Солнечные коллекторы система: Как работает и как устроен солнечный коллектор на вакуумных трубках

Содержание

Как работает и как устроен солнечный коллектор на вакуумных трубках

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

Принцип работы

Солнечный вакуумный коллектор (преобразователь тепловой энергии солнца) обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10ֿ, составляет 98 %. Солнечные коллекторы обычно устанавливаются непосредственно на крыше зданий таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для сбора энергии. Коллекторы монтируются практически под любым углом, от 5 до 90 градусов. Минимальный угол наклона необходим для обеспечения циркуляции теплоносителя Срок службы вакуумных коллекторов – не менее 20 лет.

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

Блок управления предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе и резервуаре-теплообменнике, а также для выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток. При этом контроллер регулирует поток теплоносителя через теплообменник, определяет направление подачи тепла (на ГВС или на отопление). В ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения. Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить:

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

Конструкция элементов

вакуумный коллектор

Конструкция коллекторов с вакуумными трубами состоит из параллельных рядов прозрачных трубчатых профилей. Используются трубы типа ”стекло-стекло”. Внутренняя труба покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует солнечную энергию и препятствует потерям тепла. Такие трубы функционируют и в пасмурную погоду, и при отрицательной температуре, они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло. Инфракрасное излучение, которое проходит сквозь облака, также поглощается и преобразуется в тепло. Трубки обычно выполнены из боросиликатного стекла.

Конструкция вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Для всесезонных систем в коллекторах применяются вакуумные трубы с встроенными термотрубками (тепловыми трубками). Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова.

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

Резервуар-теплообменник

Конструктивно выполнен в виде бойлера-накопителя. Предназначен для накопления и сохранения тепла, и обычно включает в себя одну или две внутренние теплообменные спирали. Остальное оборудование системы обычно включает насос, манометр, клапан давления, вентили, кран регулировки налива воды, соединители, манометр, вентиль безопасности на 6 атм., набор для безопасного подсоединения к отопительной системе. Как опция бак может оснащаться электронагревателем мощностью от 1 до 3 кВт.

При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом главного котла и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур. Такая последовательность работы системы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что к ней легко могут подсоединяться другие нагревательные системы.

Системный контроллер для солнечных водонагревательных систем

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

Контроллер выполняет следующие основные функции:

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

Типы гелиосистем

Различают два типа гелиосистем: сезонные и круглогодичные (всесезонные)

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

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

К всесезонным системам относятся вакуумные коллекторы с термотрубками. Принцип действия таких коллекторов прост и припоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, в которой, через верхнюю часть коллектора и змеевик протекает, незамерзающая жидкость. Эта жидкость забирает тепло из медных наконечников, а затем горячая жидкость перекачивается через змеевик бака-аккумулятора и нагревает воду в баке. Цикл передачи тепла из коллектора к аккумулятору длится до тех пор, пока длится день (и температура на выходе коллектора выше температуры в баке на уровне теплообменника). Работу насоса контролирует электронный контроллер. Датчики контроллера находятся в коллекторе и в баке-аккумуляторе. Они измеряют температуру в системе. Кроме того, расширительный бак предохраняет систему от слишком высокого давления, возникающего при возрастании температуры и не использовании воды потребителями.

Область применения

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

Эта статья прочитана 21645 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 61

    Интегрированная система с вакуумным коллектором и баком Suntask STH Интегрированные системы, в которых солнечные вакуумные трубки входят прямо в бак-накопитель тепла, дешевле сплит-систем.  Подробное описание особенностей, преимуществ и недостатков интегрированных систем солнечных коллекторов описано в статье "Вакуумные коллекторы с баком".…
  • 58

    Система с вакуумными коллекторами YFCY Двухконтурная система c принудительной или пассивной циркуляцией. В основном применяется для установки на крыше дома или на балконе. Отличительной особенностью является применение коротких вакуумных трубок, что позволяет легко разместить коллектор на балконе, под окном, на…
  • 55

    Типы систем солнечного теплоснабжения Мы можем спроектировать и поставить систему солнечного горячего водоснабжения для ваших нужд. Также у нас есть типовые системы для солнечного горячего водоснабжения. Мы проектируем различные системы для подогрева воды: Одноконтурные, для использования сезонно или в местностях,…
  • 55

    Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление с вакуумными солнечными коллекторами В вакуумном водонагревателе-коллекторе объем, в котором находится темная поверхность, поглощающая солнечное излучение, отделен от окружающей среды вакуумированным пространством, что позволяет практически полностью устранять потери теплоты в окружающую среду за счет…
  • 55

    Комплект для солнечного теплоснабжения с вакуумными коллекторами и аккумулирующим баком Водонагревательная система c активной циркуляцией. Для холодного климата России наиболее подходят системы солнечного горячего водоснабжения, в которых теплоаккумулирующий бак находится в теплом доме. Коллекторы размещаются на крыше или на отдельной…
  • 54

    Энергия Солнца на все случаи жизни Источник: Аква-терм №3 (19) май 2004 Самым простым и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев воды в плоских солнечных коллекторах.Принцип действия такого устройства весьма прост: видимые лучи солнца, проникая сквозь стекло (проходит…

Солнечные коллекторы. Часто задаваемые вопросы.

 

1. Могут ли солнечные водонагреватели являться конкурентоспособной альтернативой газа или электричества?

Солнечная энергия не должна рассматриваться в качестве альтернативы газа или электричества, скорее в качестве дополнения к ним. Она не может полностью заменить потребность в газе или электрическом отоплении, поскольку есть дни с недостаточным уровнем солнечного освещения. Правильный расчёт системы, солнечного нагрева воды, может обеспечить 60% -70% от потребности горячей воды.

Можно точно утверждать что, гелиосистема будет выгодна в том случае, если на объекте отсутствует газ или нагрев воды происходит за счет электричества.

 

2. В течение какого срока солнечный коллектор сможет окупить мои инвестиции?

Для семи из 3-5 человек, стоимость гелиосистемы будет схожа со стоимостью газовой или электрической системой нагрева воды. Сроки окупаемости напрямую зависят от того, в каком колличестве будет потребляться вода, нагретая солнечным коллектором и размера системы.

Эсли на объекте нагрев воды осуществляется за счет электричества, то срок окупаемости будет от 1 года до 2 лет, причем необходимо учитывать, что и работоспособность электрокотлов, электробойлеров и другого отопительного оборудование имеет не такой уж большой срок службы, в отличие от гелиосистемы, которая может проработать не менее 20-25 лет без замены главных и дорогостоящих частей системы. Работая совместно с действующей системой нагрева воды, солнечные коллектора могут экономить до 75% топлива или электроэнергии в осенне-весенний период.

 

3. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы в холодных условиях?

Да. Наши вакуумные трубчатые коллекторы могут использоваться при очень низких температурах, в солнечных системах водонагрева, установленных в регионах России, температура в которых достигает -45°C. Удивительно, но даже при этих температурах система может производить горячую воду с хорошей эффективностью за счет вакуума в трубках коллекторов, который является идеальным теплоизолятором. В яркий солнечный день, эффективность коллектора будет примерно одинаковой как в зимний период времени, так и в летний.

 

 

4. Что произойдет, если целостность одной из вакуумных трубок нарушится?

Вакуумные трубки достаточно прочные, и их нелегко разбить, но если это всё-таки произошло, это с лёгкостью решается заменой вакуумной трубки на новую. Хотя наши солнечные коллекторы обладают способностью работать с некоторым количеством повреждённых трубок, рекомендуется повреждённые трубки немедленно заменить, чтобы удерживать эффективность солнечного коллектора на должном уровне. Запасные трубки Вы всегда можете приобрести в нашем магазине.

 

5. Будет ли вода нагреваться в пасмурный день?

Да. Несмотря на то, что тепловая мощность солнечного коллектора снижается в пасмурные дни, поглощаемой энергии хватает для нагрева воды. Если это, по большей степени, туманный день или дождь, то может потребоваться больше ресурсов газового или электрического нагрева, чтобы сохранить температуру воды оптимальной для использования. Солнечная система нагрева воды является автоматизированной, так что вам не придется беспокоиться о нехватке горячей воды в дождливый день.

