есть неудобство в том, что по сравнению с плоскими солнечными коллекторами они более дорогие.

Солнечные коллекторы вакуумных трубок с «тепловыми трубками» с помощью фазового перехода

Солнечные панели, в которых используется эта система, используют преимущество фазового перехода от пара к жидкости внутри каждой трубки, чтобы доставлять энергию во второй контур транспортной жидкости.

Элементы представляют собой закрытые трубки, содержащие жидкость, которая при нагревании на солнце кипит и превращается в пар. Эти трубки обычно медные. Образующийся пар поднимается вверх, где имеется более широкий напор (зона конденсации). Внешняя часть зоны конденсации контактирует с транспортируемой жидкостью. Поскольку температура трансформирующей жидкости ниже температуры пара в трубке, она улавливает тепло благодаря процессу термодинамической конвекции и заставляет пар конденсироваться.Конденсированная жидкость падает обратно в нижнюю часть трубки, чтобы снова запустить цикл.

Жидкость в трубке может быть водой с низкой температурой кипения, чтобы работать даже при освещении инфракрасными лучами в случае облачности. Тепловую трубку можно обернуть изоляционным материалом, чтобы минимизировать потери на облучение.

Наконец, тепловая трубка закрывается внутри другой стеклянной трубки, между которой создается вакуум для изоляции. Прочные стеклянные трубки обычно используются для уменьшения повреждений в случае небольшой слякоти.

Концентрационные солнечные коллекторы

В солнечной энергии концентрационный солнечный коллектор — это солнечная панель, в которой используется метод концентрации солнечного излучения для получения высоких температур. Этот метод используется в солнечных установках с высокими и очень высокими температурами.

В зависимости от области применения энергии, которую вы хотите предоставить, существуют различные технологии для применения этого метода получения возобновляемой энергии. Таким образом, мы можем найти, например, солнечные коллекторы с параболическим желобом или концентрирующие солнечные печи для получения более высоких температур.

Компоненты солнечного коллектора

Стандартные солнечные коллекторы состоят из следующих элементов:

• Крышка: Крышка солнечного коллектора прозрачная, может присутствовать или отсутствовать. Обычно он изготавливается из стекла, хотя также используется пластик, поскольку он менее дорогой и управляемый, но это должен быть специальный пластик. Его функция — минимизировать потери из-за конвекции и излучения, и поэтому он должен иметь максимально возможный коэффициент пропускания солнечного света. Наличие крыши улучшает термодинамические характеристики солнечной панели.
• Воздушный канал: это пространство (пустое или пустое), разделяющее крышку абсорбирующей пластины. Его толщина будет рассчитана с учетом баланса конвекционных потерь и высоких температур, которые могут возникнуть, если он слишком узкий.
• Впитывающая пластина: Впитывающая пластина — это элемент, который поглощает солнечную энергию и передает ее жидкости, которая циркулирует по трубам. Основная характеристика пластины заключается в том, что она должна иметь хорошее поглощение солнечного света и пониженное тепловыделение.Поскольку обычные материалы не соответствуют этому требованию, используются комбинированные материалы для получения наилучшего соотношения поглощения / выбросов.
• Трубки или трубопроводы: Трубки соприкасаются (иногда свариваются) с абсорбирующей пластиной, так что обмен энергией является как можно большим. По трубкам циркулирует жидкость, которая нагревается и поступает в накопительный бак.
• Изоляционный слой: Изолирующий слой предназначен для покрытия системы, чтобы избежать и минимизировать потери. Поскольку изоляция является наилучшей из возможных, изоляционный материал должен иметь низкую теплопроводность, чтобы уменьшить термодинамическую передачу тепла наружу.
• Аккумулятор: аккумулятор является дополнительным элементом, иногда он является неотъемлемой частью солнечной панели и в этих случаях часто виден непосредственно над или в непосредственной близости. Очень часто аккумулятор является частью не солнечной панели, а тепловой системы.

Использование солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы в основном используются для подачи горячей воды и отопления или для выработки электроэнергии.

В случае коллекторов для ГВС и отопления в баке хранится вода для бытового потребления, которая контактирует с жидкостью посредством змеевика.Змеевик позволяет жидкости передавать накопленную тепловую энергию воде, не загрязняя воду. Эта вода может использоваться в качестве горячей воды в домах (интеграция 80%) или может использоваться для дополнения системы подогрева полов в комнатах (интеграция 10%). Тепловые солнечные панели способны обеспечивать горячую воду в больших количествах, но не могут полностью заменить обычные методы отопления из-за отсутствия солнечной энергии.

