Как работает коллектор солнечный: Как работает и как устроен солнечный коллектор на вакуумных трубках

Содержание

Как работает солнечный коллектор зимой


Как работает солнечный коллектор зимой – этот вопрос интересует любого, кто собирается установить гелиосистему. И он действительно важен. Ведь вкладывая свои средства вы должны знать, чего ожидать от купленного оборудования.

В этой статье мы рассмотрим особенности работы вакуумных и плоских коллекторов, их производительность и нюансы эксплуатации.

Осадки и наморозь

Когда у коллектора нет доступа к прямому солнечному свету, он перестает работать. Вакуумные коллекторы могут нагревать воду или теплоноситель от рассеянного света, но их эффективность при этом снижается. Плоским панелям нужно прямое солнечное излучение, иначе они нагревают воду намного хуже вакуумных трубок. Плоские солнечные панели лучше работают летом, а принцип работы вакуумного трубчатого коллектора позволяет более эффективно греть воду зимой.

Когда поверхность панели или трубок засыпает снегом, эффективность вакуумного солнечного коллектора падает до 10-15% от номинальной, а плоских панелей – до 0%.

То же самое касается инея.

В случае, если на коллекторе появляется наледь, он продолжает работать, так как она почти прозрачная и свет проникает на принимающую поверхность.

Еще одно отличие двух типов коллекторов в том, насколько они удерживают снег. С плоских панелей он легко сползает, а на вакуумных трубках задерживается, так как площадь сцепления с поверхностью больше и сама их форма этому способствует.

На вакуумные трубки часто намерзает иней и налипает снег, поэтому они нуждаются в регулярной очистке.

Температурные колебания

Качественные вакуумные трубки с напылением не отдают тепло, верхний слой не нагревается, поэтому от температуры воздуха их эффективность не зависит. Плоский солнечный коллектор отдает небольшое количество тепла в атмосферу, но оно не превышает 5% для качественных изделий.

Теплопотери обоих типов гелиосистем настолько малы, что ими можно пренебречь. Поэтому эффективность работы коллекторов не зависит от температуры.

У обоих типов коллекторов есть вероятность повреждения при сильных перепадах температуры. У некачественных плоских панелей есть вероятность появления трещин. Это приводит к небольшим теплопотерям. У плоских солнечных коллекторов хороших производителей такой риск отсутствует – их покрытие сделано из гибкого полимерного стекла.

Вакуумные трубки более подвержены колебаниям температур. При быстром нагреве стекло расширяется и не всегда равномерно. Особенно если часть трубок занесены снегом. За счет этого могут появиться трещины и разгерметизация стеклянных колб. В таком случае поврежденная трубка перестает работать.

Защититься от перепадов температур практически невозможно. Единственный вариант – покупать солнечные коллекторы у проверенных производителей и поставщиков. Важно отметить, что даже китайские производители без собственных торговых марок часто изготавливают качественную продукцию.

Обслуживание солнечных коллекторов зимой.

Плоские солнечные панели

Чтобы солнечный коллектор работал эффективно, его нужно чистить от снега, инея и наледи.

С плоским коллектором все просто – его можно очистить специальным скребком или пролить теплой водой.

Некоторые производители предлагают панели с системой оттаивания. Она может быть реализована по-разному, но чаще всего это дополнительный контур, через который при необходимости прокачивается горячая вода. Это небольшие энергозатраты, но с помощью такой системы нет отпадет нужда вручную чистить панели.

Вакуумный коллектор

Снег забивается между трубок, поэтому очистить их сложнее, чем поверхность плоского коллектора. На боковые стенки приходится до 20% поглощения солнечного света, а если коллектор с отражателем (рефлектором), то до 50%.

Вручную чистить вакуумные трубки сложнее чем плоскую поверхность. Чтобы облегчить этот процесс, можно закрыть коллектор корпусом с прочным стеклом – так можно упростить его очистку не потеряв производительность. Можно проливать его теплой водой, но стоит помнить что из-за перепада температур трубка может треснуть.

Как работает солнечный коллектор зимой с точки зрения эффективности?

По сравнению с летом, зимой эффективность работы вакуумного солнечного коллектора падает на 10-15%. Плоские панели работают хуже на 25-40%. Для наглядности приводим сравнительный график, на котором показано как работает солнечный коллектор зимой и летом в зависимости от его типа.

Сравнительный график, на котором показана эффективность плоских панелей и трубчатых вакуумных коллекторов в зависимости от времени года.

КПД работы солнечного коллектора зависит от уровня облачности. Если на улице солнечная погода, уровень инсоляции составляет 0,5-1 кВт/кв.м., при легкой облачности он падает до 0,1-0,2 кВт/кв.м., когда на небе темные тучи, до поверхности доходит 0,01-0,05 кВт/кв.м.

Большую роль играет продолжительность дня – зимой она в два раза меньше, чем летом. Соответственно, при самой хорошей погоде любой коллектор сможет только 50% того тепла, какое дал бы в летний сезон.

Чтобы улучшить коэффициент энергоэффективности солнечного коллектора, пожно оиспользовать его в паре с дополнительным оборудованием:

  • Тепловые насосы;
  • Газовые котлы;
  • Твердотопливные котлы;
  • Электрические обогреватели.

А для энергетической независимости нелишним будет установить альтернативные источники электроэнергии — солнечные батареи и ветрогенератор.

Как видим, эксплуатация солнечных коллекторов зимой связана с определенными сложностями. Но это не значит что они неэффективны. Просто, чтобы обеспечить отопление дома вакуумными коллекторами или солнечными панелями, нужно правильно подойти к расчету системы.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Солнечный коллектор зимой — Есть ли толк? (Оценка эффективности)

18.10.2019

Содержание:

  1. Как обеспечить нагрев воды от солнца в зимний период
    1. Стоит ли использовать солнечное отопление зимой
    2. Снег и солнечные коллекторы: отзывы, воздействие
    3. Может ли град повредить солнечные коллекторы зимой
    4. Как работает солнечный коллектор в мороз
    5. Нужен ли водонагреватель от солнца зимой?
    6. Отопление солнечными коллекторами: зарубежный опыт
  2. Как работает отопление дома солнцем в зимний период
    1. Насколько эффективен подогрев воды солнечной энергией зимой
  3. Так есть ли смысл покупать солнечный коллектор на зиму?

 

Постоянно растущая стоимость отопления в зимний период заставляет многих домовладельцев искать альтернативный источники энергии для горячего водоснабжения и отопительных систем. Для этой цели подходят твердотопливные котлы и тепловые насосы, но первым требуется топливо, а вторым электроэнергия, что не позволяет создать полностью автономную сеть обогрева воды. Есть ли третий вариант? 

Как обеспечить нагрев воды от солнца в зимний период

Наиболее экологически чистую и полностью бесплатную тепловую энергию обеспечивают солнечные коллекторы. Но у многих возникает вопрос, насколько эффективно отопление от солнца зимой и не возникнет ли с гелиоколлектором дополнительных проблем в наших климатических условиях? Разберем этот вопрос подробнее. 

Стоит ли использовать солнечное отопление зимой

Гелиосистемы, как и солнечные батареи работают за счет энергии солнечного света, поэтому монтируются на улице, в местах прямого (или почти прямого) падения лучей. Однако если на фотоэлектрическую трансформацию температура и окружающая среда практически не оказывают воздействия, то с солнечными коллекторами возможен ряд проблем. Больше всего покупателей беспокоят вопросы:

  • Снега;
  • Града;
  • Мороза.  

Развеем несколько мифов, касающихся влияния этих факторов на эффективность гелиоколлектора. 

Снег и солнечные коллекторы: отзывы, воздействие

Снег является основным врагом гелиосистем, поскольку преграждает доступ солнечных лучей к поверхности коллектора, из-за чего эффективность последнего значительно снижается. Как у вакуумных, так и у плоских моделей наблюдается падение производимой мощности от 3 до 5 раз, в зависимости от толщины снежного покрытия. 

Однако тут нужно добавить, что трубчатые коллекторы при небольших снегопадах и в условиях отсутствия мороза быстро самоочищаются за счет своей формы. Но наиболее эффективно противостоят снегу плоские модели, поскольку: 

  • Основная теплопотеря системы происходит через верхнюю панель и во время работы коллектор как-бы непроизвольно подогревает снежный пласт над собой;
  • В некоторых плоских моделях есть функция оттаивания, которая переводит часть аккумулированного тепла на повышение температуры верхней панели, что приводит к тому же результату, только быстрее.  

Да, снег сильно снижает КПД гелиосистем, но инженеры вводят всё новые способы решения этой проблемы. 

Может ли град повредить солнечные коллекторы зимой

Опасения по-поводу града напрасны для владельцев качественных трубчатых и плоских коллекторов, так как:

  • Качественные трубки производятся из закаленного стекла (в некоторых случаях — с дополнительным усилением), прочность которого на порядок выше, чем обычного;
  • Прозрачные панели плоских моделей делаются из армированного стекла или композитных материалов — пластика, стеклопластика (конкретные параметры защиты зависят от производителя).

Такие системы могут легко выдержать град различной интенсивности и величины, вплоть до среднего диаметра осадков 3-5 см. Многие производители демонстрируют видео обстрела своих коллекторов металлическими или каменными шариками, имитирующими град в качестве доказательства прочности. 

