Солнечный коллектор — Что такое Солнечный коллектор?

Солнечный коллектор – гелиоустановка (для сбора тепловой энергии Солнца), способная нагревать материал-теплоноситель.

Солнечный коллектор — гелиоустановка (для сбора тепловой энергии Солнца), способная нагревать материал-теплоноситель.

Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд.
Пищевая и текстильная промышленности больше остальных отраслей нуждаются в использовании солнечных коллекторов (при производственных процессах требуется вода с температурой 30-90 °C).

В Европе в 2000 г. общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн м², а во всём мире — 71,341 млн м².

Солнечные коллекторы способны производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга.

Известны 2 основных типа солнечных коллекторов:

Плоские

Плоский коллектор состоит из абсорбера, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя.

В плоском коллекторе работает следующий механизм: падающая энергия передается теплоносителю в коллекторе, эффективность коллектора пропорциональна количеству падающей энергии.

При отсутствии расхода тепла плоские коллекторы способны нагреть воду до 190-200 °C.

Вакуумные

В вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль теплопроводников.

При облучении установки солнечным светом, жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагревается и превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки, где, конденсируясь, передают тепло коллектору.

В вакуумных установках возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250-300 °C в режиме ограничения отбора тепла.

Известен также отдельный тип солнечных коллекторов: Солнечные воздушные коллекторы.

Солнечные воздушные коллекторы — это приборы, работающие по принципу гелиоэнергетики, способные нагревать воздух.

Чаще всего солнечные воздушные коллекторы представлены простыми плоскими коллекторными конструкциями.

Они используются:

• для отопления помещений,

• для просушивания с/х продукции.

Солнечные коллекторы. Часто задаваемые вопросы.

 

1. Могут ли солнечные водонагреватели являться конкурентоспособной альтернативой газа или электричества?

Солнечная энергия не должна рассматриваться в качестве альтернативы газа или электричества, скорее в качестве дополнения к ним. Она не может полностью заменить потребность в газе или электрическом отоплении, поскольку есть дни с недостаточным уровнем солнечного освещения. Правильный расчёт системы, солнечного нагрева воды, может обеспечить 60% -70% от потребности горячей воды.

Можно точно утверждать что, гелиосистема будет выгодна в том случае, если на объекте отсутствует газ или нагрев воды происходит за счет электричества.

 

2. В течение какого срока солнечный коллектор сможет окупить мои инвестиции?

Для семи из 3-5 человек, стоимость гелиосистемы будет схожа со стоимостью газовой или электрической системой нагрева воды. Сроки окупаемости напрямую зависят от того, в каком колличестве будет потребляться вода, нагретая солнечным коллектором и размера системы.

Эсли на объекте нагрев воды осуществляется за счет электричества, то срок окупаемости будет от 1 года до 2 лет, причем необходимо учитывать, что и работоспособность электрокотлов, электробойлеров и другого отопительного оборудование имеет не такой уж большой срок службы, в отличие от гелиосистемы, которая может проработать не менее 20-25 лет без замены главных и дорогостоящих частей системы. Работая совместно с действующей системой нагрева воды, солнечные коллектора могут экономить до 75% топлива или электроэнергии в осенне-весенний период.

 

3. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы в холодных условиях?

Да. Наши вакуумные трубчатые коллекторы могут использоваться при очень низких температурах, в солнечных системах водонагрева, установленных в регионах России, температура в которых достигает -45°C. Удивительно, но даже при этих температурах система может производить горячую воду с хорошей эффективностью за счет вакуума в трубках коллекторов, который является идеальным теплоизолятором. В яркий солнечный день, эффективность коллектора будет примерно одинаковой как в зимний период времени, так и в летний.

 

 

4. Что произойдет, если целостность одной из вакуумных трубок нарушится?

Вакуумные трубки достаточно прочные, и их нелегко разбить, но если это всё-таки произошло, это с лёгкостью решается заменой вакуумной трубки на новую. Хотя наши солнечные коллекторы обладают способностью работать с некоторым количеством повреждённых трубок, рекомендуется повреждённые трубки немедленно заменить, чтобы удерживать эффективность солнечного коллектора на должном уровне. Запасные трубки Вы всегда можете приобрести в нашем магазине.

 

5. Будет ли вода нагреваться в пасмурный день?

Да. Несмотря на то, что тепловая мощность солнечного коллектора снижается в пасмурные дни, поглощаемой энергии хватает для нагрева воды. Если это, по большей степени, туманный день или дождь, то может потребоваться больше ресурсов газового или электрического нагрева, чтобы сохранить температуру воды оптимальной для использования. Солнечная система нагрева воды является автоматизированной, так что вам не придется беспокоиться о нехватке горячей воды в дождливый день.

За своевременным включением котлов, ТЭНов и др нагревательных приборов следит контроллер гелиосистемы.

 

6. Могу ли я использовать солнечный коллектор с системой горячего водоснабжения, которая у меня уже есть?

ДА. Клапаны попросту модернизированы, и они зачастую могут быть использованы, чтобы позволить солнечной энергии подключаться к существующей подаче холодной воды.

Если ваш бак не может принять солнечную энергию напрямую, вы можете установить дополнительный накопительный бак для предварительного нагрева холодной воды перед входом в уже существующий. Любая действующая система отопления и водоснабжения может быть доработана гелиосистемой без глобальной реконструкции котельной. Действующая котельная прекрасно будет работать совместно с гелиосистемой, причем экономия топлива и электроэнергии традиционной котельной будет значительной.

 

 

7. Могут ли солнечные коллекторы быть установлены на плоской поверхности?

Да. Они могут быть установлены на плоской крыше или на земле с помощью алюминиевых опорных подставок. Для оптимальной работы солнечного коллектора, его следует установить под углом 45 градусов, чтобы гарантировать оптимальную работу тепловых трубок.

 

8. Как я могу защитить свою солнечную систему при минусовых температурах?

Если ваша солнечная система нагрева воды работает в регионах с минусовыми температурами, то Вам следует принять меры по защите от замерзания. Самым простым способом предотвращения замерзания является использование солнечного контроллера с настройками низких температур. Таким образом, когда температура падает ниже определенной заранее установленной температуры (5°C), насос будет циркулировать и нагревать коллектор водой снизу из резервуара. Насос будет работать сессионно, частота сессий которого зависит от температуры наружного воздуха. В особо холодных регионах целесообразно использовать замкнутый контур с помощью пропиленгликоля, температура замерзания которого ниже 30 градусов.

 

9. Может ли солнечный коллектор стать причиной возникновения пожара во время жаркой и засушливой погоды?

Нет. Все компоненты наших тепловых солнечных коллекторов рассчитаны на воздействие высоких температур и не воспламеняются, так что даже при сильном солнечном свете система нагрева воды не загорится и не подожжёт сухой материал. Даже самым жарким летом к вакуумным трубкам можно прикоснуться и не обжечься, т. к. вся температура находится в самой трубке, за вакуумом.

