Как работает солнечный коллектор-водонагреватель? Принцип солнечного коллектора
Вакуумный солнечный коллектор принцип работы
Как работают солнечные коллекторы различных видов
Принцип работы солнечных коллекторов основан на трансформации лучистой энергии солнца в тепловую энергию. Происходит это путем нагревания циркулирующего в коллекторе теплоносителя (чаще всего воды, иногда – антифриза) и последующей передачи накопленного тепла. Иными словами, солнечный коллектор работает как своего рода водонагреватель, что и определило его сферу применения (ГВС частных домов, отопление).
Общий принцип водонагрева
Существуют различные виды гелиоколлекторов, однако в водонагревательных установках все они работают по одной схеме. Солнечные лучи нагревают теплоноситель, который по тонким трубкам поступает в заполненный водой бак. Трубки с теплоносителем проходят через весь внутренний объем бака и нагревают находящуюся в нем воду. В дальнейшем эта вода расходуется на бытовые нужды (отопление, ГВС и т.д.). Температура воды в баке контролируется специальными датчиками, при ее охлаждении ниже заданного минимума автоматически включается резервный подогрев (обычно – газовый или электрокотел).
Такова общая схема работы всех солнечных водонагревательных установок. Что же касается работы плоских и вакуумных коллекторов, то, несмотря на единый принцип действия (нагрев теплоносителя от солнца и последующую отдачу тепла), в их работе много различий.
Плоские коллекторы
Плоский солнечный коллектор нагревает теплоноситель при помощи пластинчатого абсорбера. Устроен он довольно просто. По сути, это пластина теплоемкого металла, выкрашенная сверху в черный цвет специальной краской. К нижней поверхности пластины плотно прилегает (приваривается) змеевидная трубка, по которой и циркулирует жидкость.
Черная селективная краска обеспечивает максимальное поглощение солнечных лучей, причем их отражение практически равно нулю. Поглощенные лучи прогревают теплоноситель под абсорбером, он, в свою очередь, подается далее в систему. Для минимизации теплопотерь применяются теплоизоляция абсорбера от корпуса коллектора и закаленное стекло, почти не содержащее окислов железа. Оно устанавливается над абсорбером и выполняет функцию верхней крышки корпуса. Кроме того, использование подобного стекла позволяет создать своеобразный «эффект парника», что еще больше увеличивает прогрев абсорбера, а значит, и температуру теплоносителя.
Вакуумные коллекторы
Принцип работы вакуумных коллекторов иной. Объясняется это прежде всего разницей в конструкции. Главным рабочим элементом в вакуумных моделях является не пластина абсорбера, а система вакуумированных трубок и теплосборник. Причем вариантов конструкций таких трубок несколько.
Тем не менее, несмотря на конструктивные различия, общая схема действия таких трубок фактически одинакова. Стеклянная поверхность поглощает максимум солнечных лучей благодаря специальному высокоселективному покрытию. Энергия солнца нагревает внутренний теплоноситель, а вакуумная прослойка ликвидирует теплопотери, так как вакуум – лучший изолятор. Через теплосборник аккумулированное тепло поступает далее в систему и используется для нагрева воды в баке-накопителе.
В целом коллектор этого типа обеспечивает более высокую производительность по сравнению с плоским аналогом.
Вакуумные трубки
Устройство классической вакуумированной трубки довольно просто. Она представляет собой двухстенную стеклянную колбу, между стенками которой создан вакуум. Внутри расположен медный сердечник (тепловой канал). Такая трубка называется «коаксиальной». Еще один вид — так называемые «перьевые трубки», одностенные колбы с вакуумом в самом тепловом канале.
Принцип работы вакуумной трубки зависит от особенностей строения ее теплового канала и от типа самой колбы. Каналы же, как и колбы, бывают двух видов, прямоточные и типа heat pipe.
Действие прямоточных каналов основано на непосредственном протекании теплоносителя через U-образную медную трубку. Охлажденная жидкость попадает в трубку из теплосборника, проходит через нее, нагревается и возвращается в теплосборник. Там она отдает накопленное тепло основному теплоносителю и возвращается в трубку.
Трубка heat pipe работает несколько иначе. Принцип ее работы основан на переносе тепла посредством легко испаряющейся жидкости, заключенной в тепловом канале. Сам канал (трубка) выполняется из теплоемкого металла (алюминий, медь). Солнечный свет нагревает жидкость, она испаряется из нижнего конца трубки и конденсируется в теплосборнике. Конденсат стекает вниз, где его вновь разогревает солнечный свет. Основной теплоноситель забирает тепло из теплосборника и передает его через коллектор дальше в систему.
