Принцип работы солнечного коллектора

Задача солнечного коллектора - собирать энергию от прямого, рассеянного и отраженного излучения, а затем передавать ее в отопительную установку.

Принцип работы солнечного коллектора прост, он служит для подогрева бытовой горячей воды и в некоторой степени дома с помощью солнечной энергией они также известны как солнечные батареи. Как работает солнечный коллектор?

Коллекторы извлекают энергию из прямого, отраженного и рассеянного излучения
Коллекторы извлекают энергию из прямого, отраженного и рассеянного излучения.
  1. Солнце нагревается поглотителем в коллекторе, который поглощает солнечное излучение и преобразует его в тепло. Эффективность поглощения зависит от типа поглотителя. Обычный черный поглотитель собирает большую часть излучения. Так называемое селективный поглотитель — он поглощает 95% падающего на него излучения.
  2. Теплоноситель (это может быть вода или антифриз) нагревается от абсорбера и протекает через коллектор.
  3. Нагретая жидкость поступает в резервуар.
  4. Там он отдает тепло нагретой технической воде, находящейся в баке, а при охлаждении течет обратно в коллектор.

Принцип работы солнечного коллектора — что влияет на КПД коллектора?

Энергоэффективность коллекторов также связана с достижением максимально возможной эффективности их работы. В первую очередь, это зависит от ориентации на стороны света. Устройства, ориентированные на юг, имеют лучшую производительность.

Плоский коллектор можно наклонить максимум на 15 ° к востоку или западу. Но тогда его эффективность немного снизится. Если отклонение больше, площадь коллектора должна быть больше, чем для ориентации на юг.

Если дом имеет неблагоприятное расположение по отношению к направлениям света. Стоит использовать трубные коллекторы, в которых направление поглотителя можно регулировать индивидуально. Трубчатые коллекторы могут иметь большее допустимое отклонение от юга, чем плоские. Так как угол наклона поглотителя в каждой трубе регулируется индивидуально.

Угол наклона коллектора также очень важен для эффективности коллектора . Наилучший результат мы получим, когда лучи падают перпендикулярно его поверхности. Поскольку положение Солнца меняется в течение года, оптимальный угол коллектора также непостоянен: летом он составляет 30 °, а зимой — 60 °. Коллекторы, которые будут эксплуатироваться только летом, можно установить под углом 30 °, круглогодично под углом 45 °. Невозможно изменить наклон коллектора, установленного на скате крыши. Но между 35 ° и 50 ° эффективность коллектора снижается незначительно.

Количество энергии, получаемой коллектором, также зависит от места установки устройства. Если трубчатые или плоские пластинчатые коллекторы расположены на земле или у стен зданий, и чем больше они наклонены, тем больше энергии отражается от окружающих поверхностей. Это означает, что коллектор поглотит больше тепла.

КПД солнечного коллектора

Общая интенсивность излучения зависит, в том числе, от от погодных условий
Общая интенсивность излучения зависит, в том числе, от 
от погодных условий.

К сожалению, есть фактор, снижающий КПД коллекторов. Это … обычная пыль. Вреден в первую очередь для плоских невакуумных коллекторов, так как оседает не только на поверхности, но и на поглотителе (корпуса этих коллекторов обычно негерметичны). Солнечное излучение не достигает поглотителя, а отражается и рассеивается на частицах пыли. После нескольких лет эксплуатации КПД коллектора может упасть даже на 30%. Поэтому поверхность коллектора следует очищать один раз в год.

Монтаж солнечного коллектора

Прежде всего, место установки не должно быть затенено деревьями или зданием. Расположение по отношению к дому может быть разным: на крыше или отдельно стоящее. Его также можно закрепить на стене здания, но это относится только к некоторым типам коллекторов.

Самым распространенным является установка коллекторов на крышу. Таким образом, можно установить любой тип коллектора не только во время, но и после постройки дома. Достаточно во время покрытия кровли установить кронштейны и вывести трубы, к которым будут подключаться коллекторы.

Коллекторы стоит установить под таким углом, чтобы они получали как можно больше тепла
Коллекторы стоит установить под таким углом, чтобы они получали как можно больше тепла.

Преимущество такого способа установки — более низкая цена, более короткие сроки сборки и отсутствие необходимости тратить участок земли на коллекторы. Недостаток в том, что тепловые потери несколько выше, чем у коллекторов, установленных в кровле. Поэтому с точки зрения энергоэффективности лучшим решением будет встраивание коллекторов в скат крыши.

В крышу могут быть встроены только плоские коллекторы при условии, что уклон крыши составляет мин. 25 °. Таким образом мы экономим на количестве плиток, но за установку приходится платить больше, потому что коллекторы со всех сторон должны быть защищены от проникновения воды.

Где установить коллектор?

Коллекторы, установленные на земле или на плоской крыше, можно оптимально расположить по отношению к солнцу. Таким образом, повысить эффективность устройства. Кроме того, эффективность коллекторов увеличивается за счет отраженного от земли излучения. Недостатком этого решения в случае отдельно стоящих коллекторов являются тепловые потери, возникающие при перетекании теплоносителя от коллектора к установке в здании.

Отдельно  стоящий коллектор может быть расположен оптимально по отношению к направлениям света, что увеличивает его максимальную эффективность
Отдельно 
 стоящий коллектор может быть расположен оптимально по отношению к направлениям света, что увеличивает его максимальную эффективность.

Преимущество этого метода установки заключается в более низких затратах на монтаж, но при этом необходимо обеспечить достаточную устойчивость резервуара и защитить конструкцию от ураганов.

Когда коллекторы установлены на земле, их намного легче очистить от пыли и снег. А это повысит их эффективность, то есть энергоэффективность системы горячего водоснабжения, а в случае выхода из строя их дешевле отремонтировать. Коллекторы также могут быть установлены на стене здания на южной стороне. 