 

 

10. Может ли солнечный коллектор нагревать воду до достаточно высокой температуры?

Да, в хорошую погоду коллектор может довести воду до кипения. Как правило, это не является необходимым, поэтому система должна быть разработана грамотно. Нелогично доводить воду до кипения в домашних условиях солнечным коллектором, т. к. из за температуры близкой к кипению может произойти деформация пластиковых и резиновых уплотнителей в системе, тем самым увеличивается риск протечек. Если горячая вода не используется в течение одного дня, то на следующий день система будет сбрасывать воду через предохранительный клапан. Это пустая трата энергии и воды! Пожалуйста, используйте разумно энергию, получаемую солнечным водонагревателем, для обеспечения оптимальной производительности и минимального расхода воды.

 

11. Что требуется для обслуживания солнечного коллектора?

При нормальных обстоятельствах обслуживание не требуется. Хотя солнечные коллекторы могут работать с несколькими сломанными трубами, тепловая эффективность будет снижена незначительно. Но разбитые трубки всё же следует заменить как можно скорее.

 

12. Могут ли солнечные коллекторы быть использованы для крупномасштабного производства горячей воды?

Да. Наши солнечные тепловые коллекторы могут быть соединены последовательно или параллельно, чтобы обеспечить крупномасштабное производство горячей воды для нужд коммерческих и муниципальных организаций, таких как школы, гостиницы или офисные здания.

 

 

13. Могу ли я нагреть воду в своём бассейне или спа, используя солнечный коллектор?

Да. Вакуумные трубчатые коллекторы могут быть использованы для нагрева спа или жилого плавательного бассейна. Для любого бассейна, который необходимо нагреть, должен быть использован изолирующий защитный слой, чтобы свести к минимуму потери тепла и испарение.

 

 

14. Вакуумные трубчатые коллекторы более эффективные, чем плоские?

 

Существует небольшая разница между вакуумным трубчатым коллектором и плоским коллектором при сравнении максимальной эффективности. На самом деле, эффективность плоской пластины коллектора может быть выше трубки вакуумного коллектора, но при условиях с минимальными потерями тепла. При средних же показателях за год, вакуумный трубчатый коллектор имеет явные преимущества. Ключевыми являются следующие моменты:

 

1) Солнечные вакуумные трубки могут пассивно отслеживать положение солнца в течение дня из-за цилиндрической формы трубок. Пластина плоского солнечного коллектора обеспечивает выходной импульсной энергии в полдень, когда солнце находится в зените

2) Вакуум в трубках значительно снижает потери конвективного тепла из внутренней части трубки. Таким образом, ветра и низкие температуры оказывают намного меньшее влияние на эффективность вакуумного коллектора.

3) Вакуумные трубки прочны и долговечны, так как сделаны из сверхпрочного боросиликатного стекла. По отдельности трубки стоят недорого и сломанную легко заменить.

4) Из-за различных преимуществ вакуумной трубки коллектора над плоской пластиной коллектора, понадобится меньшее количество коллекторов, чтобы обеспечить такую же производительность нагрева. Например, в семье из 4-5 человек, как правило, потребуется резервуар с 250-300 литров воды. В зависимости от вашего местоположения, летом все 30 вакуумных трубок коллектора будут обязаны предоставлять все потребности в горячей воде и большой процент в другие сезоны.

5) Плоские солнечные коллекторы могут производить подобный выход тепла в вакуумных трубчатых коллекторах, но, как правило, исключительно в солнечных условиях. При среднем в течение всего года, тепловая мощность вакуумной трубки коллектора на квадратный метр на 25%-40% больше, чем плоской пластины коллектора.

 

Солнечные коллекторы. Какие они бывают?

Классический солнечный коллектор представляет собой металлические пластины черного цвета, установленные на крыше дома. Цвет и положение коллектора предполагает максимальное поглощение и накапливание солнечной энергии. Эти металлические пластины помещаются в корпус, изготовленный из стекла или пластмассы. Наклон к южной стороне, при установке позволит увеличить количество поглощаемой радиации. Проще говоря, солнечный коллектор – это миниатюрная теплица, которая накапливает солнечную энергию под стеклянной панелью. Солнечная радиация распределяется по поверхности равномерно, по этому, чем больше площадь коллектора, тем больше энергии будет поглощено.

На сегодняшний день солнечная энергетика развита достаточно обширно, это дает возможность устанавливать солнечные панели различных комплектаций и размеров. Этот аспект позволяет солнечным коллекторам обеспечивать хозяйственные нужды человека, такие как отопление и снабжение горячей водой.

К примеру, существует несколько отдельных видов солнечных коллекторов, которые различаются, в зависимости от температуры, до которой они способны достигать:

• Коллекторы низких температур. Такие коллекторы дают достаточно низкие температуры – не выше 50 С. Такие коллекторы, широко применяются для подогрева воды в бассейнах, и в других случаях, когда не требуется слишком высокая температура воды.
• Коллекторы средних температур. Такой тип коллекторов способен нагревать воду от 50 до 80 С. Зачастую, такой коллектор представляет собой плоскую остекленную пластину, в которой с помощью жидкости происходит теплопередача или же это коллекторы-концентраторы. В последних тепло концентрируется и может использоваться для нагрева воды в жилых секторах.Представлен коллектор-концентратор, в большинстве случаев, вакуумированным трубчатым коллектором
• Коллектор высоких температур. Зачастую имеют форму параболических тарелок. Такое устройство, в большинстве случаев используется большими предприятиями, которые генерируют электричество и распределяют его для городских электросетей

Интегрированный коллектор

Накопительный интегрированный коллектор

На данный момент одним из самых простых видов солнечных коллектором является емкостной коллектор, который еще называются термосифонным коллектором. Такое название, данный генератор получил за счет того, что он одновременно может и аккумулировать тепло и хранить определенное, уже нагретое, количество воды. Такие коллекторы, зачастую используются для начального нагрева воды, которая впоследствии нагревается до необходимой температуры стандартными установками (газовыми, электрическими колонками и т.д.). Такой метод позволяет экономить на потреблении электричества, за счет того, что в бак котла поступает уже подогретая вода.

Рассмотрим основные плюсы такого вида коллекторов. Первое – это, конечно же, экономия на электричестве. Второе – это возможность использовать достаточно дешевую альтернативу солнечной водонагревательной системе. Третьим плюсом стоит отметить простоту использования коллектора – минимум технического обслуживания, за счет отсутствия в нем движущихся частей (насосов и прочего).

