Устройство и принцип работы солнечного коллектора. Устройство солнечного коллектора
Солнечный коллектор - устройство и виды
Солнечный коллектор - это такое устройство, которое предназначено для сбора и преобразования тепловой солнечной энергии, она переносится видимым светом и инфракрасным излучением. Принцип действия такого приспособления заметно отличается от принципов работы солнечных батарей. Солнечный коллектор не производит электрическую энергию, он лишь осуществляет нагрев теплоносителей. Фактически, это приспособление можно назвать простым источником тепловой энергии. На данный момент есть два основных типа такого прибора, как солнечный коллектор: вакуумный и плоский. Основной характеристикой любого подобного устройства является коэффициент поглощения. У коллекторов он составляет 95-98 процентов, что очень много.
Вакуумный солнечный коллектор может обеспечить сбор излучения Солнца фактически в любую погоду. Его работа и КПД (коэффициент полезного действия) не зависят от внешней температуры. Основное преимущество такого устройства - это возможность его полноценной работоспособности даже при отрицательных температурах. Это очень важно для северных стран и регионов. Также вакуумный солнечный коллектор может быть по конструктивному исполнению и способу, которым нагревается вода, сезонным и внесезонным.
В сезонной системе бак накопитель и вакуумные стеклянные трубки монтированы под одну рамку. Трубки непосредственно входят в накопительный бак благодаря уплотнительному резиновому кольцу. Вода в вакуумных трубах нагревается. Вследствие ее естественной циркуляции горячие слои начинают подниматься в бак. К водопроводу такой солнечный коллектор подключается через запорные клапаны, которые и поддерживают уровень воды в накопительном баке. Горячую воду из накопительного бака вполне можно использовать на любые бытовые нужды. Преимуществом такой системы является ее удобство и надежность, поэтому довольно просто в домашних условиях сделать и эксплуатировать самодельный солнечный коллектор подобного типа. Однако использовать такие устройства в условиях умеренного климата можно, где-то начиная с середины весны и до начала осени, до наступления ночных заморозков.
Всесезонные или же разделительные коллекторы немного сложнее ввиду их универсальности. Принцип их действия напоминает работу установок центрального отопления. Такая закрытая система, в отличие от сезонной, работает только под давлением водопровода. В таком солнечном коллекторе применяют специальные вакуумные трубки, которые могут работать при очень низких температурах (до –40 °С) и под давлением водопровода.
Сам коллектор и накопительный бак расположены отдельно и соединены между собой трубопроводом. Коллектор обычно монтируют на крыше здания, а бак-накопитель находится внутри. Такую систему иногда называют сплит-системой. Работа всей системы такого устройства, как вакуумный всесезонный солнечный коллектор, автоматизируется специальными контроллерами. Теплоноситель принудительно циркулирует в системе. Для этого применяют специализированные циркуляционные насосы.
fb.ru
Солнечный коллектор: устройство, конструкция, монтаж
Солнечный коллектор – устройство, которое получает энергию от Солнца, преобразовывает ее в тепловую, которая передается по теплоносителю для обогрева дома, бассейна или используется для подогрева воды. Подогрев воды – одно из наиболее перспективных направлений в использовании солнечных коллекторов. Во-первых расход горячей воды остается практически неизменным в течении всего года. Во-вторых солнечный коллектор даже в холодные месяцы способен поднимать температуру воды на 50…60%, а в летние – на все 100%. В-третьих, в жаркие летние месяцы можно полностью отказаться от подогрева воды с иcпользованием газа или электроэнергии. Обогрев помещений необходим не круглый год, поэтому более рационально использовать солнечные коллекторы именно для подогрева воды, а в качестве дополнительного источника тепла коллекторы подключать лишь при низкой температуре.
Солнечный коллектор состоит из покрытого избирательного абсорбера (алюминиевых или медных пластинок или трубок), поглощающего солнечные лучи и преобразующего солнечную энергию в тепловую, размещенного в термоизолированном ящике с прозрачными стенками. Через абсорбер коллектора протекает теплоноситель (смесь воды и антифриза), который циркулирует между коллектором и резервуаром с горячей водой. Тепловая энергия посредствам насоса переносится из коллектора в резервуар. Для прозрачного покрытия солнечного коллектора используют безосколочное стекло, обладающее высоким коэффициентом пропуска солнечных лучей. Ко всему прозрачное покрытие коллектора способствует отводу тепла через процесс конвекции. Стекло вместе с корпусом защищает абсорбер от неблагоприятных погодных условий. Для корпусов применяют оцинкованную сталь или алюминий. На обратной стороне и стенках абсорбера размещают теплоизоляционный слой (минеральная вата, стекловата или пена из полиуретана), существенно сокращающий потери тепла.
Система солнечной установки на основе солнечного коллектора состоит из следующих элементов: - расширительного бака; - солнечного регулятора; - датчиков температуры жидкости в коллекторе и резервуарах; - системы подключения к холодной воде; - циркуляционного насоса; - водостока горячих вод.
Вакуумный солнечный коллектор. Устройство и принцип действия
Абсорбер в солнечном коллекторе – металлические трубки или пластины, покрытые специальным напылением черного цвета. Как известно, черный цвет лучше всего поглощает солнечные лучи. Абсорбер для большей эффективности покрывается никелем, черным никелем, хромом или слоем, состоящим из титана-оксида-нитрида.
Конструкция солнечных коллекторов
Конструктивно выделяют два вида солнечных коллекторов: плоские и трубные. В плоских коллекторах абсорбер изготавливается из плоских пластин, внутри которых циркулирует теплообменник. В трубных коллекторах абсорбер представляет собой трубки, размещенные в стеклянных вакуумных ударопрочных трубках или закрытых стеклом. В процессе нагрева жидкость внутри трубок испаряется, а образовавшийся пар, поднимаясь по тепловым трубам, подает в сборную трубу через теплообменник.
Установка и монтаж солнечных коллекторов
Как уже отмечалось, солнечная энергия абсолютно бесплатна. Однако оборудование, которое способно преобразовать энергию Солнца, все еще достаточно дорогое. Не смотря на это, солнечные коллекторы все чаще можно встретить на крышах жилых домов. Причина этого - мизерные затраты на работу и обслуживание насоса для теплообменника при эксплуатации. Кроме того, такая энергия абсолютно безопасна для окружающей среды из-за отсутствия вредных выбросов и практически неиссякаема. Простота конструкции солнечного коллектора позволяет создать такую систему из подручных средств.
Солнечный коллектор для обогрева своими руками
ukrelektrik.com
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
