Солнечные коллекторы российского производства - это эффективное оборудование, обладающее довольно высокими качественными характеристиками и способное обогревать жилые дома.

Описание работы устройства

Суть работы таких агрегатов заключается в том, что они способны поглощать, накапливать и распределять накопленную энергию. Используется она для удовлетворения различных нужд потребителей дома. Общий принцип работы солнечного коллектора обусловлен его составляющими компонентами. Он имеет собирательное устройство, контур теплообменника, аккумулятор, приемник и датчики. Основной элемент конструкции изготавливается из сплава меди, который впоследствии изолируется при помощи полиуретана и покрытия. Именно через поглощающее устройство и осуществляется дальнейшее распределение тепла.

За счет того, что в верхней части оборудования происходит движение жидкости, которая производит забор энергии из медных наконечников. Носитель будет нагреваться в змеевике. Такой цикл будет являться замкнутым и продолжаться до тех пор, пока температура носителя не станет выше, чем температура жидкости. Естественно, что существенная часть эффективной работы солнечного коллектора российского производства, как и любого другого, будет зависеть от продолжительности солнечного дня и других особенностей погоды.

Виды коллекторов

Существует несколько основных типов устройств.

• Первая модель - это коаксиальная установка. Это приспособление имеет вид двойной колбы из стекла, внутри которой нет воздуха. Он откачивается оттуда. На поверхность наносится абсорбирующее покрытие. По этой причине передача энергии осуществляется непосредственно от самой трубки.
• Вторая модель - это перьевая конструкция, которая представлена в виде одностенной колбы.
• Имеются также разновидности моделей по циркуляции носителя термосифонной системы.
• Имеются системы солнечных коллекторов, в которых устанавливается насос малой мощности. Это сети с принудительной циркуляцией. Преимущество заключается в том, что потребляемая мощность значительно уменьшается, а получаемая энергия увеличивается.
• Различают модели и по числу их контуров.

Характеристики российских моделей

Наиболее известные солнечные коллекторы российского производства - это "Дача" и "Универсал". К примеру, модель SCH-18 отличается довольно высоким показателем коэффициента полезного действия, температура конденсата в котором достигает 250 градусов по Цельсию. Колбы у этих видов устройств изготовлены из меди, а теплоноситель - жидкость. Также здесь важно отметить, что в вакууме отсутствует вода, что помогает избежать замерзания в холодный период. Корпус достаточно прочный, что является важным свойством для участков с сильными ветрами. Для того чтобы избежать попадания пыли и грязи, устанавливаются прорезиненные противопылевые прокладки. Наибольшая эффективность наблюдается до температуры в -35 градусов по Цельсию. Данные солнечные коллекторы российского производства изготавливаются по всем международным стандартам, что гарантирует их надежность и безопасность.

Как выбирать устройство

Если возникла необходимость в покупке такого рода устройств, то необходимо учитывать несколько основных нюансов.

• Если крыша, на которую планируется установить систему, является плоской, то лучше всего выбрать коллектор с трубчатой системой. Приспособление будет держаться очень прочно при большой парусности.
• Нужно довольно подробно изучить такие характеристики трубок, как тип, размер, количество, а также площадь, занимаемая оборудованием.
• Кроме того, важно выяснить такие общие параметры системы, как габариты, объем жидкости, поверхность абсорбера, качество стекла колбы и толщина изолятора.
• При приобретении нужно учитывать, что в цену солнечного коллектора не входит стоимость таких комплектующих, как бак, аккумулятор и обменник.

Производство в России

Конечно, производство коллекторов в России развивается с каждым годом, но если учитывать мировые масштабы, то российский рынок даже не учитывается при анализе данных. Однако тут стоит отметить, что качество моделей отечественного производства стремительно приближается к европейскому. Если говорить о стоимости данного вида товара, то здесь нужно учитывать такие факторы. Во-первых, имеет ли компания собственное производство комплектующих, а во-вторых, занимается ли она сборкой импортных элементов или покупает уже готовые. Учитывая эти два довольно важных фактора, можно сказать, что средняя цена солнечного коллектора находится в районе от 20 до 30 тысяч рублей.

Также здесь важно понимать, что полноценной сборкой гелиосистем занимаются только такие фирмы, как "Солнечный Ветер" и "Соларинтех". Остальные же компании выпускают лишь солнечные панели. Большой популярностью среди людей пользуются модели, которые изготавливает компания "Сокол". Они хороши тем, что имеется возможность модификации устройства.

Нагрев жидкости

Существуют солнечные водонагреватели для дома, однако для их нормального функционирования необходимо, чтобы соблюдались некоторые условия. Очень важно правильно провести процесс монтажа устройства. От этого зависит мощность нагрева воды. При наиболее благоприятных условиях в зимнее время года удастся увеличить температуру воды примерно на 50-65%, а в летнее время года на 100%.

Основываясь на этих цифрах, можно с уверенностью сказать, что в летнее время года такого рода системы хватит не только на то, чтобы нагревать воду, но и на то, чтобы обеспечить теплом дом. Еще одним довольно большим преимуществом станет то, что в летний период вырабатываемой энергии хватит еще и для работы некоторых бытовых приборов.

Отличия в конструкции и отзывы

Существуют такие типы, как Основное отличие - это трубки для солнечного коллектора данного типа. Они покрываются специальными материалами, чтобы увеличить степень поглощения солнечных лучей. Кроме того, в таких трубках чаще всего имеется еще одна, но с меньшим диаметром.

Между этими двумя комплектующими находится вакуум. Благодаря этому удалось повысить эффективность примерно на 30% и увеличить количество сохраняемого тепла. В коллекторах такого типа можно нагревать жидкость до 300 градусов по Цельсию.

Каждый хоть раз в жизни пользовался летним душем. В жаркие солнечные дни вода в чёрной ёмкости наверху может оказаться очень горячей. Энергия впечатляющая, причём достаётся по нулевым тарифам. Смекалистые домовладельцы всерьёз задумываются о том, как более продуктивно использовать этот мощный источник тепла. Некоторым удаётся создать вполне рабочие самодельные гелиосистемы, однако сейчас не проблема приобрести фабричный солнечный коллектор для отопления дома и других целей. О том, насколько эффективны такие решения, и как они реализуются, поговорим далее.