Такие коллекторы бывают также «Integrated Collector and Storage», или, проще говоря, интегрированными коллекторами-накопителями. Такой вид коллектора, зачастую представлен одним или несколькими баками, которые заполнены водой. Эти баки помещаются в теплоизоляционный ящик и накрываются стеклянной крышкой. Порою, в этот же ящик помещаются прибор-рефлектор, который позволяет увеличивать солнечное излучение. Принцип действия данного устройства достаточно прост – солнечный свет, проходя через стекло, нагревает воду. Такая простота функционирования обуславливает достаточно не большую цену самого устройства. Однако стоит помнить, что в холодное время года, воду стоит защищать от замерзания, или же сливать.

Плоские коллекторы

Такие коллекторы, пожалуй, самые популярные для использования в бытовых условиях, для нагрева воды и в отопительных системах. Внешне, такое устройство выглядит как обычный металлический ящик. Однако внутри него находиться черная платина, которая поглощает солнечный свет. Крышка у этого ящика должна быть в обязательном порядке, стеклянной или пластмассовой, дабы лучше пропускать солнечную энергию.

Остекление плоского солнечного коллектора может быть прозрачным или матовым. Зачастую, все же, отдается предпочтение матовому остеклению, поскольку такое стекло позволяет пропускать только свет. А также, содержание железа в стекле должно быть очень низким, что бы позволить пропускать большую часть поступающего света, в коллектор. Принцип действия заключается в том, что солнечный свет, попадая на пластину, тепловоспринимающую пластину, которая и вырабатывает тепло. Стекло служит теплоизоляцией, а для повышения КПД коллектора, его стенки прокладывают теплоизолятором. Такая конструкция, позволяет снизить тепловые потери до минимума.

Пластина абсорбента, или же пластина, поглощающая солнечный свет, зачастую окрашена в черный цвет, дабы увеличить количество поглощаемой солнечной энергии, ведь тот факт, то темные тела притягивают ее больше – ни для кого не секрет. Проходя через стекло, и попадая на поглощающую пластину, солнечная радиация превращается в тепловую энергию. Далее, чтобы продолжить процесс, полученное тепло передается тепловому носителю. Тепловым носителем может выступать воздух или жидкость, которые циркулируют в трубах. К сожалению, даже полностью черные поверхности, способны отражать около 10% солнечной радиации, падающей на нее. Дабы избежать этого, абсорбирующие пластины покрываются дополнительно специальным покрытием, которое призвано удерживать солнечный свет попадающие на пластину. Такое покрытие служит дольше обычной краски и позволяет повысить КПД коллектора. В состав такого селективного покрытия входит слой аморфного полупроводника, который наноситься на металлическое основание пластины.

Абсорбирующие пластины изготавливаются из металла, который наилучшим образом проводит тепло. Высокий уровень теплопроводности металла позволит уменьшить теплопотери при передаче переработанной энергии теплоносителю. К списку таких металлов можно причислить медь и алюминий. Разница между ними заключается в том, что медная пластина способна лучше проводить тепло, и более устойчива к коррозиям, в отличии от алюминиевой пластины.

Плоские солнечные коллекторы бывают жидкостными или воздушными. А в зависимости от наличия остекления, и тот и другой вид бывает как остекленным, так и не остекленным.

Жидкостные коллекторы

В солнечных коллекторах этого типа, теплоносителем выступает жидкость. Солнечная энергия, перерабатывается в поглощающей пластине в тепло, и передается жидкости, которая течет по трубам, прикрепленным к пластине. Эти трубы могут идти параллельно друг другу, но на каждой, в обязательном порядке должно быть входное и выходное отверстие. Существует возможность расположение труб в виде змеевика. Такое положение уменьшает количество соединительных отверстий, что, в свою очередь, снижает вероятность протекания. Таким образом, змеевидное расположение обеспечивает более равномерный поток жидкости-теплоносителя. Однако, могут возникать сложности при спуске жидкости перед похолоданием, поскольку в изгибах трубы может остаться жидкость.

Простые системы жидкостных солнечных коллекторов предполагают использование обычной воды, которая сразу же, нагреваясь в коллекторе, поступает пользователю. Такие модели называют «разомкнутыми» или «прямыми» системами. Однако применение таких коллекторов неудобно в регионах с низким температурным режимом. Поскольку, при снижении температуры ниже точки замерзания – необходимо сливать воду. В этот период систему использовать невозможно. Альтернативой является использование незамерзающих жидкостей вместо воды. Этот вид системы жидкостных солнечных коллекторов использует жидкие теплоноситель, который, поглощая тепло, направляется в теплообменник. Зачастую теплообменником является водяной бак, конструкция которого предполагает передачу тепла воде. Такую систему называют «замкнутой» или «непрямой».

Остекление жидкостных коллекторов позволяет нагревать воду для бытовых нужд, и для отопления дома, поскольку их КПД выше, чем у неостекленных аналогов. Неостекленные коллекторы, зачастую используют для нагрева воды в бассейнах. В последних приборах не требуется нагревать температуру до высоких температур. Это позволяет использовать менее дорогие материалы, такие как пластмасса и резина.

Воздушные коллекторы

Теплоносителем в воздушных коллекторах выступает воздух, а он не замерзает и не кипит, в отличие от воды. Этот факт позволяет избежать проблем, которым подвержены жидкостные коллекторы. К тому же, утечка в системе воздушных коллекторов приносит намного меньше трудностей, хотя, конечно же, обнаружить ее достаточно сложно. Стоит помнить, что перед материалами, используемыми в воздушных солнечных коллекторах, не стоят особо сложные эксплуатационные задачи. По этому, в воздушных системах возможно использование более дешевых материалов.

Конструкция воздушных коллекторов, представляет собой сочетание плоских коллекторов. Такой прибор используется в основном для просушки сельскохозяйственной продукции, или же для отопления помещений. Металлические панели и многослойные неметаллические экраны могут послужить поглощающими пластинами в конструкции воздушных коллекторов. Теплоноситель проходит через стенки поглотителя с помощью естественной конвекции, или с помощью специального вентилятора.

Теплопроводимость воздуха, на порядок хуже, чем проводимость тепла, жидкостью. По этому, поглотитель получает значительно меньше тепла от воздуха, чем от жидкости. Вентилятор, присоединенный к поглощающей пластине, позволяет увеличить поток воздуха, таким образом, улучшая теплоотдачу. Однако и в этой конструкции есть свои недостатки. Для работы вентиляторов, необходимо дополнительно использовать электроэнергию, а это, в свою очередь увеличивает затраты на работу системы. В условиях холодного климата, необходимо направлять воздух между поглощающей пластиной и утепленной стенкой коллектора, это позволяет избежать потерь тепла. Но не стоит применять такою циркуляцию, если, все же, воздух в помещении, нагревается на 17 С больше, чем воздух на улице. В этом случае, воздух может спокойно циркулировать без потерь эффективности.

