Сонячний колектор: пристрій і принцип дії
зміст
Про те, скільки дармового тепла нам можуть дати літні потоки сонячного світла, часто приходить в голову влітку, в період шаленої спеки і розпечених на сонці асфальту і стін. У ясну літню погоду на квадратний метр може падати від 600 до 800Вт / ч. Це не мало. Якщо перемножити на площу залитого сонцем подвір’я або даху, за допомогою сонячного колектора можна зібрати енергію, яку можна порівняти за величиною з потребами на опалення будинку.
Призначення сонячних колекторів ↑
Сонячні теплові колектори дають можливість зібрати енергію і направити отримане тепло в потрібне русло:
- Постачання гарячої води для душу, ванної та кухні;
- Обігрів приміщень невеликої закритою теплиці або саду будь-якої конструкції практично круглий рік;
- Значна добавка в контур опалення будинку в морози і майже повне забезпечення в прохолодні осінні дні.
Колектор призначений для збору сонячної енергії в найбільш зручному для використання вигляді. Умовно по влаштуванню сонячного колектора їх конструкції можна розділити на три основні групи:
- Вакуумні многотрубний або плоскі з примусовою або природною циркуляцією теплоносія. Найчастіше це стаціонарні конструкції, розраховані на сезонну роботу.
- Повітряні сонячні колектори, найпростіші і легкі. Накопичене тепло знімається з нагрівається поверхні колектора потоком повітря.
- У третьому варіанті конструкцій сонячних колекторів отримане тепло може використовуватися для перетворення його в електроенергію, починаючи від термохолодільних установок, закінчуючи складними машинами з пароелектріческімі пристроями.
Остання група виробів рідко знаходить попит серед населення через високу вартість і складність обслуговування.
Як працює полнопроточний сонячний колектор ↑
Найпростішою різновидом плоскої конструкції сонячного колектора є полнопроточний варіант з двошаровим поглиначем тепла. Сам пристрій за принципом роботи схоже з дачним варіантом літнього душу, основу якого складає бочка, оброблена по зовнішній поверхні бітумною мастикою або чорною фарбою.
Для збільшення кількості зібраної сонячної енергії конструкція сонячного колектора виконується у вигляді плоскої ємності щодо невеликої товщини, в 5-7см, ширина і довжина пристрою залежить від конкретних потреб в потужності колектора. Одна зі стінок виконана з анодованого алюмінію і забарвлена в чорний, як сажа, колір, без єдиного блиску. Це так звана приймальня, або робоча поверхня колектора. З внутрішньої сторони робочої частини колектора часто виконуються тонкі ребра з алюмінію або пластику, що поліпшують тепловідвід енергії від стінки робочої поверхні до теплоносія – води або тосол.
Для зменшення забруднення і втрат на робочу поверхню встановлюються тонка прозора плівка або лист пластику або скла, що володіють хорошими теплоізоляційними показниками. З внутрішньої сторони такий захист напилюється дзеркальним шаром алюмінію, що дозволяє в підсумку зменшити втрати тепла за рахунок відображення і конвекції.
Конструкція плоского сонячного колектора може мати замість звичайного алюмінієвого листа стінку-сендвіч з порошкового графіту, металевих волокон і армуючої смоли. У такого матеріалу хороша теплопровідність і висока стійкість до окислення.
Такі конструкції в обов’язковому порядку монтуються на посиленому каркасі, зазвичай на сонячній стороні даху або стіні будинку.
Вакуумні системи нагріву ↑
При всій своїй простоті, надійності і дешевизні плоскі сонячні накопичувачі мають відносно непоганий продуктивністю тепла тільки в сонячний день. Для більш високих широт або ранньою весною – пізньої осені теплопродуктивність його падає наполовину.
Більш високою ефективністю в порівнянні з плоскими сонячними колекторами мають вакуумні системи. В основу конструкції закладений індивідуальний тепловий елемент – вакуумна трубка, принцип роботи такого сонячного колектора грунтується на відомому у фізиці пристрої – тепловій трубці, досить складною і примхливою, але ефективної в роботі. Особливістю конструкції є надвисока теплопровідність, завдяки якій все тепло, що потрапило на один кінець трубки, в лічені миті збирається і концентрується на протилежному кінці.
Вакуумний елемент являє собою витягнуту колбу-трубку з міцного скла, з внутрішньої сторони якого напилю дзеркальне покриття. Завдяки односторонньому дзеркалу, сонячний потік енергії вільно проникає всередину колби і не може вирватися назад, ефективно поглинається мідним кінцем теплової трубки, вміщеній всередині корпусу колби. Для зменшення втрат повітря зі скляної колби відкачано. Отриману від світлового потоку енергію центральний мідний елемент передає в потік теплоносія, зазвичай тосола, або безпосередньо в бак з водою.
Переваги вакуумних сонячних колекторів ↑
Переваги в перетворенні сонячної енергії в варіанті з тепловою трубою:
- Ефективність поглинання і перетворення сонячного тепла в 3-4 рази вище плоских і повітряних колекторів;
- Відмінно працює в діапазоні температур 0-50проС, тоді як інші види сонячних колекторів, за відгуками користувачів, мають робочий інтервал від 20проС;
- Найменша чутливість до напрямку і куту падіння сонячного світла. Для нормальної роботи сонячного колектора досить бути освітленим сонцем навіть під гострим кутом падіння сонячних променів, у решти конструкцій сонячних колекторів при виході за оптимальний кут освітлення більш ніж на 20про ефективність падає на 10% в годину.
- Мала вага конструкції сонячного накопичувача дозволяє встановити його безпосередньо на даху, навіть без спеціальної несучої опори.
При плануванні придбання варто приймати орієнтовний розрахунок площі сонячного колектора, виходячи зі співвідношення: квадратний метр дасть на добу приблизно 50-55літров гарячої води, але не окропу. Більш точну інформацію можна дізнатися на сайтах компаній, що займаються виробництвом сонячних колекторів. Там же можна отримати відомості про вартість виробів. Кожна фірма доводить надефективні і дешевизну своєї продукції. Вакуумний прилад з 15 елементів обійдеться приблизно в 15-20тис. рублів на потужність підігріву в 1,3-1,5кВт і накопичувального бака 80-100літров.
До цікавих особливостей подібних систем сонячних колекторів можна віднести можливість перевірки працездатності кожної вакуумної колби самостійно, без будь-яких спеціальних інструментів. Досить ввечері, не працює, прикласти долоню до нижнього торця труби. Якщо елемент буде тривалий час залишатися холодним, і в області запаювання колби НЕ буде іній-подібного нальоту, – пристрій вважається справним.
Гаряча вода з бака може подаватися самопливом, але найчастіше встановлюють малопотужний насос, що підкачує, що дозволяє швидко заповнювати резервуар після витрачання гарячої води. У більш серйозних випадках конструкції сонячний колектор об’єднують з теплоаккумулятором і електронною системою контролю і управління гарячим водопостачанням та опаленням. Вартість таких систем вже не менше 1000EUR. Гарантія на системи з тепловими трубками, як правило, становить від 5 до 25 років, в залежності від рівня якості матеріалів, що застосовуються в пристрої.
Повітряні колектори ↑
Чим складніше конструкція, тим вона дорожча в експлуатації, і більша ймовірність непередбачуваної поломки. У цьому питанні конструкції колекторів з повітряним перенесенням тепла є чемпіонами в простоті і надійності. По суті, повітряний колектор – це набір вертикальних каналів або труб з матовим чорним покриттям. В роботі колектора використовується принцип розгону нагрівається в вертикальній трубі.
До переваг і достоїнств повітряної конструкції варто віднести:
- Найвищу надійність і простоту конструкції;
- Маленьку масу пристрою, сучасною функціональністю та простоту монтажу;
- Мінімальна витрата електроенергії на роботу вентилятора, в деяких випадку вентилятор може відключатися, і обігрів здійснюється самопливом.
Конструкція колектора складається з великого числа тонкостінних алюмінієвих труб з зачерненной матовою поверхнею. Батарея труб має центральний підвідний холодний і відвідний гарячий повітроводи, в холодному встановлюється відцентровий вентилятор нульового опору. У разі необхідності він може бути відключений і в такому стані практично не створювати опір який рухається потоку повітря.
У пристрої є повітрозабірник, що дозволяє регулювати кількість і співвідношення повітря, що забирається ззовні, і з опалювального приміщення.
У теплопроизводительности повітряні колектори практично не поступаються плоским системам, вимагають вертикального розташування труб і максимальної освітленості сонцем. Потужність легко регулювати підбором кількості труб теплообмінника. Найчастіше повітряні сонячні колектори є незамінними в опаленні і вентиляції різноманітних складських приміщень, застосовуються для сушіння різноманітної овочевої та фруктової продукції.