За своевременным включением котлов, ТЭНов и др нагревательных приборов следит контроллер гелиосистемы.

 

6. Могу ли я использовать солнечный коллектор с системой горячего водоснабжения, которая у меня уже есть?

ДА. Клапаны попросту модернизированы, и они зачастую могут быть использованы, чтобы позволить солнечной энергии подключаться к существующей подаче холодной воды. Если ваш бак не может принять солнечную энергию напрямую, вы можете установить дополнительный накопительный бак для предварительного нагрева холодной воды перед входом в уже существующий. Любая действующая система отопления и водоснабжения может быть доработана гелиосистемой без глобальной реконструкции котельной. Действующая котельная прекрасно будет работать совместно с гелиосистемой, причем экономия топлива и электроэнергии традиционной котельной будет значительной.

 

 

7. Могут ли солнечные коллекторы быть установлены на плоской поверхности?

Да. Они могут быть установлены на плоской крыше или на земле с помощью алюминиевых опорных подставок. Для оптимальной работы солнечного коллектора, его следует установить под углом 45 градусов, чтобы гарантировать оптимальную работу тепловых трубок.

 

8. Как я могу защитить свою солнечную систему при минусовых температурах?

Если ваша солнечная система нагрева воды работает в регионах с минусовыми температурами, то Вам следует принять меры по защите от замерзания. Самым простым способом предотвращения замерзания является использование солнечного контроллера с настройками низких температур. Таким образом, когда температура падает ниже определенной заранее установленной температуры (5°C), насос будет циркулировать и нагревать коллектор водой снизу из резервуара. Насос будет работать сессионно, частота сессий которого зависит от температуры наружного воздуха. В особо холодных регионах целесообразно использовать замкнутый контур с помощью пропиленгликоля, температура замерзания которого ниже 30 градусов.

 

9. Может ли солнечный коллектор стать причиной возникновения пожара во время жаркой и засушливой погоды?

Нет. Все компоненты наших тепловых солнечных коллекторов рассчитаны на воздействие высоких температур и не воспламеняются, так что даже при сильном солнечном свете система нагрева воды не загорится и не подожжёт сухой материал. Даже самым жарким летом к вакуумным трубкам можно прикоснуться и не обжечься, т. к. вся температура находится в самой трубке, за вакуумом.

 

 

10. Может ли солнечный коллектор нагревать воду до достаточно высокой температуры?

Да, в хорошую погоду коллектор может довести воду до кипения. Как правило, это не является необходимым, поэтому система должна быть разработана грамотно. Нелогично доводить воду до кипения в домашних условиях солнечным коллектором, т. к. из за температуры близкой к кипению может произойти деформация пластиковых и резиновых уплотнителей в системе, тем самым увеличивается риск протечек. Если горячая вода не используется в течение одного дня, то на следующий день система будет сбрасывать воду через предохранительный клапан. Это пустая трата энергии и воды! Пожалуйста, используйте разумно энергию, получаемую солнечным водонагревателем, для обеспечения оптимальной производительности и минимального расхода воды.

 

11. Что требуется для обслуживания солнечного коллектора?

При нормальных обстоятельствах обслуживание не требуется. Хотя солнечные коллекторы могут работать с несколькими сломанными трубами, тепловая эффективность будет снижена незначительно. Но разбитые трубки всё же следует заменить как можно скорее.

 

12. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы для крупномасштабного производства горячей воды?

Да. Наши солнечные тепловые коллекторы могут быть соединены последовательно или параллельно, чтобы обеспечить крупномасштабное производство горячей воды для нужд коммерческих и муниципальных организаций, таких как школы, гостиницы или офисные здания.

 

 

13. Могу ли я нагреть воду в своём бассейне или спа, используя солнечный коллектор?

Да. Вакуумные трубчатые коллекторы могут быть использованы для нагрева спа или жилого плавательного бассейна. Для любого бассейна, который необходимо нагреть, должен быть использован изолирующий защитный слой, чтобы свести к минимуму потери тепла и испарение.

 

 

14. Вакуумные трубчатые коллекторы более эффективные, чем плоские?

 

Существует небольшая разница между вакуумным трубчатым коллектором и плоским коллектором при сравнении максимальной эффективности. На самом деле, эффективность плоской пластины коллектора может быть выше трубки вакуумного коллектора, но при условиях с минимальными потерями тепла. При средних же показателях за год, вакуумный трубчатый коллектор имеет явные преимущества. Ключевыми являются следующие моменты:

 

1) Солнечные вакуумные трубки могут пассивно отслеживать положение солнца в течение дня из-за цилиндрической формы трубок. Пластина плоского солнечного коллектора обеспечивает выходной импульсной энергии в полдень, когда солнце находится в зените

2) Вакуум в трубках значительно снижает потери конвективного тепла из внутренней части трубки. Таким образом, ветра и низкие температуры оказывают намного меньшее влияние на эффективность вакуумного коллектора.

3) Вакуумные трубки прочны и долговечны, так как сделаны из сверхпрочного боросиликатного стекла. По отдельности трубки стоят недорого и сломанную легко заменить.

4) Из-за различных преимуществ вакуумной трубки коллектора над плоской пластиной коллектора, понадобится меньшее количество коллекторов, чтобы обеспечить такую же производительность нагрева. Например, в семье из 4-5 человек, как правило, потребуется резервуар с 250-300 литров воды. В зависимости от вашего местоположения, летом все 30 вакуумных трубок коллектора будут обязаны предоставлять все потребности в горячей воде и большой процент в другие сезоны.

5) Плоские солнечные коллекторы могут производить подобный выход тепла в вакуумных трубчатых коллекторах, но, как правило, исключительно в солнечных условиях. При среднем в течение всего года, тепловая мощность вакуумной трубки коллектора на квадратный метр на 25%-40% больше, чем плоской пластины коллектора.

 

Солнечные коллекторы для отопления дома, принцип работы гелиосистемы, особенности подключения коллекторов

Любой солнечный коллектор — это особый вид климатической техники. Она используется для производства горячей воды, чтобы в дальнейшем использовать её для различных нужд. Возможность внедрения возобновляемых бесплатных источников энергии в производственный цикл становится главным отличием коллекторов от другой подобной техники. Принцип изменения плотности воды во время её нагрева — вот на чём основана работа таких устройств. Это означает, что осуществляется движение воды наверх, для дальнейшего подогрева выталкиваются более холодные участки воды. Так что нет необходимости использовать какое-либо дополнительное насосное оборудование.

Как работает коллектор в системе отопления

Чаще всего гелиосистемы используют для своей работы обычную воду, а так же антифриз. Если по сравнению с коллектором температура воды в нижней части ниже, включается обогрев. Вода перемещается по системе благодаря встроенному насосу. Нагрев воды в накопителе происходит через теплообменник, обычно коллекторы нагреваются только до определённой температуры.

При необходимости направление воды в системе меняется благодаря смесителю. Таким образом, остывающая и тёплая вода время от времени сменяют друг друга. За счёт расширения тёплой воды происходит замена жидкости в системах с естественной циркуляцией. При нагреве тёплая вода поднимается вверх, холодная выталкивается в нагревательный бак.

Обязательно наличие теплоизоляционного слоя толщиной как минимум 25−30 сантиметров, иначе система не сможет работать стабильно. Что касается резервуара, то лучше всего использовать прямоугольную форму. При соблюдении этого условия вода будет равномерно распределяться по всем имеющимся участкам. Так что работа системы в целом станет более полноценной.

Отопление домов солнечными коллекторами

Затраты на обогрев частного дома могут снизиться до 50−90 процентов, если правильно смонтировать солнечные коллекторы. Весна-осень — период, когда обогрев происходит особенно активно, хотя в принципе система работает в любое время года.

Главные параметры, которые нужно рассчитывать при выборе коллектора:

  • площадь гелиосистемы
  • количество тепловой энергии

Если система будет использоваться в зимний период, то и расчёты проводятся соответственно. Ведь в зимние морозы требуется гораздо больше энергии и затрат для того, чтобы помещение было комфортным для проживания.

Достаточно часто солнечные коллекторы выступают лишь дополнительными источниками тепла. Автономное использование гелиосистемами тоже возможно, если теплоизоляция дома выполнена правильно.

