Интерес к солнечным коллекторам растет с каждым годом, которые могут получать солнечную энергию и преобразовывать ее в тепло для нагрева воды или даже помещений. Откройте для себя возможности солнечных коллекторов. Мы объясним, каковы их принцип действия и структура.
Солнечные коллекторы - принцип действия и конструкция солнечных батарей
Солнечные коллекторы в односемейных домах
Солнечные коллекторы, также называемые солнечными, представляют собой устройства, в которых энергия солнечного излучения преобразуется в тепло для нагрева текучей среды, протекающей через них. Нагрев воды для коммунальных нужд (в первую очередь, для мытья) для нужд одной семьи потребляет несколько тысяч киловатт-часов в год. Возможность заменить дорогое электричество или даже немного дешевле газом или нефтью на бесплатную солнечную энергию является заманчивой перспективой. Именно поэтому коллекционеры уже работают в Польше, общая площадь которой оценивается более чем в 300 000 человек. м 2 Большая часть из них - те, которые установлены в домах для одной семьи.
Строительство солнечного коллектора
Наибольшее количество плоских и жидкостных коллекторов на рынке. Это система тонких трубок (или каналов, выполненных из профилей), прикрепленных к металлической пластине, покрытой так называемым селективным покрытием. Целое заключено в кожух, который предназначен для ограничения потерь тепла и защиты коллектора от повреждений, не препятствуя проникновению солнечного излучения внутрь. Жидкость, протекающая через коллекторные трубки (обычно используется трудно замораживающийся раствор гликоля), нагревается от нагретой солнцем поверхности пластины и соседних стенок труб. Качество коллектора зависит от качества материалов и точности изготовления, а также от количества энергии, которое он поставляет для установки на заданной поверхности. Низкие приборы могут поставлять горячую воду только в солнечную погоду и при условии, что на улице не очень холодно. Это связано с небольшими возможностями поглощения солнечного излучения не очень сложным поглотителем и потерями тепла через простой корпус. Чтобы извлечь выгоду из коллекционеров также зимой, необходимо использовать более дорогие решения.
Плоские солнечные коллекторы (фото Галмет)
Абсорбер или радиатор
Это пластина, покрытая сверху веществом с высоким коэффициентом поглощения солнечного излучения, но с низким коэффициентом теплового излучения. В простейшем варианте металлическая (иногда пластиковая) пластина поглотителя просто окрашивается черной краской. Это решение дешево, но генерирует относительно большие потери тепла за счет излучения. Поэтому в коллекторах более высокого качества используются покрытия из черного никеля, черного хрома, черной меди или оксида титана, известные под различными торговыми марками. Это, конечно, влечет за собой увеличение издержек производства, но использование коллекторов также больше.
Жидкость и трубки
Жидкость (раствор гликоля), которая нагревается поглотителем, течет по трубам. Они должны быть аккуратно прикреплены к нему - по всей длине они придерживаются его, чтобы эффективно получать тепло. Чаще всего они изготовлены из меди, которая хорошо проводит их, и в то же время является материалом, устойчивым к большим перепадам температур и коррозии. Способ их соединения очень важен из-за эффективности теплообмена между поглотителем и элементами, транспортирующими нагретую жидкость. Поскольку медь является дорогим материалом, ее заменили алюминием. Коллекторы с алюминиевыми поглотителями и алюминиевыми профилями для транспортировки жидкости значительно дешевле.
Корпус коллектора
Корпуса коллекторов обычно изготавливаются из алюминия. Его дно и бока обычно утеплены минеральной ватой. Количество потерь тепла от коллектора зависит от толщины изоляции. Корпус должен быть герметичным, поскольку он также влияет на величину потерь тепла, кроме того, утечки могут проникать в утечки, вызывая снижение КПД поглотителя . Верхняя стенка корпуса должна пропускать солнечную радиацию, поэтому она прозрачная. Обычно это закаленное стекло, устойчивое к механическим повреждениям - оно не должно быть повреждено даже во время града. Стекло, используемое в коллекторах, называется солнечным. Его особенностями являются хорошая передача солнечного излучения и в то же время хорошая теплоизоляция. У некоторых коллекционеров призматическое стекло - рассеивающий свет. Благодаря этому, когда солнечные лучи падают на стекло коллектора под углом, отличным от прямого угла, его эффективность несколько выше, чем при использовании обычного солнечного стекла.