Стена прочнее крыши, поэтому ее не нужно укреплять. Коллектор также меньше подвержен охлаждающему воздействию ветра. Кроме того, он использует дополнительное излучение, которое отражается от земли и предметов возле коллектора. Однако не каждый коллектор можно установить таким образом, из-за более высокого гидравлического сопротивления. Таким образом его необходимо адаптировать для вертикальной установки.

Коллекторы с прямоточным и концентрическим потоком рабочего тела могут устанавливаться на скатных крышах, плоских крышах или балконах вдоль или поперек без потери излучения. Коллекторы с тепловыми трубками следует устанавливать с минимальным наклоном 20 °.

Принцип работы солнечного коллектора — для чего нужен солнечный контур?

Цель солнечного контура — передать тепло от коллекторов в накопительный бак, где оно будет храниться.
Солнечный контур состоит из коллекторов, труб, солнечного блока, устройств для безопасной эксплуатации блока и накопительного теплообменника.

Солнечный коллектор схема
Солнечный коллектор схема.

Трубки для солнечного коллектора

Трубопроводы и накопительный теплообменник оказывают наибольшее влияние на эффективность установки.

  • Трубопроводы. Длина труб между резервуаром и коллектором должна быть как можно короче — тогда потери тепла из-за потока нагретой среды от коллектора к баку будут как можно меньше. Все трубы должны быть надлежащим образом изолированы (это источник больших потерь тепла!). А резиновые элементы, например, прокладки, мембраны, которые вступают в контакт с рабочей средой, протекающей в системе, должны быть изготовлены из материалов, не вступающих в химическую реакцию с этой средой.
  • Резервуарный теплообменник . Коллектор дает тепло чаще всего тогда, когда оно нам нужно, то есть днем. И мы обычно пользуемся горячей водой днем ​​и вечером. Таким образом, для того чтобы энергия, выработанная днем, могла быть использована вечером, она должна быть запасена в накопителе солнечной энергии.

Наиболее распространены бивалентные водонагреватели. В них два теплообменника. В нижнем протекает рабочая среда из солнечного контура, а в верхний — вода, нагретая в котле.

Обычно имеются накопительные баки, которые могут покрыть потребность в горячей воде на один-три дня, в течение которых солнечные панели не нагреваются. Помните, что чем больше емкость бака, тем дольше мы будем использовать ранее накопленную солнечную энергию в пасмурные дни.

На семью из четырех человек стоит купить бак на 600 л. Можно, конечно, купить и поменьше. Но в случае непогоды горячая вода закончится быстрее и придется подогревать воду обычном способ.

На вместимости тары экономить не стоит. Когда он больше, запаса воды, нагретой солнцем, хватает на более длительное время
Не стоит экономить на емкости контейнера. Когда он больше, запас воды, нагретой солнцем, сохраняется дольше.

Вместо бака с двойным змеевиком можно использовать более простое решение, т.е. бак с одним змеевиком и электронагревателем. Жидкость из солнечного контура циркулирует в змеевике, а дополнительный нагрев воды обеспечивает нагреватель. Это более дорогое решение, чем теплообменник с двойным змеевиком, но оно удобно, особенно когда дом отапливается твердотопливным котлом.

Принцип работы солнечного коллектора — расчет солнечного коллектора

Его размер должен быть таким, чтобы в среднем за летнюю половину года он получал 85-95% горячего водоснабжения. Можно предположить, что семья из четырех человек нуждается в коллекторе:

квартира площадью 1-1,

  • квартира площадью 1-1,5 м² на человека, то есть 4-6 м²
  • труба площадью 0,6–0,8 м² на человека, то есть 2,4–3,2 м².

Если солнечная установка будет использоваться вместе с установкой центрального отопления, предполагается, что от 0,3 до 0,5 м² плоского трубчатого коллектора приходится на 1 м² здания. Вот поверхность коллекторов, которые должны нагревать воду в бассейне:

  • закрытый — около 40% его водной поверхности,
  • открытые — около 70% этой площади.

Если, например, бассейн имеет размеры 5 на 10 м, то коллекторы должны иметь следующую площадь поверхности:

  • 20 м² для крытого бассейна,
  • 35 м² на открытом воздухе.
 Покрытие потребности в горячей воде в разные месяцы года, в зависимости от площади коллекторов, на семью из четырех человек
 Покрытие потребности в горячей воде в разные месяцы года, в зависимости от площади коллекторов, на семью из четырех человек.

Как залить солнечную установку?

Мы можем выбирать между простой водой или антифризом. Воду можно использовать только в установках, работающих с поздней весны до осени. В зимний период из установки необходимо слить воду, иначе можно повредить трубы. На всесезонных установках или установках, работающих с ранней весны до поздней осени, установка должна быть заполнена антифризом, что встречается чаще. Однако нам необходимо купить высококачественный бак. Это сведёт к минимуму риск вскрытия системы и попадания вредной жидкости в систему горячего водоснабжения.

Будет ли коллектор обогревать дом?

Компании, продающие и устанавливающие солнечные коллекторы, предлагают использовать их не только для нагрева ГВС, но и воды по назначению, что возможно только в низкотемпературных установках (особенно теплых полов), где теплоноситель может иметь температуру около 40 ° С. ° С. Однако тогда нужны коллекторы с гораздо большей поверхностью и более сложной установкой, чем в случае приготовления горячей воды. Это решение стоит порекомендовать, но только для людей, которые могут позволить себе такие расходы. С точки зрения экономики инвестиций, затраты слишком высоки по сравнению с прибылью, даже с точки зрения энергоэффективности.

Оцените статью
Идея в доме
Добавить комментарий