Солнечная энергия – это хороший альтернативный источник энергии для бытовых и хозяйственных нужд. Ее пользу сложно переоценить, ведь использовать энергию Солнца можно не только для получения электроэнергии, но и тепла. Именно для этого существуют солнечные коллекторы.
- Что такое солнечный коллектор
- Принцип работы солнечных коллекторов
- Детали устройства солнечных коллекторов
Что такое солнечный коллектор
Солнечные коллекторы – это устройства, которые преобразуют энергию Солнца в тепло и предназначены для нагрева циркулирующего в них теплоносителя (антифриз, вода) с последующей передачей накопленного тепла потребителям. Их используют для нагрева воды в системах горячего водоснабжения, для отопления, для устройства теплых домов, подогрева воды в бассейнах. Солнечные коллекторы оснащают специальными селективными материалами (покрытием), которые способствуют лучшему поглощению и накоплению гелиоэнергии, а затем преобразуют ее в тепловую, чтобы направить потребителю.
По сути, солнечный коллектор выполняет функцию водонагревателя, поэтому их широко применяют в домах в качестве основного или дополнительного источника энергии для нагрева воды (системы горячего водоснабжения) и/или отопления. Они особенно востребованы вне зоны городов, например, в частных домовладениях, на дачах – там, где не всегда есть доступ к централизованным тепловым коммуникациям, а установка электрического или газового котла требует большого вложения средств.
Если говорить совсем простым языком, солнечный коллектор – это устройство, которое, нагреваясь от солнечных лучей и пропуская через себя воду, нагревает ее. Примитивные примеры коллекторов встречаются и в повседневной жизни: именно так отдает тепло воде пластиковая бутыль или водопроводный шланг, лежащие на солнцепеке, а также нагретый металлический бак за счет высокой теплопроводности металла. Кстати, если выкрасить емкость в черный цвет, то вода нагреется еще сильнее и быстрее, ведь черная краска лучше всего поглощает солнечные лучи и практически не отражает их – это свойство черного цвета с успехом используется сегодня и в солнечных коллекторах.
Принцип работы солнечных коллекторов
Несмотря на существование различных видов солнечных коллекторов, принцип их работы идентичен. В основе – элементарные законы физики, которые изучают еще в школе. А именно – при нагревании воды ее плотность уменьшается, и поэтому при равном уровне горячая вода весит меньше холодной. Таким образом, жидкость с меньшей плотностью (то есть горячая вода) вытесняется жидкостью с более высокой плотностью (холодной водой).
Поэтому циркулирующая по трубам холодная вода будет вытеснять (гонять) нагретую, а за счет этого процесса и происходит нагрев воды и/или обогрев дома. Единственное и основное отличие от привычных тепловых коммуникаций – источник получения тепла, которым вместо газового или электрического котла является Солнце. Для поддержания стабильности системы в течение суток и круглогодичной бесперебойной работы используется циркуляционный насос и другое дополнительное оборудование.
Мощность солнечного коллектора рассчитывается на основе данных о КПД коллектора, коэффициентов тепловых потерь, площади коллектора и предполагаемого обогрева и/или объема воды, которую надо нагреть, значения инсоляции системы, погодных и климатических условий конкретного региона.
Как делают солнечные коллекторы и как они работают – детали устройства
Световые лучи падают на поверхность коллектора и нагревают теплоноситель, который находится внутри него. Затем по системе специальных тонких трубок теплоноситель поступает в накопительный бак, заполненный водой. Чтобы прогреть всю находящуюся в нем жидкость равномерно, трубки проходят через весь объем бака. По мере протекания через бак теплоноситель понемногу остывает, а затем попадает назад в коллектор уже охлажденный и опять здесь нагревается. Так происходит постоянная естественная циркуляция горячего теплоносителя воды в баке, откуда жидкость может подаваться в радиаторы отопления или в системы горячего водоснабжения дома. Если вдруг вода в баке охладится ниже заданного минимума, включается резервный подогрев – чаще всего это электрический или газовый котел. Эта температура регулируется специальными датчиками, установленными в системе управления коллектором.
Фактически, конструкция коллектора представляет собой достаточно сложное устройство и включает в себя:
- поверхность для поглощения солнечных лучей (плоская панель или специальные трубки);
- система тонких трубок (змеевик), по которому циркулирует теплоноситель;
- накопительный или расширительный бак для теплоносителя, где он доводится для нужной температуры; для большей эффективности бак желательно утеплить минеральной ватой или другим теплозащитным слоем (утеплителем);
- теплообменный контур, через который теплоноситель обогревает бак с водой;
- станция управления – автоматика для контроля подачи и циркуляции воды (контроллер, датчики температуры и давления, насос и запорные элементы);
- электронагревательный элемент на случай подогрева воды при недостаточной интенсивности солнечной энергии.
Нужно понимать, что солнечный коллектор – это полностью автономное и независимое устройство, производящее экологически чистую энергию и позволяющее экономить средства при правильном его устройстве и функционировании. Устанавливать его предпочтительно в самом высоком месте, например, на крыше. Это позволит обеспечить надлежащую циркуляцию теплоносителя, не прибегая к помощи насоса.