Естественная циркуляция воды за счёт конвекционных потоков — лишь один из принципов, по которому может быть организована гелиосистема. Из-за пассивной циркуляции воды этот вариант менее эффективен, чем все остальные. Бак обязательно примыкает к коллектору, но в то же время находится выше него.

Дополнительные электрические циркуляционные насосы используются в системах с принудительной циркуляцией. В данном случае сами коллекторы становятся более эффективными, поскольку более эффективно используется вода. Но к обслуживанию такие устройства более требовательны, всё зависит от электрической энергии, за счёт которой всё работает.

Подключение коллекторов к системе отопления

От того, какой тип циркуляции используется в той или иной системе, зависит то, как будет производиться подключение к отопительной системе. Подключение к системе с естественной циркуляцией — один из самых простых способов. Здесь главным принципом становится только нагрев воды в системе отопления.

Выше уровня коллектора подключается накопительный бак. Верхний вывод, таким образом, должен подключаться ко входу горячей воды в систему отопления, а нижний к обратке. На входе в солнечный коллектор для отопления в таком случае могут возникнуть воздушные пробки. Потому такие системы стоят дешевле, чем вариант с использованием насосов.

С использованием автоматики можно подключить солнечный коллектор к системе с принудительной циркуляцией. Эти системы обладают своими особенностями:

  1. Контроллер управляет насосом на основе показаний специальных датчиков.
  2. Когда по этим датчикам температура достигает заданного значения, обогрев прекращается
  3. Бак-накопитель, обратка и выход коллектора — места, где обязательно устанавливаются такие датчики
  4. Вместе с такой системой лучше использовать дополнительные источники тепла. Например, твердотопливные или газовые котлы.

На степень нагрева воды в системе в таких случаях влияет местоположение коллектора по отношению к солнцу, а так же уровень его наклона. Лучше с самого начала устанавливать коллекторы так, чтобы под прямыми солнечными лучами они находились большую часть дня. Объём бака в морозный период лучше выбирать около 40 см³, если не планируется подключать дополнительные источники тепла. Иначе в пасмурные дни система будет работать не совсем эффективно.

Довольно сложно рассчитать количество квадратных метров, которые необходимы для той или иной системы коллекторов. Здесь важны не только наклон крыши и сторона, значение приобретают уровень солнечной радиации в данном регионе, объём накопителя. Потому все расчёты лучше доверить квалифицированным специалистам.

Сейчас производством солнечных коллекторов занимаются разные производители. Выбирая ту или иную марку, надо обязательно обратить внимание на её производительность. В перерасчёте на м2 у каждой торговой марки она может быть своя. И в некоторых случаях разница становится действительно заметной.

Коллекторы из поликарбоната

Листы ячеистого поликарбоната или полипропилена — главные элементы, из которых состоят такие коллекторы. К торцам листов крепится непосредственно сам коллектор. Только в специальном жестяном крытом коробе необходимо осуществлять монтаж подобной системы. В качестве крышки следует использовать дополнительный лист из поликарбоната. Можно сделать и стеклянную крышку, но, если светопроницаемость будет излишний, поликарбонат создаст парниковый эффект, так что всё будет похоже на двойное остекление. Так что лучше всё делать полностью из поликарбоната, так система будет работать стабильнее.

Дополнительная информация о структуре

Сам солнечный коллектор становится главным элементом в системе нагрева воды. Эта конструкция может быть отнесена к одной из трёх групп:

  • плоские коллекторы
  • вакуумные коллекторы
  • водяные коллекторы

Алюминиевая рама становится основой для плоских коллекторов. Внутри неё располагаются медные трубки, сверху их покрывает специальный поглощающий материал. Снизу находится теплоизоляция. Закалённое стекло практически полностью закрывает эту конструкцию, само стекло всегда отличается большой пропускной способностью относительно света. Такие системы можно включать только в определённое время года, а можно пользоваться ими круглый год.

Рама с вакуумными трубками из боросиликатного стекла — вот что используется для изготовления вакуумных коллекторов. Ещё одна колба со специальным поглощающим покрытием имеется при этом внутри каждой отдельной трубки. Медная трубка с теплоносителем под низким давлением располагается в самих колбах. В теплообменник с жидкостью помещается конец медной трубки, именно туда выделяется тепловая энергия, которая аккумулируется в системе.

Конструкция типа «морская трубка» тоже является отдельной разновидностью вакуумных коллекторов. Бак для воды и трубки в этом случае находятся на раме. Внутри каждой трубки находится ещё одна трубка, между ними обязательно устраивается специальное вакуумное пространство. Слоем абсорбента покрыты вакуумные трубки, более того, они заполнены водой. Когда происходит нагрев, вода поднимается в бак. Холодная опускается к трубкам для нагрева. Такие системы ещё называются водяными солнечными коллекторами.

Бак-аккумулятор выступает вторым элементом, который обязательно присутствует в любой системе. Именно он используется для хранения воды, в дальнейшем потребляющейся для различных нужд. Наружную часть бака лучше утеплить отдельным слоем толщиной минимум в 3 сантиметра, иначе в холодное время года он не сможет сохранить тепло. Бойлер для солнечного коллектора тоже подождёт.

На что следует обратить внимание

Любые гелиоустановки характеризуются номинальной мощностью, которая обозначается в киловаттах. Это количество энергии, которое вырабатывается при ярком солнце в зените. Это означает, что эффективность системы будет снижаться утром и вечером. Ночью, скорее всего, можно будет использовать горячую воду только из бойлера, где вода копилась на протяжении целого дня.

Выбирая модель коллектора, обратите внимание на то, можно ли его использовать в зимний период. И на то, какая мощность должна быть у системы, к которой коллектор подключается. Установка коллекторов обычно осуществляется на крышу или на каркас, который монтируется отдельно.

Гелиосистема для загородного дома (видео)

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

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!

Солнечный коллектор, система без давления. Принцип работы.

Общее представление о работе.

 

Структура коллектора представляет из себя систему, построенную с использованием трубок вакуумных и бака для горячей воды. При этом, подача горячей воды осуществляется без давления.

Основной принцип работы системы такого коллектора - водонагреватель наливного типа, который автоматически набирает воду и контролирует ее температуру с уровнем. Именно солнечная энергия используется для нагрева воды.

Для нормальной работы системы нет необходимости в установке насоса, потому что все подключение осуществляется напрямую с водопроводной сетью. Подача же горячей воды осуществляется самотеком. Солнечный коллектор является прямым передатчиком тепла воде, благодаря этому производительность его намного выше обычных коллекторов.

Одним из основных недостатков в эксплуатации коллектора является возможность применения его только при плюсовой температуре воздуха. Но если учесть теплый период например, дачного сезона, то коллектор будет идеальным в бесперебойной подаче горячей воды с апреля по ноябрь.

 

 

 

 

 

 

Солнечный коллектор. Система работы "без давления".

Откуда такое название и как система водоснабжения может работать автономно?

Ответ довольно прост. За счет контроля уровня и температуры воды в системе, возможность перегрева воды исключена. Единая емкость образуется за счет того, что монтирование трубок в баке осуществляется с использованием уплотнителей - силиконовых колец.

Вся конструкция коллектора расположена на раме. С помощью электромагнитного запорного клапана водопроводная труба подводится к баку, в котором расположены датчики температуры и уровня воды.

В тот момент, когда датчик уровня воды будет сигнализировать о недостаточном количестве воды, с помощью контроллера будет открыт запорный клапан и осуществится подача воды.

Когда происходит закипание воды в системе без давления, сброс пара осуществляется через верхний клапан на баке. Это является нормальным режимом работы системы. Вода в системе может выкипеть, ее уровень может падать. Но, как говорилось выше, с помощью автоматической работы контроллера, набираться вода будет автоматически и ее подача в нагретом состоянии будет непрерывной.

Комплектация коллекторов и рекомендуемое место для их монтажа.

В зависимости от потребности в горячей воды, солнечные коллекторы могут комплектоваться баком общей емкостью для воды от 125-ти до 200-т литров.