Вакуумные коллекторы
Гораздо меньше используется, чем плоские коллекторы . Это параллельные стеклянные трубки диаметром 5-10 см, соединенные с батареями. Каждый из них имеет отдельную трубку с поглотителем - плоскую или нанесенную на поверхность трубки (более дешевое, но менее совершенное решение из-за отсутствия прямого контакта между поглотителем и трубкой). Вакуум вокруг абсорбера обеспечивает изоляцию. Здесь нет конвекции (перенос тепла в результате движения вещества), благодаря чему потери тепла от поглотителя значительно меньше. Кроме того, поглотитель нагревается быстрее, поскольку тепло не теряется при нагреве воздуха вокруг поглотителя. Трубные коллекторы могут состоять из:
- двойные трубки (труба в трубе) - вакуум между двумя слоями стекла;
-
индивидуальные вакуумные трубки.
Тепловые системы
Раствор гликоля (как в плоских коллекторах) может протекать через стеклянную трубку, прикрепленную к поглотителю, но существуют также конструкции с так называемой тепловой трубкой. Затем трубку закрывают с обеих сторон и заполняют испаряющейся жидкостью при температуре около 25 ° С. Жидкость, нагреваемая солнечными лучами в нижней части трубки, испаряется и поднимается в конденсатор в верхней части. Это внешне вымыто с гликолем, циркулирующим в солнечной системе. В результате жидкий пар в конденсаторе охлаждается (отдает тепло гликолю), поэтому он конденсируется и стекает по внутренней стенке тепловой трубки, где снова испаряется и весь цикл повторяется. Чтобы сделать это возможным, коллекторы должны быть наклонены под углом около 20 °. Использование явления фазового перехода (испарение и конденсация) позволяет повысить эффективность солнечного коллектора .
Коллекционер с зеркалом
Некоторые трубчатые коллекторы имеют зеркала, отражающие солнечные лучи, так что они попадают на поглотитель не только сверху, но и снизу. В результате температура жидкости в установке может значительно превышать 100 ° С. В домашних условиях это не нужно, поэтому этот тип устройства в основном используется в промышленности.
Накопление тепла
Поскольку потребность в тепле в доме самая высокая, когда условия для работы коллекторов самые плохие, необходимо хранить энергию, которую они передают. Для хранения воды, нагреваемой от солнечных коллекторов, вам необходим теплоизолированный резервуар. Это зависит от количества воды, которое он накапливает, смогут ли все члены домохозяйства купаться в воде, нагретой солнечной энергией, или будет необходимо регулярно нагревать ее другим источником тепла. Бак или бак, к сожалению, является дорогостоящим элементом установки - чем дороже, тем больше. И чем больше, тем больше должна быть поверхность коллекторов, чтобы они могли обеспечить тепло в количестве, необходимом для нагрева всего его содержимого до необходимой температуры. Вам следует подумать о том, заботитесь ли вы о максимальном использовании бесплатной энергии и способны ли вы принять большие инвестиционные затраты, или вы предпочитаете более дешевую установку и соглашаетесь восполнить нехватку энергии из традиционного источника. В зависимости от типа этого источника (дешевое топливо или дорогое электричество), рентабельность этих решений может варьироваться.
Возможности вакуумных коллекторов
Сложная конструкция вакуумных коллекторов делает их дороже плоских. В обмен на большие расходы можно ожидать, что в неблагоприятных погодных условиях (в холодные дни, в пасмурную погоду) они будут давать больше тепла, чем плоские коллекторы. В хорошую погоду хорошо спроектированная и сконструированная установка должна обеспечивать достаточное количество тепла, но это зависит от типа используемого оборудования. Не все вакуумные коллекторы, например двухтрубные, имеют более высокий эффект, чем плоские коллекторы.
Как устроить коллекционеров?
Предполагается, что каждый член домохозяйства потребляет 50 литров горячей воды при 45 ° C в день. Чтобы упростить его, можно предположить, что для его нагрева необходим солнечный коллектор с поверхностью поглотителя 1 м 2, но следует проводить более точные вычисления с учетом его эффективности, местоположения относительно мира и затенения (например, соседними зданиями или деревьями). Оптимальное расположение коллекторов - повернуть их на юг и наклонить под углом около 40 °. Там, где они есть, никогда не должно быть тени. Если какое-либо из этих условий не может быть выполнено, необходимо установить коллекторы с соответственно большей площадью поверхности, рассчитав их в соответствии с рекомендациями производителя.
Сколько коллекционеров вам нужно?
Один плоский коллектор обычно имеет поглотитель площадью около 1, 8-2 м 2 . В домах для одной семьи два, три, иногда четыре таких коллектора необходимы для нагрева воды. Емкость резервуара для воды с солнечным подогревом должна быть в полтора-два раза больше, чем ожидаемое ежедневное потребление горячей воды. Солнечные резервуары имеют вместимость от 200 л и выше. Самые маленькие подходят для семьи из двух человек, для трех человек рекомендуется вместимость около 250 литров, для четырех - 300 литров, но если все жители хотят купаться в большой ванне, лучше выбрать еще большую - даже 500 литров, если только вы не примиритесь с кипящей водой. обычным источником тепла.