Принцип работы солнечных коллекторов

Немного физики

Солнце – источник тепла. Лучи небесного светила (видимые и невидимые) переносят большое количество энергии, поэтому ультрафиолетовое и инфракрасное излучение ещё называют радиацией. Свет, попадающий на предметы, «впитывается» материалами, молекулы в них начинают двигаться быстрее, поверхности нагреваются. Это явление и применяют в системах отопления солнечными коллекторами.

Перспективы отопления гелиосистемами в течение года

Объекты по-разному воспринимают солнечное облучение. Они могут быть прозрачными для одного вида радиации, собирающими для другого, и наоборот. Некоторые материалы одновременно впитывают и отражают солнечные лучи. Негладкие матовые поверхности чёрного цвета улавливают энергию интенсивнее, чем светлые, блестящие и гладкие. Больше лучей – больше потенциального тепла.

Как гелиосистема «снимает» и использует солнечную энергию

В отличие от фотоэлектрических панелей (солнечных батарей), гелиосистема не вырабатывает электроэнергию. Солнечные коллекторы для отопления дома сами греют теплоноситель, без вспомогательных электрических приборов. Горячий теплоноситель попадает в специальную ёмкость, где через теплообменник передаёт тепло воде из системы отопления (получается своеобразный первичный замкнутый контур с независимой циркуляцией носителя). Накопительный бак, в свою очередь, интегрируют в отопительную систему с твердотопливным, дизельным или электрическим котлом в качестве основного теплогенератора.

Есть модели, в которых теплоносителем выступает воздух, прокачиваемый вентиляторами по системе каналов в заданные зоны. Они не так продуктивны, как водяные, но пригодятся для отопления технических помещений, теплиц, подготовки воздуха системы вентиляции или сушки сельхозпродукции. Главное достоинство – всесезонность (нет жидкостей – нет проблем с их замерзанием).

Важно! Отопление от солнечных коллекторов – не единственный вариант применения солнечной энергии в быту. Тепло, «произведённое» гелиосистемой, используют для запитки контура ГВС, подготовки воды в бассейнах и других нужд.

Виды солнечных коллекторов

По используемому теплоносителю:

• Водяные (в основном применяют антифриз).
• Воздушные.

Водяные системы в зависимости от способа использования теплоносителя разделяют на:

• Пассивные. По сути, это просто водонагревателями с баком, установленным на крыше или фасаде дома. Пассивные устройства в основном предназначены для получения горячей воды.
• Активные («сплит»). Посредством трубопроводов соединены с отдельно стоящим аккумулирующим баком, расположенным внутри здания, поэтому теряют меньше тепла и не боятся морозов. Для обеспечения циркуляции в систему устанавливают насосы. Чтобы активное отопление на солнечных коллекторах работало круглый год, накопитель доукомплектовывают ТЭНами для догрева.

Пассивный вакуумный моноблок для сезонного использования

Виды водяных коллекторов по принципу передачи тепла:

• Косвенного действия. Используют аккумулирующий бак, подключенный к контуру отопления или ГВС.
• Прямоточные («под давлением»). Посредством кранов и клапанов модуль подключают к водопроводу, то есть холодная вода выталкивает горячую, как в бытовом электрическом бойлере.

По типу конструкции водяные коллекторы бывают:

• Плоские – представляют собой коробчатую панель, дно покрыто теплоизоляционным материалом, чтобы не терять энергию через тыльную сторону. На этом слое по всей площади располагается пластина, которая поглощает солнечный свет и нагревается. В штампованных углублениях адсорбирующей пластины (под ней) проходят трубки с теплоносителем. Сверху панель покрыта защитным стеклом.
• Вакуумные – батареи из параллельных стеклянных труб, в которых циркулирует теплоноситель.

Начинка плоского солнечного коллектора

Устройство вакуумного солнечного коллектора для отопления

Рассмотрим функциональную нагрузку основных комплектующих вакуумного солнечного коллектора для отопления.

1. Вакуумная трубка – первичный теплообменник. Наружный слой выполнен из прочного прозрачного боросиликатного стекла. Внутри каждой колбы – адсорбер с многослойным покрытием, усиливающим поглощение солнечной энергии. Между стеклом и адсорбером воздух выкачан, вакуумная прослойка сохраняет тепло, создавая эффект термоса. В колбе установлены U-образные или Н-образные трубки с рабочей жидкостью.

1. Бак-аккумулятор выступает вторичным теплообменником. Через змеевик тепло передаётся теплоносителю из основного контура водяного отопления. В пасмурные дни данный элемент позволяет пользоваться накопленным теплом. У бака двойной корпус (внутренний кожух из нержавейки), пространство между стенками заполнено полиуретаном. Часто бак комплектуют нагревательными элементами для искусственного подогрева теплоносителя.

1. Контроллер предназначен для автоматизации работы коллектора. Он принимает показания датчиков и отдаёт команды: на подпитку системы, на включение ТЭНа или циркуляционного насоса.

1. Циркуляционный насос обеспечивает транспортировку теплоносителя между тепловой трубкой коллектора и выносным накопительным баком, благодаря чему на 20-25% повышается эффективность установки. Иногда для достижения автономности насосы снабжаются фотоэлектрической панелью, небольшое гидравлическое сопротивление позволяет использовать маломощные напорные устройства. Встречаются также конструкции с естественной циркуляцией.

Элементы вакуумной трубки солнечного коллектора

1. Трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой (подающий и обратный) соединяют аккумулирующую ёмкость с коллектором.

Важно! Чтобы сократить теплопотери, трубы контура гелиосистемы обязательно утепляют рукавами из вспененного каучука с толщиной стенок от 20 мм.

1. Расширительный бак должен компенсировать расширение нагретого теплоносителя, поскольку контур солнечного коллектора замкнут. Обычно используют модели, рассчитанные на 6-10 атмосфер.

1. Опорные металлоконструкции позволяют выставить коллектор под необходимым углом к солнцу. Раму изготавливают из стали или алюминия, она должна выдерживать порывы ветра до 30 м/с.

