Назад в Статті

Сонячні колектори

 

Сонячний колектор - установка для прямого перетворення енергії Сонця в теплову енергію. Принципи сонячного опалення відомі протягом тисячоліть - люди нагрівали воду за допомогою Сонця до того, як викопне паливо зайняло лідируюче місце в світовій енергетиці. Сонячний колектор - найбільш відоме пристосування, що безпосередньо використовує енергію Сонця, вони були розроблені близько двохсот років тому. Найвідоміший з них - плоский колектор - був виготовлений в 1767 році швейцарським вченим на ім’я Горацій де Соссюр. Пізніше їм скористався для приготування їжі сер Джон Гершель під час своєї експедиції до Південної Африки в 30-х роках ХIX століття.

Типи сонячних колекторів

Плоский сонячний колектор

Плоский колектор - найпоширеніший вид сонячних колекторів, що використовуються в побутових водонагрівальних та опалювальних системах. Цей колектор є теплоізольованою заскленою панеллю, в яку вміщено пластина поглинача. Пластина поглинача виготовлена з металу, що добре проводить тепло (наприклад міді або алюмінію). Найчастіше використовують мідь, оскільки вона краще проводить тепло і менше схильна до корозії, ніж алюміній. Пластина поглинача оброблена спеціальним високоселективним покриттям, яке краще утримує поглинене сонячне світло. Це покриття складається з дуже міцного тонкого шару аморфного напівпровідника, нанесеного на металеву основу, і відрізняється високою здатністю що поглинає у видимій області спектра і низьким коефіцієнтом випромінювання в довгохвильовій інфрачервоній області. Завдяки склінню (в плоских колекторах зазвичай використовується матове, пропускає тільки світло, скло з низьким вмістом заліза) знижуються втрати тепла. Дно і бічні стінки колектора покривають теплоізолюючим матеріалом, що ще більше скорочує теплові втрати.

Прямоточний Вакуумованийй трубчастий сонячний колектор

У кожну вакуумовану трубку вбудований мідний поглинач з геліотітановим покриттям, що гарантує високий рівень поглинання сонячної енергії і малу емісію теплового випромінювання. Вакуумований простір дозволяє практично повністю усунути втрати тепла. На поглиначі встановлений коаксіальний трубчастий прямоточний теплообмінник, що виходить в колектор. Протікаючи через нього, теплоносій забирає тепло від поглинача. До переваг цієї системи можна віднести безпосередню передачу тепла воді, що дозволяє скоротити втрати тепла. Так як повний коефіцієнт втрат у вакуумному колекторі малий, теплоносій у ньому можна нагріти до температур 120-160°С.

Вакуумований трубчастий сонячний колектор з тепловою трубкою

Конструкція вакуумованого трубчастого колектора з тепловою трубкою схожа на конструкцію термоса: один скляний / металева трубка вставлена в іншу більшого діаметра. Між ними - вакуум, який є відмінною теплоізоляцією. Завдяки йому втрати на випромінювання, особливо помітні при підвищених температурах води, що нагрівається, дуже низькі. У кожну вакуумовану трубку вбудована мідна пластина поглинача з геліотітановим покриттям, що гарантує високий рівень поглинання сонячної енергії і малу емісію теплового випромінювання. Під поглиначем встановлена теплова труба, заповнена рідиною, що випаровується. За допомогою гнучкого сполучного елемента теплова труба приєднана до конденсатора, що знаходиться в теплообміннику типу "труба в трубі". З’єднання відноситься до так званого "сухого" типу, що дозволяє повертати або замінювати трубки і при заповненій установці, що знаходиться під тиском. Найбільш важлива перевага вакуумованого колектора з тепловою трубкою полягає в тому, що він здатний працювати при температурах до -30°С (колектори зі скляними тепловими трубками) або навіть до -45°С (колектори з металевими тепловими трубками).