Изготовители солнечных коллекторов рекомендуют монтировать их в местах максимального прямого попадания солнечных лучей и желательно, с южной стороны. Рекомендованный угол наклона при установке составляет 50-60°. Если вы знаете, как определить азимут плоскости, на которую будет устанавливаться коллектор, можно установить его с учетом расхода горячей воды и потребности в ней. Азимут будет равен 0° в случае, если плоскость, на которой планируется разместить коллектор, ориентирована на юг.

Например, если основное потребление горячей воды по утрам, то коллектор рекомендовано устанавливать на юго-восток и наоборот.

КАТАЛОГ

  1. Солнечный водонагреватель (система без давления, бак окрашеный)
  2. Солнечный водонагреватель (система без давления, бак из нержавеющей стали)
  3. Солнечный водонагреватель (сплит-система)
  4. Вакуумный солнечный коллектор (панель)
  5. Компактный солнечный водонагреватель (система под давления, бак окрашенный)
  6. Вакуумная трубка с трехслойным покрытием

Солнечное отопление: экологично и экономно

Солнечное отопление является экологически чистым и выгодным средством поддержания тепла. Основные траты приходятся на покупку и установку соответствующего оборудования. Конструкции не нуждаются в периодическом контроле и техническом обслуживании.

К минусам использования солнечного отопления в российских условиях можно отнести то, что на данный момент в большинстве регионов оно не способно полностью удовлетворить потребность в обогреве помещений на протяжении круглого года. Поэтому приходится использовать системы, комбинирующие солнечные коллекторы с другими источниками тепла. Но даже в этом случае затраты на отопление в холодное время года снижаются до 30-50%. Переключение с солнечного отопления на другие источники тепла в большинстве систем происходит в автоматическом режиме. Правда в некоторых случаях бывает достаточно обойтись увеличением площади поверхности коллектора и установкой дополнительных теплообменников.

На данный момент в мире больше всего используются солнечные коллекторы в Китае – на эту страну приходится больше половины всех смонтированных установок. По состоянию на 2011 год Европа занимала второе место с 14%.

В России ситуация с солнечными коллекторами (как с ВИЭ и энергоэффективностью в целом) значительно хуже, не смотря на то, что даже в условиях Салехарда, расположенного на полярном круге, в летнее время солнечные тепловые установки могут удовлетворить потребность в теплой воде на протяжении более 60% времени. Наибольшим же потенциалом в использовании солнечных коллекторов обладают Приморье, юг Сибири и Забайкалье, как регионы  с наибольшим среднегодовым поступлением солнечного излучения. За ними идут значительная часть Сибири и юг европейской части РФ.

Общая площадь солнечных коллекторов в РФ по состоянию на 2013 год оценивается всего в 30 тыс. кв. м.  Для сравнения, в Китае за тот же период – более 2 млн кв. м или чуть больше четверти всей площади.

Виды солнечных коллекторов

Под солнечным коллектором понимают специальное устройство, которое собирает тепловую энергию Солнца. Коллектор не производит электричество как фотоэлектрические батареи, а лишь нагревает теплоноситель.

В основном используют два типа коллекторов.

Плоский солнечный коллектор состоит из корпуса и поглощающего инфракрасное излучение элемента в виде пластины, на которую нанесено селективное покрытие. Корпус теплоизолирован с боковых и тыльной сторон. Обращенная к Солнцу часть коллектора прозрачна, что обеспечивает проникновение солнечного излучения внутрь него. Чем больше размер пластины и, следовательно, ее площадь, тем выше мощность всего устройства. Поглощаемая пластиной энергия затем передается на теплоноситель.

Вакуумный солнечный коллектор представляет собой более совершенную конструкцию. В основе его работы лежит применение вакуумных трубок, устройство каждой из которых можно сравнить с устройством колбы термоса. Это стеклянная трубка с двумя стенками, между которыми находится вакуум. Внешняя стенка прозрачна. На наружную поверхность внутренней стенки нанесен особый селективный слой, который способен улавливать солнечное излучение. Вакуумная прослойка способствует сохранению около 90% всей полученной энергии. Проводниками тепла в устройстве служат тепловые трубки с залитой внутрь специальной легкокипящей жидкостью. Под воздействием солнечной энергии этот состав быстро вскипает и испаряется. Пар поднимается в верхнюю область трубки и отдает тепло теплоносителю. При этом происходит конденсация газа, он переходит в жидкую фазу и стекает внутрь трубки. Процесс повторяется.

У каждого типа коллекторов есть свои преимущества.

Так, более простые плоские коллекторы способны самоочищаться от снега, могут быть установлены под любым углом наклона, стоят дешевле, чем вакуумные, обладают высокой производительностью в летнее время.

Вакуумные коллекторы способны запасать тепло на больший срок и с меньшими потерями, позволяют генерировать более высокие температуры и лучше работают в условиях низких температур и слабой освещенности.

Пасмурная погода, дождь и облачность не станут преградой для системы теплоснабжения с солнечным коллектором, хотя и понизят ее эффективность. На этот случай во многие коллекторы встроены интеллектуальные контроллеры, позволяющие подключать к работе другие энергетические источники.

Солнечные коллекторы окупаются в течение нескольких лет. Конкретный срок зависит от начальных затрат на покупку и установку, стоимости энергии в данном регионе, интенсивности использования оборудования.

Применяются коллекторы обычно для отопления и снабжения горячей водой домов, дач, гостиниц, баз отдыха. Подходят они и для производственных помещений небольших размеров, а также для теплиц и оранжерей. Наибольший потенциал для их использования имеют текстильная и пищевая промышленность как отрасли, в которых в наибольшем количестве производственных процессов используется теплая и горячая вода.

Солнечное отопление частного дома: обзор лучших конструкций

Использование “зеленой” энергии, поставляемой природными стихиями, позволяет существенно сокращать коммунальные расходы. К примеру, устроив солнечное отопление частного дома, вы будете снабжать фактически бесплатным теплоносителем низкотемпературные радиаторы и системы теплых полов. Согласитесь, это уже экономия.

Все о “зеленых технологиях” вы узнаете из предложенной нами статьи. С нашей помощью вы запросто разберетесь в разновидностях солнечных установок, способах их устройства и специфике эксплуатации. Наверняка заинтересуетесь одним из популярных вариантов, интенсивно работающих в мире, но не слишком пока востребованных у нас.

В представленном вашему вниманию обзоре разобраны конструктивные особенности систем, детально описаны схемы подключения. Приведен пример расчета солнечного отопительного контура для оценки реалий его сооружения. В помощь самостоятельным мастерам прилагаются фото-подборки и видео.

Содержание статьи:

“Зеленые” технологии получения тепла

В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года.

В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.

Современные гелиосистемы способны эффективно работать в пасмурную и холодную погоду до -30°С

Задача использования с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи. Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.

Тепловые коллекторы нагреваясь под действием солнечных лучей нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.

Галерея изображений

Фото из

Солнечные коллекторы - основные поставщики подготовленного к использованию теплоносителя в системы отопления загородных домов

Коллектор представляет собой систему трубок, незакрытых или закрытых темной, усиливающей эффект поглощения солнечных лучей поверхностью

Трубки открытых солнечных приборов изнутри покрыты составом, привлекающим к себе солнечные лучи и усиливающим действие

Трубчатые разновидности коллекторов применяются в подогреве всех видов теплоносителей, задействованных в системах отопления

В наших широтах тепла, поступающего в результате переработки солнечной энергии, недостаточно для полноценной работы отопления. Повысить производительность поможет концентрическая форма и крупногабаритная лупа

Модификации солнечных коллекторов, позволяющие привлечь наибольшее количество солнечных лучей, выпускаются в виде вогнутых концентраторов с зеркальным отражателем

Модели, используемые для получения переработанной солнечной энергии в больших масштабах, оснащают устройствами "слежения" за движением солнца

Усиливают производительность системы не только с помощью изменения формы и использования устройств движения. В основном повышают, увеличивая приемную площадь

Солнечный коллектор на крыше дома

Прибор с поглощающей поверхностью

Открытый вакуумный солнечный коллектор

Для воздушного и парового отопления

Линза для повышения производительности прибора

Коллектор концентратор с отражателем

Промышленная модель с устройством движения

Мощная группа коллекторов-концентраторов

Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты. Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.

