Солнечный коллектор

Солнечные коллекторы

   Солнечные коллекторы - самые эффективные на сегодня устройства по использованию энергии солнца. Если фотоэлектрические панели используют лишь 14-18% от поступающей к ним энергии солнца, то эффективность солнечных коллекторов 70-85%. Основной принцип работы заключается в том, что солнечные коллекторы захватывают тепловую энергию, концентрируют и направляют для использования человеком.

Типы солнечных коллекторов-нагревателей

   Воздушные солнечные коллекторы

   Идея очень проста и логична - используется парниковый эффект. Солнечный свет (ультрафиолет, видимый свет, коротковолновое инфракрасное излучение) проходят сквозь прозрачный материал (стекло, поликарбонатные плоскости, полиэтиленовая или поливинилхлоридная [ПВХ] плёнка), под которой свет поглощается чёрным теплоприёмником. Теплоприёмник нагревается солнечным светом и нагревает воздух под стеклом. Этот нагретый воздух и используется для воздушного отопления.

   Широко известны так называемые биосолярные, солнечные дома. Крыши, стены таких домов строятся как многослойные конструкции: наружные стены прозрачные, средняя (как правило, несущая) стена выполняет роль аккумулятора тепла, а внутренняя - теплоизолирующая, от излишне горячей аккумулирующей стены.

   Подвижные, ориентируемые на солнце, солнечные коллекторы

   Так как прямое солнечное излучение имеет приблизительно в 2,5 раза большую мощность, чем рассеянный свет, то самыми эффективными должны были бы быть солнечные коллекторы, следящие за Солнцем. Тем более что диффузный свет обычно неравномерен по площади неба, его максимум - обычно в направлении солнца. Исключение составляет погода, когда наблюдаются сильный туман, сплошная облачность.

   Существует три подхода ориентации солнечных коллекторов. Первый - поворачиваются зеркала (например, солнечные башни), второй - поворачивается за солнцем сам солнечный коллектор, третий - поворачивается зеркало вместе с нагреваемым элементом, например - параболические концентраторы. Но во всех этих случаях выгода использования солнечных коллекторов, ориентированных оптимально на солнце, не так велика – потому, что зеркала и следящие системы очень дороги.

   Плоские солнечные коллекторы

   Вообще история солнечных коллекторов началась с простого застеклённого черного ящика. Это самый распространённый тип - так называемые плоские солнечные коллекторы. Они неподвижны и, на первый взгляд, должны быть очень дёшевы. Однако их эффективность ограничена геометрией - они работают, когда солнце падает на их поверхность под углом больше 30 градусов, то есть летом - приблизительно 8 часов в сутки, а их эффективная площадь (площадь, перпендикулярная к солнечным лучам) в среднем за эти 8 часов составляет около 0,7 от площади остеклённой поверхности.

   Трубчатые солнечные коллекторы

   Нагревающийся от солнечного света элемент - чёрная труба, с циркулирующим теплоносителем заключена для теплоизоляции в стеклянную трубу.

   Трубчатые солнечные водонагреватели иногда ошибочно относят к типу "плоских", однако это не так: светопоглощающие трубки - круглые, и их площадь, обращенная к солнцу, (если смотреть в вертикальной плоскости) остаётся постоянной в период с 7 до 17 часов астрономического времени. Впрочем, это зависит от соотношения диаметра трубок и расстояния между ними. Трубки имеют очень большую площадь, с которой принятое солнечное тепло уносится в атмосферу

   Вакуумные солнечные коллекторы, трубчатого типа

   Прозрачные трубки-преобразователи расположены так же, как и в обычных трубчатых коллекторах. Вакуум в трубках солнечных коллекторов этого типа - просто для теплоизоляции чёрной светопоглощающей трубки с водой, как правило, расположенной коаксиально внешней стеклянной трубке-оболочке.

   Солнечные коллекторы-концентратор

   Главное отличие солнечных коллекторов-концентраторов от обычных солнечных коллекторов - наличие рефлектров (отражателей, зеркал), которые фокусируют солнечный свет с большой площади на светопоглощающем элементе. Таким образом, увеличивается мощность потока лучистой солнечной энергии, направленной к светопоглощающему элементу, на единицу его площади. За счёт увеличения плотности потока солнечной энергии достигается уменьшение площади световоспринимающего элемента, снижение его стоимости. В солнечных коллекторах концентраторах применяются параболоцилиндрические концентраторы (в этом случае приёмник солнечной энергии - труба, находящаяся в фокусе оптической системы) или параболические концентраторы, фокусирующие солнечный свет в точку. Часто в солнечных коллекторах-концентраторах применяются устройства слежения.

   Широкое распространение, как самые эффективные и оптимальные «цена – производительность» на сегодняшний день, получили плоские и вакуумные солнечные коллекторы.

   Нагревательная установка на основе плоского или вакуумного солнечного коллектора  

   Солнечная водонагревательная установка состоит из собственно солнечного коллектора, теплообменного контура и аккумулятора тепла (бака с водой). Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель (жидкость). Теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдает затем тепловую энергию воде через теплообменник, вмонтированный в бак-аккумулятор. В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до момента ее использования, поэтому он должен иметь хорошую теплоизоляцию. В первом контуре, где расположен солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя. В бак-аккумулятор может устанавливаться электрический нагреватель-дублер. В случае понижения температуры воды в баке-аккумуляторе ниже установленной (продолжительная пасмурная погода или малое количество часов солнечного сияния зимой) нагреватель-дублер автоматически включается и догревает воду до заданной температуры.