Виды солнечных коллекторов

Чтобы солнечный коллектор давал требуемую отдачу и был эффективным, нужно детально разобраться не только в том, как работают солнечные коллекторы (общий принцип работы) и как их делают, но и знать о существовании разновидностях этих устройств. Именно от вида коллектора во многом зависят особенности его работы, конструкция и стоимость. Наиболее распространенными и практичными в эксплуатации являются плоские и трубчатые (вакуумные) солнечные коллекторы. Существуют еще воздушные и открытые  коллекторы, однако они имеют свои особенности и ограниченный спектр применения. Чтобы понять, какой коллектор необходим в вашем конкретном случае, нужно знать, чем отличаются коллекторы разных видов, их преимущества и недостатки.

Открытые солнечные коллекторы

Открытые солнечные коллекторы
Открытые солнечные коллекторы

Это самый примитивный и простой вид солнечных коллекторов. Он представляет собой пластиковую емкость с водой и поверхностью из пластика или резины, которые хорошо поглощают солнечные лучи. Обычно открытые коллекторы используются только в летний период в частных домах, на дачах для подогрева воды в бассейне или летнем душе. Поверхность такого коллектора стеклом не покрывается. При невысокой стоимости и простоте конструкции коллектор данного вида имеет низкий  КПД, а также маленький срок эксплуатации (от 1 до 3 лет). Поскольку производительность коллектора данного вида напрямую зависит от погодных условий и температуры окружающей среды, его целесообразно использовать только в южных регионах страны.

Воздушные солнечные коллекторы

Воздушный солнечный коллектор
Воздушный коллектор

Эти гелиоустройства применяются для обогрева и кондиционирования воздуха в помещениях, сушильных установках, системах рекуперации воздуха и пр. Такие коллекторы менее распространены, чем вакуумные или плоские, а роль теплоносителя в них играет не жидкость, а воздух.

Конструкция воздушного коллектора представляет собой ребристую (иногда перфорированную) металлическую пластину с селективным покрытием черного цвета либо систему из металлических трубок с хорошей теплопроводностью. Работает воздушный коллектор по принципу принудительной или естественной подачи в помещение воздуха, прогретого под действием солнечных лучей. С помещением устройство соединяется при помощи воздуховодов для подачи и забора воздуха, в которых установлены вентиляторы, обеспечивающие конвекцию и циркуляцию воздушных масс. Сам воздух нагревается  благодаря непосредственному контакту с теплопроводным металлом, который вобрал в себя энергию солнечных лучей. Конструкция воздушного коллектора надежна и проста, срок эксплуатации достигает 10 – 20 лет. Из минусов – использование дополнительной энергии для вентиляторов, что увеличивает затраты на его эксплуатацию.

Плоские солнечные коллекторы

Плоский солнечный коллектор
Плоский солнечный коллектор

Плоский солнечный коллектор имеет слоистую конструкцию. По сути, это пластина теплоемкого металла, которая может быть покрыта черным селективным составом, способствующим лучшему поглощению и трансформации солнечных лучей с практически нулевым их отражением – так называемый абсорбер. Снизу к пластине приварены тонкие трубки – параллельные или извилистые (в виде трубки-змеевика) –  по ним циркулирует жидкость-теплоноситель. Солнечные лучи, поглощенные абсорбером, прогревают теплоноситель, и далее тепло передается в систему.

Абсорбер (пластина) помещается в теплоизоляционный корпус из алюминиевых профилей, а сверху она покрыта защитным (обычным или закаленным) стеклом с минимальной светопроницаемостью – для создания своеобразного «парникового эффекта». Чтобы минимизировать потери тепла, важно сделать надежную теплоизоляцию между стенками корпуса и абсорбером. Как правило, теплоизоляционный слой сплошной плитой укладывается под пластиной-абсорбером.

Внешне плоский солнечный коллектор имеет вид цельной и громоздкой плиты, его непросто устанавливать, особенно на крышах с крутым скатом. К минусам можно отнести также значительные теплопотери в холодное время года даже при герметичном корпусе и хорошем теплоизоляционном слое. Из-за особенностей конструкции эффективность работы такого солнечного коллектора может быть невысокой даже при хорошем уровне поглощения солнечных лучей.  Поэтому плоские коллекторы имеет смысл использовать, в основном, в летний период года.

Более эффективными являются плоские вакуумные коллекторы – разновидность плоских коллекторов. В таком типе устройств потери минимизированы за счет вакуума между абсорбером и стеклом. КПД коллектора при этом увеличивается, так как взаимодействие пластины-абсорбера и стекла сведено к минимуму, а сама система работает по принципу зеркального отражения, вне зависимости от угла падения солнечных лучей. При более высоком КПД, что является плюсом, к минусам можно отнести сложность монтажа и высокую стоимость коллектора такой конструкции.

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы
Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы .

Этот вид солнечных коллекторов – наиболее простой в монтаже и при этом имеет лучший КПД в сравнении с плоскими коллекторами. Во всех устройствах данного вида, вне зависимости от производителя или типа конструкции, присутствует вакуум, а также работает принцип зеркального отражения, что и повышает эффективность работы.

Главное и принципиальное отличие трубчатых коллекторов от плоских – форма абсорбера. Для преобразования солнечной энергии в тепловую  вместо пластины здесь используется вакуумированная трубка (система трубок) из специального стекла с металлическим стержнем внутри нее с теплопередающей жидкостью и селективным покрытием. Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы оснащены специальной рамой и могут монтироваться по частям – этим объясняется их простота в монтаже.

Конструкция такого коллектора представляет собой гидравлическую сеть, где трубки прикреплены к корпусу-теплообменнику и сообщаются с ним при помощи тепловых каналов, находящихся в середине абсорбирующей пластины. Однако сам корпус-теплообменник и трубки могут иметь различную конструкцию и принцип работы.

Классическая коаксиальная трубка прямого нагрева устроена довольно просто и схожа с термосом. Она представляет собой колбу с двумя стенками, между которыми – вакуум. В качестве теплового канала внутри такой трубки используется стержень (чаще всего медный). При такой конструкции тепловой канал напрямую контактирует с поглощающей тепло поверхностью абсорбера, поэтому потери тепла в коллекторах с подобными трубками очень малы. Работают эти коллекторы преимущественно сезонно, летом, и при давлении не выше 0,2 атм. Имеют невысокую стоимость и просты в монтаже.

Коаксиальная трубка вакуумная с системой U-type

Теплообменник внутри каждой трубки такого типа имеет U-образный вид, находится внутри трубки и составляет с ней одно целое. Такие устройства считаются высокоэффективными, дают минимальные теплопотери, просты в монтаже. Минусом является высокая цена, трудоемкость и дороговизна ремонта – при выходе из строя одного из элементов конструкции необходимо заменять и все остальные.

Коаксиальная трубка вакуумная с термотрубками или с системой heat-pipe

Внутри медных  трубок такого типа коллектора находится быстро закипающая жидкость (смесь воды, азотоподобных смесей, аммиака, альдегида, метанол и пр).

Лучи Солнца, попадая на стенку термотрубки данного типа, нагревают ее, жидкость закипает, испаряется и передает полученное  тепло в виде поднимающегося вверх пара в теплообменник. Затем, отдав тепло, жидкость в виде конденсата возвращается в термотрубку. С теплообменником такие термотрубки соединяются при помощи специальных устройств (гильз) и все вместе образуют систему heat-pipe (горячая труба).

Солнечные коллекторы с таким устройством трубок просты в монтаже и ремонте, имеют невысокую стоимость и могут продуктивно работать в любую погоду. Практика показывает, как работают такие солнечные коллекторы зимой – они эффективны вплоть до сильных морозов (до –30-35Сº).

Перьевые трубки с системой heat-pipe

Эти трубки считаются самыми эффективными, производительными и современными. Они имеют несколько другое строение, но принцип работы тот же, что и в коаксиальных трубках.

Перьевые трубки представляют собой колбы с одной прочной и толстой стенкой, внутри которой расположена медная теплопоглощающая трубка с гофропластиной и абсорбационным слоем. Благодаря такой конструкции вакуум формируется непосредственно в тепловом канале, а тепловой канал и абсорбер частично интегрированы в колбу. Система heat-pipe с перьевой абсорбирующей пластиной и внедренным в нее тепловым каналом полуоткрыта и погружена в вакуум открытой стороной.

Солнечные коллекторы с таким типом трубок отличаются высоким КПД. При этом они достаточно дорогие по стоимости, сложные и затратные в ремонте – при выходе из строя одного элемента, приходится менять и всю систему.

Существует еще такой вид солнечного коллектора, как вакуумный коллектор с коаксиальными трубками прямого нагрева (с прямой теплопередачей) и  с баком со встроенным в него теплообменником. Здесь теплообменник, на который подается пар от кипящей жидкости, встроен в металлический бак. После отдачи тепла жидкость возвращается в трубку в виде конденсата. В таком устройстве потери тепла минимальны, система высокоэффективны и может работать даже при очень низких температурах окружающей среды  (до –30-35Сº).

В солнечных коллекторах виды трубок и тепловых каналов могут комбинироваться между собой в разных вариантах. И каждое их сочетание будет обладать своими эксплуатационными характеристиками, достоинствами и недостатками. Поэтому, чтобы наилучшим образом выбрать подходящую вам конструкцию и узнать, сколько стоят солнечные коллекторы,  нужно правильно сформулировать поставленную перед ним задачу и для надежности обратиться к профессионалам для выбора и расчета системы.

Оставьте комментарий

Этот сайт защищен reCaptcha и применяются Политика конфиденциальности и Условия обслуживания Google.