Промышленность в широком ассортименте производит коллекторные системы для включения в независимую отопительную сеть. Однако простейший вариант для дачи несложно сделать собственноручно:

Галерея изображений

Фото из

Самодельный закрытый солнечный коллектор

Простейшая конструкция

Змеевик коллектора из медных трубок

Методы усиления эффективности

Использование жестких водопроводных труб и фитингов

Пластиковые бутылки в изготовлении коллекторов

Воздушный солнечный коллектор из металлических банок

Полимерные трубы в самостоятельном производстве

Несмотря на явный прогресс в разработке решений по собиранию, аккумулированию и использованию солнечной энергии, существуют достоинства и недостатки.

Эффективное использование энергии солнца

Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.

Второй плюс – это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.

Эффективность солнечного отопления в наших широтах довольно низка, что объясняется недостаточным количеством солнечных дней для регулярной работы системы (+)

Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году. Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Существенный недостаток отопления, основанного на применении солнечных коллекторов, заключается в отсутствии возможности накапливать тепловую энергию. В схему включен только расширительный бак (+)

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель.

В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.

Солнечные коллекторы открытого типа не способны справиться с отоплением частного дома. Из-за отсутствия изоляции теплоноситель быстро остывает. Их используют в летнее время в основном для нагрева воды в душевых или бассейнах

У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.

Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД.  Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых.

Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.

Самый простой солнечный коллектор с теплоприемником, сделанным из бухты полимерных труб, обеспечит поставку подогретой воды на даче для полива и бытовых нужд

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.

Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.

Трубчатый коллектор имеет модульную структуру. Основным элементом является вакуумная трубка, количество трубок варьируется от 18 до 30, что позволяет точно подобрать мощность системы

Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.

Специальное многослойное покрытие создает своего рода оптическую ловушку для солнечных лучей. На схеме частично показана внешняя стенка вакуумной колбы отражающая лучи на стенки внутренней колбы (+)

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.

При цилиндрической форме трубки солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

Свое название система получила от перьевого абсорбера, который плотно обхватывает тепловой канал из теплопроводящего металла

Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe). Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Поскольку легкоиспаряющаяся жидкость естественным образом стекает на дно термотрубки, минимальный угол наклона составляет 20° С

Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении. В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.

При прямоточном подключении давление в системе не может быть высоким, так как внутри колбы технический вакуум

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель. Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.

Достоинства:

  • низкие теплопотери;
  • способность работать при температуре до -30⁰С;
  • эффективная производительность в течение всего светового дня;
  • хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
  • низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
  • возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность.

Обладает следующими недостатками:

  • не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
  • высокая стоимость.

Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. Имеют большой срок эксплуатации.

Трубчатые коллекторы относятся к гелиоустановкам открытого типа, потому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления (+)

Плоские закрытые системы

Плоский коллектор состоит из алюминиевого каркаса, специального поглощающего слоя – абсорбера, прозрачного покрытия, трубопровода и утеплителя.

В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.

С наружной стороны закрытая панель защищена прозрачным покрытием. Оно изготовлено из противоударного закаленного стекла, имеющего полосу пропускания 0,4-1,8мкм. На такой диапазон приходится максимум солнечного излучения. Противоударное стекло служит хорошей защитой от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.

Плоские солнечные коллекторы отличаются максимальной производительностью и простой конструкцией. КПД их увеличен за счет применения абсорбера. Они способны улавливать рассеянное и прямое солнечное излучение

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

  • простота конструкции;
  • хорошая производительность в регионах с теплым климатом;
  • возможность установки под любым углом при наличии приспособлений для изменения угла наклона;
  • способность самоочищаться от снега и инея;
  • низкая цена.

Плоские солнечные коллекторы особенно выгодны, если их применение запланировано еще на стадии проектирования. Срок службы у качественных изделий составляет 50 лет.

К недостаткам можно отнести:

  • высокие теплопотери;
  • большой вес;
  • высокая парусность при расположении панелей под углом к горизонту;
  • ограничения в производительности при перепадах температуры более 40°С.

Сфера применения закрытых коллекторов значительно шире, чем гелиоустановок открытого типа. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальщиками в отопительный период, они могут поработать вместо газовых и электрообогревателей.

Желающим собственными руками для устройства отопления на даче предлагаем ознакомиться с проверенными на практике схемами и пошаговыми инструкциями по сборке.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.

Значения КПД зависят от качества изготовления солнечного коллектора. Цель графика показать эффективность применения разных систем в зависимости от разницы температуры

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

  • коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
  • коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
  • общая и апертурная площадь;
  • КПД.

Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема с водяным коллектором

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

  1. Летний вариант для горячего водоснабжения
  2. Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без , используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор. Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

Чтобы ночью коллектор не превратился в радиатор охлаждения необходимо прекращать циркуляцию воды принудительно

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй – на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора.

Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе. В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Новым словом и эффективной альтернативой солнечным коллекторам с теплоносителем стали системы с , с принципом действия и устройства которых мы предлагаем ознакомиться.

Схема с солнечной батареей

Было бы заманчиво применить схожую к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Галерея изображений

Фото из

Солнечные электростанции в отоплении дома

Процесс установки солнечных панелей на кровлю

Самостоятельный монтаж прибора на крышу гаража

Самодельный электроприбор для солнечного отопления

Все о вариантах организации отопления частного дома на солнечных батареях вы найдете .

Пример расчета необходимой мощности

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:

  • обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
  • обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м2 земли называется инсоляцией.

Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная – 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д.

С всеми видами и способами их использования вы сможете ознакомиться в представленной статье.

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Демонстрация действия солнечного коллектора в зимнее время:

Видео #2. Сравнение разных моделей солнечных коллекторов:

На протяжении всего собственного существования человечество с каждым годом потребляется все больше энергии. Попытки использовать бесплатное солнечное излучение предпринимались давно, но только в последнее время стало возможным эффективно использовать солнце в наших широтах. Несомненно, что за гелиосистемами будущее.

Хотите сообщить об интересных особенностях в организации солнечного отопления загородного дома или дачи? Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос, оставить фото с демонстрацией процесса сборки системы, поделиться полезными сведениями.

Солнечный коллектор - Energy Education

Рисунок 1. Солнечный коллектор. [1]

Солнечный коллектор - это устройство, которое собирает и / или концентрирует солнечное излучение. 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 разных 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.

Коллекторы плоские

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. [3]

Эти коллекторы представляют собой простые металлические коробки с каким-то прозрачным стеклом в качестве крышки поверх темной поглощающей пластины.Боковые стороны и дно 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 воде или воздуху, находящемуся между стеклом 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 и 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 сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. [6] При таком 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 генерирования 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 блюда 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. Бойль. Возобновляемая энергия: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
  3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский стеклянный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
  4. 4.0 4.1 Flasolar. (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 откачанных труб [Онлайн]. Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Evacuated_tube_collector.gif
  6. ↑ RedSun. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [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 [Онлайн]. Доступно: http: //www.jc-solarhomes.ru / COLLECTORS / convertrators_vs_flat_plates.htm

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 накопительные баки 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.

Плоские неглазурованные 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 находится темная пластина-поглотитель, расположенная под прозрачной крышкой. 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 исключены, в то время 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).

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

Рисунок 7.20. Плоские солнечные тепловые коллекторы.

(Из 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.com/residential/solar-heaters/).

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 утечки менее опасны для солнечных коллекторов, чем для жидкостных коллекторов. Однако, поскольку жидкость является лучшим проводником тепла, солнечные коллекторы, использующие воду или жидкий 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 предназначены для подачи 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 технологии обогрева и охлаждения

Солнечные тепловые технологии поглощают солнечное тепло и передают его полезным приложениям, таким как отопление зданий или водоснабжение. Существует несколько основных типов используемых 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 пассивного солнечного тепла .

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 похож на то, как садовый шланг, лежащий на открытом воздухе, поглощает солнечную энергию и нагревает воду внутри шланга.

Эти коллекторы описаны 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.
Источник: Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Солнечные коллекторы с просвечиваемым воздухом 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 облицовкой, 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 задерживает 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, заполненные 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, внутри прозрачного стеклянного корпуса трубок также создается частичный вакуум, 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 задерживает 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 тепло цилиндра, 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 для решения практически любых задач отопления или охлаждения помещений.