Поговорим о достоинствах воздушных коллекторов. В первую очередь – это простота и надежность. Воздушные коллекторы имеют достаточно простое устройство, благодаря этому снижается уровень необходимости технического обслуживания, при этом увеличивая их безусловную надежность. При достойных условиях эксплуатации, срок службы качественного воздушного коллектора колеблется от 10 до 20 лет. За счет того, что теплоносителем выступает воздух, исключается необходимость использования теплообменника и термоизоляции в холодное время года.

Однако не все так красочно, в сфере солнечных воздухонагревателей. Все дело в том, что применение таких установок распространено исключительно для отопления помещений и просушки сельскохозяйственной продукции, причем, в основном, в развивающих странах. Причиной этому стало то, что существуют некоторые ограничения, для использования в промышленных условиях. Начнем с того, что по сравнению с жидкостными, воздушные коллекторы занимают достаточно большую площадь, за счет низкого уровня удельной теплоемкости. К тому же, требуется оборудовать длинный воздуховод для эффективной работы коллектора. И самая главная трудность – это необходимость использования электроэнергии для прогонки воздуха через функциональные части коллектора. Еще иногда встречаются сложности с аккумулированием самой теплоты. Все эти проблемы, даже в регионах с достаточным количеством солнечных дней, приводит к значительному увеличению стоимости на эксплуатацию и установку воздушных коллекторов.

Принцип действия солнечных коллекторов

Элементарный воздушный коллектор

Воздушные солнечные коллекторы делятся на две группы, в зависимости от способа циркуляции воздуха. В самом простейшем случае, поток теплоносителя (воздуха) в коллекторе проходит как раз под поглотителем. Таким образом, данный коллектор позволяет повысить температуру воздуха, не больше чем на 3-5 С. Причиной такого низкого КПД является потери тепла на конвекцию и излучение.

Любой прозрачный материал, с низкой проводимостью инфракрасного излучения, позволяет снижать уровень теплопотерь, при накрывании им поглотителя. Все дело в том, что поток воздуха, образовывается или под поглотителем, или между поглотителем и данным прозрачным покрытием. Прозрачная крышка (из особого стекла или пластмассы) позволяет не на много снижать уровень излучения тепла с поглотителя. Однако, это снижение конвективных тепловых потерь, может позволить увеличить температуру до 20-50 С. Но и этот параметр будет зависеть от интенсивности солнечной энергии попадающей в коллектор и качества воздушного потока. Как плюс к этому всему, наблюдается, также снижение тепловых потерь на излучение, за счет снижения температуры поглотителя. Но стоит помнит, что при этом происходит еще и снижение возможности абсорбента поглощать энергию, за счет его запыления, в том случае, если поток воздуха проходит с обеих сторон.

Накрытый поглотитель в воздушном коллекторе

Отказ от остекления металлического ящика и теплоизоляции, в некоторых случаях, позволяет существенно снижать затраты. Дело в том, что изготовляется такой коллектор из перфорированного металла черно цвета. Такой материал позволяет улучшать качество теплообмена. Принцип этого процесса заключается в том, что этот металл нагревается достаточно быстро, а вмонтированный вентилятор втягивает теплый воздух, через отверстия в металлических листах. Коллекторы такого типа, достаточно часто используются в жилых домах. Зачастую размеры такого прибора составляют 2,4 м?0,8 м, при этом скорость нагрева воздуха составляет 0,002 м3/с. Даже в солнечный зимний день, температура воздуха, который нагревается в коллекторе, может достигать разницы в 28 ?С по сравнению с наружным. К тому же, стоит учесть, что в значительной мере улучшается качество воздуха, поскольку нагревается непосредственно воздух, поступающий снаружи.

Одним из главных плюсов подобных коллекторов, является тот факт, что они достаточно эффективны. КПД некоторых промышленных моделей может достигать 70%. А их стоимость снижается, за счет уменьшается количество используемых материалов.

Вакуумированный солнечный коллектор

Плоские солнечные коллекторы, изначально создавались для использования в местах с большим количеством солнечной энергии. При плохой погоде, их эффективность достаточно не значительна. Холодная, ветреная, пасмурная погода – не позволяют работать таким коллекторам в полную мощь. Но и это не все – повышенная влажность в значительной мере неблагоприятно сказывается на состоянии внутренних деталей такого коллектора. А это влечет за собой уменьшение срока службы коллектора, а также ухудшение эффективности его работы. Дабы устранить такие недостатки были созданы вакуумированные солнечные коллекторы.

Современные вакуумированные солнечные коллекторы способны нагревать воду, для обеспечения хозяйственных нужд. Принцип действия такого прибора заключается в следующем: солнечная энергия, проходя через наружную трубку, попадает в поглощающую трубку, где и происходит превращение солнечной энергии в тепло. А далее, переработанное тепло передается теплоносителю (жидкости). Сам коллектор представляет собой сочетание определенного количества параллельных рядов стеклянных трубок. К каждой из этих трубок прикрепляется трубчатый поглотитель с селективным покрытием (аналог пластины-поглатителя в вышеописанных плоских коллекторах). Нагретая в коллекторе жидкость поступает в бак накопитель, и уже там отдает все полученное тепло воде.

Трубки в вакуумированном коллекторе можно менять. Добавлять или даже убирать, в зависимости от необходимости. Это позволяет называть такие коллекторы модульными. Но стоит помнить, что между трубками коллектора должен быть вакуум, что бы уменьшить потери тепла в процессе конвекции. Однако, радиационная потеря тепла остается. Уточним, что радиационная потеря тепла – это то тепло, которое идет на нагревание поверхностей рабочих частей коллектора. Но не стоит думать, что эти потери существенно повлияют на эффективность работы коллектора. Радиационная потеря достаточно мала, по этому можно уверенно считать, что рабочие характеристики вакуумированного коллектора достаточно велики.

На данный момент, создано большое количество вакуумированных коллекторов, которые имеют различные комплектации, а, следовательно, и разные эксплуатационные характеристики и особенности.

Создание вакуумированного коллектора – это достаточно сложный и трудоемкий процесс. Особенные трудности вызывает запайка оболочки коллектора. Проблема заключается в том, что по сей день не найдено достаточно эффективного метода создания эффективной высоковакуумной системы, при не больших затратах.

Стоит помнить, что такие вакуумированные коллекторы достаточно эффективны, по сравнению с обычными плоскими коллекторами. Все дело в том, что эффективность работы вакуумированного коллектора не зависит от качества радиации, т.е. как в условиях прямой, так и рассеянной радиации, данный коллектор работает одинаково эффективно. К тому же, вакуумное строение коллектора позволяет свести к минимуму потери тепла. Помимо всего вышесказанного, такие приборы достаточно долго и качественно служат, полностью обеспечивая все хозяйственные нужды человека.

