Особенности работы солнечного коллектора

 Солнечные коллекторы помогают использовать природные ресурсы и снизить потребление отопления и электричества. Энергию солнца человек может получать абсолютно бесплатно, а коллектор превращает ее в тепло, которое затем передается определенному носителю. Коллекторы широко используются для обеспечения помещений отоплением и горячей водой в самых различных целях. Кроме того, эффективность такого оборудования значительно выше, чем, например, солнечных батарей, которые также стремительно растут в популярности.

Как работает коллектор

Главным элементом коллектора является абсорбер, который поглощает солнечную энергию. Солнечный свет попадает в него и преобразуется в тепло, которое выводится специальными медными трубками, заполненными легко закипающей жидкостью. Тепло уже передается непосредственно в теплообменник, например, бойлер, что позволяет получить горячую воду. Неиспользованная вода хранится в накопителе и периодически циркулирует через коллектор, поднимая температуру до нужного уровня.

Абсорбером часто выступает медь или алюминий. Для больших площадей, например, бассейнов абсорбер делают из искусственных материалов, которыми могут быть полиэтилен, полипропилен.

Существует два вида солнечных коллекторов: плоский и вакуумный, которые немного отличаются принципом работы.

Плоский коллектор

Такое устройство выглядит как толстое стекло черного цвета. Сторона коллектора, которая примыкает к крыше, сделана из утеплителя. В качестве него обычно используют слой стекловаты толщиной около 10 см. Сверху утеплителя находятся медные трубы, по которым бежит антифриз. Главная абсорбционная пластина расположена на трубах. Всю конструкцию защищает ударопрочное стекло, которое хорошо пропускает коротковолновое излучение.

Плоский коллектор пользуется наибольшей популярностью. Его действие подобно парниковому эффекту. Чем больше энергии попадает через стекло, тем выше эффективность оборудования. Преимущества плоского коллектора:

1. Изоляция тепла происходит с двух сторон, благодаря утеплителю снизу и стеклу сверху.
2. Хорошее соотношение цены и мощности оборудования.
3. Разнообразие видов монтажа. Плоский коллектор может быть установлен на крыше, обособленно или встроено. Сложность состоит лишь в том, что конструкция должна быть поднята на место установки целиком, что затрудняет процесс транспортировки и монтажа.

Однако такие нагревательные конструкции существенно проигрывают в работе в холодное время года. Недостатком также можно назвать целостность конструкции, при повреждении которой часто приходится заменять полностью весь коллектор. Большая площадь стекла играет негативную роль при ураганах и сильных порывах ветра – конструкция может быть просто сорвана с креплений.

Вакуумный коллектор

Изоляция в таком устройстве достигается благодаря вакууму, который находится внутри многочисленных стеклянных трубок. Внутри трубок также находится пластина, поглощающая тепло и тепловая трубка, от которой тепло уже передается непосредственно теплоносителю. Наличие вакуума существенно снижает теплопотерю и делает коллектор такого типа более эффективным. Особенно важно это в условиях холода.

Преимущества вакуумного коллектора:

1. В вакуумном коллекторе теряется значительно меньше тепла, чем при использовании плоской модели.
2. Сохранение эффективности в морозные дни. Уже при температуре ниже 15 градусов тепла вакуумные конструкции значительно выигрывают у плоских, а при отрицательной температуре альтернативы им нет.
3. При повреждении одной из трубок остальные продолжают исправно работать.
4. Возможность заменить каждую вакуумную трубку по отдельности в случае неисправности.

Существует вакуумный плоский коллектор, который сочетает особенности двух моделей. Общий принцип конструкции остается подобным плоскому коллектору. Однако минимизация теплопотерь с абсорбера достигается путем создания вокруг вакуума. Продуктивность такого оборудования достаточно высока, поэтому и цена на него выше стандартных моделей плоского типа.

Абсорбирующие поверхности

Обычные абсорберы поглощают около 90% излучения. Они имеют черный цвет, который известен своим высоким коэффициентом поглощения. Часто на поверхность абсорбера наносят специальный лак, что способствует уменьшению потерь тепла. Лак наносится лишь на часть поверхности, в результате чего получается абсорбер с ограниченным покрытием. Последние разработки в этой области позволили получить слой, содержащий титан, при напылении которого удается практически полностью избежать потерь тепла.

Эффективность коллектора

Для определения эффективности работы коллектора имеют значение следующие показатели:

1. КПД - соотношение полученной солнечной энергии и полезной термической.
2. Тепловые потери.
3. Коэффициент превращения – доля солнечного излучения, принятого абсорбентом.

Качественное оборудование должно обладать высокими показателями превращения и низкой степенью потерь.

Циркуляция воды может осуществляться естественным способом или при помощи насоса. Общая схема нагрева воды выглядит так: холодная вода-нагрев коллектором- теплая вода-остывание, затем круг начинается заново. Вся нагревательная система состоит из коллектора, аккумуляторной емкости (бака) и дополнительных приборов. При естественной циркуляции холодная вода из накопительной емкости подается в коллектор, где она нагревается и опять выходит в исходный сосуд.

Принудительная циркуляция осуществляется с помощью насосов. Они начинают работать, если датчики, установленные в определенных местах, фиксируют заниженную температуру. Если исходная жидкость достигает нужной температуры, обогрев прекращается.

Эффективность работы коллектора увеличивается, если он расположен под прямыми солнечными лучами максимально возможное количество времени дня. Для этого оборудование нужно установить под правильным углом наклона. Стандартной установкой считается поворот коллектора в южную сторону под углом 45⁰ к горизонту.

Необходимая площадь системы коллекторов зависит от многих факторов. Лучше всего ее посчитает специалист, поэтому перед покупкой стоит обязательно получить консультацию профессионалов. Они посоветуют не только наиболее подходящую конструкцию коллектора, но и учтут особенности установки всей нагревательной системы и климатические условия. На 4 взрослых необходимо приблизительно 6 м₂ нагревательного оборудования и накопительный резервуар (бойлер), объемом до 300 л. Если вода нагревается еще и для отопительных нужд, то площадь коллектора и объем накопителя увеличивают.

Выбор коллектора

Для выбора наиболее подходящего оборудования необходимо сначала определиться со своими целями, финансовыми возможностями и учесть особенности расположения всей нагревательной системы.

Очень важно ориентироваться на температурную зону, в которой будет установлен коллектор, а также на особенности положения здания и погодные условия.

Солнечные коллекторы – достаточно дорогое оборудование. Фактор цены может сыграть свою роль при выборе подходящей модели. Плоские коллекторы стоят в несколько раз дешевле вакуумных. Также на цену может влиять материал, из которого сделан абсорбент. Оборудование с искусственным поглощающим слоем – одно из самых недорогих.

Для эффективной работы важен не только сам коллектор-прибор, но и правильная установка всей нагревательной системы. Все составляющие должны быть качественными и правильно смонтированы.

Солнечные коллекторы способны значительно облегчить повседневный быт и снизить затраты на отопление и горячую воду. Автономность и экономия – две главные причины, по которым люди все чаще устанавливают себе подобные нагревательные системы. Многие специалисты рекомендуют устанавливать системы вакуумного типа. Несмотря на высокую стоимость вложений они быстро окупаются, а коллектор прослужит долгие годы.