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 вырабатывать не только тепло, но и электричество.
Кредит: SunWater Solar

Концентрирующие солнечные системы работают, отражая и направляя солнечную энергию с большой площади на маленькую. Меньшие по размеру отражающие массивы 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 имеющий форму 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

Солнечные водонагреватели | Министерство энергетики

Солнечные водонагреватели - также называемые солнечными системами горячего водоснабжения - могут быть экономичным способом получения горячей воды для вашего дома. Их можно использовать в любом климате, а топливо, которое они используют - солнечный свет - бесплатное.

Как они работают

Солнечные водонагревательные системы включают резервуары для хранения воды и солнечные коллекторы. Есть два типа солнечных водонагревательных систем: активные, у которых есть циркуляционные насосы и регуляторы, и пассивные, у которых нет.

Активные солнечные водонагревательные системы

Существуют два типа активных солнечных водонагревательных систем:

  • Системы прямой циркуляции
    Насосы обеспечивают циркуляцию бытовой воды через коллекторы в дом. Они хорошо работают в климате, где редко замерзает.
  • Системы с косвенной циркуляцией
    Насосы обеспечивают циркуляцию незамерзающего теплоносителя через коллекторы и теплообменник. Это нагревает воду, которая затем течет в дом.Они популярны в климате, склонном к отрицательным температурам.

Пассивные солнечные водонагревательные системы

Пассивные солнечные водонагревательные системы обычно дешевле, чем активные системы, но обычно не так эффективны. Однако пассивные системы могут быть более надежными и могут прослужить дольше. Существует два основных типа пассивных систем:

  • Пассивные системы со встроенным накопителем
    Они лучше всего работают в областях, где температура редко опускается ниже нуля.Они также хорошо работают в домохозяйствах со значительными дневными и вечерними потребностями в горячей воде.
  • Системы Thermosyphon
    Вода течет через систему, когда теплая вода поднимается, а более холодная вода опускается. Коллектор необходимо установить под накопительной емкостью, чтобы в емкость поднималась теплая вода. Эти системы надежны, но подрядчики должны уделять особое внимание конструкции крыши из-за тяжелого резервуара для хранения. Обычно они дороже интегральных пассивных систем коллектор-накопитель.

Резервуары для хранения и солнечные коллекторы

Для большинства солнечных водонагревателей требуется хорошо изолированный накопительный резервуар. Баки для хранения солнечной энергии имеют дополнительный выход и вход, соединенные с коллектором и от него. В системах с двумя баками солнечный водонагреватель предварительно нагревает воду до того, как она поступает в обычный водонагреватель. В системах с одним резервуаром резервный нагреватель объединен с накопителем солнечной энергии в одном резервуаре.

В жилых помещениях используются солнечные коллекторы трех типов:

  • Плоский коллектор
    Плоские остекленные коллекторы представляют собой изолированные, защищенные от атмосферных воздействий коробки, которые содержат темную абсорбирующую пластину под одной или несколькими стеклянными или пластиковыми (полимерными) крышками .Плоские неглазурованные коллекторы, обычно используемые для солнечного обогрева бассейнов, имеют темную пластину-поглотитель, изготовленную из металла или полимера, без крышки или корпуса.
  • Интегральные коллекторно-накопительные системы
    Также известные как системы ICS или партии , они имеют один или несколько черных резервуаров или трубок в изолированном застекленном ящике. Холодная вода сначала проходит через солнечный коллектор, который предварительно нагревает воду. Затем вода поступает в обычный резервный водонагреватель, обеспечивая надежный источник горячей воды.Их следует устанавливать только в условиях умеренно-морозного климата, поскольку наружные трубы могут замерзнуть в суровую и холодную погоду.
  • Солнечные коллекторы с вакуумными трубками
    Они представляют собой параллельные ряды прозрачных стеклянных трубок. Каждая трубка содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Покрытие ребра поглощает солнечную энергию, но препятствует тепловым потерям. Эти коллекторы чаще используются для коммерческих приложений в США.

Солнечные водонагревательные системы почти всегда нуждаются в резервной системе в пасмурные дни и в периоды повышенного спроса.Обычные накопительные водонагреватели обычно обеспечивают резервное копирование и могут уже быть частью солнечной системы. Резервная система также может быть частью солнечного коллектора, например, резервуары на крыше с термосифонными системами. Поскольку система накопления со встроенным коллектором уже накапливает горячую воду в дополнение к сбору солнечного тепла, она может быть укомплектована водонагревателем без резервуара или водонагревателем по запросу в качестве резервного.

Выбор солнечного водонагревателя

Перед покупкой и установкой солнечной водонагревательной системы необходимо сделать следующее:

Также понять различные компоненты, необходимые для солнечных водонагревательных систем, в том числе следующие:

Установка и обслуживание Система

Правильная установка солнечных водонагревателей зависит от многих факторов.Эти факторы включают солнечные ресурсы, климат, местные строительные нормы и правила и вопросы безопасности; поэтому лучше всего обратиться к квалифицированному подрядчику по установке солнечных тепловых систем.

Правильное обслуживание вашей системы после установки обеспечит ее бесперебойную работу. Пассивные системы не требуют особого обслуживания. Для активных систем обсудите требования к техническому обслуживанию со своим поставщиком системы и обратитесь к руководству пользователя системы. Сантехника и другие обычные компоненты водяного отопления требуют того же обслуживания, что и обычные системы.Стекло может потребоваться в сухом климате, где дождевая вода не обеспечивает естественного ополаскивания.

Регулярное обслуживание простых систем может проводиться не чаще, чем каждые 3–5 лет, предпочтительно подрядчиком по солнечной энергии. Системы с электрическими компонентами обычно требуют замены детали или двух через 10 лет. Узнайте больше об обслуживании и ремонте солнечных водонагревательных систем.

При отборе потенциальных подрядчиков для установки и / или технического обслуживания задайте следующие вопросы:

  • Есть ли у вашей компании опыт установки и обслуживания солнечных водонагревательных систем?
    Выберите компанию, у которой есть опыт установки нужного вам типа системы и обслуживания выбранных вами приложений.
  • Сколько лет у вашей компании есть опыт монтажа и обслуживания солнечного отопления?
    Чем больше впечатлений, тем лучше. Запросите список прошлых клиентов, которые могут предоставить рекомендации.
  • Имеет ли ваша компания лицензию или сертификат?
    В некоторых штатах требуется наличие действующей лицензии сантехника и / или подрядчика по солнечной энергии. Свяжитесь с вашим городом и округом для получения дополнительной информации. Подтвердите лицензирование с советом по лицензированию подрядчиков вашего штата.Совет по лицензированию также может сообщить вам о любых жалобах на подрядчиков, получивших государственную лицензию.
Повышение энергоэффективности

После того, как водонагреватель правильно установлен и обслуживается, попробуйте некоторые дополнительные стратегии энергосбережения, которые помогут снизить счета за нагрев воды, особенно если вам требуется резервная система. Некоторые энергосберегающие устройства и системы дешевле устанавливать вместе с водонагревателем.

Другие варианты водонагревателей

3.1 Обзор плоских пластинчатых коллекторов

Плоские солнечные коллекторы, вероятно, являются наиболее фундаментальной и наиболее изученной технологией для бытовых систем горячего водоснабжения, работающих на солнечной энергии.Общая идея этой технологии довольно проста. Солнце нагревает темные плоские поверхности, которые собирают как можно больше энергии, а затем энергия передается воде, воздуху или другой жидкости для дальнейшего использования.

Это основные компоненты типичного плоского солнечного коллектора:

  • Черная поверхность - поглотитель падающей солнечной энергии
  • Покрытие остекления - прозрачный слой, пропускающий излучение к поглотителю, но предотвращающий радиационные и конвективные потери тепла с поверхности
  • Трубки с теплоносителем для передачи тепла от коллектора
  • Опорная конструкция для защиты компонентов и удержания их на месте
  • Изоляция, закрывающая боковые стороны и дно коллектора для снижения тепловых потерь

Рисунок 3.1: Схема плоского солнечного коллектора с жидкой транспортной средой. Солнечное излучение поглощается черной пластиной и передает тепло жидкости в трубках. Теплоизоляция предотвращает потерю тепла при передаче жидкости; экраны уменьшают тепловые потери из-за конвекции и излучения в атмосферу

Кредит: Марк Федкин (с изменениями по Даффи и Бекман, 2013 г.)