Как работает солнечный коллектор в мороз

Вторым серьезным фактором, влияющим на КПД гелиосистем является температура окружающей среды, но снижение эффективности в мороз характерно только для плоских коллекторов. Это вызвано тем, что сеть трубок с теплоагентом контактирует с внешней панелью, через которую уходит тепло. Чтобы снизить этот эффект, многие производители начали устанавливать изоляционный слой между прозрачной панелью и трубками. 

В трубчатых, между трубкой с теплоагентом и внешним прозрачным кожухом образовывается вакуум, который является плохим проводником тепла. Поэтому трубчатые модели демонстрируют минимум теплопотерь даже в мороз

Тут стоит отметить, что мороз может сыграть злую шутку с трубчатыми коллекторами при повышенной влажности и затянуть внешний стеклянный кожух изморозью, а это снизит число проникающих солнечных лучей. Но опасаться подобных ситуаций не стоит, поскольку: 

  1. Прозрачность изморози на несколько порядков выше, чем снега и она очень несущественно влияет на производительность.
  2. Изморозь уходит за несколько часов солнечной погоды, поэтому если на небосводе появится яркое солнце — оно быстро ее растопит, а если солнца нет, то КПД коллектора снизится вне зависимости от намерзшего слоя.  

 

 

 

В нашем каталоге более 50 моделей солнечных водонагревателей

 

 

 

Нужен ли водонагреватель от солнца зимой?

Если резюмировать влияние погодных факторов в условиях нашего климатического пояса: 

  • Количество солнечных дней зимой резко снижается;
  • Поверхность коллектора может покрываться снегом или изморозью; 
  • Плоские модели будут отдавать существенную часть тепла через внешние панели, особенно при сильных морозах.

Однако в холодное время года, можем отметить, что:

  • Коллекторы легко переносят перепады температур и осадки;
  • Их сложно повредить градом или льдом;
  • За полученное тепло не нужно платить;
  • При достаточном количестве солнца, КПД системы падает незначительно.

Если учесть, что у плоских коллекторов есть механизм для самоочищения от снега, то на их КПД влияет только количество солнечных дней и температура окружающей среды. В целом такая система будет выполнять нагрев воды солнцем, но ее эффективность в зимнее время падает в 3-4 раза.

Если для горячего водоснабжения можно рассчитать необходимый запас мощности и установить дополнительные модели, то применение солнечных нагревателей в отопительных системах возможно только в качестве дополнительного источника подогрева воды. 

Отопление солнечными коллекторами: зарубежный опыт

В странах Западной Европы, в частности Швейцарии и Германии (в регионах, расположенных примерно в той же широте, что и Украина) научились минимизировать падение КПД на отопительную систему дома за счет предварительного накапливания энергии. 

Эта технология используется в хорошо утепленных домах с предварительным инженерным планированием и предусматривает:

  • Монтаж в стенах и под полом системы отопительных труб;
  • Установку сети солнечных коллекторов и солнечных батарей;
  • Установку резервуара с большим водоизмещением (42 тонны или больше) на чердаке.

Дальше в межсезонный период, когда температура только начинает падать, а отопление еще не работает (август-сентябрь) система направляет всю энергию на подогрев воды в резервуаре до максимально возможной температуры. В дальнейшем эта вода будет использоваться для поддержания стабильной работы отопительной сети в пасмурные и холодные дни, когда эффективность коллекторов падает. 

Такая технология не является панацеей от падения КПД, но существенно продлевает срок автономной работы отопления и снижает расходы владельца. Правда, обходится такое оборудование недешево и в Украине подобные проекты пока не реализовывались. 

Как работает отопление дома солнцем в зимний период 

Солнечный водонагреватель зимой тоже используется для отопления дома (для этого даже разработаны специальные модели с незамерзающим теплоагентом). Это обусловлено процессом преобразования солнечной энергии в тепловую, включающим несколько этапов:

  1. Солнечные лучи проходят через внешнюю прозрачную панель/трубку и попадают на покрытие-абсорбатор;
  2. Абсорбатор активно вбирает прямые и рассеянные солнечные лучи даже в облачную погоду и передает преобразованное тепло на трубку с теплоагентом;
  3. Теплоагент (во всесезонных моделях — незамерзающий) закипает и проходит по змеевику в расширительный бак системы;
  4. В баке он передает полученное от абсорбера тепло воде и конденсируется, возвращаясь по змеевику в трубку под абсорбером.
  5. Цикл повторяется. 

Как можно видеть, этот механизм не зависит от температуры окружающей среды, поэтому может использоваться даже в холодное время года. На эффективность системы влияет количество и продолжительность солнечных дней, а в нашем климатическом поясе эти показатели хоть и сокращаются, но не падают до нуля, поэтому даже самой холодной зимой коллекторы будут работать (пусть и с пониженным КПД).

Насколько эффективен подогрев воды солнечной энергией зимой

Мощность работы солнечного коллектора рассчитывается в Вт на м² и напрямую зависит от солнечной активности в регионе и КПД самого устройства. Соответственно мощность вычисляется по формуле: м = а*к/100.

Где:

  • м — мощность;
  • а — солнечная активность;
  • к — коэффициент полезного действия. 

Количество солнечной энергии в широтах Украины составляет 1000-1200 Вт на м². Узнать КПД коллектора можно из его технического паспорта (хотя нужно учитывать, что фактический может отличаться от номинального).  

Если у нас есть плоский коллектор с КПД в 80%, то его мощность = 1200*80/100, то есть 960 Вт на м² площади. 

Так вот в зимний период (в зависимости от региона и погодных условий) из-за облачности и осадков солнечная активность над территорией Украины падает от 3 до 5 раз, то есть до 400-250 Вт. При таких условиях мощность того же коллектора будет составлять 360-200 Вт на м². И это при отсутствии длительного снежного покрова на поверхности коллектора. 

Фактически для бесперебойной работы системы зимой владельцу нужно обеспечить пятикратный запас мощности, что затруднительно, учитывая общую площадь и стоимость такого гелиоколлектора. 

Так есть ли смысл покупать солнечный коллектор на зиму?

Учитывая вышеизложенное, можем сделать вывод, что гелиоколлекторы хоть технически и способны работать в условиях зимы в нашем регионе, без существенных проблем для владельца, но не выдают достаточный КПД для полноценного отопления или обеспечения дома горячей водой.  

Это не значит, что солнечный водонагреватель бесполезен — летом такая установка может полностью нагреть воду солнцем, покрыть теплопотребности дома, а в зимнее время стать дополнительным источником энергии, снижая общую нагрузку на основную теплосеть. Эффективно обеспечить домохозяйство горячей водой для потребления и отопления в зимний период могут другие источники альтернативной энергии:

  • Тепловой насос;
  • Твердотопливный котел.

Подключение любого из них к сети, совместно с солнечным коллектором позволит существенно сэкономить на твердом топливе или электричестве, а в летний период установки можно полностью отключить, перейдя на полностью бесплатную энергию солнца.

 

 

 

Хотите узнать все тонкости выбора твердотопливного котла?

 

 

 

Принцип работы солнечного коллектора (в зависимости от его типа)

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.

Солнечные коллекторы — Как работает солнечный коллектор?

Солнечный коллектор — устройство для нагрева воды, за счет бесплатной солнечной энергии. Средняя мощность солнечного излучения составляет 1000 Вт/м2 . Солнечный коллектор способен поглощать до 90% излучения. В целом же КПД не превышает 75%.
Существует три основных типа солнечных водонагревателей: плоские солнечные коллекторы, вакуумные солнечные коллекторы типа «hit pipe» и вакуумные солнечные коллекторы типа «мокрая трубка». Рассмотрим принцип действия каждого из них.


Плоский солнечный коллетор

Внешне похож на толстое черное стекло. Коструктивно коллектор собирается на алюминиевой раме. На дне коллектора размещен теплоизолятор (обычно стекловата) для сохраннения поглощенного тепла. Поверх стекловаты расположены медные трубки припаяные к вышележащему слою абсорбирующего покрытия. Сверху конструкция плотно закрыта закаленным стеклом с высоким коэфициентом пропускания солнечного света.

Верхнее стекло имеет высокую пропускною способность для солнечного света (рис. б) (коэффициент пропускания 95%).

а) Спектр солнечного света

б) Спектр поглощения-пропускания стекла

в) Спектр излучения адсорбента


Адсорбирующее покрытие под лучами солнца нагревается и начинает излучать тепло (Рис. в) спектр которго на 95% стеклом не пропускается. Таким образом поглощенная энергия не рассеивается в пространстве, а передается медным трубкам, по которым циркулирует теплоноситель.
Плоские коллетора могут быть как всесезонными, та и сезонными. Все зависит от типа системы (открытая-закрытая) и типа теплоносителя(вода или антифриз).


Вакуумные солнечные коллеторы

Имеют наибольшую эффективность. Конструктивно коллектор состоит из рамы и вакуумных трубок. Вакуумная тепловая трубка сделана из прочного боросиликатного стекла.  Состоит из двух стеклянных трубок между которыми создан вакуум для предотвращения теплопотерь. Наружная трубка полностью прозрачная, а на внутреннюю нанесено специальное поглощающее покрытие. Для поддержания высокой степени вакуума в трубке нанесен слой бариевого газопоглотителя. Он поглощает выделяемые при эксплуатации различные виды газов, а так же показывает испраность трубки. При разгерметизации, слой бария меняет цвет с серебристого на белый.