Теплосборник
Помимо трубок, вакуумный солнечный коллектор оснащен теплосборником, которые необходим для передачи тепла от трубок к теплоносителю. Размещается теплосборник в верхней части агрегата. Принцип его работы следующий. Медный сердечник передает накопленную энергию основному теплоносителю, циркулирующему в замкнутом круге «теплообменник бака – коллектор». Циркуляцию обеспечивает специальный небольшой насос. Причем если температура теплоносителя упадет ниже определенного минимума (например, ночью), то управляющая автоматика водонагревательной системы отключит насос. Таким образом предотвращается обратный прогрев, при котором теплоноситель будет забирать тепло горячей воды в накопительном баке.
Воздушные коллекторы
Солнечный коллектор воздушного типа гораздо менее распространен. Применяется он не для подогрева воды, а для нагрева и кондиционирования воздуха. Роль теплоносителя в нем играет собственно воздух, нагреваемый солнечными лучами. По сути, данный коллектор представляет собой ребристую металлическую панель, выкрашенную в черный цвет. Принцип работы его основан на естественной или принудительной подаче в помещения воздуха, который прогревается под панелью под действием солнечных лучей.
Конструкция и принцип работы вакуумного солнечного коллектора
Коэффициент полезного действия такого типа коллекторов, при обеспечении высокой степени вакуума, составит около 98%. Как правило, установка солнечных вакуумных коллекторов производится на крыше объекта, что позволяет максимально полезно использовать ее площадь. Угол монтажа коллектора выбирается производно в диапазоне от 5 до 90 градусов. Минимальные значения угла наклона солнечного коллектора позволяют обеспечить циркуляцию теплоносителя. Срок использования вакуумных солнечных батарей достаточно высок и составляет более 20 лет. Вариантов у потребителя несколько: можно вакуумный солнечный коллектор купить либо изготовить своими руками. Цена вакуумных солнечных батарей вполне доступна, таким образом использование таких систем весьма целесообразно.
Конструкция и принцип работы вакуумного солнечного коллектора
Предназначение плоского вакуумного солнечного коллектора заключается в обеспечении аккумулирования солнечной энергии при любых погодных условиях и температуре окружающей среды.
Как работает коллектор?
- Одним из важнейших элементов конструкции является автоматизированный резервуар-теплообменник. способный преобразовывать, поддерживать и сохранять тепло, полученное при накоплении солнечной энергии, а также и от дополнительных источников энергии, которые используются для подстраховки работоспособности системы отопления в целом.
- Вода, нагретая до определенной температуры, из теплообменника, расположенного во внутреннем блоке, подается в радиаторы. использующиеся для системы отопления, при этом вода, находящаяся в резервуаре, поступает в бак для поддержания ГВС.
- Для контроля значений рабочей температуры блоков и выбора требуемого режима работы системы установлен блок управления. Он отвечает за поток энергии теплового носителя через теплообменник и определяет куда именно стоит направить тепло: на водоснабжение либо отопление.
- В ночное время суток автоматика поддерживает минимальные параметры работы системы и поддерживает значения установленной температуры.
- Основное преимущество использования вакуумных солнечных коллекторов для отопления дома — это их малая инерционность. При этом их использование позволяет обеспечивать горячее водоснабжение в течение года и отопление в холодный период, позволяющее экономить традиционно использующиеся источники получения тепловой энергии.
Схема и конструкция солнечного коллектора
вакуумный солнечный коллектор — схема и принцип работы
Основные блоки вакуумного коллектора: непосредственно вакуумный коллектор, резервуар-теплообменник и системный контроллер солнечных систем нагрева воды. Конструктивно вакуумный коллектор выполнен в виде трубчатых профилей, соединенных параллельными рядами. Как правило используются трубы конструкции ”стекло-стекло”, произведенные из боросиликатного стекла. Для покрытия внутренней трубы используется селективный слой, предназначенный для абсорбции солнечной энергии и устранения тепловых потерь. Функциональность таких труб позволяет их использовать при пасмурной погоде. При отрицательных температурах происходит преобразование в тепло как прямых, так и рассеянных солнечных лучей. Также для образования тепла используется природное ИК-излучение. Конструкция вакуумной трубы реализована по принципу термоса: она изготовлена из двух трубок различного диаметра, между которыми поддерживается вакуум. Вакуум обладает фактически нулевой теплопроводностью и обеспечивает высокий уровень термоизоляции.
- Вакуумные трубы во всесезонных системах имеют дополнительные термотрубки или тепловые трубки. Они представляются собой медные трубки, наполненные жидкостью с низкой температурой кипения. При непосредственном воздействием тепла происходит испарение жидкости. При этом забирается тепло самой трубки. Далее пар поднимается в расположенный выше наконечник, где происходит его конденсация и передача тепла тепловому носителю в основном контуре либо специальной жидкости, находящейся в отопительном контуре. Далее конденсат по стенкам стекает вниз и процесс возобновляется.