Концентраторы

Фокусирующий солнечный коллектор

Концентраторы или же коллекторы отличаются от предыдущих описанных коллекторов тем, что их принцип действия заключается в концентрации солнечных лучей. Делается это за счет зеркальных поверхностей, которые направляют солнечную энергию конкретно на поглотители. Температура, которая обеспечивается концентраторами значительно выше, чем максимальная температура плоских коллекторов. Но стоит помнить, что концентраторы могут воспринимать исключительно прямую солнечную радиацию, по этому. В пасмурную погоду их использование не возможно. Такой тип коллекторов-концентраторов, особенно эффективен в регионах близких к экватору и в пустынных районах с большим количеством солнечных дней.

Для более эффективной работы концентратора, используется специальный прибор, который отслеживает направление солнечных лучей и поворачивает прибор к солнцу. В зависимости от оси, по которой может вращаться, такой коллектор различают одноосные и двуосные следящие устройства. Первые предполагают вращение устройства с востока на запад, а вторые, предполагают поворот устройства во все четыре стороны света, для того что бы точно отслеживать направление солнца в течение всего года. Данные коллекторы-концентраторы, в основном используются в промышленных условиях. Причиной этому стала достаточно большая стоимость этого устройства, а также необходимость постоянного технического обслуживания. Для бытового применения, они просто не приемлемы.

Солнечные печи и дистилляторы.

Солнечная печь

Помимо всех вышеописанных приборов, существуют также приборы, которые имеют достаточно простую структуру, и узкую сферу применения. К примеру, такие приборы могут выступать в роли солнечной печи, для приготовления пищи, или солнечного дистиллятора – прибора достаточно дешево очищающего воду любого состояния.

Поговорим про солнечные печи. Они достаточно просты, как при эксплуатации, таки при изготовлении. Солнечные печи представляют собой достаточно хорошо теплоизолированную коробку, которая покрыта материалом, отражающим свет (фольгой, например). Эта коробка накрывается стеклом и оборудована внешним отражателем. Кастрюля черного цвета послужит поглотителем, поскольку может намного быстрее нагреваться. Такие печи, можно использовать для стерилизации воды, при кипении.

Что касается солнечных дистилляторов, то они могут в результате своей работы предоставлять дистиллированную воду достаточно дешево, притом, что брать воду, можно практически из любого источника. Принцип работы солнечного дистиллятора лежит в основе процесса испарения, а сам прибор использует солнечную энергию, с целью ускорить этот процесс. За день работы, небольшой солнечный дистиллятор может произвести около 10 литров идеально чистой воды.

На данный момент солнечная энергия используется достаточно обширно. Одним из самых эффективных примеров его использования является метод нагрева воды солнечной энергией. Несколько миллионов жителей нашей планеты, уже достаточно долго и давно используют солнечные коллекторы для обеспечения своих нужд. Такие приборы достаточно эффективны, не требуют особых затрат на эксплуатацию, к тому же не приносят вреда окружающей среде.

Типы солнечных коллекторов | Atmosfera™. Альтернативные источники энергии. Солнце. Ветер. Вода. Земля.

Плоские солнечные коллекторы

Основным элементом плоского солнечного коллектора является абсорбер — металлическая пластина со специальным поглощающим покрытием и напаянным на нее проточным трубопроводом. Абсорбер заключен в специальный корпус, у которого лицевая стенка прозрачная (через нее в коллектор проникает солнечное излучение), а тыльная утеплена минераловатной плитой либо слоем другого утеплителя.

Внутренний трубопровод, по которому циркулирует теплоноситель, на абсорбере может располагаться по-разному. Выделяют 2 основных типа расположения: “меандр” и “арфа”. Компания Атмосфера предлагает плоские солнечные коллекторы обоих типов.

Для повышения эффективности коллектора на абсорбер может быть нанесено специальное селективное покрытие. Наличие селективного покрытия значительно увеличивает производительность плоского коллектора, но, в то же время, увеличивает его стоимость.

Для уменьшения теплопотерь в холодное время года корпус плоского коллектора делают максимально герметичным. Таким образом теплоизоляция абсорбера достигается за счет слоя воздуха или инертного газа со стороны прозрачной передней стенки, и слоя утеплителя со стороны задней стенки.

Плоские коллекторы являются более эффективными в теплое время года, однако в зимнее время их эффективность значительно снижается по причине достаточно высоких теплопотерь.

Существуют также еще один вид плоских солнечных коллекторов — вакуумный плоский коллектор. В вакуумном плоском коллекторе теплоизоляция абсорбера от окружающей среды достигается не за счет слоя теплоизоляции, а за счет создания внутри короба глубокого вакуума, предотвращающего теплопотери. Такие коллекторы обладают максимальной продуктивностью среди плоских коллекторов, однако, являются более сложными в монтаже и эксплуатации, и, что существенно, очень дорогими.

Неоспоримыми преимуществами плоских солнечных коллекторов являются их невысокая цена при высокой эффективности в теплое время года. К недостаткам можно отнести низкую производительность в зимний период, а также сравнительное неудобство их монтажа на труднодоступные кровли. Плоский коллектор являются цельной неразборной конструкцией, из-за чего поднимать и устанавливать на крышу его приходится целиком.

 

Солнечный коллектор воздуха

Относительно недавно на рынке появились, и уже стали достаточно популярными, воздушные коллекторы на солнечных батареях. «Умельцы» собирают воздушные нагреватели из пивных банок и прочего мусора, снимают видео и обсуждают на форумах. В этой статье мы расскажем о конструкции воздушных коллекторов и о сфере их применения в строительстве домов.

Воздушный коллектор представляет собой некую плоскую камеру, черную изнутри, с одной прозрачной стенкой. С одной стороны в камеру заходит холодный воздух — с другой стороны выходит нагретый. Изготовить воздушный коллектор несложно, по крайней мере гораздо проще, чем водяной, но есть ряд тонкостей..

Насколько полезен воздушный солнечный коллектор?

Применяются воздушные коллектора либо для нагрева приточного воздуха в системах вентиляции, либо для нагрева воздуха в режиме рециркуляции. Вроде бы все просто, но возникает ряд логичных вопросов. Мы уже писали о сложностях солнечного отопления при помощи водяных солнечных коллекторов, с воздушными системами, ровно та же проблема —  солнце плохо светит зимой. Таким образом, применение солнечных коллекторов для отопления ограничено. Это могут быть:

• жилые дома в южных регионах;
• цеха, склады, производственные помещения;
• или дачи и теплицы, отапливаемые преимущественно в межсезонье.

Гораздо больший интерес представляет задача о нагреве приточного воздуха. Дело в том, что в зимний период, перед тем, как подавать свежий воздух в помещение, его нужно нагреть до температуры, близкой к комнатной, и именно для этих целей коллектор воздуха на солнечной энергии крайне полезен. Конечно, солнце зимой светит очень мало, но и приточного воздуха требуется не так уж много. 

Ранее, когда дома остекляли деревянными рамами, проблем с вентиляцией помещений не возникало. С санузле и на кухне работала естественная вытяжка, а свежей воздух поступал через щели в окнах. Сегодня ситуация иная — почти все окна заменены на пластиковые, квартира в целом становится герметичной и если нет дополнительной механической вентиляции, вытяжка не работает должным образом, а притока свежего воздуха практически нет. Между тем, для каждого человека нужно подавать до 60м³*час свежего воздуха, поэтому крайне важно летом открывать окна, а зимой иметь хоть какой-то приток.

Из этих соображений воздушный солнечный коллектор должен висеть на стене и подавать через эту самую стену воздух в комнату. При этом коллектор должен иметь свой вентилятор, работающей от небольшой солнечной батареи, находящейся там же, где и само устройство. Принцип работы довольно прост, солнце светит, воздух нагревается, вентилятор крутится, происходит приток. Если солнце не светит, вентилятор не вращается, и подачи воздуха не происходит.

Именно такие солнечные системы российского производства поставляет наша компания. Небольшая солнечная батарея и вентилятор находятся непосредственно внутри коллектора, плюс само устройство работает как крупнодисперсный фильтр воздуха, что в городских условиях довольно важно. В результате система работает сама по себе, без подключения к электросети и может быть полезна в автономных системах, где подключение к сетевому электричеству отсутствует. Системы комплектуются крепежными элементами для крыши или фасада и системой управления и поставляются в собранном виде с детальной инструкцией по установке.

Конечно, сфера применения воздушных СК не столь велика, однако, при их помощи можно довольно просто и недорого решать очень важную задачу – приток свежего воздуха в помещение в зимний период.

Самые популярные модели воздушных солнечных коллекторов

SolarFox vsf-1w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 25 Воздушный поток, м³ — 35 Повышение темп., °С — 15-20°	SolarFox vsf-2w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 50 Воздушный поток, м³ — 90 Повышение темп., °С — 25-30°
SolarFox vsf-3w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 80 Воздушный поток, м³ — 110 Повышение темп., °С — 30-35°	SolarFox vsf-4w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 100 Воздушный поток, м³ — 140 Повышение темп., °С — 35-40°
SolarFox vsf-5w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 150 Воздушный поток, м³ — 200 Повышение темп., °С — 40-45°	SolarFox vsf-1r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 25 Воздушный поток, м³ — 35 Повышение темп., °С — 15-20°
SolarFox vsf-2r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 50 Воздушный поток, м³ — 90 Повышение темп., °С — 25-30°	SolarFox vsf-3r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 80 Воздушный поток, м³ — 110 Повышение темп., °С — 30-35°
SolarFox vsf-4r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 100 Воздушный поток, м³ — 140 Повышение темп., °С — 35-40°	SolarFox vsf-5r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 150 Воздушный поток, м³ — 200 Повышение темп., °С — 40-45°

Полный ассортимент и цены представлены в разделе каталога Солнечные коллекторы воздуха

Перейти к другим полезным статьям..

Для чего нужен солнечный коллектор?

Солнечный коллектор (гелиоколлектор, гелиоустановка) — специальный прибор, осуществляющий преобразование выделяемой Солнцем энергии в тепло. Поэтому принцип его работы основан на захвате видимой части светового спектра и инфракрасного излучения.

Основной целью использования солнечных коллекторов является поддержание необходимой температуры в бытовых и различных производственных помещениях. Кроме того, они могут быть использованы для обеспечения горячей водой как частных домов, так и промышленных объектов.

Принципиальное отличие гелиоустановки от солнечной батареи состоит в том, что у последней отсутствует необходимость нагрева теплоносящего материала, тогда как у коллектора это является одной из главных составляющих его работы.

Таким образом, желающим получать электрическую энергию подойдет солнечная электростанция, купить которую при желании не составит труда. А вот нуждающимся в получении тепла необходимо приобрести гелиоколлектор.

Типы существующих солнечных концентраторов

Выделяют два основных типа гелиоустановок:

• плоские;
• вакуумные.

Плоские гелиоустановки имеют соответствующую названию форму. В их состав входят защитное покрытие, абсорбер, то есть элемент, принимающий излучение, и термоизолирующий компонент. Защитным покрытием является прозрачный поликарбонат или закаленное стекло. Абсорбционный слой плоской установки может представлять собой либо черную термостойкую краску в бюджетных моделях, либо специализированное селективное покрытие из металлов в наиболее дорогих моделях прибора. Нижняя часть панели содержит изоляционный компонент, который предотвращает потери тепла. Такая гелиоустановка производится методом пайки либо герметизации, что исключает доступ воздуха в ее полость.

Плоские коллекторы достаточно легко монтируются с возможностью дополнительного соединения с целью увеличения мощности. Простота конструкции обеспечивает длительность использования. Такие установки имеют относительно невысокую стоимость и наиболее эффективны при использовании в теплое время года. За счет цельности конструкции имеют высокую сопротивляемость ветру, что компенсируется возможностью установки под любым удобным углом. Преимуществом является возможность самоочистки от ледовых и снежных наростов, опять же за счет монолитности корпуса.

Вакуумные коллекторы изготавливаются в виде системы трубок, внешняя часть которых прозрачна, а внутренняя содержит селективное покрытие, которое захватывает энергию солнечного света. Расстояние между такими трубками представляет собой безвоздушное пространство. Именно вакуум способствует сохранению значительной части тепловой энергии. Трубки обладают высокой степенью стойкости как к механическим повреждениям, так и относительно внешних загрязнений, однако к самоочистке от снега не способны.

Вакуумные коллекторы предпочтительны в том случае, если планируется использование энергии Солнца в холодное время года. Также такие установки приоритетны в случаях, когда существует необходимость в высоких температурах воды. Теплопотери этих коллекторов на порядок ниже, чем у плоских. Однако существует необходимость установки под определенным углом.

По важному практическому критерию соотношения цены и производительности для холодных климатических зон и умеренных широт следует предпочесть вакуумный коллектор, а для южных областей и теплого климата оптимальным вариантом будет плоская гелиоустановка.

Выделяют также специализированные типы приборов. К ним относятся солнечные коллекторы-концентраторы (с отражателями под поглощающими энергию элементами), солнечные воздушные установки (нагревающие воздух и предназначенные только для отопления или сушки).

Таким образом, гелиоколлектор позволяет снизить расходы на отопление и горячую воду. Кроме того, использование таких установок не наносит вреда окружающей среде, что для многих также является важным показателем. Даже те, у кого есть солнечная электростанция для дачи обязательно оценят использование гелиоколлектора для бытовых нужд по отоплению и подогреву воды.