Внутри вакуумной трубки находится запаянная медная трубка, внутри которой находится теплоноситель под низким давлением. Передача тепла от абсорбента осуществляется с помощью теплопроводящих ребер. Конец медной трубки (конденсатор тепловой трубки) имеет расширение, которое помещается в теплообменник с жидкостью (корпус коллектора). Жикость — вода или антифриз.

При попадании солнечных лучей происходит следущее: абсорбент нагревается и передает тепло по ребрам медной трубке. Жидкость внутри медной трубки закипает, пар подымается вверх к конденсатору тепловой трубки. В конденсаторе пар отдает энергию холодным стенкам медной трубки, конденсируется, охлаждается и стекает назад в горячюю область медной трубки. Стенки трубки конденсатора нагреваются и отдают тепло жидкости протекающей через коллектор. Далее процес повторяется.


Солнечные коллекторы типа «мокрая трубка»

Конструктивно состоят из рамы, на которой монтируются вауумные трубки и бак для горяей воды. Вакуумная «мокрая» трубка имеет более простуюю конструкцию. Она состоит и внешней и внутренней стеклянной трубок между которыми создан вакуум. Внутрення трубка покрыта слоем абсорбента. Теплопередача от слоя абсорбента осуществляется водой которой эти трубки заполнены. Горячая вода из трубок подымается в бак, а холодная из бака опускается в трубки для нагрева.

Солнечный коллектор зимой — оценка эффективности

В последнее время альтернативные источники энергии вызывают все более живой интерес со стороны наших соотечественников.

Наиболее простыми из них в устройстве являются солнечные коллекторы, благодаря чему их доля в нетрадиционной энергетике, особенно бытовой, чрезвычайно велика.

Данная статья познакомит читателя с их разновидностями, а также поможет найти ответ на вопрос: насколько эффективным является солнечный коллектор зимой?

Работает ли зимой солнечный коллектор?

Как свидетельствует статистика (данные приведены в Википедии), на 1 тыс. россиян приходится примерно 0,2 кв. м применяемых у нас солнечных коллекторов, тогда как в Германии этот показатель составляет 140 кв. м, а в Австрии – целых 450 кв. м. на 1 тыс. жителей.

Столь значительную разницу нельзя объяснить одними только климатическими условиями.

Ведь на большей части России за день поверхности земли достигает такое же количество солнечной энергии, как и на юге Германии – в теплое время эта величина составляет от 4 до 5 кВт*ч/кв. м.

Чем же вызвано наше отставание? Отчасти оно обусловлено сравнительно низкими доходами россиян (гелиоустановки являются пока довольно дорогим удовольствием), отчасти – наличием собственных крупных газовых месторождений и, как следствие, доступностью голубого топлива.

Но немалую роль сыграло и предвзятое отношение со стороны многих потенциальных пользователей, считающих установку солнечного коллектора нецелесообразной. Дескать, летом и так тепло, а зимой от подобной системы мало проку.

Вот какие аргументы выдвигают скептики касательно эксплуатации гелиоустановок зимой:

  1. Установку постоянно засыпает снегом, так что солнечное излучение достигает ее не так уж часто. Если, конечно, владелец не дежурит постоянно на крыше с веником или щеткой.
  2. Холодный морозный воздух отбирает почти все тепло, накапливаемое коллектором.

Часто упоминают и всесезонный поражающий фактор – град, который может разнести гелиоустановку вдребезги.

Чтобы понять, насколько справедливы эти доводы, рассмотрим устройство различных видов солнечных коллекторов.

Устройство и область применения в быту

На сегодняшний день применяются такие типы гелиоустановок: плоскопластинчатые и вакуумные

Плоскопластинчатые

Это самые простые и дешевые устройства. Они состоят из улавливающей солнечное излучение пластины (абсорбера), прозрачного покрытия и закрывающей нижнюю поверхность теплоизоляции. На обращенную к солнцу поверхность пластины наносят черную краску или особое покрытие, например, из оксида титана или черного никеля. Оно называется селективным. Наиболее эффективными являются абсорберы, изготовленные из меди.

Светопропускающее покрытие выполняют из специального профильного поликарбонатного листа (с рифлением) или закаленного стекла, почти полностью очищенного от металлических примесей.

Все зазоры между корпусом коллектора и прозрачной крышкой герметизируются, что способствует уменьшению теплопотерь вследствие конвекции.

Плоский пластинчатый коллектор

В воздушных коллекторах используемый в качестве теплоносителя воздух омывает непосредственно абсорбер – с одной или с двух сторон. В устройствах, ориентированных на применение жидкостного теплоносителя (вода, масло или антифриз), к абсорберу могут быть прикреплены медные или алюминиевые трубки, в которые этот теплоноситель подается.

Если не отбирать накапливаемое плоско-пластинчатым коллектором тепло, он сможет нагреть воду до температуры в 190 – 210 градусов.

Для повышения эффективности таких установок применяют покрытия из особых материалов, не излучающих тепло в виде инфракрасных волн.

Вакуумные

Роль абсорбера в таком коллекторе играет поверхность трубки, по которой протекает теплоноситель. При этом сама она заключена в круглый прозрачный кожух, из которого выкачан воздух. Таким образом, каждая трубка с теплоносителем окружена, подобно колбе термоса, вакуумом.

Вакуумный коллектор стоит дороже, но зато является более эффективным: с его помощью воду можно нагреть уже до 250 – 300 градусов.

Вакуумные коллекторы

Значительно повысить производительность вакуумного коллектора можно при помощи параболоцилиндрических отражателей. Это продолговатые элементы с вогнутой зеркальной поверхностью, которая в поперечном сечении образует параболу. Такие отражатели устанавливаются в коллекторе за трубками, фокусируя на них весь неусвоенный солнечный свет.

Оснащенная такими элементами установка может нагревать теплоноситель (применяется масло) до температуры в 300 – 390 градусов. Чтобы еще больше увеличить производительность коллектора, его оснащают системой слежения за солнцем.

Прочие элементы системы

Помимо собственно коллектора в гелиоустановке имеется накопительный бак с водой, которой при помощи встроенного теплообменника передается накопленная теплоносителем энергия.

Существуют системы как с естественной циркуляцией теплоносителя (накопительный бак устанавливается выше коллектора), так и с принудительной – при помощи насоса (бак можно устанавливать на любом уровне).

Гелиоколлекторы в системе отопления

Применение

В быту гелиоустановки применяются для приготовления горячей воды, в том числе для бань, подогрева бассейна либо в качестве дополнительного источника тепла для системы отопления. В промышленности сфера применения таких систем является более широкой: на их основе сооружают опреснители воды, парогенераторы (пар приводит в движение различные машины) и даже электростанции.

Эффективность зимой

Эффективно ли отопление дома солнечными коллекторами зимой?

Ну что же, теперь посмотрим, как различные виды солнечных коллекторов работают в условиях зимы. Напомним, что противники внедрения таких установок выдвигают следующие аргументы:

  1. Засыпка панели снегом: данная проблема актуальна только для плоско-пластинчатых коллекторов. На трубках вакуумных установок, как показала практика, снег задерживается только в тех редких случаях, когда в силу особых погодных условий на их поверхности образуется изморозь. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер (от 3 м/с), панель точно останется чистой.
  2. Из-за того, что коллектор окружен холодным воздухом, все тепло с коллектора улетучивается: этот аргумент опять же справедлив только в отношении плоско-пластинчатых коллекторов. Действительно, зимой производительность такой установки в сравнении с летней уменьшается пятикратно. В более совершенных вакуумных моделях прослойка вакуума позволяет сберечь до 95% усвоенного тепла. Самые современные модели даже в сильный мороз способны довести воду до кипения.
  3. Коллектор легко может быть поврежден градом: в заводских условиях коллекторы изготавливаются из высокопрочных материалов. В Сети можно найти видеоролики, снятые во время испытаний панелей на ударную прочность. Коллекторы обстреливают стальными шариками и нетрудно заметить, что удар они держат очень хорошо.

Как видно, солнечные коллекторы зимой вполне работоспособны. Хотя, конечно, производительность их в сравнении с летним периодом ощутимо снижается.

Плюсы и минусы гелиосистемы

Говоря о солнечных коллекторах в целом, можно выделить следующие их достоинства:

  1. Им присущ более высокий КПД по сравнению с фотоэлектрическими элементами и ветрогенераторами.
  2. Усваиваемая с их помощью энергия является абсолютно бесплатной.
  3. Работа солнечного коллектора полностью безвредна для экологии: используемый ресурс – солнечное тепло – является неисчерпаемым и усваивается напрямую, без сжигания чего-либо и загрязнения окружающей среды.

Теперь укажем слабые места гелиоустановок:

  1. Коллекторы заводского изготовления стоят пока сравнительно дорого – от 500 до 1000 дол. Таким образом, стоимость системы из 2-х коллекторов с монтажом может достигать 2,5 тыс. дол.
  2. Из-за переменчивости погодных условий производительность коллектора не является стабильной.

По той же причине систему приходится оснащать довольно вместительным баком- накопителем с хорошей теплоизоляцией.