Производительность отопления солнечными коллекторами

Ключевую роль играет характер инсоляции в конкретной местности, например, важным показателем может оказаться высота над уровнем моря. Пользователи из южных регионов, где более трёхсот солнечных дней в году, по достоинству оценят работу гелиосистемы. Больше всего тепла можно получить в ясную погоду, когда солнце в зените. Вечером и утром, а также в пасмурные дни производительность системы неизбежно падает. Чтобы «поймать» максимум лучей, нужно правильно установить коллектор: выдержать угол наклона, ориентировать модули на юг, устранить возможность затенения (высокие соседние здания, деревья).

Выбор оптимального угла установки коллектора в зависимости от времени года и направления

Важно! Для отопления при помощи гелиосистемы лучше отказаться от радиаторной разводки и отдать предпочтение системе тёплых полов, так как для их работы нужен теплоноситель с гораздо меньшей температурой.

Расчет солнечного коллектора для отопления основывается на киловаттах, которые нужно компенсировать, и реальных технических условиях. Пользователь может собрать систему из нескольких модулей, таким образом увеличив ее производительность. Для заводских изделий всегда указывается удельная полезная мощность (кВт/м 2), но фактически она зависит от способа соединения коллекторов, от расхода теплоносителя и других нюансов. Чтобы капиталовложения не пропали даром, для расчётов и монтажа обратитесь к специалистам.

Видео: как работает солнечный коллектор

Классический солнечный коллектор представляет собой металлические пластины черного цвета, установленные на крыше дома. Цвет и положение коллектора предполагает максимальное поглощение и накапливание солнечной энергии. Эти металлические пластины помещаются в корпус, изготовленный из стекла или пластмассы. Наклон к южной стороне, при установке позволит увеличить количество поглощаемой радиации. Проще говоря, солнечный коллектор - это миниатюрная теплица, которая накапливает солнечную энергию под стеклянной панелью. Солнечная радиация распределяется по поверхности равномерно, по этому, чем больше площадь коллектора, тем больше энергии будет поглощено.

На сегодняшний день солнечная энергетика развита достаточно обширно, это дает возможность устанавливать солнечные панели различных комплектаций и размеров. Этот аспект позволяет солнечным коллекторам обеспечивать хозяйственные нужды человека, такие как отопление и снабжение горячей водой.

К примеру, существует несколько отдельных видов солнечных коллекторов, которые различаются, в зависимости от температуры, до которой они способны достигать:

• Коллекторы низких температур. Такие коллекторы дают достаточно низкие температуры – не выше 50 С. Такие коллекторы, широко применяются для подогрева воды в бассейнах, и в других случаях, когда не требуется слишком высокая температура воды.
• Коллекторы средних температур. Такой тип коллекторов способен нагревать воду от 50 до 80 С. Зачастую, такой коллектор представляет собой плоскую остекленную пластину, в которой с помощью жидкости происходит теплопередача или же это коллекторы-концентраторы. В последних тепло концентрируется и может использоваться для нагрева воды в жилых секторах.Представлен коллектор-концентратор, в большинстве случаев, вакуумированным трубчатым коллектором
• Коллектор высоких температур. Зачастую имеют форму параболических тарелок. Такое устройство, в большинстве случаев используется большими предприятиями, которые генерируют электричество и распределяют его для городских электросетей

Интегрированный коллектор

Накопительный интегрированный коллектор

На данный момент одним из самых простых видов солнечных коллектором является емкостной коллектор, который еще называются термосифонным коллектором. Такое название, данный генератор получил за счет того, что он одновременно может и аккумулировать тепло и хранить определенное, уже нагретое, количество воды. Такие коллекторы, зачастую используются для начального нагрева воды, которая впоследствии нагревается до необходимой температуры стандартными установками (газовыми, электрическими колонками и т.д.). Такой метод позволяет экономить на потреблении электричества, за счет того, что в бак котла поступает уже подогретая вода.

Рассмотрим основные плюсы такого вида коллекторов. Первое – это, конечно же, экономия на электричестве. Второе – это возможность использовать достаточно дешевую альтернативу солнечной водонагревательной системе. Третьим плюсом стоит отметить простоту использования коллектора – минимум технического обслуживания, за счет отсутствия в нем движущихся частей (насосов и прочего).

Такие коллекторы бывают также "Integrated Collector and Storage", или, проще говоря, интегрированными коллекторами-накопителями. Такой вид коллектора, зачастую представлен одним или несколькими баками, которые заполнены водой. Эти баки помещаются в теплоизоляционный ящик и накрываются стеклянной крышкой. Порою, в этот же ящик помещаются прибор-рефлектор, который позволяет увеличивать солнечное излучение. Принцип действия данного устройства достаточно прост – солнечный свет, проходя через стекло, нагревает воду. Такая простота функционирования обуславливает достаточно не большую цену самого устройства. Однако стоит помнить, что в холодное время года, воду стоит защищать от замерзания, или же сливать.

Плоские коллекторы

Такие коллекторы, пожалуй, самые популярные для использования в бытовых условиях, для нагрева воды и в отопительных системах. Внешне, такое устройство выглядит как обычный металлический ящик. Однако внутри него находиться черная платина, которая поглощает солнечный свет. Крышка у этого ящика должна быть в обязательном порядке, стеклянной или пластмассовой, дабы лучше пропускать солнечную энергию.

Остекление плоского солнечного коллектора может быть прозрачным или матовым. Зачастую, все же, отдается предпочтение матовому остеклению, поскольку такое стекло позволяет пропускать только свет. А также, содержание железа в стекле должно быть очень низким, что бы позволить пропускать большую часть поступающего света, в коллектор. Принцип действия заключается в том, что солнечный свет, попадая на пластину, тепловоспринимающую пластину, которая и вырабатывает тепло. Стекло служит теплоизоляцией, а для повышения КПД коллектора, его стенки прокладывают теплоизолятором. Такая конструкция, позволяет снизить тепловые потери до минимума.

Пластина абсорбента, или же пластина, поглощающая солнечный свет, зачастую окрашена в черный цвет, дабы увеличить количество поглощаемой солнечной энергии, ведь тот факт, то темные тела притягивают ее больше – ни для кого не секрет. Проходя через стекло, и попадая на поглощающую пластину, солнечная радиация превращается в тепловую энергию. Далее, чтобы продолжить процесс, полученное тепло передается тепловому носителю. Тепловым носителем может выступать воздух или жидкость, которые циркулируют в трубах. К сожалению, даже полностью черные поверхности, способны отражать около 10% солнечной радиации, падающей на нее. Дабы избежать этого, абсорбирующие пластины покрываются дополнительно специальным покрытием, которое призвано удерживать солнечный свет попадающие на пластину. Такое покрытие служит дольше обычной краски и позволяет повысить КПД коллектора. В состав такого селективного покрытия входит слой аморфного полупроводника, который наноситься на металлическое основание пластины.

Абсорбирующие пластины изготавливаются из металла, который наилучшим образом проводит тепло. Высокий уровень теплопроводности металла позволит уменьшить теплопотери при передаче переработанной энергии теплоносителю. К списку таких металлов можно причислить медь и алюминий. Разница между ними заключается в том, что медная пластина способна лучше проводить тепло, и более устойчива к коррозиям, в отличии от алюминиевой пластины.

Плоские солнечные коллекторы бывают жидкостными или воздушными. А в зависимости от наличия остекления, и тот и другой вид бывает как остекленным, так и не остекленным.

В солнечных коллекторах этого типа, теплоносителем выступает жидкость. Солнечная энергия, перерабатывается в поглощающей пластине в тепло, и передается жидкости, которая течет по трубам, прикрепленным к пластине. Эти трубы могут идти параллельно друг другу, но на каждой, в обязательном порядке должно быть входное и выходное отверстие. Существует возможность расположение труб в виде змеевика. Такое положение уменьшает количество соединительных отверстий, что, в свою очередь, снижает вероятность протекания. Таким образом, змеевидное расположение обеспечивает более равномерный поток жидкости-теплоносителя. Однако, могут возникать сложности при спуске жидкости перед похолоданием, поскольку в изгибах трубы может остаться жидкость.

Простые системы жидкостных солнечных коллекторов предполагают использование обычной воды, которая сразу же, нагреваясь в коллекторе, поступает пользователю. Такие модели называют «разомкнутыми» или «прямыми» системами. Однако применение таких коллекторов неудобно в регионах с низким температурным режимом. Поскольку, при снижении температуры ниже точки замерзания – необходимо сливать воду. В этот период систему использовать невозможно. Альтернативой является использование незамерзающих жидкостей вместо воды. Этот вид системы жидкостных солнечных коллекторов использует жидкие теплоноситель, который, поглощая тепло, направляется в теплообменник. Зачастую теплообменником является водяной бак, конструкция которого предполагает передачу тепла воде. Такую систему называют «замкнутой» или «непрямой».

Остекление жидкостных коллекторов позволяет нагревать воду для бытовых нужд, и для отопления дома, поскольку их КПД выше, чем у неостекленных аналогов. Неостекленные коллекторы, зачастую используют для нагрева воды в бассейнах. В последних приборах не требуется нагревать температуру до высоких температур. Это позволяет использовать менее дорогие материалы, такие как пластмасса и резина.

Воздушные коллекторы

Теплоносителем в воздушных коллекторах выступает воздух, а он не замерзает и не кипит, в отличие от воды. Этот факт позволяет избежать проблем, которым подвержены жидкостные коллекторы. К тому же, утечка в системе воздушных коллекторов приносит намного меньше трудностей, хотя, конечно же, обнаружить ее достаточно сложно. Стоит помнить, что перед материалами, используемыми в воздушных солнечных коллекторах, не стоят особо сложные эксплуатационные задачи. По этому, в воздушных системах возможно использование более дешевых материалов.

Конструкция воздушных коллекторов, представляет собой сочетание плоских коллекторов. Такой прибор используется в основном для просушки сельскохозяйственной продукции, или же для отопления помещений. Металлические панели и многослойные неметаллические экраны могут послужить поглощающими пластинами в конструкции воздушных коллекторов. Теплоноситель проходит через стенки поглотителя с помощью естественной конвекции, или с помощью специального вентилятора.

Теплопроводимость воздуха, на порядок хуже, чем проводимость тепла, жидкостью. По этому, поглотитель получает значительно меньше тепла от воздуха, чем от жидкости. Вентилятор, присоединенный к поглощающей пластине, позволяет увеличить поток воздуха, таким образом, улучшая теплоотдачу. Однако и в этой конструкции есть свои недостатки. Для работы вентиляторов, необходимо дополнительно использовать электроэнергию, а это, в свою очередь увеличивает затраты на работу системы. В условиях холодного климата, необходимо направлять воздух между поглощающей пластиной и утепленной стенкой коллектора, это позволяет избежать потерь тепла. Но не стоит применять такою циркуляцию, если, все же, воздух в помещении, нагревается на 17 С больше, чем воздух на улице. В этом случае, воздух может спокойно циркулировать без потерь эффективности.

Поговорим о достоинствах воздушных коллекторов. В первую очередь – это простота и надежность. Воздушные коллекторы имеют достаточно простое устройство, благодаря этому снижается уровень необходимости технического обслуживания, при этом увеличивая их безусловную надежность. При достойных условиях эксплуатации, срок службы качественного воздушного коллектора колеблется от 10 до 20 лет. За счет того, что теплоносителем выступает воздух, исключается необходимость использования теплообменника и термоизоляции в холодное время года.

Однако не все так красочно, в сфере солнечных воздухонагревателей. Все дело в том, что применение таких установок распространено исключительно для отопления помещений и просушки сельскохозяйственной продукции, причем, в основном, в развивающих странах. Причиной этому стало то, что существуют некоторые ограничения, для использования в промышленных условиях. Начнем с того, что по сравнению с жидкостными, воздушные коллекторы занимают достаточно большую площадь, за счет низкого уровня удельной теплоемкости. К тому же, требуется оборудовать длинный воздуховод для эффективной работы коллектора. И самая главная трудность – это необходимость использования электроэнергии для прогонки воздуха через функциональные части коллектора. Еще иногда встречаются сложности с аккумулированием самой теплоты. Все эти проблемы, даже в регионах с достаточным количеством солнечных дней, приводит к значительному увеличению стоимости на эксплуатацию и установку воздушных коллекторов.

Принцип действия солнечных коллекторов

Элементарный воздушный коллектор

Воздушные солнечные коллекторы делятся на две группы, в зависимости от способа циркуляции воздуха. В самом простейшем случае, поток теплоносителя (воздуха) в коллекторе проходит как раз под поглотителем. Таким образом, данный коллектор позволяет повысить температуру воздуха, не больше чем на 3-5 С. Причиной такого низкого КПД является потери тепла на конвекцию и излучение.

Любой прозрачный материал, с низкой проводимостью инфракрасного излучения, позволяет снижать уровень теплопотерь, при накрывании им поглотителя. Все дело в том, что поток воздуха, образовывается или под поглотителем, или между поглотителем и данным прозрачным покрытием. Прозрачная крышка (из особого стекла или пластмассы) позволяет не на много снижать уровень излучения тепла с поглотителя. Однако, это снижение конвективных тепловых потерь, может позволить увеличить температуру до 20-50 С. Но и этот параметр будет зависеть от интенсивности солнечной энергии попадающей в коллектор и качества воздушного потока. Как плюс к этому всему, наблюдается, также снижение тепловых потерь на излучение, за счет снижения температуры поглотителя. Но стоит помнит, что при этом происходит еще и снижение возможности абсорбента поглощать энергию, за счет его запыления, в том случае, если поток воздуха проходит с обеих сторон.

Накрытый поглотитель в воздушном коллекторе

Отказ от остекления металлического ящика и теплоизоляции, в некоторых случаях, позволяет существенно снижать затраты. Дело в том, что изготовляется такой коллектор из перфорированного металла черно цвета. Такой материал позволяет улучшать качество теплообмена. Принцип этого процесса заключается в том, что этот металл нагревается достаточно быстро, а вмонтированный вентилятор втягивает теплый воздух, через отверстия в металлических листах. Коллекторы такого типа, достаточно часто используются в жилых домах. Зачастую размеры такого прибора составляют 2,4 м?0,8 м, при этом скорость нагрева воздуха составляет 0,002 м3/с. Даже в солнечный зимний день, температура воздуха, который нагревается в коллекторе, может достигать разницы в 28 ?С по сравнению с наружным. К тому же, стоит учесть, что в значительной мере улучшается качество воздуха, поскольку нагревается непосредственно воздух, поступающий снаружи.

Одним из главных плюсов подобных коллекторов, является тот факт, что они достаточно эффективны. КПД некоторых промышленных моделей может достигать 70%. А их стоимость снижается, за счет уменьшается количество используемых материалов.

Вакуумированный солнечный коллектор

Плоские солнечные коллекторы, изначально создавались для использования в местах с большим количеством солнечной энергии. При плохой погоде, их эффективность достаточно не значительна. Холодная, ветреная, пасмурная погода – не позволяют работать таким коллекторам в полную мощь. Но и это не все – повышенная влажность в значительной мере неблагоприятно сказывается на состоянии внутренних деталей такого коллектора. А это влечет за собой уменьшение срока службы коллектора, а также ухудшение эффективности его работы. Дабы устранить такие недостатки были созданы вакуумированные солнечные коллекторы.

Современные вакуумированные солнечные коллекторы способны нагревать воду, для обеспечения хозяйственных нужд. Принцип действия такого прибора заключается в следующем: солнечная энергия, проходя через наружную трубку, попадает в поглощающую трубку, где и происходит превращение солнечной энергии в тепло. А далее, переработанное тепло передается теплоносителю (жидкости). Сам коллектор представляет собой сочетание определенного количества параллельных рядов стеклянных трубок. К каждой из этих трубок прикрепляется трубчатый поглотитель с селективным покрытием (аналог пластины-поглатителя в вышеописанных плоских коллекторах). Нагретая в коллекторе жидкость поступает в бак накопитель, и уже там отдает все полученное тепло воде.

Трубки в вакуумированном коллекторе можно менять. Добавлять или даже убирать, в зависимости от необходимости. Это позволяет называть такие коллекторы модульными. Но стоит помнить, что между трубками коллектора должен быть вакуум, что бы уменьшить потери тепла в процессе конвекции. Однако, радиационная потеря тепла остается. Уточним, что радиационная потеря тепла – это то тепло, которое идет на нагревание поверхностей рабочих частей коллектора. Но не стоит думать, что эти потери существенно повлияют на эффективность работы коллектора. Радиационная потеря достаточно мала, по этому можно уверенно считать, что рабочие характеристики вакуумированного коллектора достаточно велики.

На данный момент, создано большое количество , которые имеют различные комплектации, а, следовательно, и разные эксплуатационные характеристики и особенности.

Создание вакуумированного коллектора – это достаточно сложный и трудоемкий процесс. Особенные трудности вызывает запайка оболочки коллектора. Проблема заключается в том, что по сей день не найдено достаточно эффективного метода создания эффективной высоковакуумной системы, при не больших затратах.

Стоит помнить, что такие вакуумированные коллекторы достаточно эффективны, по сравнению с обычными плоскими коллекторами. Все дело в том, что эффективность работы вакуумированного коллектора не зависит от качества радиации, т.е. как в условиях прямой, так и рассеянной радиации, данный коллектор работает одинаково эффективно. К тому же, вакуумное строение коллектора позволяет свести к минимуму потери тепла. Помимо всего вышесказанного, такие приборы достаточно долго и качественно служат, полностью обеспечивая все хозяйственные нужды человека.

Концентраторы

Фокусирующий солнечный коллектор

Концентраторы или же коллекторы отличаются от предыдущих описанных коллекторов тем, что их принцип действия заключается в концентрации солнечных лучей. Делается это за счет зеркальных поверхностей, которые направляют солнечную энергию конкретно на поглотители. Температура, которая обеспечивается концентраторами значительно выше, чем максимальная температура плоских коллекторов. Но стоит помнить, что концентраторы могут воспринимать исключительно прямую солнечную радиацию, по этому. В пасмурную погоду их использование не возможно. Такой тип коллекторов-концентраторов, особенно эффективен в регионах близких к экватору и в пустынных районах с большим количеством солнечных дней.

Для более эффективной работы концентратора, используется специальный прибор, который отслеживает направление солнечных лучей и поворачивает прибор к солнцу. В зависимости от оси, по которой может вращаться, такой коллектор различают одноосные и двуосные следящие устройства. Первые предполагают вращение устройства с востока на запад, а вторые, предполагают поворот устройства во все четыре стороны света, для того что бы точно отслеживать направление солнца в течение всего года. Данные коллекторы-концентраторы, в основном используются в промышленных условиях. Причиной этому стала достаточно большая стоимость этого устройства, а также необходимость постоянного технического обслуживания. Для бытового применения, они просто не приемлемы.

Солнечные печи и дистилляторы.

Помимо всех вышеописанных приборов, существуют также приборы, которые имеют достаточно простую структуру, и узкую сферу применения. К примеру, такие приборы могут выступать в роли солнечной печи, для приготовления пищи, или солнечного дистиллятора – прибора достаточно дешево очищающего воду любого состояния.

Поговорим про солнечные печи. Они достаточно просты, как при эксплуатации, таки при изготовлении. Солнечные печи представляют собой достаточно хорошо теплоизолированную коробку, которая покрыта материалом, отражающим свет (фольгой, например). Эта коробка накрывается стеклом и оборудована внешним отражателем. Кастрюля черного цвета послужит поглотителем, поскольку может намного быстрее нагреваться. Такие печи, можно использовать для стерилизации воды, при кипении.

Что касается солнечных дистилляторов, то они могут в результате своей работы предоставлять дистиллированную воду достаточно дешево, притом, что брать воду, можно практически из любого источника. Принцип работы солнечного дистиллятора лежит в основе процесса испарения, а сам прибор использует солнечную энергию, с целью ускорить этот процесс. За день работы, небольшой солнечный дистиллятор может произвести около 10 литров идеально чистой воды.

На данный момент солнечная энергия используется достаточно обширно. Одним из самых эффективных примеров его использования является метод нагрева воды солнечной энергией. Несколько миллионов жителей нашей планеты, уже достаточно долго и давно используют солнечные коллекторы для обеспечения своих нужд. Такие приборы достаточно эффективны, не требуют особых затрат на эксплуатацию, к тому же не приносят вреда окружающей среде.

Ежедневно солнце является поставщиком неограниченного энергетического потенциала, которое будет доступно для человеческого пользования на протяжении еще многих лет. Такие возможности природы являются главными движителями для человека придумывать и воплощать в реальность более новые возможности и устройства, которые способны перерабатывать солнечное излучении в полезную для человечества энергию.

Вакуумный солнечный коллектор – эффективное устройство, способное питать не только электрическую лампочку, но и целую отопительную систему для помещений.

Переработанная солнечная энергия превращается в тепловую, и передается теплоносителю. Такое применение современных установок используется для обогрева помещения, подогрева жидкости, архитектурных конструкций.

Процесс нагревания воды от солнца

Для того, чтоб солнечное светило могло осуществить нагрев воды, должны быть осуществлены некоторые предпосылки. На протяжении всего года расход остается практически на одном и том же уровне. Именно по этой причине в роли энергетического источника для нагрева жидкости эффективнее всего использовать энергию большого светила – Солнца.

Если правильно осуществить установку солнечных коллекторов, то они способны увеличить температуру воды на 50- 65% в холодное время и до 100% в летнее.

Такие условия работы системы свидетельствуют о том, что в теплое время года можно будет отказаться от использования традиционных систем обогревания при помощи газа или электричества. Использование такой системы в летнее время является крайне выгодным еще и по той причине, что выработанной энергии хватает даже на питание некоторых бытовых электрических машин, работающих на благо домашнего хозяйства.

Важным достоинством современных солнечных водонагревательных установок является простота технологического новшества, использование которого дает возможность жить комфортно, экономно, без нанесения вреда для окружающей среды.

Конструктивные отличия

Главным конструктивным отличием вакуумных коллекторов являются стеклянные трубки, которые надежно закреплены на базовой панели. Такие трубки покрыты специальным веществом, которое способно притягивать солнечное тепло. Помимо этого, внутри такой трубки находится еще одна, меньшим диаметром.

Следует отметить, что между ними находится вакуум. Именно благодаря этой вакуумной прослойке удается сохранить большую часть тепла и повысить эффективность коллектора более чем на 30%, по сравнению с плоскими моделями. В таких коллекторах вода способна нагреться до 300 °C.

Следующим не менее важным отличием вакуумных коллекторов является специальная жидкость внизу трубки, которая в результате нагревания превращается в пар, поднимаясь вверх, производит равномерное нагревание жидкости.

Отметим, что именно в регионах с небольшой продолжительностью светового дня и минусовой температурой реализация такой работы аппарата дает существенный выигрыш в количестве добытой тепловой энергии.

Относительно цены такие приборы имеют более высокую стоимость, нежели иные, однако, выходные характеристики оправдываются по истечении нескольких лет.

Принцип работы солнечных коллекторов

Если говорить доступным языком, то солнечные коллекторы направлены на оккупацию тепловой солнечной энергии, ее накапливание и последующее распределение по оборудованию для человеческих потребностей.

Для большего понимания работы системы, прежде всего, необходимо разобраться из чего она состоит. Зачастую такая система собрана из коллектора, контура для самого теплообменника, теплового аккумулятора, температурных датчиков, приемника. В качестве такого аккумулятора чаще всего используют водяной бак.

Теперь разберем особенности некоторых частей более подробно. Главной особенностью приемника является состав сплава – медь, изолированная полиуретановым типом, защищенная анодированным алюминиевым покрытием. Именно через него происходит подача тепловой энергии. В случае обнаружения неисправности в приемнике его процесс замены происходит без особых затруднений, без необходимости слива всей не замерзшей жидкости из теплообменника.

Температурные датчики расположены на выходе из вакуумного коллектора и на обратной стороне устройства отопления. На основе данных температурных датчиков происходит включение и выключение циркуляционного насоса.

В случае перегрева теплоносителя (жидкости) в системе может возникнуть так называемое избыточное давление, нейтрализовать которое поможет только расширительный бак.

Работа системы происходит следующим образом. В качестве теплоносителя вакуумного солнечного коллектора является незамерзшая жидкость, которая, продвигаясь через верхнюю зону устройства, осуществляет поглощение тепловой энергии со специальных наконечников из медных сплавов.

В результате использования змеевого механизма осуществляется нагревание жидкости в накопителе. Замкнутый цикл передачи тепла происходит до тех пор, пока температура самой жидкости будет превышать температурные показатели воды в накопительной емкости. Время работы такой системы напрямую зависит от продолжительности дня и температуры окружающей среды.

Вакуумные накопители с прямой тепловой подачей

В приборах с прямой подачей тепла вакуумные приспособления, изготовленные из стекла, и накопительный бак крепятся к единому рамному каркасу в наклоне от 40° до 60 °. Через резиновое соединительное кольцо соединены все вакуумные механизмы с накопительным баком.

При помощи запорного клапана устройство может быть подключено к водопроводным линиям, а специальный фиксирующий клапан осуществляет контроль за состоянием уровней водных масс в накопительной емкости.

Ввиду того, что носителем в таких системах является вода, то такие устройства относят к сезонным обменникам тепловой энергии.

Вакуумные коллекторы с косвенной подачей

Принцип работы оборудования, который имеет свойства косвенной передачи тепловых ресурсов, чем-то схож с процессом системных линий централизованной системы отопления. Работа в данных соединениях происходит благодаря давлению от водопроводных путей.

Достоинства вакуумных коллекторов

Для осуществления работы системы используются вакуумные изолированные приспособления. Главным достоинством таких тепловых соединений является постоянная работоспособность и при пониженных температурах (до - 40 °C) и усиленном давлении водопроводных каналов. Сам прибор с накопительным баком устанавливаются по отдельности, которые соединяются при помощи специальных металлопрокатных изделий.

Для получения максимального количества солнечной энергии стандартный вакуумный коллектор устанавливают на крыше дома, а накопительную емкость внутри помещения. Такие установки получили название всесезонных сплит-систем.

Работоспособность косвенных устройств автоматизирована при использовании контроллеров, а бесперебойная циркуляция носителя тепловой энергии в системе осуществляет насос.

Главными достоинствами коллекторов солнечного тепла являются:

1. Высокая эффективность процесса даже в условиях минусовой температуры.
2. Легкость установки всей конструкции.
3. Противоветровая устойчивость коллектора.
4. Продолжительность работы.

К недостаткам использования работы такой системы необходимо отнести высокую стоимость оборудования, окупаемого по истечении нескольких лет.

Распространенность солнечных коллекторов

На сегодняшний день ситуация распространения солнечных коллекторов претерпела небольших изменений. Ввиду изменения климата в некоторых областях использование солнечных коллекторов приобрело больше популярности.

Солнечные коллекторы с успехом используют как для реализации бытовых нужд, так и для обогрева жилых помещений, на предприятиях различных масштабов, на овощных плантациях. Такой способ получения энергии стал достаточно популярен в Европейских государствах, для которых экономия средств стоит на первом месте: США, Китай, Германия и так далее.

Для всего мира массовый переход на солнечную энергию означает прорыв в современных технологиях, которые обеспечивают большие возможности обеспечения населения планеты бесплатным электричеством, не оказывающим пагубное воздействие на атмосферу.

Использование такого рода коллекторов является прекрасной альтернативой электрического и газового отопления, так как является экологически чистым устройством, не осуществляющим выбросы в атмосферу. Помимо этого наибольшим достоинством использования такого рода устройств является экономическая выгода.

Использование солнечной энергии давно уже не новшество. Использовать ее можно для местного нагрева воды, например, на даче. Применить такой нагрев можно и для отопления, но стоимость дополнительного оборудования выйдет довольно высокой. Соорудить солнечный коллектор своими руками - не фантастика!

Для использования энергии солнца применяют специальные коллекторы. Для применения в разных целях существуют несколько вариантов устройств. Существуют такие типы элементов:

• плоский;
• трубчатый.

Плоский коллектор

Им можно назвать солнечную панель. Плоский солнечный коллектор своими руками создать выгодно и несложно. В центре данного устройства расположена панель поглотителя. Выполнена такая панель из металлов, которые хорошо проводят тепло, чаще всего это медь или алюминий.Чтобы коллектор хорошо выполнял свою функцию, а именно максимально поглощал солнечную энергию и с минимальными потерями преобразовывал ее в тепловую, на его поверхность должен быть нанесен специальный состав. Его поверхность защищает стекло с минимальным содержанием в своем составе железа. Такое стекло обладает хорошей пропускной способностью, минимальным отражением света и является хорошей защитой от воздействий внешней среды. По периметру поглотитель имеет корпус для защиты от механических воздействий, выполнен он обычно из стали или алюминия. Корпус и нижняя часть коллектора имеют теплоизоляцию. Плоский элемент способен передавать тепло тому теплоносителю, который в нем расположен. Это может быть простая вода или антифриз.

Расположить плоский коллектор можно в любом положении. Обычно его закрепляют на крыше, но и в другом месте он будет работать не хуже. Соорудить такой солнечный коллектор своими руками можно без больших вложений.

Если говорить о заводских элементах, то плоские могут быть стандартных размеров, площадью до 2,5 м 2 .
Если требуется большая мощность, можно устанавливать несколько стандартных панелей вместе. Они будут составлять единую систему солнечного тепла.

У плоских коллекторов есть преимущество – они дешевле аналогов вакуумных. Но при низких температурах окружающей среды такие коллекторы теряют много энергии и уровень КПД снижается. Поэтому для применения в летний период достаточно будет плоского коллектора, а вот зимой он уступит вакуумному коллектору почти в два раза.

Вакуумный

Такой коллектор состоит из трубок, внутри них вакуум. Устройство каждой трубки напоминает устройство термоса, в основе которого стержень из меди, оболочка такого термоса - колба из дойного стекла, как раз между ними вакуум. Внутренняя оболочка трубки покрыта специальной черной краской, а внешнее стекло прозрачное. Трубки объединяются при помощи соединительного модуля.

Ценовая категория такого типа коллекторов выше аналогов плоских моделей, но преимущество определяется их выгодой использования в зимний период. Своими руками для дома солнечные коллекторы сделать можно из подручных материалов. Они могут быть от других устройств, например, от холодильника. В ремонте устройств вакуумного типа сложностей возникнуть не должно. Если одна из трубок выйдет из строя, сам коллектор продолжит работу. Но выход тепла будет меньше.

Типы

Вакуумные элементы можно подразделить на:

• прямоточные;
• с тепловой трубой.

Вакуумный солнечный коллектор своими руками смонтировать сложнее, чем плоский. Выйдет это немного дороже, но надо оценить преимущества вакуумного перед его установкой.

Солнечный коллектор своими руками соорудить не так сложно. Но стоит помнить, что он не будет также эффективен, как аналогичный произведенный в промышленных условиях. Необходимо сделать соответствующий расчет выгоды и эффективности данного устройства.

Как изготовить солнечный коллектор своими руками?

Для того чтобы приступить к устройству такого солнечного накопителя тепла, нужно самостоятельно совершить следующие действия:

• подготовить основу будущего коллектора;
• подготовить для установки радиатор;
• подготовить накопитель тепла;
• произвести монтаж непосредственно коллектора.

Основой устройства может служить обрезная доска с размерами от 25-100 мм до 35-135 мм. Из них следует сделать коробку походящего размера, ее дно изолировать и положить утеплитель (подойдет обычная стекловата), сверху укрыть оцинкованным листом.

Теплообменник изготавливается следующим образом:

1. Следует приобрести металлические трубки: тонкостенные и толстостенные.
2. В толстостенных трубках надо сделать отверстия по диаметру тонких труб с шагом не более 45 мм. Сверлятся они по одной стороне. Конечно, солнечный коллектор, своими руками сделанный, потребует времени на подготовку не только необходимого материала, но и инструмента.
3. На этом этапе следует надежно укрепить трубки в отверстиях и закрепить их сваркой.
4. Сооруженная конструкция закрепляется на оцинкованном листе, находящемся на коробе.
5. Следующим этапом будет покраска коробки коллектора в черный цвет. Желательно только дно покрасить темным, а остальные части оставить светлыми, так как именно днище будет поглощать солнечные лучи.
6. Затем устанавливается стекло покрова, соблюдая расстояние между ним и трубками не менее 1 см.
7. Накопителем для коллектора может служить любая герметичная емкость. Объем ее может достигать 400 литров (минимум 150 литров).
8. Следующий этап - изготовление аванкамеры. Это может быть емкость до 40 литров, на ней устанавливают кран, именно это устройство будет подавать воду.
9. Чтобы избежать потерь тепла, надо основательно изолировать бак и сам коллектор.

Сборка устройства

Теперь нужно окончательно собрать его в единое целое. Сборка производится в несколько этапов:

1. Установка накопителя и аванкамеры. Важное условие - жидкость в накопителе обязательно должна быть ниже уровня в аванкамере на 80 мм.
2. Размещение коллектора в подготовленном месте. Можно это сделать на крыше. Надо соблюсти угол наклона в 35-40 градусов, установив элемент при этом с южной стороны.
3. Чтобы минимизировать потери тепла, следует соблюсти расстояние не меньше 50 см между теплообменником и накопителем.
4. Накопитель должен располагаться выше коллектора и ниже аванкамеры.

Остается самый ответственный этап – подключение к системе.

Для этого нужно заполнить систему водой, отрегулировать ее количество, убедиться в отсутствии протечек. Если соблюдены все условия, таким коллектором можно пользоваться ежедневно.

Такой сделанный солнечный коллектор для отопления своими руками сбережет немало средств. Водонагревательные системы, в основе которых лежит солнечный коллектор, можно разделить по типу циркуляции воды.

Естественная циркуляция воды

При такой системе циркуляции бак-накопитель располагается выше коллектора. По естественным законам, вода нагревается и поступает вверх в бак. При этом происходит вытеснение холодной воды, она уход вниз и поступает в коллектор. Там она нагревается и снова поднимается. Бак такой конструкции можно оснастить только двумя шлангами: для подачи холодной воды и отведения горячей. Подойдет такая система для небольших дачных нужд – летней кухни или душа.

Принудительная

Такая система не зависит от того, где располагается коллектор или накопительный бак. Вода циркулирует в такой системе благодаря дополнительно поставленному насосу. Из-за того, что требуется установка электронасоса, стоимость коллектора возрастает. При этом повышается производительность.

Наряду с плоскими и вакуумными устройствами существует возможность создать воздушный солнечный коллектор своими руками. Устройство его намного проще, чем водяного, но и главный недостаток существенен - он не может передать все накопленное тепло. Воздух - проводник тепла намного хуже, чем вода.

Выбор

Однозначно сказать, какой коллектор лучше выбрать - нельзя. Все будет зависеть от того, где он будет применен и какой уровень КПД нужен в конкретном случае. Но поможет сделать выбор сравнение положительных качеств и недостатков каждого из видов по следующим параметрам:

Выгода от солнечного элемента

Преимущества установки коллектора есть, но в каждом индивидуальном случае их будет больше или меньше. Основные общие плюсы:

• Экономия ресурсов, выработанных искусственным путем.
• Отказ от искусственных ресурсов полностью. Это можно осуществить, если речь идет о небольшом потреблении.
• Экономия на покупке готового оборудования, при возможности монтажа коллектора собственноручно из доступных материалов.
• Независимость от общих сетей отопления. Если нет возможности подключения к центральной магистрали, солнечные коллекторы - удачная замена.

Если дом большой и проживает в нем достаточное количество человек, полный отказ от искусственных ресурсов невозможен, но их сокращение и экономия на этом - вполне реально выполнимая задача.