как работает солнечный коллектор
- Приемник коллектора как правило изготавливается из меди. При этом чаще всего применяется дополнительная полиуретановая изоляция. Приемник закрыт истом нержавеющего покрытия для дополнительной защиты. Передача тепла осуществляется посредством медной «гильзы» приемника. Отопительный контур отделяется от блока трубок, что позволяет поддерживать работу системы при поломке одной или нескольких трубок. Замена поврежденных трубок производится без слива используемой жидкости из рабочего контура.
- Резервуар-теплообменник выполняет функции бойлера и используется для аккумулирования и сохранения тепла. Резервуар, как правило, имеет внутри конструкции одну либо две спирали для теплообмена.
- Типичная конструкция системы как правило включает насос, манометр и клапан давления, кран для регулирования количества воды, различные соединительные механизмы и вентили, в том числе набор, обеспечивающий безопасное подсоединение резервуара к отопительной системе, вентиль безопасности давления в 6 атм. Бак дополнительно может быть оснащен электрическим нагревателем мощностью 1-3 кВт.
- Если требуется обеспечить единовременную подачу горячего водоснабжения и отопления, происходит распределение аккумулированной солнечной энергии. Когда заданное значение температуры достигается, подача тепла автоматически переводится на контур отопления. Настройки перераспределения тепла могут быть изменены в зависимости от времени года либо климатической зоны. К данной системе отопления могут быть подсоединены дополнительные отопительные приборы.
- Контроллер водонагревательных систем используется для задания значений температуры в резервуаре теплообменника и коллекторе, а также определения требуемого режима работы вакуумного солнечного коллектора согласно полученным данным.
- Основные функции контроллера заключаются в следующем: индикация температуры в основных блоках: коллекторе, резервуаре, индикация значения температуры в обратном потоке теплоносителя, задание температуры запуска, при которой используется принудительная циркуляция в теплоносителе, таймер пуска и остановки всей системы отопления, определение температуры и продолжительности работы функции дополнительного подогрева, задание минимального значения температуры, индикация датчиков, имеющих повреждения.
Типы гелиосистем
Выделяют два основных типа гелиосистем: сезонные, всесезонные или круглогодичные.
Вакуумные солнечные батареи, сконструированные на базе технологии прямой теплопередачи, относятся к сезонным системам. Принцип действия таких систем достаточно прост: вода из бака поступает в соединенные медные трубки, где нагревается и затем возвращается в контур.
Тепло в таком типе солнечных батарей передается воде без использования в работе дополнительных элементов и блоков. При этом требуется большой объем воды в контуре теплообменника (от 60 до 200 л). Основными преимуществами сезонных систем являются низкая стоимость при высоком КПД, составляющий до 98%. Это конечно при условии использования и покупки селективного покрытия для солнечных коллекторов .
К круглогодичным системам относят вакуумные солнечные батареи, в которых дополнительно установлены термотрубки. Принцип работы таких коллекторов схож с работой установок центрального отопления. Через коллектор и змеевик протекает специальная жидкость («незамерзайка»). Эта жидкость предназначена для забора тепла из медных трубок. Далее она поступает в бак, аккумулирующий тепло для непосредственного нагрева воды через змеевик. Процесс протекает до тех пор, пока значения температуры бака и теплового приемника не сравняются. Насос контролируется электроникой, датчики температуры при этом устанавливаются как в коллекторе, так и в баке-аккумуляторе. Давление в системе может быть выше требуемых значений при недостатке потребления воды. Расширительный бак также позволяет избежать подобных ситуаций.
Области применения гелиосистем многогранны и включают: обеспечение жилых помещений, социальных и культурных объектов горячим водоснабжением и отоплением. При этом экономия ресурсов достигает 50%. Используются в сочетании с «теплыми полами». Если вам требуется обеспечить ваш дом теплом, то вы можете купить вакуумный солнечный коллектор, либо сделать его своими руками. Стоимость вакуумных коллекторов для отопления дома достаточна высока, но продуктивность и энергоемкость таких систем компенсирует материальные издержки. При этом следует учитывать, что надежность коллектора, собранного и установленного профессионалами выше, чем у самодельного.
Навигация по записям
Солнечные коллекторы вакуумного типа
В поисках альтернативной энергетики для отопления частного дома были придуманы солнечные тепловые коллекторы. Это эффективные устройства, обладающие высокими качественными характеристиками, способные питать не только лампочку, но и осуществлять обогрев всех помещений за счет лучей. Гелиоустановки успешно применяются в странах с суровым климатом, согласно отзывам покупателей, встроенная автоматизация помогает эффективно эксплуатировать вакуумное оборудование в разных условиях, сохраняя нужную температуру воздуха и воды.