Отзывы

По свидетельствам владельцев гелиосистем, подобная установка окупается примерно за 7 – 10 лет. У одного из пользователей, проживающего в Московской области, 3 вакуумных солнечных коллектора (в каждом по 15 трубок) обеспечивают подогрев воды для бани.

Система оснащена баком накопителем объемом 300 л, в котором вода летом даже при переменной облачности закипает за 2 – 3 часа (без отбора тепла). Во время простоя бани производимое коллекторами тепло направляется на подогрев бассейна.

Те, кто пока не готов тратить значительную сумму на покупку фирменного коллектора, изготавливают такие устройства своими руками. Одному из пользователей, проживающему в Подмосковье, удается летом снимать с 1 кв. м самодельного коллектора до 500 Вт энергии. Зимой этот показатель падает до 100 Вт.

Поиски альтернативных источников энергии – вопрос вполне рациональный. В наше время некоторые люди успешно применяют солнечную энергию для отопления домов. Солнечные батареи своими руками изготовить гораздо дешевле, чем купить готовые.

Обзор типов солнечных батарей и отзывы реальных людей об их применении читайте в этом материале.

Видео на тему

Солнечные системы — Vaillant

Солнечные системы

В отличие от ископаемых топлив, солнечная энергия практически неисчерпаема, она экологически чистая и бесплатная. Современные отопительные системы могут сочетаться с солнечными коллекторами, делая солнечные системы обогрева доступными для получения горячей воды или для подачи дополнительного тепла в контур отопления.

Использование солнечного излучения в качестве тепловой энергии называется тепловым обогревом. Его не следует путать с фотовольтаическим эффектом, который заключается в получении электрического тока от солнечного света. Большие возможности использования солнечной энергии давно уже получили признание: Наша опробованная и испытанная технология доказала себя за многие годы.

Преимущества солнечной энергии:

  • Бесконечное количество бесплатной энергии
  • Отсутствие выбросов CO2 во время работы
  • Экономия затрат: на 60 % меньше энергии на нагрев воды, на 25 % меньше энергии на отопление
  • Сокращает потребление ископаемых видов топлива
  • Солнечную тепловую систему можно интегрировать в существующие системы
  • Современные системы эффективно работают даже зимой

Как работает солнечный обогрев

Солнечные водонагреватели работают по принципу чёрного садового шланга, который лежит на солнце. Поверхность шланга поглощает солнечные лучи и, в частности, тепловое излучение, нагревая при этом находящуюся в нём воду.

Солнечный нагрев работает следующим образом:

  1. Коллекторы с помощью поглотителя поглощают солнечный свет. В нём нагревается особый жидкий теплоноситель.
  2. Насос подаёт жидкость на теплообменник солнечного аккумулятора.
  3. В нём тепловая энергия передаётся на аккумулирующий бак.
  4. При недостаточности солнечной радиации для нагрева воды, обычная отопительная система подогревает аккумулирующий бак до установленной температуры.

Солнечная тепловая система в зависимости от конструкции покрывает приблизительно до 60 % энергии, необходимой для удовлетворения потребностей в горячей воде.

Использование солнечной энергии для отопления

Кроме производства горячей воды для бытовых нужд, нагретый в коллекторах теплоноситель может использоваться для дополнительного подогрева бытовой горячей воды. Этот метод обеспечивает занимательную поддержку работы нагревательной системы и даёт существенную экономию. Таким образом, даже при умеренных температурах, благодаря системе солнечной поддержки блок нагрева часто может оставаться выключенным.

Ключевым элементом данного решения является комбинированный бак, то есть, буферный бак в сочетании с домашней системой горячей воды. При достаточном уровне солнечного излучения, теплоноситель, который находится в солнечной системе обогрева, нагревает воду в одном из баков при помощи находящегося в его нижней части теплообменника. В случае уменьшения температуры, например, из-за того, что вы долго принимаете душ, включается нагревательный блок через вторую цепь, которая осуществляет дополнительный нагрев воды.

Солнечные нагревательные системы от Vaillant — надежные и гибкие

Как правило, солнечной энергии недостаточно, чтобы покрыть весь спрос на тепловую энергию круглый год. Поэтому, лучше всего её использовать в традиционной системе. Сочетание с газовой или жидкотопливной технологией конденсации является оптимальным и экономичным решением. Конечно, сочетание солнечного нагрева с тепловым насосом или отоплением пеллетами еще более эффективно.

Солнечные коллекторы

Различают два типа солнечных тепловых (генерирующих тепло) коллекторов, которые используются в солнечных тепловых системах: плоский коллектор и вакуумный трубчатый коллектор.

Плоские коллекторы — Энергия на поверхности

Главным элементом плоского коллектора является поглощающая поверхность, которая ориентирована на солнце. Покрытие поглощающей поверхности сконструировано таким образом, что оно способно поглощать максимум излучения и отражает лишь небольшую часть энергии. Поглощенная энергия передается на теплоноситель, который циркулирует в трубках под поверхностью поглотителя.

С технической точки зрения плоские коллекторы отличаются от вакуумных трубчатых коллекторов, главным образом, изоляцией поглотителя. В плоском коллекторе используется традиционный изолирующий материал, такой как минеральная вата или полиуретановая пена.

Преимущества плоского коллекторов:

  • Более низкая закупочная стоимость
  • Низкие затраты на обслуживание и ремонт
  • Идеально подходят для низкотемпературных систем для обеспечения горячей водой или поверхностного отопления

Для того чтобы предложить высококачественные коллекторы, эффективные в каждой системе и комбинации систем за выгодную цену, Vaillant разработала плоские коллекторы. Благодаря инновационным технологиям они достигают самую высокую эффективность с оптимальной выработкой солнечной энергии при существенном снижении стоимости.

Вакуумные трубчатые коллекторы — самая высокая выработка солнечной энергии от трубчатых коллекторов

Функциональный принцип вакуумных трубчатых коллекторов такой же самый, что и для плоских коллекторов. Они также поглощают солнечное излучение с помощью поглотителей и затем передают солнечную энергию в форме тепловой энергии на теплоноситель.

Однако в отличие от пластинчатых коллекторов, вакуумные трубчатые коллекторы используют хороших изолирующие свойства вакуума. Именно поэтому они и называются вакуумными трубчатыми коллекторами. Благодаря вакууму в стеклянной трубке тепловые потери почти полностью отсутствуют. Кроме того, под каждой отдельной трубкой устанавливается отражатель, который фокусирует солнечный свет на поглощающую трубку. В целом, вакуумные трубчатые коллекторы более эффективны, чем плоские коллекторы.

Преимущества вакуумных трубчатых коллекторов:

  • Более высокая эффективность, лучшая производительность даже при меньшем количестве солнечного света и при рассеянном свете.
  • Может также использоваться на участке крыши, не ориентированном строго на юг.
  • Производит более высокую температуру и может быть интегрированным с высокотемпературными нагревательными системами.

Вакуумный трубчатый коллектор фирмы Vaillant auroTHERM exclusiv является выбором для тех, кто стремится к оптимальному использованию солнечной энергии. Конструкция вакуумного трубчатого коллектора позволяет достичь максимальной производительности даже отклонениии солнечных лучей и рассеянном солнечном свете, постоянно высокая выработка солнечной энергии, и, в целом, максимально возможное получение энергии.

Узнайте больше о солнечных коллекторах от Vaillant

Быстрая, безопасная и легкая сборка

Для всех солнечных коллекторов нашей линейки предусмотрена унифицированная систем креплений. Это существенно ускоряет и облегчает установку. Можно гарантировать, что коллекторы устанавливаются быстро, безопасно и легко. Более того, наша система обеспечивает максимальную гибкость при её монтаже.

Независимо от конфигурации, вертикальная или горизонтальная, одна группа рядом с другой или одна над другой — любая конфигурация установки возможна с нашими коллекторами. Также наши коллекторы можно вмонтировать в кровлю и установить на плоской крыше в дополнении к классическому варианту установки на крыше. Вы можете также выбрать вертикальную и горизонтальную ориентацию коллектора.

Это вас может заинтересовать:

≋ Что такое солнечный бойлер? • Принцип работы солнечного водонагревателя

Солнечный бойлер – это разновидность солнечного коллектора. Главная отличительная черта солнечного водонагревателя заключается в простоте свойств и принципа работы. Его можно самостоятельно сконструировать из купленного комплекта или из подручных средств. Последний вариант не рекомендуем тем, кто не имеет соответствующих навыков и знаний.

Водонагреватель использует лучи самого лучшего природного обогревателя – солнца. Нагретую таким образом воду используют в домашних и коммерческих целях. Все зависит от мощности прибора и климатической зоны, в которой он установлен.

Использование солнечной энергии – это передовая технология, которая обеспечит благоприятное будущее потомкам. Оборудование, которое работает от солнечного света, позволяет сократить выбросы угарного газа в атмосферу. Что автоматически снижает парниковый эффект и снижает риск развития глобального потепления.

Типы солнечных бойлеров

Критерий для разделения бойлеров на типы – наличие или отсутствие специального насоса, который отвечает за перемещение воды в системе. На рынке сейчас есть два типа бойлеров на солнечной энергии:

  • активные;
  • пассивные.

Другой критерий для классификации – тип коллектора. Существуют такие разновидности коллекторов:

  • пластиковые;
  • вакуумного типа;
  • панельного типа.