Солнечные коллекторы, предназначенные для выработки электроэнергии, требуют нагрева теплообменника до кипения.После того, как жидкость завершила термодинамический фазовый переход и перешла в газовую фазу, она направляется в термоэлектрическую турбину, которая преобразует движение водяного пара в электрическую энергию. Этот тип системы называется солнечной термодинамикой и требует большого пространства для установки солнечных панелей и постоянного присутствия солнца. Примеры этих растений были установлены в пустынях.

Подключение солнечных тепловых коллекторов

При определении и установке солнечной тепловой установки необходимо учитывать, что распределение солнечных коллекторов должно производиться группами.

Эти группы солнечных коллекторов всегда должны состоять из блоков одной модели и с максимально равномерным распределением.

Существует два основных варианта или типа группирования двух или более коллекторов: последовательный или параллельный. Кроме того, поле сбора может быть настроено путем объединения двух группировок, которые мы называем смешанными группировками или схемами.

Последовательное подключение солнечных коллекторов

При последовательном подключении выход первого солнечного коллектора напрямую соединяется с входом следующего и так далее.Температура жидкости на входе в каждый коллектор выше, чем у предыдущего коллектора, так что на выходе из группы коллекторов мы можем получить более высокие температуры, чем если бы мы работали с тепловым скачком одного коллектора.

Этот тип подключения имеет недостаток, заключающийся в том, что производительность датчиков снижается пропорционально увеличению рабочей температуры; Таким образом, этот тип подключения используется только в особых случаях, когда в зависимости от климатической зоны максимум от 6 до 10 м2 соединенных последовательно солнечных коллекторов.

Что касается гидравлического поведения этой конфигурации, общий поток группы солнечных панелей будет эквивалентен потоку одной панели, и, наоборот, потеря нагрузки, вызванная группой, будет эквивалентна сумме потери нагрузки всех солнечных коллекторов.

Подключение солнечных коллекторов параллельно

При параллельном подключении солнечных коллекторов выход и вход коллекторов подключаются к общим входам, а выходы — к остальным коллекторам.

В этой конфигурации температура входящей жидкости одинакова во всех коллекторах и то же самое происходит с температурами на выходе, так что на выходе из батареи или группы датчиков мы получаем температуру, как если бы мы работали с скачок одиночный коллектор термический.

Следовательно, все коллекторы работают в одной точке кривой производительности. Это соединение наиболее распространено в низкотемпературных тепловых солнечных установках.

С гидравлической точки зрения эта конфигурация представляет собой общий поток группы, который эквивалентен сумме частичных потоков каждого коллектора, в то время как потеря нагрузки группы будет эквивалентна потоку одного солнечного теплового коллектора.

Смешанное подключение солнечных коллекторов

В некоторых случаях объем коллекторов и / или потребность в более высоких температурах приводят к установкам, в которых их расположение совмещено последовательно и параллельно. Мы называем этот тип подключения солнечных панелей смешанным.

Уравновешивание поля приема

По сути, существует две методики для уравновешивания потока теплоносителя в области солнечных тепловых коллекторов:

• Согласование длины контуров.Это достигается с помощью так называемого обратного возврата. То есть выровняйте длину соединительных труб всех солнечных коллекторов, чтобы жидкость имела одинаковый перепад давления.
• Внесение потерь нагрузки за счет установки балансировочных клапанов на входе в коллекторные батареи. Таким образом, чем меньше длина контура, тем больше потеря давления с соответствующим клапаном.

Солнечный коллектор — Energy Education

Рисунок 1. Солнечный коллектор. ^[1]

A Солнечный коллектор — это устройство, которое собирает и / или концентрирует солнечное излучение от Солнца.Эти устройства в основном используются для активного солнечного нагрева и позволяют нагревать воду для личного пользования. ^[2] Эти коллекторы обычно монтируются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. ^[2]

Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с использованием водонагревателя, потенциально снижая затраты на электроэнергию с течением времени. Как и в домашних условиях, большое количество этих коллекторов можно объединить в массив и использовать для выработки электроэнергии на солнечных тепловых электростанциях.

Типы солнечных коллекторов

Существует много различных типов солнечных коллекторов, но все они сконструированы с учетом одной и той же основной предпосылки. В общем, есть материал, который используется для сбора и фокусировки энергии Солнца и использования ее для нагрева воды. В простейшем из этих устройств используется черный материал, окружающий трубы, по которым течет вода. Черный материал очень хорошо поглощает солнечное излучение и, поскольку материал нагревает воду, он окружает. Это очень простой дизайн, но коллекционеры могут стать очень сложными.Абсорбирующие пластины можно использовать, если нет необходимости в повышении температуры, но обычно устройства, в которых используются отражающие материалы для фокусировки солнечного света, приводят к большему повышению температуры.

