Альтернативная энергия – солнечный коллектор

Как используют солнечное тепло?

Самым главным механизмом в солнечном коллекторе выступает абсорбер, состоящий в большинстве случаев из множества тонких металлических полосок. Теплоносящее вещество поставляется к металлическим полоскам по специальным трубкам. В случае листового абсорбера, два листа сваривается друг с другом, и между ними проходит теплоносящее вещество. Абсорбер, в большинстве случаев изготовляют из меди и алюминия. Но для бассейнов, этот элемент производят из искусственных материалов, требующих меньшей термостойкости, например, таких как полипропилен или полиэтилен.

Существуют накопительные коллекторы, которые совмещают в себе две этих функции. Такое оборудование не требует циркуляционных насосов и регулирующих устройств, потому как питьевая вода нагревается прямо в коллекторе.

Абсорбирующие поверхности с высоким эффектом

Зачастую абсорбер имеет черный цвет, потому как, собственно этот цвет имеет высокий поглотительный коэффициент. С помощью этого коэффициента, можно определить, какое количество солнечного излучения (коротковолнового) поглощено, и сколько отражено. В процессе работы абсорбера происходит его нагревание, соответственно его температура повышается, и становится выше, чем температура окружающей среды, и это свидетельствует о том, что он отдает большинство принятой энергии в виде длинноволнового солнечного излучения. Такие данные и показывают коэффициент излучения.

Что бы свести к минимуму потери тепла, используют абсорберы с ограниченным покрытием. Это позволяет извлечь наибольшее количество тепла из солнечных лучей и перевести его непосредственно в тепло. При этом сокращается эмиссия теплового излучения.

Обычные покрытия, в большинстве случаев имеют коэффициент абсорбции 90%. Специальный лак, нанесенный механическим способом на абсорбер, покрывает поверхность лишь частично, а не полностью, потому как имеет высокий уровень эмиссии. Элементы, выполненные из черного никеля, хрома или оксида алюминия, указывают на частичное покрытие слоев.

Сравнительно новым является применение слоя из титана, нитрита и оксида, напыление которого происходит в вакуумном коллекторе. Такой слой имеет низкую эмиссию, а иногда она вообще отсутствует.

Плоский коллектор

Плоский коллектор включает в себя: абсорбер, прозрачное покрытие, корпус и теплоизоляцию. Для прозрачного покрытия зачастую применяют безосколочное стекло с повышенным коэффициентом пропуска коротковолнового излучения. В это же время, происходит сокращение отражения стеклянного покрытия (по типу парникового эффекта). Мало того, такое прозрачное покрытие, предупреждает выход тепла из абсорбера, через конвекцию.

Прозрачное покрытие и корпус, защищают абсорбер от разных неблагоприятных погодных условий. В большинстве случаев в производстве корпуса используют алюминий или оцинкованную сталь, но иногда встречаются корпуса из синтетических материалов.

За счет теплоизоляции находящейся на обратной стороне и боковых стенках абсорбера, существенно уменьшаются потери тепла из-за теплопроводности. Изоляционным материалом выступает пена из полиуретана или минерализированная вата, в некоторых случаях используют специальное минеральное волокно (стекловату, стекловолокно, стеклопластик).

Плоские коллекторы отличаются соотношением хорошей цены и отличной мощности, помимо этого имеется выбор возможности установки (встроить в крышу, разместить на крыше или установить отдельно). Что бы внутри короба коллектора минимизировать потери от конвекции, можно выкачать воздух, который находится в коллекторе. Такие коллекторы носят название – вакуумные плоские коллекторы. И по истечению определенного времени (1-3 года) их нужно вакуумировать.

Вакуумные трубные коллекторы

В таких коллекторах полосы абсорбера расположены в вакуумных стеклянных удароустойчивых трубках. Жидкий теплоноситель, течет через абсорбер по U-образной трубе или по системе труба в трубе. В этом случае, солнечный коллектор состоит из маленьких труб соединенных друг с другом. Теплый трубопровод коллектора, способствует испарению жидкости находящейся в тепловой трубе, даже при низкой температуре. В процессе нагревания жидкость испаряется. Пар по тепловой трубке поднимается, что способствует большей теплоотдаче через теплообменник в сборную трубу, и теплоносящая жидкость стекает вниз, после чего конденсат течет обратно в тепловую трубу.

Что бы происходил процесс испарения – конденсации, трубки нужно расположить под углом к поверхности. Существует два вида подсоединения коллектора к солнечному циклу. Сырое соединение – действие происходит непосредственно в теплообменнике с подведенными к нему трубами. При сухом соединении это происходит по сборной трубе. При сухом соединении, процесс проходит в части труб, при этом солнечный цикл не задействован на полную мощность. Достоинством вакуумных коллекторов является высокий КПД, при этом температура абсорбера высокая, а уровень излучения низкий. При всем этом, они достигают высоких температур для возможности подогрева воды, парообразования и кондиционирования воздуха.

Количество поставляемой энергии солнечным коллектором

КПД солнечного коллектора - это соотношение полезной термической энергии и получаемой солнечной энергии. Помимо тепловых потерь, в некоторых случаях происходят оптические потери. Оптический КПД определяет, какой процент излучения, чрез прозрачное покрытие попадает на коллектор и поглощается абсорбером.

Фактор термических потерь указывает на тепловые потери. Он определяет потерю энергии в ваттах на один квадратный метр площади коллектора и показывает разницу температур между абсорбером и окружающей средой. Соответственно, чем больше разница температур, тем значительнее тепловые потери. В какой-то момент тепловые потери равняются объему производимой энергии, вследствие чего энергия для солнечного цикла не поступает.

Хороший коллектор, имеет неплохой коэффициент превращения и низкий фактор потерь.

Как выбрать коллектор

Чтобы выбрать подходящий тип коллектора, в первую очередь необходимо ориентироваться на температурную зону. Например, незакрытый коллектор не подойдет для производства тепла. В некоторых случаях, необходимо учитывать месторасположение здания (показатели излучения, погодные условия, местность) – все это имеет влияние при выборе типа коллектора. Стоимость коллектора так же играет немаловажную роль. Цена вакуумных трубных коллекторов варьируется от 400 до 1200 евро за м², в то время как отдельные виды плоских коллекторов стоят от 150 до 600 евро, коллекторы в которых применяется искусственный абсорбер от 25 до 100 евро. Но хороший коллектор не может стоить дешево, и цена является гарантией хорошей гелиосистемы. Очень важно, что бы все детали системы были высококачественными и соответствовали друг другу. Ну и, конечно же, важно правильно смонтировать всю систему.