Бойлер на солнечных батареях активного вида использует насосы на электрической энергии для циркуляции воды через коллектор. Второй вид полагается только на природные процессы, в том числе на гравитацию. В качестве экспериментов сейчас используются специальные устройства под названием стирлинг-насосы. Они работают от энергии солнца. Но пока такие приспособления находятся в процессе разработки и тестирования.

Активная система

Практичное и отлично работающее оборудование, но оно и дороже. В нем используются клапаны, контроллеры и насосы на электрике для циркуляции воды или другой жидкости. В свою очередь, активный тип солнечных бойлеров делится на системы с открытым и закрытым контуром. Различия между ними заключаются в таких характеристиках:

  • В устройствах с открытым контуром используется вода. С помощью насосов происходит заполнение и циркуляция через коллекторы. Они используются в климате с плюсовой температурой и для сезонных нужд. Но подходят для эксплуатации при температуре до -20°C.
  • Оборудование с закрытым контуром работает с водно-гликолевым раствором -теплоносителем. Воде, которая находится в теплоаккумуляторах, передаётся высокая температура от теплоносителя. Так как предусмотрена защита от слишком низких температур, они подходят для климата с долгими и сильными морозами. Стоит учитывать, что не каждый антифриз будет правильно выполнять возложенную на него функцию.

Солнечные бойлеры с пассивной системой

Такие системы также называют термосифонные. Их работу обеспечивают физические законы. Гравитация возникает, когда взаимодействуют разные плотности теплоносителя (теплая и холодная жидкость). Циркуляция происходит медленно, поэтому солнечные бойлеры этого вида менее эффективны, чем предыдущий тип оборудования. Но есть и достоинство – они стоят дешевле.

Солнечный бойлер: принцип работы

Наиболее эффективные солнечные водонагреватели работают на вакуумных коллекторах. Такие устройства состоят из:

  • Вакуумных коллекторов, из которых составлен наружный блок. Они работают на солнечной энергии. Наружный блок наполняют трубки. Они покрыты специальным селективным веществом в 3-4 слоя с внутренней стороны. Качество этого покрытия влияет на темп нагревания воды. Вакуум позволяет прекрасно сохранять тепло.
  • Резервуара во внутреннем блоке. Его роль – накопление и сохранение тепла. Этот элемент часто используется в отопительных устройствах. Его можно увидеть в котлах, работающих от электричества и дизтоплива. Нагретая жидкость перемещается из наружного во внутренний блок. А затем жидкость необходимой температуры идет на необходимые нужды.

Солнечные бойлеры в средних широтах

Производители оборудования и приверженцы сохранения окружающей среды утверждают, что солнечные водонагреватели будут работать при любой температуре. Главное доказательство – они потребляют не энергию окружающей среды, а солнечный свет . Но на практике все гораздо сложнее.

Солнце зимой находится очень низко над землей. И на водонагреватель попадает недостаточное количество света. Поэтому вода греется медленно. И ее количества не хватает для повседневных нужд. За солнечным бойлером приходится постоянно следить, счищая снег. Его также необходимо разместить так, чтобы солнечный свет попадал под углом 90 градусов.

Поэтому для холодного климата специалисты советуют выбирать более традиционные варианты водонагревателей. Они работают бесперебойно и не требуют дополнительных хлопот.

Солнечный коллектор — Energy Education

Рисунок 1. Солнечный коллектор. [1]

Солнечный коллектор — это устройство, которое собирает и / или концентрирует солнечное излучение от Солнца. Эти устройства в основном используются для активного солнечного нагрева и позволяют нагревать воду для личного пользования. [2] Эти коллекторы обычно монтируются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. [2]

Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с помощью водонагревателя, потенциально снижая затраты на электроэнергию с течением времени.Как и в домашних условиях, большое количество этих коллекторов можно объединить в массив и использовать для выработки электроэнергии на солнечных тепловых электростанциях.

Типы солнечных коллекторов

Существует много разных типов солнечных коллекторов, но все они сконструированы с учетом одной и той же основной предпосылки. В общем, есть материал, который используется для сбора и фокусировки энергии Солнца и использования ее для нагрева воды. В простейшем из этих устройств используется черный материал, окружающий трубы, по которым течет вода.Черный материал очень хорошо поглощает солнечное излучение и, поскольку материал нагревает воду, он окружает. Это очень простой дизайн, но коллекционеры могут стать очень сложными. Абсорбирующие пластины можно использовать, если нет необходимости в повышении температуры, но обычно устройства, в которых используются отражающие материалы для фокусировки солнечного света, приводят к большему повышению температуры.

Коллекторы плоские

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. [3]

Эти коллекторы представляют собой простые металлические коробки с каким-то прозрачным стеклом в качестве крышки поверх темной поглощающей пластины.Боковые стороны и дно коллектора обычно покрываются изоляцией, чтобы минимизировать тепловые потери в другие части коллектора. Солнечное излучение проходит через прозрачное остекление и попадает на пластину-поглотитель. [4] Эта пластина нагревается, передавая тепло воде или воздуху, находящемуся между стеклом и пластиной-поглотителем. Иногда эти абсорбирующие пластины окрашиваются специальными покрытиями, которые лучше поглощают и удерживают тепло, чем традиционная черная краска. Эти пластины обычно делают из металла, который является хорошим проводником — обычно из меди или алюминия. [4]

Коллекторы вакуумные

Рисунок 3. Схема вакуумного трубчатого солнечного коллектора. [5]

В этом типе солнечных коллекторов используется серия откачанных трубок для нагрева воды. [2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии и минимизации потерь тепла в окружающую среду. У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина поглотителя, которая соединена с тепловой трубкой, чтобы переносить тепло, собираемое от Солнца, к воде.Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. [6] При таком давлении на «горячем» конце трубы находится кипящая жидкость, а на «холодном» конце — конденсирующийся пар. Это позволяет тепловой энергии более эффективно перемещаться от одного конца трубы к другому. Как только тепло от Солнца переходит от горячего конца тепловой трубы к конденсирующему концу, тепловая энергия переносится в воду, которая нагревается для использования. [2]

Коллекторы Line Focus

Рисунок 4.Схема солнечного коллектора с линейным фокусом. [7]

В этих коллекторах, иногда называемых параболическими желобами, используются материалы с высокой отражающей способностью для сбора и концентрации тепловой энергии от солнечного излучения. [8] Эти коллекторы состоят из отражающих секций параболической формы, соединенных в длинный желоб. [2] Труба, по которой течет вода, помещается в центре этого желоба, так что солнечный свет, собираемый отражающим материалом, фокусируется на трубе, нагревая ее содержимое.Это коллекторы очень высокой мощности, поэтому они обычно используются для выработки пара для солнечных тепловых электростанций и не используются в жилых помещениях. Эти желоба могут быть чрезвычайно эффективными для выработки тепла от Солнца, особенно те, которые могут поворачиваться, отслеживая Солнце в небе для обеспечения максимального сбора солнечного света. [2]

Коллекторы точечного фокуса

Рисунок 5. Точечный солнечный коллектор. [9]

Эти коллекторы представляют собой большие параболические тарелки, состоящие из некоторого отражающего материала, которые фокусируют энергию Солнца в одной точке.Тепло от этих коллекторов обычно используется для привода двигателей Стирлинга. [2] Хотя они очень эффективны для сбора солнечного света, они должны активно отслеживать Солнце по небу, чтобы иметь какую-либо ценность. Эти тарелки могут работать по отдельности или быть объединены в группу, чтобы собрать еще больше энергии от Солнца. [10]

Коллекторы точечной фокусировки и аналогичные устройства также могут использоваться для концентрирования солнечной энергии для использования с концентрированной фотоэлектрической системой. В этом случае вместо производства тепла энергия Солнца преобразуется непосредственно в электричество с помощью высокоэффективных фотоэлектрических элементов, специально разработанных для использования концентрированной солнечной энергии.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flatplate.png
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Г. Бойль. Возобновляемая энергия: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
  3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский стеклянный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
  4. 4.0 4.1 Flasolar. (10 августа 2015 г.). Плоские солнечные коллекторы [Онлайн]. Доступно: http://www.flasolar.com/active_dhw_flat_plate.htm
  5. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Evacuated_tube_collector.gif
  6. ↑ RedSun. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: http://www.redsunin.com/products/evacuated-tube-collector-solar-water-heaters/
  7. ↑> Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор линейного фокуса [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Solarpipe-scheme.svg/2000px-Solarpipe-scheme.svg.png
  8. ↑ Министерство энергетики США.(10 августа 2015 г.). Солнечный коллектор Line Focus [Онлайн]. Доступно: https://www.eeremultimedia.energy.gov/solar/photographs/line_focus_solar_collector
  9. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Солнечный двигатель Стирлинга [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/SolarStirlingEngine.jpg
  10. ↑ JC Solar Homes. (10 августа 2015 г.). Концентраторы и плоские коллекторы [Онлайн]. Доступно: http: //www.jc-solarhomes.ru / КОЛЛЕКТОРЫ / концентраторы_vs_flat_plates.htm

Солнечный коллектор — Energy Education

Рисунок 1. Солнечный коллектор. [1]

Солнечный коллектор — это устройство, которое собирает и / или концентрирует солнечное излучение от Солнца. Эти устройства в основном используются для активного солнечного нагрева и позволяют нагревать воду для личного пользования. [2] Эти коллекторы обычно монтируются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. [2]

Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с помощью водонагревателя, потенциально снижая затраты на электроэнергию с течением времени. Как и в домашних условиях, большое количество этих коллекторов можно объединить в массив и использовать для выработки электроэнергии на солнечных тепловых электростанциях.