Плоские коллекторы

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. ^[3]

Эти коллекторы представляют собой просто металлические коробки с каким-то прозрачным стеклом в качестве крышки поверх темной поглощающей пластины. Боковые стороны и нижняя часть коллектора обычно покрываются изоляцией, чтобы минимизировать тепловые потери в другие части коллектора.Солнечное излучение проходит через прозрачное остекление и попадает на пластину поглотителя. ^[4] Эта пластина нагревается, передавая тепло либо воде, либо воздуху, который находится между остеклением и пластиной-поглотителем. Иногда эти абсорбирующие пластины окрашиваются специальными покрытиями, которые лучше поглощают и удерживают тепло, чем традиционная черная краска. Эти пластины обычно делают из металла, который является хорошим проводником — обычно из меди или алюминия. ^[4]

Коллекторы вакуумные

Рисунок 3.Схема вакуумного трубчатого солнечного коллектора. ^[5]

В этом типе солнечных коллекторов используется серия откачанных трубок для нагрева воды для использования. ^[2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии при минимизации потерь тепла в окружающую среду. У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина-поглотитель, которая соединена с тепловой трубкой для передачи тепла, собираемого от Солнца, к воде. Эта тепловая труба по существу представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. ^[6] При этом давлении на «горячем» конце трубы находится кипящая жидкость, а на «холодном» конце — конденсирующийся пар. Это позволяет тепловой энергии более эффективно перемещаться от одного конца трубы к другому. Как только тепло от Солнца переходит от горячего конца тепловой трубы к конденсирующему концу, тепловая энергия переносится в воду, которая нагревается для использования. ^[2]

Коллекторы Line Focus

Рисунок 4. Схема солнечного коллектора с линейным фокусом. ^[7]

В этих коллекторах, иногда называемых параболическими желобами, используются материалы с высокой отражающей способностью для сбора и концентрации тепловой энергии от солнечного излучения. ^[8] Эти коллекторы состоят из отражающих секций параболической формы, соединенных в длинный желоб. ^[2] Труба, по которой течет вода, помещается в центре этого желоба, так что солнечный свет, собираемый отражающим материалом, фокусируется на трубе, нагревая ее содержимое. Это коллекторы очень высокой мощности, поэтому они обычно используются для выработки пара для солнечных тепловых электростанций и не используются в жилых помещениях.Эти желоба могут быть чрезвычайно эффективными для выработки тепла от Солнца, особенно те, которые могут поворачиваться, отслеживая Солнце в небе для обеспечения максимального сбора солнечного света. ^[2]

Коллекторы точечного фокуса

Рисунок 5. Точечный солнечный коллектор. ^[9]

Эти коллекторы представляют собой большие параболические тарелки, состоящие из некоторого отражающего материала, которые фокусируют энергию Солнца в одной точке. Тепло от этих коллекторов обычно используется для привода двигателей Стирлинга. ^[2] Хотя они очень эффективны для сбора солнечного света, они должны активно отслеживать Солнце по небу, чтобы иметь какую-либо ценность. Эти тарелки могут работать по отдельности или быть объединены в группу, чтобы собрать еще больше энергии от Солнца. ^[10]

Коллекторы точечной фокусировки и аналогичные устройства также могут использоваться для концентрирования солнечной энергии для использования с концентрированной фотоэлектрической системой. В этом случае вместо производства тепла энергия Солнца преобразуется непосредственно в электричество с помощью высокоэффективных фотоэлектрических элементов, специально разработанных для использования концентрированной солнечной энергии.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flatplate.png
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6} Г. Бойл. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский остекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
4. ↑ ^{4,0 4,1} Флазолар. (10 августа 2015 г.). Плоские солнечные коллекторы [Онлайн]. Доступно: http://www.flasolar.com/active_dhw_flat_plate.htm
5. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор вакуумных трубок [Онлайн]. Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Evacuated_tube_collector.gif
6. ↑ RedSun. (10 августа 2015 г.). Коллектор вакуумных трубок [Онлайн]. Доступно: http://www.redsunin.com/products/evacuated-tube-collector-solar-water-heaters/
7. ↑> Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор линейного фокуса [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Solarpipe-scheme.svg/2000px-Solarpipe-scheme.svg.png
8. ↑ Министерство энергетики США.(10 августа 2015 г.). Солнечный коллектор Line Focus [Онлайн]. Доступно: https://www.eeremultimedia.energy.gov/solar/photographs/line_focus_solar_collector
9. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Солнечный двигатель Стирлинга [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/SolarStirlingEngine.jpg
10. ↑ JC Solar Homes. (10 августа 2015 г.). Концентраторы и плоские коллекторы [Online]. Доступно: http: //www.jc-solarhomes.ru / COLLECTORS / convertrators_vs_flat_plates.htm

.