Принцип работы состоит в поглощении, накапливании и распределении энергии для потребностей владельцев частных домов. Гелиосистема оснащена собирательным устройством, контуром для теплообменника, аккумулятора, приемника и датчиков. Основной элемент изготовлен из медного сплава, изолирован полиуретаном и анодированным алюминиевым покрытием. Именно через поглотитель начинается подача тепла.
Действие происходит за счет движения жидкости через верхнюю часть оборудования. В процессе осуществляется забор энергии от наконечников из меди. Носитель нагревается в змеевике – такой замкнутый цикл идет до тех пор, пока его температура не будет превышать показатель воды в накопителе. Время работы вакуумного солнечного коллектора и качество отопления зависит от продолжительности светового дня и особенностей погоды.
Конструкция напоминает принцип термоса: у отдельных элементов прозрачная поверхность, что позволяет собирать излучение. На внутреннюю сторону деталей нанесено специальное покрытие, способствующее увеличению эффекта поглощения. Между слоями коллектора находится вакуумное пространство, за счет которого вода всегда сохраняется в жидком виде, не замерзает даже при -30°C и аккумулирует тепло в пасмурную погоду и в ночное время суток, что способствует бесперебойному отоплению.
Хитрый счетчик, сберегающий электроэнергиюОкупается за 2 месяца!
Разновидности солнечных батарей
Классификация гелиосистем происходит по конструктивным особенностям трубок и типу теплового канала, используемого в качестве приемника:
1. Коаксиальная модель вакуумного солнечного коллектора для отопления дома представляет собой двойную колбу из стекла, в полости которой откачан воздух. На поверхность нанесено абсорбирующее покрытие, поэтому передача энергии происходит от самой трубки.
2. Перьевая конструкция является одностенной, пустота здесь расположена в пространстве теплового канала, часть которого вместе с накопителем интегрирована в колбу.
3. По способу циркуляции носителя термосифонные системы: горячая жидкость двигается в верхнюю часть прибора. Из-за разницы в плотности возникает гидростатическое давление. Если установить расширительный бак, появится самопроизвольный ход воды, скорость которой зависит от конструкции вакуумной трубки, интенсивности излучения и времени охлаждения в теплообменнике.
4. В системах с принудительной циркуляцией установлен маломощный насос, способствующий движению носителя. При этом потребляемая мощность значительно меньше получаемой энергии для обогрева частного дома.
5. Также существует различие по числу контуров. В самых простых коллекторах вода для отопления нагревается и расходуется из бака-накопителя.
6. Более сложные состоят из вакуумной трубки и элементов отбора жидкости. В устройстве находится незамерзающий и нетоксичный носитель с антикоррозийными и противопенными добавками. Такой метод надежно защищает оборудование от солей и накипи и способствует более долгой эксплуатации при отоплении.
Обзор моделей и их характеристики
На данный момент Китай держит лидерство по производству коллекторов, работающих на солнечной энергии. Согласно отзывам владельцев частных домов, отечественные изготовители также поставляют в продажу оборудование с хорошими характеристиками. Европейские устройства отличаются довольно высокой ценой, но со временем затраты на покупку и установку приборов вполне оправдываются. Наиболее известные компании выпускают следующие коллекторы:
Оборудование SZ47 и MZ58 из Китая предназначено для обеспечения горячей водой и отопления за счет всех типов энергии. Могут быть на крышах, имеющих достаточный запас прочности. Вакуумная трубка для солнечных коллекторов сделана из высококачественного боросиликатного стекла с трехслойным селективным покрытием. Манифольд, подставка и рама изготовлена из алюминиевого сплава, теплообменник – из меди, корпус обшит минеральной ватой и полиуретаном. Размер трубок составляет 60-2000 мм, количество – 10-30 штук, в зависимости от модели. Допустимо сопротивление ветра до 100 м/с, рабочее давление – 6 бар при скорости потока 3,5-8 л/м2/ч. Рекомендуется устанавливать под углом в 15-75°.
Сантехники: Вы будете платить за воду до 50% МЕНЬШЕ, с этой насадкой на кран
Коллекторы Дача и Универсал – наиболее известные приборы отечественного производителя. SCH-18 обладает высоким КПД с температурой в конденсате до 250°C. Колбы сделаны из красной меди, теплоноситель – жидкий. Отсутствие воды в вакууме обеспечивает устойчивость к промерзанию. Прочный корпус хорошо противостоит ветру. Трубопровод защищен манифольдом с полиуретаном. Резиновые противопылевые уплотнители не допускают попадания пыли и осадков.