Принцип дії

Принцип дії плоского сонячного колектора

Сонячне світло проходить через скло і потрапляє на поглинаючу пластину, яка нагрівається, перетворюючи сонячну радіацію в теплову енергію. Це тепло передається теплоносію - воді або антифризу, циркулюючому через сонячний колектор. Теплоносій нагрівається і віддає потім теплову енергію через теплообмінник воді в місткості водонагрівачі. У ньому гаряча вода знаходиться до моменту її використання. Також в місткості водонагрівачі можна встановити електричну вставку, щоб у разі зниження температури нижче встановленої (наприклад, через тривалу похмурої погоди) вона догревала воду до заданої температури.

Принцип дії прямоточного вакуумованого сонячного колектора

Сонячна радіація проходить крізь вакуумовану скляну трубку, потрапляє на поглинач і перетворюється на теплову енергію. Тепло передається рідини, що протікає по коаксіальному трубчастому прямоточному теплообміннику. Кожна трубка теплообмінника сполучена з накопичувальним баком так званим "колектором" - системою з 2 мідних труб. За однією з них нагріта вода передається в бак-накопичувач, за іншою - холодна вода з бака-накопичувача надходить на нагрів в вакуумовану трубку.

Принцип дії вакуумованого сонячного колектора з тепловою трубкою

Це більш складний і дорожчий тип колектора. Теплова трубка - це закрита мідна / скляна трубка з невеликим вмістом легкозакипаючої рідини. Під впливом тепла рідина випаровується і забирає тепло вакуумної трубки. Пари піднімаються у верхню частину, де конденсуються і передають тепло теплоносія основному контуру водоспоживання або незамерзаючої рідини опалювального контура. Конденсат стікає вниз, і все повторюється знову. Приймач сонячного колектора мідний з теплоізоляцією. Передача тепла відбувається через мідну "гільзу" приймача, завдяки цьому опалювальний контур відділений від трубок, і при пошкодженні однієї трубки колектор продовжує працювати. Окрему трубку можна замінити в разі необхідності, колектор при цьому продовжує функціонувати. Процедура заміни трубок дуже проста, при цьому немає необхідності зливати незамерзаючу рідину з контуру тепообменніка.

Монтаж сонячного колектора

Кількість вироблюваної сонячним колектором теплової енергії залежить від цілого ряду факторів. До піддається зміні відносять кут нахилу і орієнтацію установки. Критерієм орієнтації є азимут.

Кут нахилу – це кут між горизонталлю і батареєю. При встановленні на скатним даху кут нахилу задається скатом покрівлі. Найбільша кількість енергії сприймається панеллю колектора при розташуванні його площині під прямим кутом до напрямку інсоляції. Оскільки кут інсоляції залежить від часу доби і року, орієнтацію площини колектора слід виконувати відповідно до висоти Сонця в період надходження найбільшої кількості сонячної енергії.

На практиці ідеальними для нашої широти виявилися кути нахилу між 30 і 45º.

Азимут описує відхилення площині колектора від напряму на південь; якщо площину колектора орієнтована на південь, то азимут = 0º. Для нашої широти прийнятні відхилення від напряму на південь до 45º на південний схід або південний захід.

Отже, самого високого коефіцієнта енерговіддачі (ККД) сонячної установки в Санкт-Петербурзі та Ленінградській області можна домогтися при її розташуванні в південному напрямку з нахилом 30-35º до горизонталі. Але навіть при значному відхиленні від цих умов (від південно-заходу до південного сходу, з нахилом від 25 до 55º) монтаж геліоустановки доцільний.

Встановлення сонячного колектора та визначення його розмірів повинні бути виконані таким чином, щоб був незначний вплив, що дає тінь сусідніх будівель, дерев, ліній електропередач і т.п.

Важливою частиною геліоустановки є підтримуюча конструкція для сонячних колекторів. Вона забезпечує правильний кут нахилу, а також необхідну жорсткість конструкції. Комбінація підтримуючої конструкції з сонячними модулями повинна витримувати пориви вітру та інші несприятливі дії навколишнього середовища.

Варіанти монтажу установки:

• Похилий (на дах з будь-яким кутом нахилу ската);

• Горизонтальний (на плоский дах);

• Що стоїть вільно(сонячний колектор з опорною конструкцією)

Коментарів поки що немає

Ваш коментар:

Пробачте, щоб відправити коментар, маєте увійти в систему.