Типы солнечных коллекторов

Существует много разных типов солнечных коллекторов, но все они сконструированы с учетом одной и той же основной предпосылки.В общем, есть материал, который используется для сбора и фокусировки энергии Солнца и использования ее для нагрева воды. В простейшем из этих устройств используется черный материал, окружающий трубы, по которым течет вода. Черный материал очень хорошо поглощает солнечное излучение и, поскольку материал нагревает воду, он окружает. Это очень простой дизайн, но коллекционеры могут стать очень сложными. Абсорбирующие пластины можно использовать, если нет необходимости в повышении температуры, но обычно устройства, в которых используются отражающие материалы для фокусировки солнечного света, приводят к большему повышению температуры.

Коллекторы плоские

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. [3]

Эти коллекторы представляют собой простые металлические коробки с каким-то прозрачным стеклом в качестве крышки поверх темной поглощающей пластины. Боковые стороны и дно коллектора обычно покрываются изоляцией, чтобы минимизировать тепловые потери в другие части коллектора. Солнечное излучение проходит через прозрачное остекление и попадает на пластину-поглотитель. [4] Эта пластина нагревается, передавая тепло воде или воздуху, находящемуся между стеклом и пластиной-поглотителем.Иногда эти абсорбирующие пластины окрашиваются специальными покрытиями, которые лучше поглощают и удерживают тепло, чем традиционная черная краска. Эти пластины обычно делают из металла, который является хорошим проводником — обычно из меди или алюминия. [4]

Коллекторы вакуумные

Рисунок 3. Схема вакуумного трубчатого солнечного коллектора. [5]

В этом типе солнечных коллекторов используется серия откачанных трубок для нагрева воды. [2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии и минимизации потерь тепла в окружающую среду.У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина поглотителя, которая соединена с тепловой трубкой, чтобы переносить тепло, собираемое от Солнца, к воде. Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. [6] При таком давлении на «горячем» конце трубы находится кипящая жидкость, а на «холодном» конце — конденсирующийся пар. Это позволяет тепловой энергии более эффективно перемещаться от одного конца трубы к другому. Как только тепло от Солнца переходит от горячего конца тепловой трубы к конденсирующему концу, тепловая энергия переносится в воду, которая нагревается для использования. [2]

Коллекторы Line Focus

Рисунок 4. Схема солнечного коллектора с линейным фокусом. [7]

В этих коллекторах, иногда называемых параболическими желобами, используются материалы с высокой отражающей способностью для сбора и концентрации тепловой энергии от солнечного излучения. [8] Эти коллекторы состоят из отражающих секций параболической формы, соединенных в длинный желоб. [2] Труба, по которой течет вода, помещается в центре этого желоба, так что солнечный свет, собираемый отражающим материалом, фокусируется на трубе, нагревая ее содержимое.Это коллекторы очень высокой мощности, поэтому они обычно используются для выработки пара для солнечных тепловых электростанций и не используются в жилых помещениях. Эти желоба могут быть чрезвычайно эффективными для выработки тепла от Солнца, особенно те, которые могут поворачиваться, отслеживая Солнце в небе для обеспечения максимального сбора солнечного света. [2]

Коллекторы точечного фокуса

Рисунок 5. Точечный солнечный коллектор. [9]

Эти коллекторы представляют собой большие параболические тарелки, состоящие из некоторого отражающего материала, которые фокусируют энергию Солнца в одной точке.Тепло от этих коллекторов обычно используется для привода двигателей Стирлинга. [2] Хотя они очень эффективны для сбора солнечного света, они должны активно отслеживать Солнце по небу, чтобы иметь какую-либо ценность. Эти тарелки могут работать по отдельности или быть объединены в группу, чтобы собрать еще больше энергии от Солнца. [10]

Коллекторы точечной фокусировки и аналогичные устройства также могут использоваться для концентрирования солнечной энергии для использования с концентрированной фотоэлектрической системой. В этом случае вместо производства тепла энергия Солнца преобразуется непосредственно в электричество с помощью высокоэффективных фотоэлектрических элементов, специально разработанных для использования концентрированной солнечной энергии.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flatplate.png
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Г. Бойль. Возобновляемая энергия: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
  3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский стеклянный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
  4. 4.0 4.1 Flasolar. (10 августа 2015 г.). Плоские солнечные коллекторы [Онлайн]. Доступно: http://www.flasolar.com/active_dhw_flat_plate.htm
  5. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Evacuated_tube_collector.gif
  6. ↑ RedSun. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: http://www.redsunin.com/products/evacuated-tube-collector-solar-water-heaters/
  7. ↑> Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор линейного фокуса [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Solarpipe-scheme.svg/2000px-Solarpipe-scheme.svg.png
  8. ↑ Министерство энергетики США.(10 августа 2015 г.). Солнечный коллектор Line Focus [Онлайн]. Доступно: https://www.eeremultimedia.energy.gov/solar/photographs/line_focus_solar_collector
  9. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Солнечный двигатель Стирлинга [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/SolarStirlingEngine.jpg
  10. ↑ JC Solar Homes. (10 августа 2015 г.). Концентраторы и плоские коллекторы [Онлайн]. Доступно: http: //www.jc-solarhomes.ru / КОЛЛЕКТОРЫ / концентраторы_vs_flat_plates.htm

Солнечное тепловое и водяное отопление

Солнечная тепловая энергия — это технология, предназначенная для использования солнечного света для получения тепловой энергии (тепла). Это тепло часто используется для нагрева воды, используемой в домах, на предприятиях, в плавательных бассейнах, а также для отопления внутренних помещений зданий (обогрев помещений).

Чтобы нагреть воду солнечным светом, солнечный коллектор нагревает жидкость, которая проходит через него. Когда жидкость перекачивается через коллектор, она нагревается.Теперь нагретая жидкость откачивается из коллектора через теплообменник.

Теплообменники обычно состоят из меди и обычно находятся внутри резервуара для хранения солнечной энергии. Это позволяет теплу в жидкости передаваться — или обмениваться, отсюда и название — в воду в резервуаре для хранения.

Накопительный бак является важным элементом любой солнечной тепловой системы, поскольку он позволяет сохранять все тепло, вырабатываемое солнечным тепловым коллектором, для использования в любое время, когда это необходимо.

Солнечные тепловые коллекторы классифицируются Управлением энергетической информации (EIA) как коллекторы с высокой, средней или низкой температурой.

Коллекторы высокотемпературные

Высокотемпературные коллекторы, также называемые концентрирующими коллекторами, используют зеркала и / или линзы для концентрирования солнечного света для достижения очень высоких температур (от 750F до 1000F). Этот метод называется Concentrated Solar Power, или CSP. Эти высокие температуры используются в крупномасштабном производстве энергии, обычно для вращения паровых турбин.

Системные проекты

Параболический желоб — Электростанции с параболическим желобом используют изогнутое зеркало для отражения солнечного света на центральную точку фокусировки — обычно стеклянную трубку, содержащую теплоноситель. Эта трубка проходит по длине желоба и расположена в фокусе зеркал, чтобы собирать большое количество тепловой энергии.

Эта технология широко используется во всем мире. В Калифорнии система SEGS использует эту технологию на 9 различных электростанциях для выработки электроэнергии мощностью более 350 мВт.На заводе Nevada Solar One также используется этот тип коллектора мощностью 64 МВт.

Power Tower — также известные как электростанции с центральной башней — генерируют большое количество тепловой энергии, используя тысячи зеркал с системами слежения, чтобы постоянно улавливать и фокусировать тепловую энергию солнца на центральной фокальной башне. Внутри башни концентрированный солнечный свет нагревает передающую среду — обычно расплавленную соль — до температуры более 1000F. Эта расплавленная соль затем поступает в большой резервуар для хранения, где накапливается энергия, и в конечном итоге перекачивается в парогенератор.Затем парогенератор вырабатывает электричество.

Solar Two была одной из таких электростанций, использующих эту технологию, и многие другие электростанции в настоящее время строятся по всему миру с использованием этой технологии.

Дизайн посуды

Система солнечных тарелок использует большую отражающую параболическую тарелку для фокусировки солнечного света в одну точку фокусировки. В этой фокусной точке приемник улавливает тепловую энергию и преобразует ее в электричество, используя паровой двигатель или двигатель Стирлинга.

Эта система используется из-за высоких температур, которых она может достичь из-за высокой концентрации света. Более высокие температуры позволяют лучше преобразовывать электричество.

Эта технология в настоящее время используется для производства большого количества электроэнергии в Калифорнии компаниями Southern California Edison и San Diego Gas & Electric, общая мощность которых превышает 750 МВт.

Коллекторы среднетемпературные

Коллекторы средней температуры часто относятся к солнечным водонагревательным системам в виде плоских пластин или вакуумных трубчатых коллекторов.Эти коллекторы используются для сбора, хранения, использования тепла для горячего водоснабжения (например, для душа, стирки или технологических процессов, среди прочего), для обогрева помещений и для охлаждения помещений (с использованием различных типов систем охлаждения с тепловым приводом, таких как как абсорбционный чиллер.

Коллекторы вакуумные

Вакуумные трубчатые коллекторы (ETC) очень эффективно удерживают большой процент тепла, собираемого от солнца. Каждая трубка работает независимо от других и окружена стеклянной трубкой с двойными стенками.Между двойными стенками находится глубокий вакуум, создающий эффект «термоса», который значительно увеличивает его теплоизоляцию. Такая конструкция позволяет солнечному свету проходить через стекло, но не пропускает тепло.

Во многих вакуумных трубчатых коллекторах, таких как SPP-30A, используется технология тепловых трубок. Медная тепловая трубка находится внутри вакуумной трубки и удерживается на месте тонкими металлическими пластинами, называемыми ребрами теплопередачи. Тепловая трубка также находится под вакуумом, что позволяет воде внутри кипеть при гораздо более низкой температуре.

Когда вода закипает, пар поднимается к верхней части тепловой трубы, которая находится внутри коллектора. Вода или жидкий теплоноситель (обычно смесь воды и гликоля) проходит через коллектор, где входит в контакт с верхними частями тепловых трубок, тем самым быстро нагреваясь. Затем оно проходит через теплообменник, обычно являющийся частью резервуара для хранения, где тепло сохраняется для немедленного или будущего использования.

Плоские коллекторы

Плоские коллекторы обычно состоят из ряда медных трубок в очень хорошо изолированной стеклянной коробке.Солнечный свет падает на стекло, а тепло удерживается внутри прочной изоляцией. Когда вода или теплоноситель проходит через коллектор, тепло, улавливаемое солнцем, передается жидкости.

Эта жидкость затем нагревается и циркулирует обратно через теплообменник, где тепло накапливается для немедленного или последующего использования в системах горячего водоснабжения или отопления помещений.

Коллекторы низкотемпературные

Под низкотемпературными коллекторами обычно понимаются неглазурованные или неизолированные плоские панели для обогрева бассейна.Эти коллекторы в значительной степени зависят от прямого солнечного света и теплых погодных условий для эффективной работы.

Панели солнечных батарей

Солнечные тепловые коллекторы, используемые для обогрева бассейнов, часто изготавливаются из ПВХ или других пластиковых композитов. Вода в бассейне обычно циркулирует напрямую через эти панели бассейна с использованием существующего фильтра бассейна. Иногда может потребоваться дополнительный «бустерный насос», особенно в более крупных коммерческих системах.

Дифференциальный контроллер часто используется для отвода воды в бассейне в теплых и благоприятных условиях, а также для предотвращения попадания воды из бассейна в коллекторы при понижении температуры, например, ночью или при неблагоприятных погодных или неблагоприятных погодных условиях.

Solar Thermal — устойчивость

Как это работает

Щелкните изображение, чтобы просмотреть короткую анимацию о том, как работают вакуумные трубчатые солнечные коллекторы.

Солнечные тепловые системы преобразуют солнечный свет в тепло, которое можно использовать для отопления, охлаждения помещений и горячего водоснабжения. Ядром этих систем являются солнечные коллекторы. Существует несколько различных типов солнечных коллекторов, наиболее распространенными из которых являются плоские пластинчатые и вакуумные трубки. Солнечные коллекторы наиболее эффективно преобразуют солнечную энергию, когда солнечные лучи падают на них под углом в девяносто градусов.В Соединенных Штатах солнце всегда находится в южной части неба и выше летом и ниже зимой. Это означает, что солнечные коллекторы наиболее эффективны, когда они установлены лицевой стороной на юг и наклонены к югу. Степень наклона определяет, для какой части года оптимизированы солнечные панели: чем больше наклон, тем лучше панели оптимизированы для производства осенью, весной и зимой, когда солнце находится низко в небе.

Коллекционеры

Коллекторы вакуумные

Крупный план вакуумных трубчатых солнечных коллекторов

Вакуумные трубчатые коллекторы представляют собой параллельные ряды прозрачных стеклянных трубок.Каждая трубка содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Покрытие ребра поглощает солнечную энергию, но препятствует радиационным потерям тепла. Трубки производятся с вакуумом между внешней и внутренней трубками, что исключает кондуктивные и конвективные потери тепла и помогает им достигать очень высоких температур.

Внутренняя медная трубка заполнена нетоксичной жидкостью. По мере того как жидкость поглощает тепло из медной трубы, она испаряется и поднимается к верхней части медной тепловой трубы.Большая часть меди в верхней части тепловой трубы — это конденсатор. Он либо окружает трубу, либо монтируется внутри нее, по которой течет теплоноситель (обычно вода или антифриз). По мере протекания теплоносителя конденсатор отдает тепло жидкости, а газ внутри тепловой трубы конденсируется и течет обратно в нижнюю часть тепловой трубы в виде жидкости. Затем теплоноситель перекачивается в теплообменник внутри здания, где тепло отбирается из теплоносителя и подается в систему водоснабжения или отопления.

Плоские коллекторы

Солнечные коллекторы с плоской пластиной (изображение любезно предоставлено

. Плоские остекленные коллекторы представляют собой изолированные и защищенные от атмосферных воздействий коробки, содержащие темную пластину-поглотитель под одной или несколькими стеклянными или пластиковыми крышками. металл или полимер, без крышки или корпуса. Этот тип коллектора является наиболее распространенным.

У обоих типов небольшие трубки проходят через коробку и переносят жидкость (воду или раствор антифриза).Когда солнечный свет попадает на темную пластину поглотителя, он нагревается и передает тепло жидкости, проходящей через трубки.

Сопутствующие материалы

Студенческие проекты
  • Повышение устойчивости энергосбережения в Williams
    Андерсон, Тед. Стажировка PDC, весна 2020 г.
    (Просмотр как документ Google)
  • Теплица Weston: солнечное термальное водонагревание для проекта Weston Field
    Taylor, Paul. Geos 206, весна 2011 г.
    Открыть PDF (в новом окне)
  • Дым на воде: использование энергии в нататории Мьюир-Самуэльсон
    Хэнкок, Джиллиан.Geos 206, весна 2009 г.
    Открыть PDF (в новом окне)
  • На пути к будущему использования солнечной энергии в колледже Уильямс
    Моковер, Алекс. Geos 206, весна 2008 г.
    Открыть PDF (в новом окне)
Установки

Основы солнечной энергии | Понимание солнечной энергии

Доступны два типа технологий солнечных коллекторов:

  1. Солнечная тепловая энергия (STE) видов использования включает солнечное отопление бассейна и солнечное нагревание горячей воды .Системы солнечной тепловой энергии обычно имеют одно применение (например, обогрев бассейна),
  2. Фотоэлектрические солнечные батареи (PV) преобразуют солнечный свет в электричество для любого домашнего хозяйства или коммерческого здания .

Солнечная тепловая энергия (STE)

Солнечная тепловая энергия — наиболее широко используемый и самый старый тип солнечной системы. Его типичные области применения — солнечное отопление бассейнов и системы водяного отопления.

Как работает солнечная тепловая энергия?

Солнечные системы тепловой энергии преобразуют солнце в тепло (тепловое). Он делает это, позволяя солнцу нагревать солнечный коллектор или панель, которая, в свою очередь, нагревает воду или жидкость и либо перекачивается, либо перемещается за счет конвекции, как в случае некоторых солнечных нагревателей для бассейнов, а затем обеспечивает циркуляцию воды или жидкости через систему.

Каковы виды использования солнечной тепловой энергии? Обычно STE используется для:
  • Отопление коммерческих и жилых бассейнов
  • ГВС
  • Крупномасштабное производство электроэнергии.Новое солнечное поле, устанавливаемое OUC, является примером солнечной тепловой энергии.

Низкотемпературные, среднетемпературные и высокотемпературные солнечные коллекторы

Для солнечного нагрева бассейна обычно используется так называемый низкотемпературный коллектор, а для нагрева воды от солнечной энергии обычно используется коллектор средней температуры. Высокотемпературные коллекторы чаще всего используются для производства электроэнергии в крупных масштабах, обычно в коммунальном хозяйстве. Они работают, концентрируя солнечный свет с помощью зеркал или линз, которые нагревают жидкость.Этот процесс известен как концентрированная солнечная энергия (CSP). Затем жидкость преобразуется в пар или газ, используемый для питания турбины, которая затем вырабатывает электричество.

