Солнечный коллектор принцип работы: Описание принципов работы солнечных коллекторов, вакуумных и плоских коллекторов

Содержание

Описание принципов работы солнечных коллекторов, вакуумных и плоских коллекторов

Для превращения солнечной энергии в тепловую используют гелиосистемы.

Солнечный водонагреватель (солнечный коллектор) — это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии, которая переносится видимым и ближним инфракрасным излучением для последующего её преобразования в тепловую энергию, пригодную для использования.

В гелиосистемах наиболее распространены два типа коллекторов: вакуумные и плоские.

Основной частью вакуумного коллектора является тепловая трубка. Такие коллекторы представляют собой ряд стеклянных трубок специальной конструкции. Трубка гелиоколлектора – это на самом деле две трубки (одна вложенная в другую), между которыми находится вакуум для наилучшей термоизоляции теплоносителя от внешней среды.

Способ передачи тепла от неё теплопроводу вакуумного солнечного коллектора: медная труба внутри пустая и содержит неорганическую и нетоксичную жидкость. При нагревании эта жидкость испаряется, а поскольку в трубке создан вакуум, то это происходит даже при температуре минус 30°С. Пар поднимается к наконечнику тепловой трубки, где отдаёт тепло теплоносителю (антифризу), который течёт по теплопроводу гелиоколлектора. Потом он конденсируется и стекает вниз, и процесс повторяется снова. Солнечный водонагреватель с вакуумными трубами показывает отличные результаты даже в пасмурные дни, потому что вакуумные трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через тучи. Благодаря изоляционным свойствам вакуума, влияние ветра и низких температур на работу гелиосистемы также незначительно по сравнению с влиянием на плоский солнечный коллектор. Система с вакуумным солнечным коллектором успешно работает до -35°С.

Трубы установлены в солнечном водонагревателе параллельно, угол их наклона зависит от географической широты места установки системы отопления. Ориентированные с севера на юг, на протяжении дня, трубки вакуумного солнечного коллектора пассивно двигаются за солнцем. Они практически не нуждается в эксплуатационном обслуживании.

Для поддержания вакуума солнечный водонагреватель использует газопоглотитель, который в производственных условиях подвергался влиянию высоких температур, в результате чего нижний конец вакуумной трубы покрыт слоем чистого бария. Он поглощает СО, СО2, N2, O2, H2O и H2, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, и является чётким визуальным индикатором состояния вакуума в трубке солнечного коллектора. Когда вакуум исчезает, бариевый слой из серебристого становится белым. Это дает возможность легко определить, целая ли труба вакуумного солнечного водонагревателя.

Вакуумные солнечные коллекторы полностью пригодны для ремонта: в случае необходимости трубку можно заменить без остановки солнечного водонагревателя. За необходимостью вакуумные трубки можно добавлять (при недостатке тепла) или частично снимать (если есть его избыток), уменьшая площадь гелиоколлектора. Обслуживание солнечного водонагревателя сводится практически к нулю. Вакуумные солнечные коллекторы отлично справляются с заданием обеспечения дома горячей водой, отоплением квартиры, подогревом бассейнов, теплиц, работают в системах вентиляции, кондиционирования и отопления зданий. Благодаря всему этому работа гелиосистемы проста, как с точки зрения эксплуатации, так и обслуживания.

Плоские гелиоколлекторы имеют иную конструкцию. Главным элементом в них является абсорбер, поглощающий солнечное излучение, сверху он имеет прозрачное покрытие. Для повышения эффективности коллектора, используют специальное оптическое покрытие из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов. Абсорбер соединён с теплопроводящей системой.

Конструкция плоских солнечных коллекторов является довольно простой. Внешне они представляют собой простую панель, имеющую прямоугольную форму. Эта установка обладает алюминиевым корпусом, несколькими патрубками, использующимися с целью отвода и подвода жидкого теплоносителя. Кроме того, изнутри стенки коллектора покрыты теплоизоляционным слоем. На сегодняшний день производители его толщину делают равной трем-четырем сантиметрам – это предоставляет возможность добиться существенного уменьшения уровня теплопотерь.

Принцип работы плоского солнечного коллектора основывается на парниковом эффекте — солнечные лучи поступают на поверхность этого устройства и проникают сквозь стекло. Теплопоглощающее покрытие, используемое в нижней части коллектора, характеризуется коэффициентом поглощения, составляющим 91%. В конечном итоге чрезмерный нагрев приводит к тому, что покрытие начинает излучать тепловую энергию. Мощность её расположена в инфракрасном диапазоне, другими словами, имеется возможность достичь аккумулирования энергии солнца в коллекторе. Процесс отвода тепла происходит при непосредственном участии теплоносителя.

Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов

Вакуумные трубчатые

Плоские высокоселективные

Низкие теплопотери

Способность очищаться от снега и инея

Работоспособность в холодное время года до -30С

Высокая производительность летом

Способность генерировать высокие температуры

Отличное соотношение цена/производительность для южных широт и тёплого климата

Длительный период работы в течение суток

Возможность установки под любым углом

Удобство монтажа

Меньшая начальная стоимость

Низкая парусность

 

Отличное соотношение цена/производительность для умеренных широт и холодного климата

 

минусы

минусы

Неспособность к самоочистке от снега

Высокие тепло потери

Относительно высокая начальная стоимость проекта

Низкая работоспособность в холодное время года

Рабочий угол наклона не менее 20°

Сложность монтажа, связанная с необходимостью доставки на крышу собранного коллектора

 

Высокая парусность

Если у Вас появились вопросы по выбору оборудования или необходимо подобрать солнечную или резервную станцию, вы можете обратиться за помощью к нашим специалистам.


Проконсультируйтесь у специалистов

Вакуумный солнечный коллектор. Принцип работы и оценка эффективности.

Вакуумный солнечный коллектор — оборудование, предназначенное для нагрева воды с помощью солнечной энергии.

Основным нагревательным элементом солнечного коллектора является вакуумная трубка с селективным покрытием. В простых термосифонных коллекторах процесс нагрева воды происходит непосредственно в самой трубке. За счет явления конвекции, нагретая вода перемещается вверх, холодная вниз.

Нулевая теплопроводность вакуума между внутренней и внешней трубкой обеспечивает сохранность тепла. Эффективность такой системы в теплое время года наиболее высокая. Так за один солнечный августовский день термосифонный водонагреватель нагревает 200 литров воды до 84°С.

   

Безупречная эффективность термосифонного водонагревателя в теплое время года оборачивается проблемой в холода: несмотря на 50мм теплоизоляцию бака-накопителя теплопотери в холодную ночь могут достигать 20-25°С.

Если же морозы продержатся несколько дней, а солнце не сумеет пробиться через плотный слой облаков, вода в трубках превратится в лед, а это может привести к разрыву внутренней трубки и выходу из строя всего коллектора.

Кроме того, замена даже одной трубки, требует слива всей воды в баке, что очень трудозатратно.

Для решения проблемы «сезонности», широко применяется в нашем климате вакуумная трубка Heat Pipe или так называемая «сухая трубка».

В стеклянную трубку вставлена медная трубка в алюминиевом рефлекторе, который выполняет роль мостика тепла. Процесс конвекции протекает уже внутри медной трубки HP.  

  

Температура на конце трубки может достигать 250-280ºС. Существует два основных способа передачи этого тепла к потребителю:

1. Греем воду непосредственно в баке (система под давлением). Эта система проста и компактна, но за счет того, что бак расположен на улице, в зимнее время эффективность такой системы тоже имеет ряд ограничений.  

 

2. Передаем тепло теплоносителю и греем воду в баке косвенного нагрева, расположенному в помещении. Поговорим более подробно о солнечном вакуумном коллекторе:

Такая система универсальна. Она может быть интегрирована в систему отопления и существенно сократить расходы на топливо.

Но не стоит рассматривать солнечный коллектор как единственный источник тепла в Вашем доме. Законы физики неумолимы! Когда светит солнце — коллектор работает. Когда солнца нет — не работает!

Рассчитать эффективность солнечного вакуумного коллектора для горячего водоснабжения в первом приближении поможет следующая методика:

  • Шаг 1. Определить, на сколько градусов должна повыситься температура воды и ее объем. Семья — 4 человека (2 взрослых и 2 ребенка). В среднем на одного человека расходуется в день 50 литров воды. Соответственно 50*4=200 л.  Средняя температура водопроводной воды = 15°С. Она должна быть нагрета до 50°С. 50-15=35°С.
  • Шаг 2. Определить количество энергии необходимой для нагревания этого объема воды. Для нагрева одного литра воды на один градус надо затратить энергию равную 1 ккал. 200 л x 35°C = 7000 ккал. Для перевода данной энергии в кВт*ч воспользуемся следующей формулой 7000 / 859,8 = 8,14 кВт*ч (1 кВт*ч = 859,8 ккал)
  • Шаг 3. Определить количество энергии, которая может быть преобразована в тепло солнечным коллектором. Рассмотрим вариант расположения солнечной установки в Краснодаре. Значение солнечной радиации на поверхность, наклоненную к горизонту на 45° с ориентацией на юг, по данным за последние 22 года наблюдений:  в июле  на 1 м² составляет 5,44 кВт*ч/день, а в декабре  1,74 кВт*ч/день.  Эффективность вакуумного солнечного коллектора традиционно принимают за 80%. Это не совсем верно, так как на КПД влияют многие факторы, мы поговорим о них ниже. Но для предварительного расчета примем эту цифру. Значение передачи поглощенной энергии вакуумными трубками  равно 5,44 x 0,8 = 4,35 кВт*ч/день площади поглощения коллектора для июля. Значение передачи поглощенной энергии вакуумными трубками  равно 1,74 x 0,8 = 1,39 кВт*ч/день площади поглощения коллектора для декабря. Площадь абсорбции вакуумной трубки диаметром 58 и длиной 1800 мм составляет 0,0937 м². Несложно подсчитать, что одна трубка способна получать и передавать солнечное тепло в размере 0,4075 кВт*ч и 0,13 кВт*ч соответственно в июле и  декабре.
  • Шаг 4. Определить необходимое число трубок. Используя значение, вычисленное выше, определяем количество трубок, которое надо установить. Энергия, которую необходимо затратить на нагрев нужного количества воды, составляет 8,14 кВт*ч. Энергия, которую может передать одна вакуумная трубка, в зависимости от месяца составляет 0,4075 кВт*ч и 0,130 кВт*ч.

Июль – 8,14 / 0,4075 = 20 трубок. Декабрь – 8,14 / 0,130= 63 трубки.

Оптимальным выбором будет два 20-ти трубочных коллектора и бак на 220 литров с одним теплообменником. 

Для наглядности приведем таблицу эффективности коллекторного поля из 40 трубок ориентированного на юг.

Угол наклона трубок к горизонту 45º, выраженную в кВт*ч в день тепловой энергии, опираясь на данные Национального Управления по Воздухоплаванию и Исследованию Космического Пространства (NASA), получаем следующий график:

Чтобы эти цифры обрели прикладное значение, давайте попробуем рассчитать, на какую температуру в баке накопителе мы можем рассчитывать? 

Возьмем для примера рекомендованный из расчета бак на 220 литров.

Температура воды в баке на начало дня равна температуре в бойлерной, где он располагается и равна, предположим, 20ºС. 

Сначала переводим кВт*ч в килокалории:

Теперь, определим, на сколько градусов нагреет воду в баке наш коллектор за один СРЕДНИЙ  декабрьский день:

  • Pккал (мощность коллектора в ккал)
  • Vбака (Объем воды в баке): 220л
  • Δt искомая величина (значение температуры, на которое нагреется вода в баке за день).

Δt = Pккал/Vбака 

Несмотря на хорошую теплоизоляцию теплопровода, мы потеряем часть тепла по пути до бака. Сам бак тоже обладает не 100% теплоизоляцией.

Так же процесс теплообмена между концом трубки Heat Pipe и теплоносителем и теплообмен в змеевике бойлера снижает общую эффективность системы. Так что можно смело списывать еще 10% для зимы, 5% для  ноября и марта, 2% для апреля с октябрем. Летом можно принять этот вид потерь за ноль.

Δt= Pккал/Vбака*0,9 

Δt дек=4486/220*0,9=18ºС 

 Казалось бы все ясно и понятно. НО! Мы опираемся на данные среднемесячных наблюдений. А это значит, что В СРЕДНЕМ по декабрю мы получим такую величину Δt.  Давайте попытаемся понять, что значит это самое СРЕДНЕЕ: По данным портала: russia.pogoda360.ru солнечных дней в Краснодаре в декабре 31%, облачных 34%, пасмурных: 34%

В пасмурную погоду эффективность солнечного коллектора близка к нулю. Нет солнца — нет тепла.

Конечно какую-то энергию рассеянного солнечного излучения вакуумные трубки соберут, но при передаче ее воде бака естественные потери в теплотрассе и самом баке ее обнулят. Да и циркуляционный насос качающий теплоноситель не включится, если разность температур в коллекторе и баке не превысит хотя бы 10ºС.

Таким образом все те крохи тепла, что соберет коллектор просто развеятся. В такие дни поддержкой температуры в баке занимается электрический ТЭН, который предусмотрен во всех буферных емкостях. Если ТЭНа нет или он отключен, теплопотери бака ничем не компенсируются. Температура воды в баке сравняется с температурой воздуха в бойлерной.

Скорость с которой остынет вода, зависит от теплоизоляции бака и температуры внутри помещения. По эмпирическим данным потеря тепла составляет порядка 5-8ºС за 12 часов (ночь) при разнице температур в баке и помещении около 25ºС .
Если за сутки плотные тучи так и не рассеялись, наш бак остынет на 10-16 градусов. А за два дня потеряет все накопленное тепло.

В облачную погоду мы уже можем на что-то рассчитывать. Но опять же. Насколько она «облачна»? Сколько конкретно кВт*ч солнечного излучения приходит на нашу солнечную установку?  В лучшем случае нам удастся компенсировать естественное остывание бака. ..

Рассчитать точное значение мощности солнечного коллектора в каждый день можно, но для этого нужно иметь  данные инсоляции по каждому дню. Знать истинные цифры теплопотерь на конкретном объекте. Температуру воздуха и пр. Это имеет скорее научное, чем прикладное значение. Нам же надо понять принцип работы и возможности, которые предоставляет нам использование этого оборудования.  

Итак, мы имеем среднее значение Δt=18ºС.  Это значит, что в СРЕДНЕМ в декабре мы получим 38ºС в баке за один день. За ночь наш бак остынет, и если нам повезет и день снова будет СРЕДНИМ ( 🙂 ), к вечеру мы можем рассчитывать на 38-5+15=51ºС. Не учитывая потерь бака, о которых мы говорили выше. Но достаточно двух подряд пасмурных дней, чтобы вода в баке остыла до температуры окружающей среды. При этом, за два солнечных дня мы увидим 60-70 градусов на термометре бака, если не будет водоразбора. Где же этому предел? И почему мы так редко наблюдаем кипящую воду в баке зимой? Все дело снова в потерях! Чем выше разница между температурой в баке и воздухом в бойлерной, тем интенсивней идет теплообмен.

Так все-таки работает ли солнечный коллектор зимой или нет!?

Ответ: ДА работает! Но мы не можем рассматривать коллектор как единственный источник тепла. Лишь, как помощь основному источнику.

В среднем использование солнечного коллектора может экономить:

  • В зимний период от 20 до 40% энергии на отопление и ГВС.
  • В период с апреля по октябрь наши потребности в отоплении значительно ниже, а солнца больше. Здесь мы говорим о 60-70% на отопление и до 90% на ГВС.
  • С мая по сентябрь солнца много, потребности в отоплении нет совсем и мы закрываем 100%+ потребности в ГВС!

Вернемся снова к нашему расчету. Копнув чуть глубже мы выяснили, что не все так прямолинейно. И если расчет для ИЮЛЯ остается практически неизменным, то для февраля мы должны учесть потери как минимум 10%. Тогда наша формула будет выглядеть так:
Июль – 8,14 / 0,4075 = 20 трубок. Декабрь – 8,14 / (0,130*0,9)= 70 трубок.  
Поэтому,  нашей рекомендацией будет установка коллектора на 20 и 30 трубок, соединенных в группу на 50 трубок.  И установка электроТЭНа на 2 кВт в бак накопитель.

Куда же девать излишки тепла летом?  Решение зависит от конкретного объекта. Если есть бассейн — греем бассейн. Если нет — ставим тепловентилятор, который работает по принципу печки в автомобиле. Сбросом тепла управляет контроллер гелеосистемы. Все автоматизировано и не требует  участия человека. 

    

ИБП для гелиоустановки: Контроллер управления, циркуляционные насосы гелеосистемы и тепловентилятора работают от сети 220в 50Гц. В случае отключения электропитания в солнечный летний день, и остановки циркуляции теплоносителя ,температура в коллекторе достигнет предельных значений за считанные секунды.

Это может привести к аварии и дорогому ремонту оборудования.  Поэтому, верным решением будет обеспечить их работу источником бесперебойного питания, состоящего из небольшого инвертора с зарядным устройством и аккумуляторной гелевой батареи.

Специалисты нашей компании имеют богатый практический опыт в проектировании и установке солнечного оборудования. А прямые поставки с заводов изготовителей, гарантируют лучшие цены на рынке.

Мы предлагаем нашим клиентам не просто оборудование, а комплексное решение задач отопления и горячего водоснабжения. 

Устройство и принцип работы солнечного коллектора

Энергию Солнца в дело

Солнечный вакуумный водонагреватель обеспечивает сбор и преобразование солнечной энергии в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии у подобных устройств составляет 97%.

 

Вакуумные водонагреватели прямого нагрева

В таких системах стеклянные вакуумные трубки и бак-накопитель составляют единое целое и монтируются на одну раму. Трубки входят непосредственно в накопительный бак через уплотнительное кольцо. Вода, нагреваясь в вакуумных трубках, поднимается в бак за счёт естественной циркуляции. После чего она может быть использована для бытовых нужд.

Такие системы работают без давления. Подключение к водопроводу производится через запорный клапан, который поддерживает постоянный уровень воды в баке. Так как в качестве теплоносителя используется вода, такие водонагреватели можно использовать в период с мая по сентябрь, то есть до поры наступления ночных заморозков. Преимуществами водонагревателей такого типа являются простота конструкции, определяющая высокую надёжность и низкую стоимость, а также полная энергонезависимость.

 

Вакуумные водонагреватели косвенного нагрева

Принцип действия таких водонагревателей напоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, которая работает под давлением. Ещё такие системы называют всесезонными или раздельными. За счёт использования тепловых трубок в конструкции вакуумных коллекторов достигается большая эффективность при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Применяются вакуумные тепловые трубки HP (Heate Pipe). Это более продвинутый тип трубки, который может работать при низких, до -50°С температурах. Коллектор и бак-накопитель расположены раздельно и соединены трубопроводом. Для соединения используют медную или удобную в монтаже гофрированную трубу из нержавеющей стали, которая не боится разморозки.

Водонагреватель обычно монтируется на крыше, а бак-накопитель внутри здания. Теплоноситель циркулирует принудительно, для этого система использует электрические насосы, клапаны и контроллеры.

И хотя подобная установка является энергозависимой, многолетний опыт эксплуатации показывает, что при использовании её в комплексе с солнечными электрическими панелями, обеспечивающими питание циркуляционного насоса, такая система может длительное время работать и при отключении электричества.

 

Системы с открытым контуром

Если через коллектор, в котором происходит передача тепла от вакуумных трубок, используется вода, которая циркулирует между ним и баком-накопителем, она называется системой с открытым контуром.

Такая схема наиболее проста и эффективна и снижает эксплуатационные расходы, однако солевые отложения и коррозия со временем могут вывести её из строя. Коллекторы с открытым контуром популярны в регионах с круглогодичными положительными температурами или при сезонном использовании. Хотя они и способны противостоять умеренно отрицательным (до -20°С) температурам без повреждения.

 

Системы с закрытым контуром

В этих системах косвенного нагрева теплоносителем первого контура является антифриз, который и передаёт энергию бытовой воде через теплообменник внутри бака-теплоаккумулятора. Они дороже, но при этом и более эффективны. Системы с закрытым контуром имеют хорошую защиту от замораживания, поэтому они безальтернативны для тех районов, где влияние отрицательных внешних температур носит продолжительный характер.

 

Солнечный коллектор

Через верхнюю часть коллектора протекает незамерзающая жидкость, которая отбирает тепло от медных наконечников вакуумных трубок и циркулируя через теплообменник бака-аккумулятора (бойлера), таким образом нагревает в нём воду.

Циркуляция антифриза в системе осуществляется посредством циркуляционного насоса. Его включением и выключением на основании показаний датчиков температуры, которые расположены на выходе коллектора, в бойлере и обратке системы отопления, управляет контроллер.

Цикл передачи тепла от коллектора к баку длится весь световой день, пока температура на выходе из коллектора выше температуры воды в баке.

Тепловой контур отделен от трубок, поэтому при повреждении одной или нескольких из них коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, ведь сливать антифриз из контура теплообменника нет необходимости. Расширительный бак предохраняет систему от избыточного давления, возникающего при сильном нагреве теплоносителя.

 

Бак-аккумулятор тепла

Резервуар накопитель по своему устройству напоминает обычный бойлер. Он предназначен для накопления и сохранения тепла и обычно включает в себя одну или две внутренние спирали теплообменников. Сам бак выполнен из нержавеющей стали в пенополиуретановой изоляции в стальном корпусе.

Если нагретая вода не расходуется, бак выполняет функцию теплоаккумулятора и хранит её нагретой, позволяя пользоваться горячей водой даже в тёмное время суток, когда солнечный коллектор не работает.

Получаемая в некоторые дни вода может иметь недостаточную из-за продолжительной пасмурной погоды или малого в зимнее время количества солнечных часов температуру. Поэтому в бак-теплоаккумулятор может устанавливаться дублирующий электрический автоматический водонагреватель мощностью 1-2,5 кВт. В случае снижения температуры в баке ниже установленной он автоматически включается и догревает воду до заданной температуры.

При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом помещения и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур.

Такая последовательность работы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что с ней легко сочетаются другие нагревательные системы, например, контур ГВС отопительного котла.

Таким образом, активная система с закрытым контуром представляет собой комплексную автоматизированную систему преобразования и сохранения тепла, полученного как путём преобразования энергии солнца, так и других источников тепла.

Например, к ней легко можно подключить традиционный электрический или газовый водонагреватель, который страхует систему при неблагоприятных погодных условиях. Система обладает малой инерционностью и достаточно быстро выходит на рабочий режим, позволяя обеспечить горячее водоснабжение круглогодично, а сезонное отопление с экономией до 40% традиционного топлива в зависимости от географической широты местности и климатических условий.

Начало: Солнечный водонагреватель. Бесплатный источник тепла

 

Принцип работы вакуумного солнечного коллектора

Вакуумный солнечный коллектор служит для переработки энергии прямых солнечных лучей в тепловые ресурсы. Данное устройство при любой температуре природных воздушных потоков, независимо от погодных условий работает на накопление энергетических солнечных ресурсов. Чаще всего такое оборудование устанавливают на кровельных покрытиях жилых и производственных конструкций и ориентируют на южное направление.

 

Стоит отметить что существует несколько типов коллекторов работающих от солнечного света. Основными типами являются плоский тип устройства и вакуумная модификация. В плоском устройстве вода нагревается за счет падающих солнечных лучей проодящих через специальное стекло, с нанесенным на него спецраствором черного цвета для сохранения тепла. Такая плоская панель делается воздухонепроницаемой, и имеет способность нагревать воду до температуры 200 градусов по Цельсию.

 

Вакуумный тип коллекторов имеет важное конструктивное отличие от плоских моделей устройства. Он имеет вид нескольких стеклянных трубок закрепленных на базовой панели. Эти стеклянные трубки имееют на внутренней поверхности стекла специальное покрытие собирающее солнечное тепло. Кроме того внутри такой трубки располагается еще одна трубка меньшего сечения, причем между внешней и внутренней трубками имеется полость из которой откачан воздух. Эта вакуумная прослойка нужна для большей сохранности тепла, и способна повысить эффективность коллектора на 30 процентов, по сравнению с плоскими модификациями. С помощью такого коллектора вода способна нагреться до 300 градусов по Цельсию.

 

Еще одним технологическим отличием вакуумного типа солнечного коллектора является наличие специальной жидкости внизу трубки, которая вледствие нагрева превращается в пар, и, поднимаясь вверх, равномерно нагревает воду. В регионах с малой продолжительностью светового дня и в условиях минусовой температуры такая схема работы дает значительный выигрыш в количестве тепловой энергии. Что касается цены, то, конечно, более конструктивно сложный вакуумный коллектор имеет более высокую цену, но при этом его характеристики имеют преимущества.

 

Вакуумные накопители энергетических ресурсов с прямой тепловой подачей

 

В устройствах с непосредственной подачей тепла вакуумные приспособления из стекла и накопительный бак, прикреплены на одном рамовом каркасе, с наклоном от сорока до шестидесяти градусов. Вакуумные механизмы соединены с баком накопителем, при помощи уплотнительного соединительного кольца из резины.

 

 

Когда нагревается жидкость, помещенная в стеклянные емкости с вакуумом, то водные слои, с более высокой температурой, посредством циркуляции поднимаются в накопительный отсек, далее нагретые водные массы из накопителя, используются для удовлетворения производственных и бытовых нужд. Вакуумный коллектор, для получения солнечной энергии, данного типа действует без дополнительной подачи давления.


Посредством запорного клапана устройство подключается к водопроводным линиям. Специальный фиксирующий клапан контролирует состояние уровней водной массы в накопительной емкости. Так, как в роли носителя тепловой энергии в вакуумном коллекторе, для получения солнечной энергии, выступает вода, то и данные устройства, получили название — сезонных обменников тепловой энергии.

 

Вакуумный коллектор, для получения солнечной энергии, с косвенной тепловой подачей

 

Принцип функционирования оборудования, имеющего свойства косвенной передачи тепловых ресурсов, похож на рабочий процесс системных линий централизованного отопления. Данные соединения работают благодаря давлению от водопроводных путей.

 

Функционал и основные преимущества системы вакуумного коллектора

 


Для работы системы используют вакуумные изолированные приспособления. Данный вид тепловых соединений не прекращает функционировать даже при пониженной температуре (- 40 градусов) и выдерживает усиленное давление водопроводных каналов. Само оборудование с накопительным баком монтируется по отдельности, соединяясь посредством специальных изделий металлопроката.

 

 

 

Стандартный вакуумный коллектор, для получения солнечной энергии, располагают на домовой крыше, а накопительную емкость во внутренней части помещения. Данные установки получили название — сплит-системами. Так же они получили название всесезонные (раздельные). Функционирование косвенных устройств автоматизировано при помощи контроллера. Бесперебойную циркуляцию носителя тепловой энергии в системах выполняет насос.

Основные положительные стороны использования коллекторов солнечного тепла вакуумного типа это:

  • Высокая эффективность даже при минусовой температуре
  • Легкость монтажа конструкции
  • Устойчивость коллектора при ветровых нагрузках
  • Продолжительное время работы

Из отрицательных моментов использования можно отметить только завышенную стоимость оборудования, которая в долгосрочном периоде в процессе использования окупается.

Принцип работы вакуумного солнечного коллектора

 

Теплоносителем в вакуумном солнечном коллекторе выступает незамерзающая жидкость, которая, протекая через верхнюю зону устройства, поглощает тепловую энергию со специальных наконечников из медных сплавов. При перекачке осуществляет нагревание водной масс в накопителе, с помощью змеевого механизма. Цикл передачи тепла зависит от продолжительности дня и происходит до того момента, пока температура жидкости на выходе из устройства превышает температурные показатели водных потоков в накопительной емкости.

 

 

Приёмник – медный с изоляцией полиуретанового типа, защищён анодированным алюминиевым покрытием. Подача тепловой энергии осуществляется сквозь гильзу приёмника. Процесс смены комплектующих деталей не сложный. Он не требует сливания незамерзающей жидкой массы из теплообменника.


На выходе из вакуумного коллектора, для получения солнечной энергии, в накопительной емкости, а также на обратной стороне контуре устройства отопления расположены температурные датчики. Основываясь на показания температурных приборов, солнечный контроллер включает, либо выключает циркуляционный насос. При перегреве теплоносителя в системе может возникнуть избыточное давление, для этого предусмотрен расширительный бак.


Такой коллектор служит прекрасной альтернативой электричеству и газовому отоплению, так как является экологичным устройством, благодаря использованию солнечной энергии. Кроме того, такие устройства очень выгодны с экономической точки зрения.

 

 

Применение солнечных коллекторов

 

В настоящее время солнечные коллекторы, как вакуумного, так и плоского типа, широко распространены в странах с высокой солнечной активностью. Их с успехом применяют как для бытовых нужд и обогрева жилых домов, так и на производственных предприятиях, и на фермерских плантациях для выращивания овощей. Такой вид получения энергии довольно популярен в европейских государствах, где экономия всегда стоит во главе угла, особенно в таких странах как Испания, Кипр, Австрия и Германия. В остальном мире солнечные коллекторы распространены также в США, Китае, Монголии. Во всем мире переход на солнечную энергию означает существенный прорыв современных технологий, которые дают большие возможности для обеспечения населения планеты неисчерпаемым источником энергии.

 

В России солнечные коллекторы пока не получили должной популярности, хотя во многих регионах страны достаточное наличие солнечного света могло бы существенно снизить затраты на обогрев помещений. Такие регионы как Забайкалье, южная часть Сибири, а также южная часть европейской части страны имеют необходимое количество солнечной радиации для выработки более дешевого тепла, чем дают традиционные источники.

 

Такой способ получения энергии в долгосрочной перспективе дает большую экономии природных ресурсов, и благотворно влияет на экологическую обстановку на нашей планете.

 


Устройство и принцип работы солнечного коллектора

Всем привет! Давно хотел рассказать про гелиосистемы и солнечные коллектора, но все как-то было не до того.

Хотя тема очень интересная и продвинутая (экология + экономия денег).

Системы на основе солнечных коллекторов разных видов очень популярны в Европе и США.

Там установка такого оборудования может даже субсидироваться государством.

В нашей стране с ее климатом, гелиосистемы можно успешно применять не только на юге, где много солнечных дней.

Современные технологии повысили эффективность солнечных коллекторов, по этой причине появилась возможность их применения в средней полосе России и не только летом, но и зимой.

Давайте подробно рассмотрим гелиосистемы и начнем, как обычно, с определения.

Что такое гелиосистема?

Что такое гелиосистема отопления?

Это инженерная система, в которой происходит преобразование энергии солнечного излучения в тепло для отопления или горячего водоснабжения.

Основным элементом такой системы является специальное устройство — коллектор. О них мы поговорим ниже.

Солнечный коллектор: принцип работы и виды устройства

Их существует несколько видов отличающихся по конструктивному исполнению. Начну их перечислять последовательно от простых к более сложным.

Термосифонный солнечный коллектор

Термосифонный солнечный коллектор для нагрева воды

Наиболее простой и дешевый вид такого оборудования, рассчитанный на работу только в теплый сезон.

Поэтому такие системы называют сезонными. Они делаются в двух вариантах:

  • Работающие без давления — вода в них циркулирует только под действием гравитационных сил. По этой причине такие коллектора могут устанавливаться только выше уровня точек разбора. Обычно, их ставят на крышах домов или на специальных башнях, похожих на опоры ЛЭП.
  • Работающие под давлением — здесь циркуляция обеспечивается специальными насосами. Такое оборудование может быть установлено на уровне и даже ниже точек разбора в любом удобном и хорошо освещенном месте.

Кроме этого, есть еще различия в способе нагрева воды. Таких способов 2:

  1. Прямой — внутри коллектора нагревается, которая подается непосредственно потребителю.
  2. Косвенный — нагрев потребляемой воды происходит при помощи теплообменника. Теплообменник находится внутри верхнего бака-аккумулятора.

Для понятности добавим сюда следующую картинки:

Прямой нагрев водыКосвенный нагрев воды

Более всего в этих устройствах интересны трубки, в которых происходит нагревание воды.

В современных коллекторах они делаются из специального высокопрочного стекла.

Трубка по строению похожа на стеклянную колбу термоса — она имеет две стенки, между которыми создается вакуум.

Внутренняя трубка покрывается напылением, уменьшающим отражение солнечного излучения.

Это позволяет доводить температуру теплоносителя до 300° Цельсия.

Такие температуры возможны только при повышенном (больше атмосферного) давлении.

Плоский солнечный коллектор

Плоский коллектор солнечной энергии

Грубо говоря, это ящик, дно которого утеплено пенополиуретаном, а верх закрыт толстым ударопрочным стеклом (на случай града и других неприятностей).

Между этими двумя слоями находится абсорбер — теплообменник, который нагревается солнцем.

Он покрашен специальной краской, уменьшающей отражение солнечных лучей.

Внутри плоского коллектора может быть создан вакуум, что увеличит его КПД, но это условие не обязательно.

То есть вакуума может и не быть. Схему устройства смотри ниже:

Плоский вакуумный солнечный коллектор

В отличие от термосифонных, плоские коллектора можно использовать и в холодное время года.

Для этого внутри них должен циркулировать специальный антифриз для отопления.

В этом случае приборы подключаются к бойлеру косвенного нагрева. Выглядит это примерно так:

Плоский солнечный коллектор для нагрева воды

Здесь использован специальный бойлер с двумя теплообменниками.

Если вместо бойлера будет теплоаккумулятор, то мы получим систему отопления с поддержкой от солнечной энергии.

Такая хитрость будет недешево стоить, но со временем окупится.

Ведь вы будете экономить на топливе для котла. Лично я считаю, что такое решение имеет право на существование.

Гибридный солнечный коллектор

Гибридный солнечный коллектор для нагрева воды

Еще одним видом коллекторов являются гибридные.

Главным их отличием от плоских является то, что в них помимо нагрева воды осуществляется еще и выработка электрической энергии.

На мой взгляд, это удачная идея совместить эти две функции в одном устройстве.

Крыша ведь у дома всего одна и площадь, на которой можно разместить эти коллектора достаточно ограничена, а тут одним выстрелом убивают двух зайцев.

Но не все так просто,  фотоэлектрические элементы не любят повышенной температуры.

Поэтому температура теплоносителя не должна превышать порога в 50° Цельсия.

Для ГВС, например, этого будет мало. В принципе, теплоноситель с такой температурой можно использовать для теплых полов и тепловых насосов.

Функция выработки электричества тоже страдает. Как известно, все универсальное хуже специального.

Еще одним существенным их недостатком для нашего потребителя можно назвать их высокую стоимость.

В нашей стране, к сожалению, не субсидируют применение энергоэффективных технологий

Итоги

Если вы живете в местности, где солнце светит много дней в году, то применение различных вариантов подобных систем может сэкономить вам приличные деньги.

Разумеется, это оборудование стоит дорого и должно быть установлено грамотными людьми, но за свой срок эксплуатации оно сэкономит вам тысячи киловатт часов или кубометров газа, которые вы должны были бы потратить на подогрев воды или другие цели.

Думайте сами, решайте сами. На этом все, если есть вопросы, то пишем их в комментариях.

Солнечный коллектор, система без давления. Принцип работы.

Общее представление о работе.

 

Структура коллектора представляет из себя систему, построенную с использованием трубок вакуумных и бака для горячей воды. При этом, подача горячей воды осуществляется без давления.

Основной принцип работы системы такого коллектора — водонагреватель наливного типа, который автоматически набирает воду и контролирует ее температуру с уровнем. Именно солнечная энергия используется для нагрева воды.

Для нормальной работы системы нет необходимости в установке насоса, потому что все подключение осуществляется напрямую с водопроводной сетью. Подача же горячей воды осуществляется самотеком. Солнечный коллектор является прямым передатчиком тепла воде, благодаря этому производительность его намного выше обычных коллекторов.

Одним из основных недостатков в эксплуатации коллектора является возможность применения его только при плюсовой температуре воздуха. Но если учесть теплый период например, дачного сезона, то коллектор будет идеальным в бесперебойной подаче горячей воды с апреля по ноябрь.

 

 

 

 

 

 

Солнечный коллектор. Система работы «без давления».

Откуда такое название и как система водоснабжения может работать автономно?

Ответ довольно прост. За счет контроля уровня и температуры воды в системе, возможность перегрева воды исключена. Единая емкость образуется за счет того, что монтирование трубок в баке осуществляется с использованием уплотнителей — силиконовых колец.

Вся конструкция коллектора расположена на раме. С помощью электромагнитного запорного клапана водопроводная труба подводится к баку, в котором расположены датчики температуры и уровня воды.

В тот момент, когда датчик уровня воды будет сигнализировать о недостаточном количестве воды, с помощью контроллера будет открыт запорный клапан и осуществится подача воды.

Когда происходит закипание воды в системе без давления, сброс пара осуществляется через верхний клапан на баке. Это является нормальным режимом работы системы. Вода в системе может выкипеть, ее уровень может падать. Но, как говорилось выше, с помощью автоматической работы контроллера, набираться вода будет автоматически и ее подача в нагретом состоянии будет непрерывной.

Комплектация коллекторов и рекомендуемое место для их монтажа.

В зависимости от потребности в горячей воды, солнечные коллекторы могут комплектоваться баком общей емкостью для воды от 125-ти до 200-т литров.

Изготовители солнечных коллекторов рекомендуют монтировать их в местах максимального прямого попадания солнечных лучей и желательно, с южной стороны. Рекомендованный угол наклона при установке составляет 50-60°. Если вы знаете, как определить азимут плоскости, на которую будет устанавливаться коллектор, можно установить его с учетом расхода горячей воды и потребности в ней. Азимут будет равен 0° в случае, если плоскость, на которой планируется разместить коллектор, ориентирована на юг.

Например, если основное потребление горячей воды по утрам, то коллектор рекомендовано устанавливать на юго-восток и наоборот.

КАТАЛОГ

  1. Солнечный водонагреватель (система без давления, бак окрашеный)
  2. Солнечный водонагреватель (система без давления, бак из нержавеющей стали)
  3. Солнечный водонагреватель (сплит-система)
  4. Вакуумный солнечный коллектор (панель)
  5. Компактный солнечный водонагреватель (система под давления, бак окрашенный)
  6. Вакуумная трубка с трехслойным покрытием

Какой принцип работы солнечных коллекторов для нагрева воды, что в них входит и из чего состоят?

Как следует из названия, солнечные коллекторы используют солнечную энергию. Работу солнечного коллектора можно изобразить следующим образом:

Солнечный коллектор для нагрева воды состоит из двух основных частей:

1 сам солнечный коллектор

2 теплообменный аккумулятор

Между двумя этими элементами циркулирует теплоноситель, в роли которого, как правило, выступает вода, иногда — воздух.

Солнечный коллектор состоит из таких элементов как: кофр, в который заключены все детали устройства, абсорбер (элемент, поглощающий солнечные излучения), термоизолирующий слой.

Основным элементом системы является абсорбер. Весь секрет заключается в специальном покрытии (селективное покрытие, придающее абсорберу слегка радужный синеватый цвет), которым покрывают абсорбер, именно благодаря ему абсорбер может поглощать солнечный свет.

Стоит отметить отдельно, что мало абсорбер покрасить темным цветом (черным), такое устройство, конечно, будет нагревать воду, но в разы менее эффективно, нежели то, которое имеет абсорбер, выкрашенный, а точнее, покрытый, специальным селективным покрытием.

Я предлагаю посмотреть очень интересное и поучительное видео, в нем Вы найдете ответы на все оставшиеся вопросы:

Существуют различные конструкции солнечных коллекторов:


  • водяные плоские,

  • водяные вакуумные

Из низ, самым простым и дешевым является воздушный солнечный коллектор, а наиболее дорогостоящим — вакуумный. Многие люди, видя перспективность такой установки пытаются самостоятельно изготовить солнечный коллектор, даже в интернете можно найти разнообразные идеи и попытки реализации подобного устройства. Конечно, заводские коллекторы куда эффективнее, но стоит учитывать также и тот факт, что народные умельцы делают свои поделки из подручных материалов, соответственно, стоимость их невелика.

Солнечные коллекторы

Как работает
солнечный коллектор работает?

Солнечный коллектор представляет собой плоскую коробку, состоящую из
из трех основных частей, прозрачной крышки, трубок с охлаждающей жидкостью и
утепленная задняя пластина. Солнечный коллектор работает на парниковом эффекте
принцип; солнечное излучение, падающее на прозрачную поверхность солнечного
коллектор проходит через эту поверхность. Внутри солнечной
коллектор обычно откачивается, энергия, содержащаяся в солнечном коллекторе
в основном задерживается и, таким образом, нагревает хладагент, содержащийся в трубках.В
трубки обычно делаются из меди, а задняя панель окрашена в черный цвет, чтобы облегчить
поглощают солнечное излучение. Солнечный коллектор обычно изолирован, чтобы избежать перегрева.
убытки.

Активный солнечный водонагреватель

Основные компоненты активной солнечной системы водяного отопления

  • Солнечная
    коллектор для улавливания солнечной энергии и передачи ее теплоносителю
    средний
  • А
    система циркуляции, которая перемещает жидкость между солнечным коллектором и
    накопительный бак
  • Хранение
    бак
  • Назад
    система отопления
  • Контроль
    система регулирования работы системы

Два основных типа солнечных водонагревательных систем:
система с замкнутым контуром и система с открытым контуром. В системе с открытым контуром вода использовалась в качестве
теплоноситель, вода циркулирует между солнечным коллектором и накопителем
бак.

Существует два основных типа систем без обратной связи:
система слива и система рециркуляции, основной принцип, лежащий в основе обоих
системы — это активация циркуляции от коллектора к накопительному резервуару
когда температура внутри солнечного коллектора достигает определенного значения.

В дренажной системе используется клапан, позволяющий
коллектор заполнять водой, когда коллектор достигает определенной температуры.

В рециркуляционной системе вода перекачивается через
коллектор, когда температура в накопительном баке достигает определенного критического
значение.

В приложениях, где вероятно повышение температуры
ниже нуля градусов, тогда необходимо использовать замкнутую систему. В
Основное отличие системы разомкнутого контура заключается в том, что вода заменяется на
хладагент, который не замерзает в диапазоне температур солнечного коллектора.
может быть предметом.В качестве охлаждающей жидкости обычно используется хладагент, масло или дистиллированная жидкость.
вода. Системы с замкнутым контуром, как правило, дороже, чем их разомкнутые.
встречные части и следует проявлять большую осторожность, чтобы избежать загрязнения воды
с хладагентом. Энергия, захваченная охладителем, затем передается
горячая вода через теплообменник. В
Система обратного слива охлаждающей жидкостью может быть дистиллированная вода. Система работает на
принцип, что в коллекторе только вода, когда насос
операционная. Это имеет то преимущество, что охлаждающая жидкость, используемая в системе, не будет
иметь возможность остыть ночью, когда температура может упасть до
уровень, который может привести к увеличению плотности охлаждающей жидкости и, следовательно, вызвать
не будет таким свободным, как следовало бы.Единственная необходимая функция на
Система обратного слива заключается в том, что солнечный коллектор приподнят от тепла
теплообменник или дренажный бак, чтобы охлаждающая жидкость вытекала из
коллекционер. Эта система снова работает по принципу циркуляции воды.
между коллектором и сливным баком, когда заданная температура
достигнута между солнечным коллектором и горячей водой.

Активно
солнечное отопление

Компоненты системы для обогрева помещений:
то же самое для водяного отопления с добавлением радиаторов для отопления помещений или под
змеевики напольного отопления или даже системы с принудительной подачей воздуха.

Радиаторная система обычно работает в очень симметричном
Что касается применения горячей воды, основным отличием является включение
бойлер, нагретая вода из коллектора пропускается через теплообменник или
сливной резервуар, а затем передается в бойер, используется для пополнения
требования к прослушиванию воды перед тем, как попасть в радиаторы, которые будут использоваться для
космическое отопление.

Системы распределения воздуха.

В поместье снова работает система распределения воздуха.
аналогично системе горячего водоснабжения, основное отличие — включение
воздуходувка и воздуховод.В системе используется дополнительный элемент управления, который
позволить воздуху течь по змеевику при высокой температуре в накопительном баке
достаточно, чтобы воздух, проходящий через змеевики в обратном канале аппарата,
позволяют системе вносить положительный вклад в обогрев помещения
требовать.

При проектировании систем для крупных коммерческих или промышленных приложений
немного отличается от жилых помещений. Стоит отметить, что
рост температуры коллектора довольно постоянен, чтобы использовать пример, если
температура подачи в коллектор составляет около 60F, а
температура возврата составляет около 73 ° C или температура возврата составляет 173 ° F, а
подача 160C, это
в основном означает, что приложения с высокими и низкими температурами не должны использоваться
серия внутри петли.Низкотемпературное приложение в основном потянет вниз
применение при более высоких температурах. Вакуумные коллекторы — отличные исполнители.
в высокотемпературных приложениях коллекторный контур должен быть выделен
применение при более высокой температуре до тех пор, пока нагрузка не будет удовлетворена В приложениях
например, для больниц, гостиниц или коммерческих офисных зданий может потребоваться
для установки двух и более резервуаров, соединенных последовательно.

1. резервуар для хранения 2. резервуар для предварительного нагрева 3.холодная подача 4. смесительный клапан
5. подача и возврат в коллектор 6. отвод горячей воды

Работа системы

: Горячая вода из коллектора проходит
через змеевик в первом резервуаре ( 1 ),
Затем, в зависимости от температуры, он отводится трехходовым клапаном (4) .
к любому: змеевик в резервуаре (2) , если он выше установленного
температура (имеется в виду бак (1) горячий) или коллектор, если он
ниже установленной температуры смесительного клапана.

Соображения, касающиеся коммерческого и промышленного дизайна: Система
могут быть расширены за счет включения более одного резервуара предварительного нагрева, теплообменных змеевиков
соединены трехходовыми клапанами, и вода, которая должна быть нагрета, течет в
серия через резервуары в обратном направлении. Трехходовой клапан может
либо с терморегулятором, либо с электрическим управлением. Не более 100 пробирок
должны быть подключены последовательно. Необходимо соблюдать осторожность при проектировании трубопроводов в
каждая секция, чтобы гарантировать, что каждая секция получает равный поток.

Солнечные тепловые коллекторы — Управление энергетической информации США (EIA)

Отопление солнечной энергией

Люди используют солнечную тепловую энергию для многих целей, включая нагрев воды, воздуха, внутренних помещений зданий и выработку электроэнергии. Существует два основных типа солнечных систем отопления: пассивных систем и активных систем .

Пассивное солнечное отопление помещений происходит, когда солнце светит через окна здания и согревает интерьер.Конструкции зданий, оптимизирующие пассивное солнечное отопление (в северном полушарии), обычно имеют окна, выходящие на юг, которые позволяют солнцу светить на поглощающие солнечное тепло стены или полы в здании зимой. Солнечная энергия поглощается строительными материалами и нагревает внутреннее пространство зданий за счет естественного излучения и конвекции. Оконные выступы или шторы блокируют попадание солнечных лучей в окна летом, чтобы в здании было прохладно.

Активные солнечные системы отопления имеют коллекторы для нагрева текучей среды (воздуха или жидкости) и вентиляторы или насосы для перемещения текучей среды через коллекторы, где она нагревается, внутрь здания или в систему аккумулирования тепла, где тепло выпускается и возвращается в коллектор для повторного нагрева.Активные солнечные водонагревательные системы обычно имеют резервуар для хранения воды, нагретой солнечными батареями.

Солнечные коллекторы либо неконцентрирующие, либо концентрирующие

Неконцентрирующие коллекторы — Площадь коллектора (область, которая задерживает солнечное излучение) совпадает с площадью поглотителя (площадью, поглощающей солнечную энергию / излучение). Системы солнечной энергии для нагрева воды или воздуха обычно имеют неконцентрирующие коллекторы. Плоские коллекторы являются наиболее распространенным типом неконцентрирующих коллекторов для воды и отопления помещений в зданиях и используются, когда достаточно температуры ниже 200 ° F.

  • Плоская металлическая пластина, улавливающая и поглощающая солнечную энергию
  • Прозрачная крышка, которая пропускает солнечную энергию через крышку и снижает потери тепла от поглотителя
  • Слой изоляции на задней части поглотителя для уменьшения потерь тепла

Солнечные водонагревательные коллекторы имеют металлические трубки, прикрепленные к поглотителю.Жидкий теплоноситель прокачивается через трубы абсорбера для отвода тепла от абсорбера и передачи тепла воде в резервуаре для хранения. Солнечные системы для нагрева воды в бассейне в теплом климате обычно не имеют крышек или изоляции для абсорбера, и вода из бассейна циркулирует из бассейна через коллекторы и обратно в бассейн.

Солнечные системы воздушного отопления используют вентиляторы для перемещения воздуха через плоские коллекторы внутрь зданий.

Концентрирующие коллекторы —Площадь, задерживающая солнечное излучение, больше, иногда в сотни раз больше, чем площадь поглотителя.Коллектор фокусирует или концентрирует солнечную энергию на поглотителе. Коллектор обычно перемещается в течение дня, чтобы поддерживать высокую степень концентрации на поглотителе. Солнечные тепловые электростанции используют концентрирующие системы солнечных коллекторов, поскольку они могут производить высокотемпературное тепло, необходимое для выработки электроэнергии.

Последнее обновление: 9 декабря 2020 г.

Солнечный коллектор — Энергетическое образование

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 устанавливаются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. [2]

Использование этих солнечных коллекторов обеспечивает альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с использованием 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.

Плоские коллекторы

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. [3]

Эти коллекторы представляют собой просто 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, находящимся 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 труб для нагрева воды. [2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии при 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 этом 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 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. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
  3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский остекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
  4. 4,0 4,1 Флазолар. (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 устанавливаются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. [2]

Использование этих солнечных коллекторов обеспечивает альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с использованием 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.

Плоские коллекторы

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. [3]

Эти коллекторы представляют собой просто 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, находящимся 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 труб для нагрева воды. [2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии при 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 этом 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 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. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
  3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский остекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
  4. 4,0 4,1 Флазолар. (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 устанавливаются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. [2]

Использование этих солнечных коллекторов обеспечивает альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с использованием 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.

Плоские коллекторы

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. [3]

Эти коллекторы представляют собой просто 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, находящимся 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 труб для нагрева воды. [2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии при 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 этом 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 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. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
  3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский остекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
  4. 4,0 4,1 Флазолар. (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 устанавливаются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. [2]

Использование этих солнечных коллекторов обеспечивает альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с использованием 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.

Плоские коллекторы

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. [3]

Эти коллекторы представляют собой просто 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, находящимся 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 труб для нагрева воды. [2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии при 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 этом 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 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. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
  3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский остекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
  4. 4,0 4,1 Флазолар. (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

Что такое плоский солнечный коллектор и как он работает?

Плоский солнечный коллектор — это тип солнечной тепловой панели, целью которой является преобразование солнечного излучения в тепловую энергию. Этот тип солнечного коллектора имеет хорошее соотношение цены и эффективности в умеренном климате и правильно адаптируется к большому количеству применений солнечной тепловой энергии (нагрев воды для бытовых нужд, нагрев плавательных бассейнов, поддержка отопления, предварительный нагрев промышленных жидкостей и т. Д.).

В зависимости от конфигурации поглотителя мы можем выделить два основных типа плоских пластинчатых солнечных коллекторов: «решетчатый» параллельный, в вертикальном и горизонтальном вариантах и ​​серия «змеевидный». По сути, разница между ними составляет:

  • Параллельная конфигурация способствует тому, что температура солнечного коллектора с большим объемом циркуляции воды может быть расслоена ветвями внутренней части коллектора и получить термодинамический скачок приблизительно 10 ° C. с хорошей производительностью.
  • Последовательная конфигурация состоит из одного непрерывного контура с небольшим объемом циркулирующей воды и верхним тепловым скачком с хорошей производительностью.

Другой способ классификации плоских солнечных коллекторов состоит в том, являются ли они застекленными или неглазурованными:

Плоские застекленные солнечные коллекторы обычно используются в бытовых системах водяного отопления или в установках. Рабочая температура обычно составляет от 30 ° C до 60 ° C. Он состоит из изолированной коробки, покрытой стеклом.Внутри находится абсорбент, в котором циркулирует теплоноситель. Остекление блокирует инфракрасное излучение и изолирует воздушное пространство над поглотителем для сохранения тепла.

Плоский неглазурованный солнечный коллектор намного дешевле, но менее распространен. В зависимости от температуры наружного воздуха он обычно используется в системах обогрева бассейнов, но иногда может использоваться как система водяного отопления в теплых странах. В зонах с умеренным климатом рабочая температура обычно ниже 30 градусов по Цельсию.Он состоит только из абсорбента, в котором циркулирует хладагент.

Производительность плоского солнечного коллектора

Работа солнечного теплового коллектора для использования солнечной тепловой энергии очень проста. Фактически, любое тело, подвергающееся солнечному излучению, получает поток энергии, который нагревает его и, следовательно, повышает температуру. Это повышение температуры означает увеличение внутренней энергии.

Тело при заданной температуре излучает энергию вокруг себя благодаря своим термодинамическим свойствам в виде излучения, которое напрямую зависит от разницы температур между температурой тела и температурой окружающей среды.

Если мы охлаждаем солнечный коллектор, пропуская через него жидкость, это тепло используется, что означает, что часть захваченной энергии передается этой жидкости в качестве полезной энергии. Остальная энергия по-прежнему теряется в виде излучения солнечного теплового коллектора во внешнюю среду. В этом случае рабочая температура всегда ниже равновесной.

Если мы хотим получить хорошую производительность, мы должны работать с коллекторами при минимально возможной температуре, если она достаточна для предполагаемого использования.

Используемая возобновляемая энергия удаляется из солнечного коллектора с помощью теплоносителя, обычно состоящего из смеси воды с антифризом и ингибиторами коррозии.

Физические принципы работы плоского солнечного коллектора

Плоский солнечный коллектор работает на основе следующих физических принципов:

Черное тело (поглотитель)

Падающее солнечное излучение частично поглощается телами. Остальное отражается или проходит через них.

Взаимосвязь между этими эффектами зависит от:

  • природы тела
  • состояния поверхности.
  • Толщина корпуса.
  • Вид излучения. Длина волны
  • Угол падения солнечных лучей.

Темные и матовые тела лучше улавливают солнечное излучение, чем любой другой цвет; поэтому поглотитель солнечного коллектора обычно бывает темного цвета, чтобы максимально использовать солнечное излучение.

Парниковый эффект

Парниковый эффект возникает в некоторых прозрачных телах, через которые обычно проходит только излучение с длиной волны от 0,3 до 3 микрон. Поскольку большая часть солнечного излучения составляет от 0,3 до 2,4 микрон, солнечный свет может проходить через стекло. После прохождения излучение попадает в поглотитель, который нагревается солнечным излучением и излучает излучение размером от 4,5 до 7,2 микрон, для которого стекло непрозрачно.

Это солнечное излучение, которое не может уйти, снова отражается внутрь.Часть этой энергии нагревает стекло, и кристалл направляет его внутрь и наружу.

Некоторые пластмассы (например, поликарбонат) имеют поведение, подобное стеклу (они пропускают коротковолновое излучение Солнца и останавливают длинноволновое излучение, исходящее от пластины поглотителя).

Изоляция

Третьим физическим принципом работы солнечных коллекторов является изоляция сборки снаружи, обычно образуемая внутренней облицовкой контейнерной коробки.Хорошая изоляция улучшает использование солнечной тепловой энергии.

Компоненты плоского солнечного коллектора

Плоский солнечный коллектор может быть застекленным или неглазурованным. Коллектор с застекленной крышкой чаще всего используется для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Эта команда состоит из следующих элементов:

Поглотитель

Поглотитель — это элемент, который улавливает солнечное излучение внутри коллектора и отвечает за преобразование солнечной энергии в тепловую.

Поглотитель обычно состоит из металлической фольги, обычно из меди (хорошая теплопроводность), которая в основном темнеет от:

1. Тонкая пленка черной термокраски, выдерживающая рабочие температуры выше 100 градусов Цельсия.

2. Селективная обработка на основе электрохимического осаждения или красок с оксидами металлов, которые имеют высокое поглощение солнечного излучения (короткие волны) и низкий коэффициент теплового излучения (длинные волны).

Абсорбер включает в себя решетку труб, по которым будет циркулировать теплоноситель.

Прозрачная крышка

Прозрачная крышка имеет функцию изоляции солнечного коллектора от внешних условий окружающей среды, хотя и пропускает солнечное излучение, вызывающее парниковый эффект. Обычно он состоит из одного листа закаленного стекла (стойкого) с низким содержанием железа (очень прозрачного) толщиной примерно 4 мм.

Изоляция

Изоляция — это элемент, который, как и в остальных случаях, выполняет функцию предотвращения потерь тепла изнутри коллектора, в частности поглотителя, наружу и обычно состоит из пластин. синтетических пен (полиуретан, цианид, стекловолокно и др.)), расположенные по бокам и на задней части солнечной панели.

Корпус

Корпус плоского солнечного коллектора предназначен для размещения остальных компонентов. Эта крышка обычно состоит из анодированного алюминиевого профиля, который гарантирует прочность сборки даже в экстремальных условиях работы. Точно так же в нижней части корпуса будут отверстия для слива конденсата.

Плоские солнечные коллекторы без крышки

Как следует из названия, солнечные коллекторы без крышки в основном состоят из абсорбирующего элемента, обычно образованного набором трубок из пластика, EPDM, резины или полипропилена.

Этот тип солнечных коллекторов очень экономичен и прост в установке, поскольку они обычно имеют гибкую конфигурацию, позволяющую размещать их на любой поверхности. Они также устойчивы к коррозии и допускают прямой нагрев, например, в случае подогрева бассейна.

Напротив, коллекторы без покрытия с синтетическим поглотителем, как правило, имеют очень крутые рабочие характеристики, потому что без стекла имеют очень хорошие оптические характеристики, но вместо этого быстро теряют свои характеристики, когда температура окружающей среды ниже рабочей температуры или с высокой температурой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.