Особливості роботи сонячного колектора

 Сонячні колектори допомагають використовувати природні ресурси та зменшувати витрати на опалення та електроенергію. Енергію сонця людина може отримати абсолютно безкоштовно, а колектор перетворює її в тепло, яке потім передається певному носію. Колектори широко використовуються для забезпечення приміщень опаленням і гарячою водою для самих різних цілей. Крім того, ефективність такого обладнання набагато вища, ніж, наприклад, сонячних батарей, які також стрімко ростуть в популярності.

Як працює колектор

Основним елементом колектора є абсорбер, який поглинає сонячну енергію. Сонячне світло потрапляє в нього і перетворюється в тепло, яке виводиться спеціальними мідними трубками, заповненими легкою до кипіння рідиною. Тепло вже передається безпосередньо в теплообмінник, наприклад, бойлер, що дозволяє отримати гарячу воду. Невикористана вода зберігається в накопичувачі і періодично циркулює через колектор, підвищуючи температуру до бажаного рівня.

Абсорбером часто виступають мідь або алюміній. Для великих площ, наприклад, басейнів абсорбер роблять із штучних матеріалів, якими можуть бути поліетилен, поліпропілен.

Існують два типи сонячних колекторів: плоскі і вакуумні, які трохи відрізняються від принципу роботи.

Плоский колектор

Такий пристрій виглядає як товсте скло чорного кольору. Сторона колектора, яка прилягає до покрівлі, виготовлена з теплоізоляції.  В якості якої зазвичай використовують шар скляної вовни товщиною близько 10 см. Зверху теплоізоляції знаходяться мідні труби, по яким біжить антифриз. Головна абсорбційна пластина розташована на трубах. Всю конструкцію захищає ударостійке скло, яке добре пропускає короткохвильове випромінювання.

Плоский колектор користується найбільшою популярністю. Його діяльність подібна парниковому ефекту. Чим більше енергії потрапляє через скло, тим вище ефективність обладнання. Переваги плоского колектора:

1. Ізоляція тепла відбувається з обох боків, завдяки теплоізоляції знизу і склу зверху.
2. Хороше співвідношення ціна і потужності обладнання.
3. Різноманітність видів монтажу. Плоский колектор може бути встановлений на даху, окремо або вбудований. Складність полягає тільки в тому, що конструкція повинна бути піднята на місце встановлення цілком, що ускладнює процес транспортування і монтажу.

Однак такі нагрівальні конструкції значно програють під час роботи в холодну пору року. Недоліком також можливо назвати цілісність конструкції, при пошкодженні якої часто необхідно замінити повністю весь колектор. Велика площа скла відіграє негативну роль при ураганах і сильних поривах вітру - конструкція може бути просто відірвана від кріплень.

Вакуумний колектор

Ізоляція в такому пристрої досягається завдяки вакууму, який знаходиться всередині численних скляних трубок. Всередині трубок також знаходиться пластина, яка поглинає тепло і теплова трубка, від якої тепло вже передається безпосередньо теплоносію. Наявність вакууму значно знижує втрату тепла і робить цей тип колектора більш ефективним. Це особливо важливо в холодних умовах.

Переваги вакуумного колектора:

1. У вакуумному колекторі втрачається набагато менше тепла, ніж при використанні плоскої моделі.
2. Збереження ефективності в морозні дні. Вже при температурі нижче 15 градусів тепла вакуумні конструкції значно виграють у плоских, а при негативній температурі альтернатива їм нема.
3. Якщо одна з трубок пошкоджена, інші продовжують справно працювати.
4. Можливість заміни кожної вакуумної трубки окремо у випадку несправності.

Існує вакуумний плоский колектор, який поєднує в собі риси двох моделей. Загальний принцип конструкції залишається подібним плоскому колектору. Однак, мінімізація втрат тепла від абсорбера досягається шляхом створення навколо вакууму. Продуктивність такого обладнання досить висока, тому і ціна на нього вища, ніж у стандартних моделей плоского типу.

Абсорбуючі поверхні

Звичайні абсорбери поглинають близько 90% випромінення. Вони мають чорний колір, який відомий своїм високим коефіцієнтом поглинання. Часто на поверхню абсорбера наносять спеціальний лак, що сприяє зниженню тепловтрат. Лак наноситься тільки на частину поверхні, в результаті чого отримується абсорбер з обмеженим покриттям. Останні розробки в цій галузі дозволили отримати шар, який містить титан, при напиленні якого вдається практично повністю уникнути тепловтрат.

Ефективність колектору

Для визначення ефективності роботи колектора мають значення наступні показники:

1. ККД – співвідношення отриманої сонячної енергії та корисної теплової.
2. Втрати тепла.
3. Коефіцієнт конверсії - це частка сонячного випромінювання, що приймається абсорбером.

Якісне обладнання повинно мати високі показники конверсії і низьку ступінь втрат.

Циркуляція води може здійснюватися природним шляхом або за допомогою насосу. Загальна схема нагріву води виглядає так: холодна вода-нагрів колектором-тепла вода-охолодження, потім коло починається заново. Вся опалювальна система складається з колектора, акумуляторної ємності (баку) і додаткових приладів. При природній циркуляції холодна вода з накопичувальної ємності подається в колектор, де вона нагрівається і знову повертається до первинної ємності.

Вимушена циркуляція здійснюється за допомогою насосів. Вони починають працювати, якщо датчики, встановлені в визначених місцях фіксують занижену температуру. Якщо вихідна рідина досягає заданої температури, то нагрівання припиняється.

Ефективність роботи колектора збільшується, якщо він знаходиться під прямими сонячними променями максимально можливий час на протязі дня. Для цього обладнання необхідно встановити під правильним кутом. Стандартною установкою рахується повернення колектора на південну сторону під кутом 45⁰ до горизонту.

Необхідна площа систем колекторів залежить від багатьох факторів. Краще всього її розрахує фахівець, тому перед покупкою необхідно обов’язково отримати консультацію професіоналів. Вони порадять не тільки найбільш підходящу конструкцію колектора, але і врахують особливості монтажу всієї опалювальної системи та кліматичних умов. На 4 дорослих необхідно близько 6 м₂ нагрівального обладнання і накопичувальний резервуар для зберігання (бойлер), об'ємом до 300 л. Якщо вода нагрівається ще і для опалювальних потреб, то площа колектора і обсяг накопичувача збільшується.

Вибір колектора

Для вибору найбільш підходящого обладнання необхідно з початку визначити свої цілі, фінансові можливості та враховувати особливості розташування всієї нагрівальної системи.

Дуже важливо зосередити увагу на температурній зоні, в якій буде встановлено колектор, а також на особливості розташування будівлі і погодні умови.

Сонячні колектори - досить дороге обладнання. Ціновий чинник може відігравати певну роль у виборі підходящої моделі. Пласкі колектори коштують в кілька разів дешевше вакуумних. Також на ціну може впливати матеріал, з якого виробляється абсорбент. Обладнання з штучним поглинаючим шаром - одне з самих дешевих.

Для ефективної роботи важливий не тільки колектор-прилад, а й правильна установка всієї нагрівальної системи. Всі складові повинні бути якісними і правильно змонтовані.

Сонячні колектори можуть значно полегшити повсякденний побут і знизити витрати на опалення та гарячу воду. Автономія та економічність - дві головні причини, чому люди все частіше встановлюють собі аналогічні нагрівальні системи. Багато фахівців рекомендують установку систем вакуумного типу. Незважаючи на високу вартість інвестицій, вона швидко окупиться, а колектор буде служити протягом багатьох років.