Плоские системы обычно работают и достигают максимальной эффективности в диапазоне температур от 30 до 80 o C (Kalogirou, 2009), однако некоторые новые типы коллекторов, в которых используется вакуумная изоляция, могут достигать более высоких температур (до 100 ° C). o C).Благодаря введению селективных покрытий, температура застойной жидкости в плоских коллекторах достигает 200 o C.

Контрольный вопрос

- Какие типичные материалы используются для изготовления пластин-поглотителей и крышек остекления?

Мы частично обсудили выбор материалов и их свойства в Уроке 2. Тем не менее, мы рекомендуем вам взглянуть шире и ознакомиться с текущими нововведениями в конструкциях с плоскими пластинами. Для обсуждения в этом уроке вас попросят поделиться тем, что вы нашли во время поиска, и описать современные материалы, которые помогают повысить производительность коллекционеров.

Некоторые преимущества плоских коллекторов в том, что они:

  • Простота изготовления
  • Низкая стоимость
  • Улавливать как пучковое, так и рассеянное излучение
  • На постоянной основе (не требуется сложное оборудование для позиционирования или слежения)
  • Незначительное обслуживание

Плоские коллекторы устанавливаются лицом к экватору (т. Е. На юг в северном полушарии и на север в южном полушарии).Оптимальный наклон коллекторной пластины близок к широте места (+/- 15 o ). Если применяется солнечное охлаждение, оптимальный угол установки составляет Широта - 10 o , чтобы солнечный луч был перпендикулярен коллектору в летнее время. Если используется солнечное отопление, оптимальный угол установки составляет Широта + 10 o . Однако было обнаружено, что для круглогодичного применения горячей воды оптимальный угол составляет Latitude + 5 o , что обеспечивает несколько лучшую производительность зимой, когда горячая вода более необходима (Kalogirou, 2009)

Опции транспортной жидкости

Плоские пластинчатые коллекторы могут использовать перенос тепла жидкостью или воздухом.

Вода - один из распространенных вариантов жидкой жидкости из-за ее доступности и хороших тепловых свойств:

  • Обладает относительно высокой объемной теплоемкостью
  • Несжимаемая (или почти несжимаемая)
  • Имеет высокую массовую плотность (что позволяет использовать для транспортировки небольшие трубы и трубки).

Одним из недостатков воды является то, что она замерзает зимой, что может повредить коллектор или систему трубопроводов. Этого можно избежать, опустив воду из коллектора при низком потреблении солнечной энергии (ниже критического порога инсоляции).Датчики слива часто используются для контроля системы и обеспечения полного слива, поскольку замерзание воды в кармане может вызвать повреждение. Наполнение системы водой на следующее утро тоже не идеально. Возможные воздушные карманы в коллекторе могут быть проблемой, блокируя поток воды и снижая эффективность системы (Vanek and Albright, 2008).

Смеси антифризов можно использовать вместо чистой воды для решения вышеупомянутых проблем. Обычными компонентами антифриза являются этиленгликоль или пропиленгликоль.Эти химические вещества, смешанные с водой, требуют систем замкнутого цикла и надлежащей утилизации из-за токсичности. Номинальный срок службы антифриза вроде составляет около 5 лет, после чего его необходимо заменить.

Воздух может использоваться в качестве транспортной жидкости в некоторых конструкциях плоских коллекторов. Этот вариант лучше подходит для обогрева помещений или сушки сельскохозяйственных культур. Вентилятор обычно требуется для облегчения потока воздуха в системе и эффективного отвода тепла. Некоторые конструкции могут обеспечивать пассивное (без вентилятора) движение воздуха за счет тепловой плавучести.

Жидкости с фазовым переходом также можно использовать с плоскими коллекторами. Некоторые хладагенты входят в эту группу жидкостей. Они не замерзают, что устраняет проблемы, описанные выше для воды, и из-за их низкой точки кипения могут переходить от жидкости к газу при повышении температуры. Эти жидкости могут быть полезны в условиях, когда требуется быстрое реагирование на быстрые колебания температуры.

Коллекторное строительство

Ключевыми соображениями при проектировании плоского коллектора являются максимальное поглощение, минимизация потерь на отражение и излучение, а также эффективная теплопередача от пластины коллектора к жидкостям.Одним из важных вопросов является получение хорошей тепловой связи между пластиной абсорбера и заменами (трубами или каналами, содержащими теплоносители). Различные конструкции конструкции (показанные ниже) пытаются решить эту проблему.

Рисунок 3.2: Различные конструкции плоского коллектора в сборе. Цветовые коды: голубой - стеклянная крышка, синий - каналы для жидкости, черный - материал абсорбера, серый - изоляция. Некоторые конструкции (b, c) включают в себя каналы для жидкости в структуре пластины поглотителя, чтобы максимизировать теплопроводность между компонентами.Другие модификации (а, г) включают трубки и каналы, припаянные или приклеенные к пластине.

Кредит: Марк Федкин (с изменениями по Калогиру, 2009 г.)

В сборке пластина-канал могут использоваться различные методы крепления компонентов - термоцемент, припой, зажимы, зажимы, пайка, аппликаторы механического давления. Одним из факторов, влияющих на выбор метода сборки, является стоимость рабочей силы и материалов.

Далее мы рассмотрим передачу и баланс энергии внутри плоского коллектора.

Ссылки:
  • Kalogirou, S.A., Solar Energy Engineering , Elsevier, 2009
  • Ванек, Ф.М., и Олбрайт, Л.Д., Energy Systems Engineering , McGraw Hill, 2008.

Солнечные коллекторы

Как работает солнечный коллектор работает?

Солнечный коллектор представляет собой плоский ящик, состоящий из из трех основных частей, прозрачной крышки, трубок с охлаждающей жидкостью и утепленная задняя пластина.Солнечный коллектор работает на парниковом эффекте принцип; солнечное излучение, падающее на прозрачную поверхность солнечного коллектор проходит через эту поверхность. Внутри солнечной коллектор обычно откачивается, энергия, содержащаяся в солнечном коллекторе в основном задерживается и, таким образом, нагревает хладагент, содержащийся в трубках. В трубки обычно делаются из меди, а задняя панель окрашена в черный цвет, чтобы облегчить поглощают солнечное излучение. Солнечный коллектор обычно изолирован, чтобы избежать перегрева. убытки.

Активный солнечный водонагреватель

Основные компоненты активной солнечной системы водяного отопления являются

  • Солнечная коллектор для улавливания солнечной энергии и передачи ее теплоносителю средний
  • А система циркуляции, которая перемещает жидкость между солнечным коллектором и накопительный бак
  • Хранение бак
  • Назад система отопления
  • Контроль система регулирования работы системы

Два основных типа солнечных водонагревательных систем: система с замкнутым контуром и система с открытым контуром.В системе с открытым контуром вода использовалась в качестве теплоноситель, вода циркулирует между солнечным коллектором и накопителем бак.

Существует два основных типа систем с разомкнутым контуром: система слива и система рециркуляции, главный принцип, лежащий в основе обоих системы - это активация циркуляции от коллектора к накопительному резервуару когда температура внутри солнечного коллектора достигает определенного значения.

В дренажной системе используется клапан, позволяющий коллектор заполнять водой, когда коллектор достигает определенной температуры.

В рециркуляционной системе вода перекачивается через коллектор, когда температура в накопительном баке достигает определенного критического ценить.