Эффективно работают при температуре до -35°C, тип функционала – напорная система для отопления. Имеется контролер по управлению нагревателем, размер трубок – 1800 мм, объем бака – 135-300л, мощность ТЭНа – 1.5-2 кВт. Коллекторы изготовлены в соответствии с международными сертификациями, что обеспечивает их безопасность и надежность.
Вакуумные коллекторы немецкой компании. Модели CPC Star Azzuro, Titan Plus предназначены для ГВС и систем отопления. Корпус и элементы изготовлены из нержавеющей стали и алюминия, колбы – из боросиликатного стекла. На всю поверхность внутренней части нанесено селективное абсорбирующее покрытие. Параболический зеркальный концентратор собирает лучи по всей площади накопителя. Трубопровод изолирован минеральной ватой с алюминиевым ламинированием. Коллекторы быстро монтируются и могут подключаться к уже существующему оборудованию для обогрева частного дома. При интенсивности излучения в 400 Вт/м2 и температуре воздуха -10°C устройства обслуживают помещения с производительностью на 40 % больше, чем аналогичные приборы других типов.
Марки SCM 58 и STH 200 – наиболее востребованные вакуумные модели солнечных коллекторов совместного производства Китая и Нидерландов. В данных коллекторах для отопления используется принцип пассивной и активной циркуляции носителя. Трубки оснащены стальными гильзами для предотвращения коррозии. Каждая колба может функционировать в индивидуальном режиме, не останавливая гелиосистему для обогрева даже в случае неисправности. Жидкость интегрирована в трубки, присутствует эффект замыкания, исключающий потери тепла. Коллектор может работать под напором водопровода. Дневная производительность – 100-150 л при давлении в 12 атмосфер.
Немецкая компания, выпускающая Vitosol T-200, 300. Абсорбер встроен в стеклянную вакуумированную трубку. Благодаря надежной герметизации, обеспечивается длительное сохранение тепла. Тонкая пленка бария, напыленная на внутренней стороне колб, способствует максимальному аккумулированию энергии. Оборудование хорошо показывает себя в режиме стагнации, при длительных периодах без отбора излучения. Сухое подключение коммуникаций и встроенная автоматика повышают надежность работы коллектора для отопления. Для максимального накопления рекомендуется развернуть трубки в сторону солнца под углом.
Критерии выбора коллектора
Если в планы входит купить вакуумный коллектор для отопления, стоит обратить внимание на ряд нюансов, которые помогут определиться с моделью:
1. Для плоской крыши подходит трубчатая гелиосистема. При большой парусности она будет держаться прочно и устойчиво.
2. Изучая технические характеристики, нужно учесть количество трубок, их тип, размеры, площадь оборудования.
3. Также важно знать объем жидкости, габариты прибора, поверхность абсорбера, качество стекла колб и толщину изолятора.
4. Для расчета реальной производительности необходимо выяснить площадь отопления, количество теплопотерь, особенности климата, потребление горячей воды в сутки.
5. При приобретении коллектора также нужно учитывать дополнительные расходы на установку комплектующих: бака, аккумулятора и обменника.
Несмотря на довольно высокую стоимость, гелиоустановки получили большую заинтересованность, о чем свидетельствуют отзывы владельцев, которые воспользовались подобными системами отопления:
«В целях экономии пришлось обратить внимание на солнечные коллекторы для применения в частном пансионате. В сезон расход горячей воды довольно большой, понадобилось выбирать альтернативный способ подачи ГВС и обогрева. Китайский производитель Shentai предлагает купить технику по приемлемой цене, поэтому я остановился на их продукции, тем более, что отзывы, в основном, положительные. Согласно расчетам, мне рекомендовали необходимую мощность, доставили и монтировали все оборудование быстро. По сравнению с затратами на бойлер в каждом номере экономия получилась колоссальная. Недостатков и проблем в работе не наблюдалось».
Евгений Гончар, Краснодар.
«Сейчас все люди стараются перейти на более выгодный источник отопления. Доверившись отзывам, мы также заказали коллектор фирмы Paradigma для своего коттеджа. Сначала использовали, как запасной вариант, через год убедились в эффективности и полностью перешли на обеспечение дома гелиосистемой. Переживали, что трубки могут повредиться от непогоды или ветра, но они прочные, не боятся даже урагана. Благодаря системе накопления можно не волноваться по поводу прекращения работы. Недостатков не нашли, мы довольны своим выбором, хоть и цена немаленькая».
«Поставили коллектор от компании Анди Групп марки SCH-18, так как отзывы о фирме хорошие. Я не очень разбираюсь в технических особенностях, выбирал устройство муж. Но мне нравится, что оно проработало всего сезон, а экономия уже ощущается. Правда, в этом году было много солнца, поэтому накопление энергии практически не прерывалось. Единственный недостаток – не всегда хватает мощности, отопление функционирует хорошо, а с расходом горячей воды приходится быть сдержаннее, так как семья большая. Посмотрим, как коллектор покажет себя в дальнейшем».
«Я работаю в частном детском саду. Владелец два года назад установил на крыше гелиосистему Micoe. Постоянно требуется расход горячей воды и в помещениях должна быть оптимальная температура, а это приличные затраты. С новым оборудованием получается полностью обслуживать отопление, подавать горячую воду без перебоя, еще и нагревать бассейн. Даже ночью все системы функционируют отлично. Так как недостатков я не увидела, думаю купить такой же прибор для своего дома, тем более, что цена приемлемая. Только нужно почитать обзоры, чтобы выбрать подходящую модель».
У всех компаний существует свой диапазон цен на солнечные коллекторы вакуумного типа. При закладке бюджета на гелиосистему для отопления важно произвести предварительные расчеты и определиться с подходящим вариантом. Приблизительная стоимость указана в таблице:
Компания, производитель, модель
Отопление дома солнечным коллектором завоевывает все большую популярность, благодаря универсальности и эффективности. Изготовители разрабатывают новые технологии для улучшения характеристик, надежности и безопасности использования. Владельцы, которые установили системы на дома, уже успели оценить их качество, экономию и высокую производительность.
Автор:Сергей Исаев
Компания Rehau специализируется на производстве теплых полов уже много лет.
Промывка и опрессовка системы отопления – процедура, направленная на проверку.
О такой организации обогрева своих жилищ думает все большее количество.
Бойлеры косвенного нагрева
Обзор водонагревателей Thermex
Водяной теплый пол своими руками
Циркуляционный насос для систем отопления
Обзор теплоизоляции марки Техно-Николь
Копирование материалов сайта возможно в случае установки активной индексируемой ссылки на Obogrevguru.ru.
ПГ «Обогревгуру» Москва, Волгоградский проспект 47, к 511б (499) 611-34-45
obogrevguru © 2017
Источники: http://solarb.ru/kak-rabotayut-solnechnye-kollektory-razlichnykh-vidov, http://www.solnpanels.com/konstruktsiya-i-printsip-raboty-vakuumnogo-solnechnogo-kollektora/, http://obogrevguru.ru/solnechnye-kollektory-vakuumnogo-tipa.html
msklimat.ru
Принцип работы солнечного коллектора-водонагревателя
Принцип работы солнечного водонагревателя базируется на сборе тепловой энергии Солнца, которая переносится инфракрасным и видимым излучением. Это устройство используется непосредственно для нагрева теплоносителя (воды), а не выработки электрической энергии, как у солнечных батарей.
Коллектор может использоваться для подогрева воды, отопления, а некоторые разновидности устройств – для опреснения соленой воды и производства электроэнергии.
Принцип работы
Существует несколько разновидностей солнечных коллекторов. Два основных вида – плоский и вакуумный. Особенности функционирования каждого из них описаны ниже. В целом же принцип работы устройства довольно простой – солнечные лучи разогревают воду, которая затем подается в накопительный бак или систему отопления.
Основные элементы устройства:
- Поглощающая поверхность. Изготавливается из материалов, которые хорошо поглощают солнечную энергию с минимальными потерями. Современные материалы позволяют накапливать тепло даже в пасмурную погоду.
- Трубки для передачи теплоносителя (горячая вода). Обычно изготавливаются из меди или сшитого полипропилена.
- Теплоизоляционный материал. Им покрывают плоскую поглощающую поверхность, чтобы предотвратить охлаждение воды. В вакуумных коллекторах слой изоляции не требуется.
- Накопительный бак для сбора горячей воды. Он также покрывается теплоизоляцией, иначе потери тепла будут очень большими. В бак может быть встроен дополнительный нагреватель. Если коллектор используется одновременно для нагрева воды и отопления, тепловая энергия распределяется равномерно между баком и системой отопления.
- Контроллер. Устройство для управления всей системой. Контроллер автоматически включает дополнительный подогрев воды (если есть газовая горелка или электрический тэн) при ее охлаждении до определенного уровня, закрывает и открывает клапан бака, выбирает оптимальный режим работы для дня и ночи и т.д.
Также в комплект могут входить различные дополнительные элементы:
Плоский коллектор
Представляет собой герметичную пластину, в которой размещены все детали. Главный элемент конструкции – плоский абсорбер (поглощающая поверхность для сбора солнечной энергии). С одной стороны пластина покрыта стеклом с пониженным содержанием металлов, а с другой – слоем теплоизоляции. Чтобы повысить эффективность абсорбции, пластину под стеклом покрывают черной краской или специальным покрытием на основе оксида титана.
Внутри пластины находится система трубок из меди или сшитого полиэтилена. Про трубкам циркулирует теплоноситель, подводится холодная жидкость и отводится нагретая.
Для повышения эффективности работы используются специальные дополнительные покрытия. Например, это алюминиевый экран или листовая медь. В России такие дополнительные покрытия необходимы даже в южных регионах.
Если вода не движется по трубкам, она может нагреваться до 210 °C. Принцип работы такого устройства основан на парниковом эффекте. Солнечные лучи проникают через внешнее покрытие, нагревают теплоноситель и задерживаются в пластине. В результате излучать тепло начинает она сама.
Основные преимущества плоского коллектора:
- Легко самоочищаются от снега, инея, грязи.
- Относительная дешевизна базового комплекта.
- Отличное соотношение цены/количества энергии для регионов с теплым климатом.
- Установка под любым углом.
Вакуумный коллектор
Представляет собой ряд вакуумных тепловых трубок, закрепленных на алюминиевой раме параллельно друг другу.
Конструкция трубки похожа на термос. Во внутренней трубке находится теплоноситель. Между ней и внешней трубкой воздух откачан и создается вакуум. Именно он и препятствует охлаждению разогретой жидкости. Благодаря ему сохраняется до 95% аккумулированной энергии.
Трубки расположены под наклоном. Под воздействием солнечных лучей нетоксичная жидкость в нижней части трубки нагревается и поднимается вверх. Там пар конденсируется, отдавая тепло антифризу. Он протекает дальше по системе трубок и нагревает воду. Охлажденная жидкость опускается в нижнюю часть трубки, где снова нагревается и цикл повторяется.
Основные преимущества вакуумного коллектора:
- Эффективная работа при температуре до -30 °C и в пасмурную погоду.
- Отличное соотношение цены/количества энергии для холодных регионов.
- Низкая парусность.
- Низкие теплопотери.
- Простой монтаж.
Особенности установки
Плоские коллекторы могут устанавливаться практически под любым углом, а вакуумные – под углом не менее 20 градусов. Принимается во внимание угол падения солнечных лучей. Для максимальной эффективности работы всей системы лучи должны падать на коллектор перпендикулярно.
Советы по установке:
- Для северного полушария лучше всего ориентировать адсорбирующую поверхность на юг. Если нельзя этого сделать, нужно выбрать запад или восток.
- До заполнения системы теплоносителем необходимо затенять адсорбирующую поверхность, чтобы не допустить перегрева. Для предотвращения теплового удара теплоносителем заполняют только холодный коллектор.
- Для обвязки нельзя использовать стальные трубы с цинковым покрытием или обычные пластиковые. Солнечный коллектор работает постоянно, выключить его нельзя. При малом водоразборе жидкость может прогреваться до 200-300 °C. Для работы с настолько горячей жидкостью подходят трубы из нержавеющей стали или меди.
- Материал крепежа и теплоизоляции, которые будут соприкасаться с горячим контуром, также должен выдерживать перепады температур.
- На скатной крыше коллектор обычно устанавливают параллельно кровле. При этом место установки не должно закрываться тенью в любое время суток. На плоской крыше используются подпорки.
- Плоские коллекторы не устанавливают в горизонтальном положении. Они обязательно должны быть расположены под наклоном. Вакуумные коллекторы допустимо устанавливать горизонтально, если не предусматривается длительных фаз стагнации (отбора нагретой воды).
- Коллекторы, которые должны быть встроены в кровлю, не устанавливаются горизонтально на крыше, вертикально на стене или где-то еще.
- Плоский коллектор имеет высокую парусность, поэтому при монтаже необходимо учитывать силу и направление ветра.
aeteh.ru
Устройство и принцип работы солнечного коллектора
Солнечный вакуумный водонагреватель обеспечивает сбор и преобразование солнечной энергии в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии у подобных устройств составляет 97%.
Энергию Солнца в дело
Вакуумные водонагреватели прямого нагрева
В таких системах стеклянные вакуумные трубки и бак-накопитель составляют единое целое и монтируются на одну раму. Трубки входят непосредственно в накопительный бак через уплотнительное кольцо. Вода, нагреваясь в вакуумных трубках, поднимается в бак за счёт естественной циркуляции. После чего она может быть использована для бытовых нужд.
Такие системы работают без давления. Подключение к водопроводу производится через запорный клапан, который поддерживает постоянный уровень воды в баке. Так как в качестве теплоносителя используется вода, такие водонагреватели можно использовать в период с мая по сентябрь, то есть до поры наступления ночных заморозков. Преимуществами водонагревателей такого типа являются простота конструкции, определяющая высокую надёжность и низкую стоимость, а также полная энергонезависимость.
Вакуумные водонагреватели косвенного нагрева
Принцип действия таких водонагревателей напоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, которая работает под давлением. Ещё такие системы называют всесезонными или раздельными. За счёт использования тепловых трубок в конструкции вакуумных коллекторов достигается большая эффективность при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.
Применяются вакуумные тепловые трубки HP (Heate Pipe). Это более продвинутый тип трубки, который может работать при низких, до -50°С температурах. Коллектор и бак-накопитель расположены раздельно и соединены трубопроводом. Для соединения используют медную или удобную в монтаже гофрированную трубу из нержавеющей стали, которая не боится разморозки.
Водонагреватель обычно монтируется на крыше, а бак-накопитель внутри здания. Теплоноситель циркулирует принудительно, для этого система использует электрические насосы, клапаны и контроллеры. И хотя подобная установка является энергозависимой, многолетний опыт эксплуатации показывает, что при использовании её в комплексе с солнечными электрическими панелями, обеспечивающими питание циркуляционного насоса, такая система может длительное время работать и при отключении электричества.
Системы с открытым контуром
Если через коллектор, в котором происходит передача тепла от вакуумных трубок, используется вода, которая циркулирует между ним и баком-накопителем, она называется системой с открытым контуром.
Такая схема наиболее проста и эффективна и снижает эксплуатационные расходы, однако солевые отложения и коррозия со временем могут вывести её из строя. Коллекторы с открытым контуром популярны в регионах с круглогодичными положительными температурами или при сезонном использовании. Хотя они и способны противостоять умеренно отрицательным (до -20°С) температурам без повреждения.
Системы с закрытым контуром
В этих системах косвенного нагрева теплоносителем первого контура является антифриз, который и передаёт энергию бытовой воде через теплообменник внутри бака-теплоаккумулятора. Они дороже, но при этом и более эффективны. Системы с закрытым контуром имеют хорошую защиту от замораживания, поэтому они безальтернативны для тех районов, где влияние отрицательных внешних температур носит продолжительный характер.
Солнечный коллектор
Через верхнюю часть коллектора протекает незамерзающая жидкость, которая отбирает тепло от медных наконечников вакуумных трубок и циркулируя через теплообменник бака-аккумулятора (бойлера), таким образом нагревает в нём воду.
Циркуляция антифриза в системе осуществляется посредством циркуляционного насоса. Его включением и выключением на основании показаний датчиков температуры, которые расположены на выходе коллектора, в бойлере и обратке системы отопления, управляет контроллер.
Цикл передачи тепла от коллектора к баку длится весь световой день, пока температура на выходе из коллектора выше температуры воды в баке. Тепловой контур отделен от трубок, поэтому при повреждении одной или нескольких из них коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, ведь сливать антифриз из контура теплообменника нет необходимости. Расширительный бак предохраняет систему от избыточного давления, возникающего при сильном нагреве теплоносителя.
Бак-аккумулятор тепла
Резервуар накопитель по своему устройству напоминает обычный бойлер. Он предназначен для накопления и сохранения тепла и обычно включает в себя одну или две внутренние спирали теплообменников. Сам бак выполнен из нержавеющей стали в пенополиуретановой изоляции в стальном корпусе. Если нагретая вода не расходуется, бак выполняет функцию теплоаккумулятора и хранит её нагретой, позволяя пользоваться горячей водой даже в тёмное время суток, когда солнечный коллектор не работает.
Получаемая в некоторые дни вода может иметь недостаточную из-за продолжительной пасмурной погоды или малого в зимнее время количества солнечных часов температуру. Поэтому в бак-теплоаккумулятор может устанавливаться дублирующий электрический автоматический водонагреватель мощностью 1-2,5 кВт. В случае снижения температуры в баке ниже установленной он автоматически включается и догревает воду до заданной температуры.
При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом помещения и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур. Такая последовательность работы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что с ней легко сочетаются другие нагревательные системы, например, контур ГВС отопительного котла.
Таким образом, активная система с закрытым контуром представляет собой комплексную автоматизированную систему преобразования и сохранения тепла, полученного как путём преобразования энергии солнца, так и других источников тепла.
Например, к ней легко можно подключить традиционный электрический или газовый водонагреватель, который страхует систему при неблагоприятных погодных условиях. Система обладает малой инерционностью и достаточно быстро выходит на рабочий режим, позволяя обеспечить горячее водоснабжение круглогодично, а сезонное отопление с экономией до 40% традиционного топлива в зависимости от географической широты местности и климатических условий.
Начало: Солнечный водонагреватель. Бесплатный источник тепла
domidei.ru