Типы тепловых солнечных коллекторов или солнечных панелей В тепловом сборнике используются три различных типа солнечных панелей.
  1. Плоский коллектор — Также известные как солнечные панели для горячего водоснабжения. Это самая старая солнечная технология, которая до сих пор широко используется. Он используется для солнечных систем горячего водоснабжения, обогрева бассейнов и производства электроэнергии в крупных коммунальных сетях.Панели с плоскими пластинами очень хорошо подходят для климата Флориды и являются экономически выгодными. Они состоят из
    • Темная плоская пластина-поглотитель для сбора солнечного тепла и прозрачная крышка, которая пропускает тепло, но не позволяет энергии уходить.
    • Жидкий теплоноситель — обычно вода, антифриз или воздух
    • Панельная изоляция — Коллекторы с изоляцией известны как Плоские глазурованные коллекторы . Те, у кого нет изоляции, известны как неглазурованные солнечные коллекторы.
  2. Плоский неглазурованный коллектор — Этот тип солнечных панелей используется почти исключительно для обогрева плавательных бассейнов и некоторых активных систем солнечного нагрева воды. Поскольку нет необходимости в теплоизоляции или остеклении, нет необходимости в панельном ограждении. Как правило, это наименее дорогие панели, но они обладают некоторыми впечатляющими преимуществами, включая высокую абсорбцию поверхности и оптимальное расстояние между трубками.
  3. Вакуумные трубчатые коллекторы — Обычно это вариант, более подходящий для более холодного климата, поскольку они лучше работают там, где погода более прохладная в течение длительных периодов времени.Хотя это более современная солнечная технология, более широко продаются плоские коллекторы. Вакуумные трубчатые коллекторы дороже, но являются отличным вариантом для активных солнечных систем горячего водоснабжения.
    • Коллекторы с вакуумной трубкой состоят из нескольких пластин поглотителя, соединенных с покрытием поглотителя, а затем каждая пластина покрыта стеклянной трубкой (обычно сделанной из боросиликатного стекла). Вакуум, создаваемый между пластинами абсорбера и стеклянной трубкой, значительно снижает потери тепла по сравнению с их коллекторами с плоскими пластинами и может создавать более высокие температуры жидкости.
  4. Воздух- Используется в системах предварительного нагрева и для нагрева воздуха непосредственно для обогрева помещений.

Фотоэлектрическая (PV) Солнечная

Фотоэлектрическая система фактически вырабатывает электроэнергию для любого электрического использования, от питания приборов до кондиционирования воздуха. Фотоэлектрическая солнечная система позволит дому или зданию производить электроэнергию для собственного потребления и в некоторых случаях продавать ее обратно коммунальной компании (см. Фотоэлектрические системы, связанные с сетью).Проще говоря, фотоэлектрические системы преобразуют солнечную энергию в электричество.

Наличие фотоэлектрической солнечной системы в доме или здании значительно снизит стоимость электроэнергии. Это наиболее амбициозное энергетическое решение для отдельного здания или дома.

Как работает солнечный водонагреватель

Для чего нужна солнечная система водяного отопления?

Солнечные водонагревательные системы используют бесплатную и неисчерпаемую энергию, текущую вниз от солнца, для обеспечения вашего дома горячей водой.Обеспечивая бесплатную возобновляемую энергию, солнечное нагревание воды способствует сокращению углеродного следа.

Как долго используется солнечный водонагреватель?

Эти «тепловые» системы нагрева воды на солнечной энергии доступны и используются во многих странах мира уже много десятилетий. В некоторых странах Средиземноморья закон требует, чтобы все новые здания имели солнечное отопление.

Отличается ли солнечный водонагреватель от солнечных фотоэлектрических панелей?

Две системы работают по-разному и достигают разных целей.

  • Солнечные системы горячего водоснабжения используют прямое тепло солнца для производства горячей воды. Затем система хранит воду в резервуаре для ваших домашних нужд.
  • Солнечные энергетические системы используют солнечный свет для обеспечения энергии, необходимой для работы вашего дома. Фотоэлектрические (ПВХ) панели преобразуют падающий на них солнечный свет в электричество. Затем этот электрический ток подается непосредственно в вашу домашнюю сеть и обеспечивает питание для освещения и бытовых приборов.

Проекты солнечной системы водяного отопления

Несмотря на то, что существует ряд различных систем, все они используют как минимум три основных компонента:

  • Прямая энергия солнца.
  • Коллектор тепла.
  • Система хранения

Как работает система?

Типичная солнечная система горячего водоснабжения довольно проста по конструкции.

  1. Система сначала использует коллектор солнечных панелей для улавливания энергии, текущей от солнца в виде тепла.Этот коллектор содержит жидкость для солнечного нагрева, которую солнечная энергия нагревает, падая на нее.
  2. Когда система определяет, что в коллекторе достаточно тепла, контроллер автоматически запускает насосную систему.
  3. Затем горячая солнечная жидкость циркулирует из коллектора через теплообменник, который передает свое тепло воде в вашем домашнем накопительном баке.
  4. Солнечная жидкость затем циркулирует обратно в коллектор, который снова нагревает ее.
  5. Циркуляционный контур продолжает работать до тех пор, пока в коллекторе остается достаточно тепла.
  6. Ночью или в очень пасмурную погоду включается автоматическая резервная система отопления, обеспечивающая непрерывную подачу горячей воды.

Типы систем солнечного нагрева воды (SWH)

Активные коллекторные системы прямого солнечного нагрева воды (SWH)


См. Рисунок (a) ниже

Эти системы подходят для работы в более теплом климате, где низкие температуры не являются обычным явлением. В солнечной водонагревательной системе этого типа бытовая вода циркулирует непосредственно через солнечный коллектор в накопительный бак без необходимости в теплоносителе для солнечного нагрева.

Используются различные системы для перекачки воды через коллектор в накопительный бак по мере необходимости.

Активные коллекторные системы косвенного солнечного нагрева воды (SWH)


См. Диаграмму (b) ниже

Для более холодного климата, где обычно наблюдается замерзание, наиболее популярным солнечным коллектором является непрямая конструкция с плоской панелью. Плоский коллектор представляет собой изолированную атмосферостойкую панель с высокопрочной прозрачной застекленной крышкой. Внутри панели находится пластина поглотителя и расходомерные трубки.Солнечная энергия проходит через прозрачную крышку в поглотитель, который, в свою очередь, нагревает солнечный флюид, циркулирующий по расходным трубкам.

Затем горячая солнечная жидкость циркулирует с помощью насосной системы через резервуар для хранения в доме, нагревая воду в резервуаре. Жидкий антифриз, обычно нетоксичная смесь антифриза пропиленгликоль-вода, используется в расходомерных трубках. Это предотвращает замерзание системы трубопроводов коллектора, обеспечивая при этом максимальную передачу тепла от солнечного коллектора к накопительному резервуару.

Источник изображения: Researchgate.Net

Пассивная солнечная система водяного отопления

Самый простой тип SWH — это пассивная система, в которой горячая вода пассивно циркулирует из коллектора в резервуар подачи дома без использования активной насосной системы. Эти системы лучше всего работают в теплом климате, где низкие температуры являются редкими.

Источник изображения: Researchgate.Net

Где наиболее широко используется солнечное водяное отопление?

В то время как Китай доминирует в области солнечного нагрева воды, имея более 85% мировых мощностей, многие страны все чаще используют эту технологию.

В Израиле, где солнечные водонагреватели стали популярными в 1950-х годах, 90% всех домов имеют солнечное отопление. Был принят закон, требующий их установки во всех новостройках, а в 2005 году Испания приняла аналогичный закон.

На горизонте Израиля преобладают солнечные водонагреватели

Источник изображения: MetaEfficient.Com

Насколько эффективно солнечное нагревание воды?

Солнечные тепловые панели, используемые в системах SWH, чрезвычайно эффективны при преобразовании солнечной энергии в тепло.Хорошая система должна обеспечивать большую часть ежедневных потребностей домашнего хозяйства в течение года и быть очень рентабельной.

В жарком средиземноморском климате очень популярным выбором является солнечное нагревание воды. Даже в более холодных частях Соединенных Штатов это все еще может быть эффективным и жизнеспособным вариантом.

Экологические преимущества

Хотя солнечное нагревание воды — это только одноцелевое использование возобновляемой энергии, которую дает наше солнце, оно продолжает играть важную экономическую роль во многих странах мира.

Учитывая эффективность и разумную стоимость солнечного нагрева воды, вы, безусловно, должны рассмотреть этот вариант.

Анимация «Как работает солнечная горячая вода»

Солнечные системы горячего водоснабжения работают, улавливая тепловую энергию солнечного света и превращая ее в полезную энергию в вашем доме.

Когда солнечные коллекторы горячей воды (плоские или вакуумные трубчатые) на вашей крыше теплее, чем ваш резервуар для воды, регулятор перепада температуры включает насос.Затем этот насос подает нетоксичную смесь антифриза к солнечным коллекторам на вашей крыше, где жидкость нагревается.

Жидкость, нагреваемая солнечными батареями, затем перекачивается в сверхизолированный резервуар для хранения, где она отдает свое тепло, проходя через теплообменник. Затем его перекачивают обратно на крышу, продолжая цикл до тех пор, пока не светит солнце.

В случае неожиданно высокого теплового прироста солнечной энергии (или в случае вашего отсутствия) система автоматически переходит в режим защиты от перегрева, называемый «Steamback».«При достижении определенного температурного порога циркуляционный насос гелиосистемы прекращает циркуляцию жидкости, и жидкость, присутствующая в коллекторах, превращается в пар и заполняет расширительный бак. Медные элементы солнечных коллекторов горячей воды не повреждаются от высокой температуры и будут достигать высоких температур до конца дня. После того, как система остынет в течение ночи, регулятор перепада температуры перезапустится и позволит системе начать нормальную работу на следующий день.

С мая по сентябрь всю горячую воду, которую использует домохозяйство для мытья посуды, одежды или принятия душа, будет обеспечивать солнце, даже в пасмурные дни.В темные зимние месяцы солнце все еще будет помогать, но резервное устройство, такое как бойлер или электрический элемент, будет работать, чтобы обеспечить стабильную подачу горячей воды. Вместо того, чтобы работать все лето, домашний котел будет работать только как резервный блок для нагрева второго змеевика в верхней части вашего резервуара.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *