Солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы

глазами специалистов

ТИПЫ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Солнечные коллекторы еще слабо распространены в стране и информации о них очень мало, а та, что есть не всегда соответсвует действительности, поэтому, что бы потребитель не запутался в ворохе передранных статей, была создана эта страница. Мы попытались разложить все по полкам: какие же все таки быват солнечные коллекторы. Получилась комбинированная статья по принципам и отличиям систем.
1.  Плоский солнечный коллектор 
Самый распространенный вид солнечных коллекторов, используемых в бытовых водонагревательных и отопительных системах.Коллектор представляет собой теплоизолированную остекленную панель, в которую помещена пластина поглотителя. Пластина поглотителя изготовлена из меди или алюминия. Чаще всего используют медь, т.к. она лучше проводит тепло и меньше подвержена коррозии, чем алюминий. Пластина поглотителя обработана специальным высокоселективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет. Это покрытие состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическое основание, и отличается высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области.   Solnechnie_kollektori_11

Благодаря остеклению (в плоских коллекторах обычно используется матовое, пропускающее только свет, стекло с низким содержанием железа) снижаются потери тепла. Дно и боковые стенки коллектора покрывают теплоизолирующим материалом, что еще больше сокращает тепловые потери.

 Solnechni_kollektori_12 Плоский коллектор оптимален при  использовании в апреле-октябре. В холодное время года при минусовых температурах плоскийсолнечный коллектор не может служить источником тепла за счетбольших потерь в окружающую среду.К недостаткам этого типа коллекторов относятся и достаточнонебольшие температуры нагрева циркулирующей жидкости, что кроме всего прочего приводит к вероятности размножения болезнетворных бактерий.В случае разбития герметизирующего стекла эффективность коллектора значительно уменьшается, так как тепло расходуется на обогрев окружающей среды, а также отсутствует парниковый эффектпозволяющий в достаточной степени нагревать теплоноситель.

В большинстве случаев солнечные коллектора устанавливаются на крыше, поэтому для монтажных организаций важна легкость доставки и монтажа. Плоские солнечные коллекторы представляют собой неразборной блок больших габаритов, все это затрудняет подъем оборудования для монтажа на высоту и дальнейшая работа с ними. Если для плоских коллекторов максимальная температура нагрева воды не превышает 80-90 градусов, поэтому в системах с плоскими коллекторами существует проблема размножения бактерий и других микроорганизмов, которой нет в системах с вакуумными коллекторами. 

2.  Трубчатый вакуумный коллектор с прямой теплопередачей 

Это самая простая сезонная система на вакуумных трубках.

В таком коллекторе вакуумные трубки соединены с накопительным баком напрямую. Из контура теплообменника вода течёт прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно.

Такие системы еще называют термосифонными. К преимуществам этих систем относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов.

Термосифонные системы работают по принципу естественной конвекции, когда теплая вода стремится вверх. В термосифонных системах бак должен быть расположен выше коллектора. Когда вода в трубках коллектора нагревается, она становится легче и естественно поднимается в верхнюю часть бака. Более прохладная вода в баке течет вниз в трубки, таким образом, обеспечивается циркуляция во всей системе. В маленьких системах бак объединен с коллектором и не рассчитан на магистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо с подачей воды из выше расположенной емкости, либо через уменьшающие давление редукторы. Такая система имеет минимальное гидравлическое сопротивление.

Solnechnie_kollektora_20

 

 

 Solnechnie_kollektora_23

Использовать такую систему можно только до минусовых температур во избежание размерзания. Поэтому ее принято считать сезонной. Поскольку данный вид коллектора работает исключительно без давления(не допускается давление в баке более 0,2 атмосфер), то подключение данного оборудование к магистральным трубопроводам возможно только с использованием понижающего редуктора или открытого бака с поплавковым механизмом (видно на рисунке). Поэтому, если на выходе необходим напор (например, для работы сантехнических приборов – кранов, санузла и т.п.), после солнечной водонагревательной установки нужно ставить гидроаккумулятор (насос с резиновым баком),рассчитанный на работу с горячей водой.

Также к недостаткам можно отнести и возможность откладывания солей и другие загрязнения на внутренние поверхности трубок при повышенной жёсткости или загрязненности воды. Это может привести кухудшению поглощающих свойств вакуумных трубок. Использовать такую систему рекомендуется до минусовых температур во избежание размерзания. В холодное же время вода должна сливаться.

  Работа системы представлена ниже в виде схемы

В случае если солнечный коллектор не в состоянии довести температуру воды до требуемого уровня,нагрузка будет компенсирована за счет встроенного в бак ТЭНа. 

Преимуществами водонагревателей данного типа являются простота, высокий КПД (до 95%), низкая стоимость и полная энергонезависимость.

Выбирая солнечный коллектор, Вы обеспечиваете себя дешевой тепловой энергией от Солнца, а высокоэффективные вакуумные трубчатые солнечные коллекторы помогут Вам это сделать.

Гелиосистемы, предлагаемые нашей компанией – это идеальное сочетание цены и качества, удобства и эффективности для нагрева горячей воды и отопления Вашего дома.

Солнечный коллектор – это еще один шаг к Вашей независимости и энергетической безопасности!

 

3.  Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником

Такой коллектор имеет все преимущества и особенности предыдущего типа коллекторов. Отличием является наличие встроенного в бак эффективного теплообменника, что позволит разделить обогревающий и обогреваемый контуры и подсоединить коллектор с баком к напорной сети водоснабжения.

В первом, обогревающем, контуре в вакуумных трубках и баке в условиях естественной конвекции циркулирует вода, а в ней, через теплообменник (показан в виде контура на рисунке ниже) будет ужепод давление проходить вода для бытовых нужд. Нагрев этой воды и будет осуществляться через теплообменник.

Преимуществом является то, что в коллекторе не откладываются соли жесткости и другие загрязнения, так как объем теплоносителя один и тот же, а расходуемая вода проходит только по внутреннему медномутеплообменнику. Система так же как и предыдущая снабжена ТЭНом, для компенсации недостающего количества теплоты. Регулировка наполяемости бака водой осуществляестся с помощьюпоплавкового механизма.

 

Работа системы представлена ниже в виде схемы

В виду возможности работать поддавлением эта система можетподавать воду в места расположеные выше точки размещения самого оборудования. Это является одним изсамых важных преимуществ. Так как не все будут довольствоваться слабым напором в кране.

Этот вид болеетехнологичный вариантпредыдущего вида коллектора. К недостаткам следует отнести большую стоимость по сравнению с предыдущим типом коллектора. Эта система также является сезонной, поэтому к падению температуры на улице воду рекомендуется сливать.

 

4.  Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде на тепловых трубах Heat Pipe

Данный вид солнечных коллекторов собирается на тепловых трубах Heat Pipe. Чтобы понимать все преимущства системы рассмотрим подробнее эти трубы.

Heat Pipe

Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Работа высокотехнологичных вакуумных трубок основана на простом принципе тепловой трубы, которая представляет собой полый медный стержень, запаянный с обоих концов с расширением в верхней части. Внутри него находиться нетоксичная жидкость (иноргатик).

При нагревании она закипает и в парообразном состоянии поднимается в верхнюю часть – наконечник (конденсатор), температура на котором может достигать 250-380 °С. И там конденсируется, отдавая тепло. Конденсат стекает по стенкам трубки вниз и процесс повторяется.

Тепловая трубка вставляется в стеклянную трубу и фиксируется между двумя алюминиевыми ребрами. Форма ребер такова, что площадь их контакта с тепловой трубкой и внутренней поверхностью вакуумной трубы максимальна. 

 

 

Такая модель ребер обеспечивает максимальную передачу тепла к медной тепловой трубке, а потом теплоносителю в проточном теплообменнике. Тепло от головки термотрубки передается основанию коллектора – приемнику. Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим корпусом. 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.

Вакуумные трубки показывают превосходные результаты и в облачные дни, потому что трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через облака;
Благодаря изоляционным свойствам вакуума воздействие ветра и низких температур на работу вакуумных труб незначительно.

Коллектор

 Работа системы представлена ниже в виде схемы

 

 

 

Система с прямой теплопередачей, собранная на трубах Heat Pipeболее эффективная чем предыдущие системы. Вместо вакуумных труб устанавливаются тепловые трубы.Система является сезонной и перед паданием температуры на улице воду нужно сливать.

 

5.  Вакуумный коллектор на тепловых трубах Heat Pipe с удаленным теплообменником

И наконец самая эффективная система солнечных коллекторов на тепловых трубах. Использоваться она можеткруглогодично. В системе вместо вакуумных труб, которые нагревают воду непосредственно, используются тепловые трубы Heat Pipe. С помощью специально изолированного трубопровода они соединяются с баком накопителем, который в свою очередь может быть расположен практически в любом месте (на пример под крышей). В этом контруре циркулируетнезамерзающая жидкость, перенося тепло от коллектора к баку-накопителю. А уже в баке проиходит отбор тепла теплообменником с водяным контуром. 

Для того, чтобы теплоноситель циркулировал от коллектора к аккумулирующей емкости и назад, необходимо использоватьциркуляционный насос. Циркуляционным насосом, как правило, руководит солнечный контроллер с датчиками.

Скорость потока, необходимая для работы большинства солнечных водонегревателей, не превышает 2 л/мин, поэтому достаточно циркуляционного насоса малой мощности. Более мощныециркуляционные насосы нужны лишь в случае объединения нескольких солнечных коллекторов в один контур, или когда циркуляционный насос должен компенсировать потери напора теплоносителя. Перепад давления при малой скорости потока незначителен, всего 700 Па при скорости 3,3 л/мин, для теплопровода на 24 трубки, потому это не является весомым критерием при выборе мощности циркуляционного насоса вакуумного солнечного водонагревателя.

Система может эффективно работать при температуре до -50 °С. В отличие от плоского коллектора, при механическом повреждении одной или нескольких вакуумных трубок, они легко заменяются без остановки и слива всей системы.

Из-за формы трубок и более эффективного поглощения солнечной радиации с одного м2 вакуумный коллектор собирает в 1,5 раза больше тепловой энергии. К недостаткам данного типа приборов можно отнести относительно большую цену. Но этот «минус» компенсируется большим количеством « плюсов». 

Использование вышеописанных типов вакуумных коллекторов является достаточно выгодным. Ведь с одного квадратного метра солнечного коллектора в условиях Украины для коммунально-бытовых нужд можно получать примерно 500 кВт*ч тепла в год.

Ежегодная потребность одного человека в горячей воде требует 1500 кВт*ч тепла, а для отопления одного квадратного метрасовременного жилища – примерно 100 кВт*ч в год. Оборудование объекта гелиоприставкой означает появление на объекте дополнительного источника, способного поставлять в систему теплоснабжения от 30 до 70% необходимого тепла.

В принципе, это уже само по себе даёт повод к тому, чтобы лишний раз подумать над тем, какой же из источников после этого следует воспринимать в качестве дополнительного. Если в зимний и летний периоды котёл и гелиоприставка поочерёдно принимают на себя основные сезонные функции, то в периоды межсезонья между ними устанавливается плавное взаимодействие.

Такое рациональное сочетание не только позволяет существенно разгрузить котёл, но и, что ещё особенно ценно – обеспечивает более мягкий режим его эксплуатации. Оба указанных обстоятельства способствуют тому, чтобы считать, что наличие гелиоприставки создаёт условия для увеличения срока службы и повышает надёжность работы оборудования.