В приложениях, где вероятно повышение температуры ниже нуля градусов, тогда необходимо использовать замкнутую систему. В Основное отличие системы разомкнутого контура заключается в том, что вода заменяется на хладагент, который не замерзает в диапазоне температур солнечного коллектора. может быть предметом.В качестве охлаждающей жидкости обычно используется хладагент, масло или дистиллированная жидкость. воды. Системы с замкнутым контуром, как правило, дороже, чем их разомкнутые. встречные части и следует проявлять большую осторожность, чтобы избежать загрязнения воды с хладагентом. Энергия, захваченная охладителем, затем передается горячая вода через теплообменник. В Система обратного слива охлаждающей жидкостью может быть дистиллированная вода. Система работает на принцип, что в коллекторе только вода, когда насос операционная. Это имеет то преимущество, что охлаждающая жидкость, используемая в системе, не будет иметь возможность остыть ночью, когда температура может упасть до уровень, который может привести к увеличению плотности охлаждающей жидкости и, следовательно, вызвать не будет таким свободным, как следовало бы.Единственная необходимая функция на Система обратного слива заключается в том, что солнечный коллектор приподнят от тепла теплообменник или дренажный бак, чтобы охлаждающая жидкость вытекала из коллекционер. Эта система снова работает по принципу циркуляции воды. между коллектором и сливным баком, когда заданная температура достигнута между солнечным коллектором и горячей водой.

Активно солнечное отопление

Компоненты системы для обогрева помещений: то же самое для водяного отопления с добавлением радиаторов для отопления помещений или под змеевики напольного отопления или даже системы с принудительной подачей воздуха.

Радиаторная система обычно работает в очень симметричном Что касается применения горячей воды, основным отличием является включение бойлер, нагретая вода из коллектора пропускается через теплообменник или сливной резервуар, а затем передается в бойер, используется для пополнения требования к прослушиванию воды перед тем, как попасть в радиаторы, которые будут использоваться для космическое отопление.

Системы распределения воздуха.

В поместье снова работает система распределения воздуха. аналогично системе горячего водоснабжения, основное отличие - включение воздуходувка и воздуховод.В системе используется дополнительный элемент управления, который позволить воздуху течь по змеевику при высокой температуре в накопительном баке достаточно, чтобы воздух, проходящий через змеевики в обратном канале аппарата, позволяют системе вносить положительный вклад в обогрев помещения потребность.

При проектировании систем крупных коммерческих или промышленных приложений немного отличается от жилых помещений. Стоит отметить, что рост температуры коллектора довольно постоянен, чтобы использовать пример, если температура подачи в коллектор составляет около 60F, а температура возврата составляет около 73 ° C, или температура возврата составляет 173 ° F, а подача 160C, это в основном означает, что нельзя использовать высокотемпературные и низкотемпературные приложения. серия внутри петли.Низкотемпературное приложение в основном потянет вниз применение при более высоких температурах. Вакуумные коллекторы - отличные исполнители. в высокотемпературных приложениях коллекторный контур должен быть выделен применение при более высоких температурах до тех пор, пока нагрузка не будет удовлетворена. В приложениях например, для больниц, гостиниц или коммерческих офисных зданий может потребоваться для установки двух и более резервуаров, соединенных последовательно.

1. резервуар для хранения 2. резервуар для предварительного нагрева 3.холодная подача 4. смесительный клапан 5. подача и возврат в коллектор 6. отвод горячей воды

Работа системы: Горячая вода из коллектора проходит через змеевик в первом резервуаре ( 1 ), Затем, в зависимости от температуры, он отводится трехходовым клапаном (4) к любому: змеевик в резервуаре (2) , если он выше установленного температура (имеется в виду бак (1) горячий) или коллектор, если он ниже установленной температуры смесительного клапана.

Соображения по поводу коммерческого и промышленного дизайна: Система могут быть расширены за счет включения более одного резервуара предварительного нагрева, теплообменных змеевиков соединены трехходовыми клапанами, и вода, которая должна быть нагрета, течет в серия через резервуары в обратном направлении. Трехходовой клапан может либо с терморегулятором, либо с электрическим управлением. Не более 100 пробирок должны быть подключены последовательно. Необходимо соблюдать осторожность при проектировании трубопроводов в каждой секции, чтобы гарантировать, что каждая секция получает равный поток.

Основы солнечной энергии | Понимание солнечной энергии

Доступны два типа технологий солнечных коллекторов:

  1. Использование солнечной тепловой энергии (STE) включает солнечное отопление бассейнов и солнечное нагревание горячей воды . Системы солнечной тепловой энергии обычно имеют одно применение (например, обогрев бассейна),
  2. Фотоэлектрические солнечные батареи (PV) преобразуют солнечный свет в электричество для любого домашнего хозяйства или коммерческого здания .

Солнечная тепловая энергия (STE)

Солнечная тепловая энергия - наиболее широко используемый и самый старый тип солнечной системы. Его типичное применение - солнечное отопление бассейнов и системы водяного отопления.

Как работает солнечная тепловая энергия?

Солнечные системы тепловой энергии преобразуют солнце в тепло (тепловое). Он делает это, позволяя солнцу нагревать солнечный коллектор или панель, которая, в свою очередь, нагревает воду или жидкость и либо перекачивается, либо перемещается за счет конвекции, как в случае некоторых солнечных нагревателей для бассейнов, а затем обеспечивает циркуляцию воды или жидкости через систему.

Каковы виды использования солнечной тепловой энергии? Обычно STE используется для:
  • Отопление коммерческих и жилых бассейнов
  • ГВС
  • Крупномасштабное производство электроэнергии. Новое солнечное поле, устанавливаемое OUC, является примером солнечной тепловой энергии.

Низкотемпературные, среднетемпературные и высокотемпературные солнечные коллекторы

Для солнечного нагрева бассейна обычно используется так называемый низкотемпературный коллектор, а для нагрева воды от солнечной энергии обычно используется коллектор средней температуры.Высокотемпературные коллекторы чаще всего используются для производства электроэнергии в крупных масштабах, обычно в коммунальном хозяйстве. Они работают, концентрируя солнечный свет с помощью зеркал или линз, которые нагревают жидкость. Этот процесс известен как концентрированная солнечная энергия (CSP). Затем жидкость преобразуется в пар или газ, используемый для питания турбины, которая затем вырабатывает электричество.

Типы тепловых солнечных коллекторов или солнечных батарей В тепловом сборнике используются три различных типа солнечных панелей.
  1. Плоский коллектор - Также известные как солнечные панели для горячего водоснабжения.Это старейшая солнечная технология, которая до сих пор широко используется. Он используется для солнечных систем горячего водоснабжения, обогрева бассейнов и производства электроэнергии в крупных коммунальных сетях. Панели с плоскими пластинами очень хорошо подходят для климата Флориды и являются экономически выгодными. Они состоят из
    • Темная плоская пластина-поглотитель для сбора солнечного тепла и прозрачная крышка, которая пропускает тепло, но не позволяет энергии уходить.
    • Жидкий теплоноситель - обычно вода, антифриз или воздух
    • Панельная изоляция - Коллекторы с изоляцией известны как Плоские глазурованные коллекторы .Те, у кого нет изоляции, известны как неглазурованные солнечные коллекторы.
  2. Плоский неглазурованный коллектор - Этот тип солнечных панелей используется почти исключительно для обогрева плавательных бассейнов и некоторых активных систем солнечного нагрева воды. Поскольку нет необходимости в теплоизоляции или остеклении, нет необходимости в панельном ограждении. Как правило, это наименее дорогие панели, но они обладают некоторыми впечатляющими преимуществами, включая высокую абсорбцию поверхности и оптимальное расстояние между трубками.
  3. Вакуумные трубчатые коллекторы- Обычно этот вариант больше подходит для более холодного климата, поскольку они лучше работают там, где погода более прохладная в течение продолжительных периодов времени.Хотя это более современная солнечная технология, более широко продаются плоские коллекторы. Вакуумные трубчатые коллекторы дороже, но являются отличным вариантом для активных солнечных систем горячего водоснабжения.
    • Коллекторы с вакуумными трубками состоят из нескольких пластин поглотителя, соединенных с покрытием поглотителя, а затем каждая пластина покрыта стеклянной трубкой (обычно сделанной из боросиликатного стекла). Вакуум, создаваемый между пластинами абсорбера и стеклянной трубкой, значительно снижает потери тепла по сравнению с их коллекторами с плоскими пластинами и может создавать более высокие температуры жидкости.
  4. Воздух- Используется в системах предварительного нагрева и для нагрева воздуха непосредственно для обогрева помещений.

Фотоэлектрическая (PV) Солнечная

Фотоэлектрическая система фактически вырабатывает электроэнергию для любого электрического использования, от питания приборов до кондиционирования воздуха.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *