УСТРОЙСТВО ПЛОСКОГО СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА

Плоские солнечные коллекторы

Плоский солнечный коллектор – это устройство, предназначенное для нагрева воды с использованием энергии солнца, которая преобразовывается в тепловую энергию жидкого теплоносителя.

Плоские солнечные коллекторы используются для нагрева воды для бытовых нужд, подогрева воды в бассейне или отопления в доме. Коллекторы позволяют эффективно использовать солнечную энергию даже осенью и зимой.

Устройство плоского солнечного коллектора

Плоские солнечные коллекторы представляют собой металлическую раму, на которой, если смотреть снизу-вверх, закреплены:

• пластина корпуса;
• слой термоизоляции;
• светоотражающий слой (присутствует не во всех моделях) ;
• пластина теплосборника (теплопоглотителя или еще называют адсорбирующая пластина), к которой припаяны теплообменные трубки;
• прозрачная светопропускающая крышка (закаленное стекло с 95% коэффициентом пропускания света или не менее прозрачный поликарбонат).

Также на корпусе имеется выпускной и впускной патрубок — через них циркулирует теплоноситель.

Основой такого коллектора является абсорбер, в котором и происходит нагрев теплоносителя. В качестве теплоносителя может использоваться вода или другие жидкости, например Экосол.

Абсорбер представляет собой тонколистовую металлическую пластину, которая нагревается, превращая солнечную радиацию в тепловую энергию. Это тепло передается теплоносителю — воздуху или жидкости, циркулирующей по трубкам. Поскольку большинство черных поверхностей все же отражает около 10% радиации, некоторые пластины-поглотители обрабатывают специальным селективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет и служит дольше, чем обычная черная краска.

Селективное покрытие, которое используется в коллекторах, состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическую основу. Селективные покрытия отличаются высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области. Поглощающие пластины обычно изготавливают из металла, хорошо проводящего тепло (например, меди или алюминия).

Медь дороже, но лучше проводит тепло и меньше подвержена коррозии, чем алюминий. Пластина-поглотитель солнечного коллектора должна иметь высокую теплопроводность, чтобы с минимальными теплопотерями передавать воде накопленную энергию.

Снизу, к абсорберу плотно прилегает (приваривается) змеевидная трубка малого сечения. По этой трубке и циркулирует теплоноситель, нагреваясь в ходе прохождения под пластиной металла. Размещается абсорбер внутри корпуса (деревянного или металлического), причем стенки и дно его в обязательном порядке теплоизолируются.

Это делается для предотвращения теплопотерь, которые неминуемо возникнут, если абсорбер будет контактировать с корпусом. Лицевая часть корпуса закрывается закаленным стеклом с особыми оптическими свойствами. Остекление может быть прозрачным или матовым. В плоских солнечных коллекторах обычно используют матовое стекло с низким содержанием железа (оно пропускает значительную часть солнечного света, поступающего на коллектор).

Есть модели открытые — без крышки. Единственное их достоинство — низкая цена, но они очень неэффективны и совершенно неработоспособны при отрицательных температурах. Из-за того, что крышки нет, абсорбционное покрытие быстро разрушается, так что служат открытые коллекторы несколько сезонов, а из-за своих особенностей могут использоваться для подогрева воды в бассейне или в душе. Для отопления они бесполезны.

Разогретая вода поднимается из коллектора и поступает в накопительный бак, холодная вода из бака подается в коллектор. Из этого накопителя вода расходуется на бытовые нужды, доливаясь холодной по мере надобности. Причем возможны два варианта устройства: вода-теплоноситель поступает непосредственно в бак, смешиваясь с холодной (одноконтурная система) или же она проходит сквозь жидкость в баке по тонкой трубке, прогревая его объем, как кипятильник. По мере прохождения теплоноситель остывает и возвращается в коллектор, не смешиваясь с водой в баке (двухконтурная система).

 Особенности плоских коллекторов

• Простота конструкции;
• Малая стоимость;
• Высокая степень надежности;
• Высокая производительность (особенно – летом);
• Возможность сэкономить до 70% затрат на подогрев воды;
• Идеальное соотношение цены/качества для теплого климата и южных широт;
• Возможность самостоятельного изготовления;
• Способность самоочистки от снега и опавших листьев (за счет гладкой поверхности);
• Длительный эксплуатационный период.
• Возможность использования системы как основного (для регионов с достаточной солнечной активности) и дополнительного источника энергии для отопления;
• Эффективны для умеренного и холодного климата, работающих при температуре до -50° С и низкой интенсивности потока солнечной радиации;
• Большое количество схем подключения для удовлетворения различных потребностей;
• Их легко встроить в существующие системы горячего водоснабжения и отопления;
• Расположение бака и оборудования не требует больших площадей;

Однако при низких температурах (зимой, в межсезонье) производительность таких коллекторов ощутимо падает, что связано с резко возрастающими тепловыми потерями. Кроме того, эти изделия обладают достаточно высокой парусностью, это обязательно надо учесть при установке, иначе коллектор может быть сорван сильным порывом ветра. Также при установке на крыше можно столкнуться с целым рядом сложностей, поскольку панель надо поднимать целиком. При этом она должна быть ориентирована строго на юг, иначе ее производительность будет меньше задуманной.

Система плоского солнечного коллектора на крыше

Некоторые модели плоских солнечных коллекторов можно встраивать в крышу дома, образуя единую конструкцию с кровельным покрытием.

Плоский солнечный коллектор устанавливают на крыше, а аккумулирующий бак с водой устанавливают в помещении, удобном для разведения сети горячей воды (котельная, санузел и т.п.). Бак и коллектор соединены трубами, циркуляцию обеспечивает комплексная гелиостанция, в баке можно установить электрический нагреватель (моновалентный бак) или использовать дублирующий нагревательный контур (бивалентный бак) от имеющегося теплогенератора, за температурой воды следит электронный контроллер. Солнечный коллектор накапливает солнечное излучение в любую погоду, независимо от внешней температуры, коэффициент поглощения энергии составляет 96%. Коллектор монтируют под углом 30-50° непосредственно на крыше зданий так, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для накопления энергии.

Для поддержания отопления в системе применяют буферный бак — автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также от других источников энергии (например, традиционный котел, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые поддерживают систему при недостаточном количества солнечного излучения. Нагретую от доступных источников теплую воду используют в качестве теплоносителя для существующей системы отопления. Контроллер автоматически поддерживает оптимальные параметры циркуляции и обеспечивает комфортную заданную температуру. При отсутствии достаточной солнечной активности или в ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения. Система имеет малую инерционность, быстро выходит на рабочий режим и позволяет обеспечить среднегодовую экономию энергоносителей до 50%.