Солнечный коллектор

В интернете можно найти достаточно много предложений от продавцов солнечных коллекторов. Для начала, давайте разберемся, что же это такое.
Наверно, многим знакома идея солнечного душа. Берем бочку, красим ее в черный цвет, поднимаем на возвышение, а в нижней части делаем краник с душевой насадкой. Вечером наливаем в бочку воду. К следующему вечеру вода в бочке прогревается до тепературы, при которой вполне можно принять душ. Некоторые пошли дальше. Бочку установили внутри помещения (дома или бани), а для нагрева вынесли на улицу чугунную (или другую) батарею (радиатор отопления). Батарею соединили трубами с бочкой. Вода, нагреваясь в батарее, начинает циркулировать в системе и постепенно нагревается. Вот и получился первый, достаточно примитивный, солнечный коллектор.

Вакуумные солнечные коллекторы.

При всей простоте и эффективности, у солнечного коллектора есть достаточно существенный недостаток. Теплоноситель в нем не только нагревается от солнечной энергии, но и охлаждается от теплопередачи через окружающий воздух. Для того, чтобы исключить этот эффект, разработан вакуумный солнечный коллектор. Суть его в следующем. Медная трубка, в которой циркулирует теплоноситель, помещается внутрь стеклянной трубки. Из пространства между трубками откачивается воздух (создается вакуум). В связи с нулевой теплопроводностью вакуума, исключается теплопередача от медной трубки к окружающему воздуху. Тем не менее, солнечные лучи беспепятственно попадают на нее и нагревают теплоноситель.
Стоит заметить, что вакуумные солнечные коллектора могут эффективно работать при достаточно низких температурах окружающего воздуха.

Эффективность солнечного коллектора.

Солнечный коллектор — это достаточно простое и надежное изделие. Срок службы его составляет десятки лет, а обслуживание сводится только к периодическому осмотру. Вакуумный солнечный коллектор способен нагревать воду даже зимой.  Фактически, это источник дармового тепла. Казалось бы, идея использовать его в бытовых целях является самой разумной. Однако, давайте прикинем, насколько это возможно.
КПД солнечного коллектора составляет 60-70%. Это означает, что именно столько солнечной энергии преобразуется в тепловую. Количество излучаемой солнцем энергии составляет от 100 до 1000 Вт на квадратный метр (эта цифра очень сильно зависит от времени года и метеоусловий). Также, отметим, что работать солнечный коллектор будет только днем.  Таким образом, чтобы получить один киловатт тепла в зимние месяцы, необходима площадь солнечных коллекторов прримерно 15-18 квадратных метров. А если для отопления дома необходимо затратить 10 киловатт тепла? Опять же, это только днем, а что будем делать ночью? Можно себе представить поле с коллекторами, предназначенное для отопления небольшого частного дома.
Однако, нагреть сотню литров воды для бытовых нужд коллектор вполне способен (вспомните идею с летним душем). Более того, современные солнечные коллектора способны обеспечивать горячей водой семью из нескольких человек практически круглогодично.

Сочетание солнечного коллектора и теплового насоса.

Существует еще одно интересное применение солнечного коллектора. Как уже говорилось, эффективност солнечного коллектора в зимние месяцы достаточно низка. Однако, летом можно получить избыточное количество тепла. Только, вот, что с ним делать? Как его сохранить до холодной зимы? Оказывается, выход есть.
Как Вы уже знаете из материалов данного сайта, тепловой насос получает тепло из земли. Так почему бы не вернуть тепло в землю летом при помощи солнечного коллектора? Как показывает опыт эксплуатации,если в летнее время направить тепло из солнечного коллектора в земляной контур, то можно существенно увеличить КПД теплового насоса в период отопления. Таким образом, используя землю в качестве теплового аккумулятора, можно направить солнечное тепло на отопление дома.

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

Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с помощью 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. Пластины-поглотители 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.

Коллекторы плоские

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. ^[3]

Эти коллекторы представляют собой простые 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 поглотителя. ^[4] Эта пластина нагревается, передавая тепло либо воде, либо воздуху, который находится между остеклением и пластиной поглотителя. 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 трубок для нагрева воды. ^[2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии и минимизации потерь тепла в окружающую среду. У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина-поглотитель, которая соединена с тепловой трубкой для передачи тепла, собираемого от Солнца, к воде.Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. ^[6] При таком 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 от 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. Возобновляемая энергия: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский стеклянный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
4. ↑ ^{4.0 4.1} Flasolar. (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 / COLLECTORS / convertrators_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 монтируются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. ^[2]

Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с помощью 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. Пластины-поглотители 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.

Коллекторы плоские

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. ^[3]

Эти коллекторы представляют собой простые 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 поглотителя. ^[4] Эта пластина нагревается, передавая тепло либо воде, либо воздуху, который находится между остеклением и пластиной поглотителя.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 трубок для нагрева воды. ^[2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии и минимизации потерь тепла в окружающую среду.У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина-поглотитель, которая соединена с тепловой трубкой для передачи тепла, собираемого от Солнца, к воде. Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. ^[6] При таком 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 от 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. Возобновляемая энергия: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский стеклянный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
4. ↑ ^{4.0 4.1} Flasolar. (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 / COLLECTORS / convertrators_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 монтируются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. ^[2]

Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с помощью 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. Пластины-поглотители 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.

Коллекторы плоские

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. ^[3]

Эти коллекторы представляют собой простые 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 поглотителя. ^[4] Эта пластина нагревается, передавая тепло либо воде, либо воздуху, который находится между остеклением и пластиной поглотителя.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 трубок для нагрева воды. ^[2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии и минимизации потерь тепла в окружающую среду.У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина-поглотитель, которая соединена с тепловой трубкой для передачи тепла, собираемого от Солнца, к воде. Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. ^[6] При таком 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 от 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. Возобновляемая энергия: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский стеклянный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
4. ↑ ^{4.0 4.1} Flasolar. (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 / COLLECTORS / convertrators_vs_flat_plates.htm

солнечных коллекторов | Министерство энергетики

Что такое солнечные коллекторы?

В электростанциях, концентрирующих солнечно-тепловую энергию (CSP), коллекторы отражают и концентрируют солнечный свет и перенаправляют его в приемник, где он преобразуется в тепло, а затем используется для выработки электроэнергии. В башенных (или центральных приемных) установках зеркала, известные как гелиостаты, отслеживают солнце по двум осям, причем каждый гелиостат обычно находится на своем основании, фундаменте и двигателе, чтобы направлять солнечный свет на приемник на вершине башни.В установках с параболическим желобом зеркала выравнивают внутреннюю часть решетки в форме желоба, которая следует за солнцем только в одном направлении и концентрирует свет на линейной приемной трубе. Узнайте больше о том, как работает CSP.

Почему так важны солнечные коллекторы?

Коллекторы — это отправная точка для преобразования солнечного света в энергию. Они должны быть спроектированы так, чтобы эффективно концентрировать свет, сводя к минимуму затраты на изготовление, установку и эксплуатацию. Коллекторы, которые могут экономично достичь высокой концентрации солнечного света, могут напрямую повысить эффективность приемника.В настоящее время коллекторы могут составлять 25 или более процентов от общих капитальных затрат системы для установок CSP. Управление технологий солнечной энергии Министерства энергетики США (SETO) работает над снижением затрат на коллекторы с целью в 50 долларов за квадратный метр для высокоавтономных гелиостатов, чтобы достичь своей цели 0,05 доллара за киловатт-час для базовых станций CSP с минимум 12 часов хранения тепловой энергии. Узнайте больше о целях SETO в области CSP.

SETO Исследования в области солнечных коллекторов

SETO финансирует исследования и разработки в этой области с целью повышения производительности и снижения стоимости солнечных коллекторов и производства прототипов, демонстрирующих жизнеспособность передовых технологий для будущей интеграции в установки CSP.В частности, проекты, финансируемые SETO, работают над разработкой решений, которые позволят солнечным коллекторам работать в полной мере без участия человека, снижая эксплуатационные расходы и максимизируя эффективность сбора тепловой энергии. Некоторые из программ финансирования SETO имеют проекты, ориентированные на солнечные коллекторы:

Чтобы просмотреть конкретные проекты солнечных коллекторов, выполните поиск в базе данных исследований солнечной энергии.

Дополнительные ресурсы

Узнайте больше об исследованиях CSP, других исследованиях солнечной энергии в SETO, а также действующих и бывших программах финансирования SETO.

Что такое солнечный коллектор?

Сила солнца бесплатна, чиста и доступна. Сегодня все большее количество разнообразных устройств и систем используют солнечную энергию, чтобы немного облегчить нашу жизнь. Вот что вам нужно знать о солнечных коллекторах, что это такое и как они работают.

Что такое солнечный коллектор?

Солнечный коллектор — это устройство, которое концентрирует и собирает солнечное излучение. Обычно они используются в качестве источника тепла, особенно в качестве альтернативного вида нагрева воды для бытовых нужд.Но они также встречаются в более крупных массивах, работающих на тепловых солнечных электростанциях.

Как работают солнечные коллекторы?

Есть много разных типов солнечных коллекторов, но все они работают в основном одинаково. Коллектор устанавливается там, где он может получать много солнечного света, например, на крыше дома.

Здесь солнечный свет собирается на темно-черном материале, который покрывает трубы внизу, по которым течет вода для нагрева. Поскольку черный материал поглощает тепло солнца, он сильно нагревается и передает это тепло в водопроводные трубы внизу.

Концепция очень проста и может использоваться различными способами для нагрева воды или даже шляпы до значительно более высоких температур по сравнению с температурой окружающей среды.

Различные типы солнечных коллекторов

Плоские коллекторы

Этот тип солнечного коллектора состоит из простого отсека, такого как коробка с прозрачным стеклом вверху и темно-черной абсорбирующей пластины внизу.

Солнечное излучение, собираемое на пластинах поглотителя, передается в виде тепловой энергии воде или воздуху, проходящему через отсек.Верхнее остекление иногда обрабатывают световозвращающим покрытием, которое повышает энергоэффективность отсека.

Материалы всегда являются важной частью эффективного коллектора, и эти коробки обычно изготавливаются из меди.

Вакуумные трубчатые коллекторы

Поскольку вакуум является отличным изолятором, вакуумные трубки позволяют повысить эффективность сбора солнечного излучения. Внутри откачанной трубки находится абсорбционная пластина в виде черных материалов, обернутая вокруг медных трубок или «тепловых трубок», по которым проходит специальная жидкость под точным давлением.

На одном конце трубы высокое давление и жидкость внутри кипит. На «холодном» конце трубы давление конденсируется. Такое расположение упрощает направление тепловой энергии на один терминал. Когда тепло движется к горячему концу отопительных труб, оно передается нагреваемой воде.

Коллекторы линейного фокуса

Коллекторы линейного фокуса также называют параболическими желобами. В этом типе солнечных коллекторов используются материалы с высокой отражающей способностью, чтобы сосредоточить солнечное тепло в одной точке, где оно может собираться в больших количествах.

Вода, которая будет нагреваться, проходит через желоб в фокусе этой группы отражающих пластин. Специальная конструкция солнечного коллектора с линейной фокусировкой означает, что солнечное тепло усиливается на нагревательной ванне и, следовательно, может выдерживать особенно высокие температуры.

Этот тип устройства обычно используется для создания пара, необходимого для питания солнечной электростанции. Некоторые конструкции можно даже поворачивать так, чтобы они всегда были обращены к солнцу, чтобы максимально увеличить количество солнечной радиации, собираемой каждый день.

Коллекторы точечного фокуса

Как и коллектор линейного фокуса, коллектор точечного фокуса использует параболическую тарелку для фокусировки солнечного излучения в определенной точке. Эти тарелки обеспечивают улучшенный сбор солнечной энергии, отслеживая движение солнца по небу.

Часто точечные фокусы, собранные солнечными батареями, используются для питания концентрированной гальваники, вместо того, чтобы производить тепло, эти параболические системы производят электричество с повышенной эффективностью.

Различия между солнечными панелями и солнечными коллекторами

Как и солнечные коллекторы, солнечные панели поглощают энергию солнца и преобразуют ее в энергию, которую можно использовать для различных целей.Но есть некоторые важные отличия, о которых вам следует знать.

Панели солнечных батарей

Фотоэлектрические элементы внутри солнечной панели позволяют ей выполнять свою работу по поглощению солнечной энергии и преобразованию ее в электрическую энергию в виде постоянного тока. Мощность солнечной панели может составлять от 100 Вт до 320 Вт.

Панели солнечных батарей имеют рейтинг эффективности от 11% до 15% и в значительной степени зависят от количества солнечного света, попадающего на панель.

Площадь солнечной панели не играет большой роли в ее эффективности, и даже очень маленькие солнечные панели могут быть очень эффективными.Эффективность солнечной панели может быть улучшена или снижена за счет наклона или наклона панели, направления, в которое она обращена, и количества тени, которая покрывает ее расположение.

Преимущества панели солнечных батарей

• Экологичность
• Низкие эксплуатационные расходы
• Без шума, без движущихся частей
• Простота установки
• Содействует энергетической независимости

Недостатки солнечной панели

• Высокие начальные затраты
• Ремонт дорогие
• Нет электричества ночью или при плохих погодных условиях
• На эффективность солнечных панелей может влиять загрязнение

Области применения солнечных панелей

Солнечные коллекторы

Солнечный коллектор поглощает солнечное излучение, которое собирается в виде тепловой энергии и используется.Эта тепловая энергия может использоваться в различных лучах, от горячей воды для домашнего использования до энергии пара, которая может использоваться для выработки электроэнергии на солнечной электростанции.

Производительность солнечного коллектора зависит в первую очередь от размера солнечного коллектора. Чем большую площадь покрывает солнечный коллектор, тем больше солнечного излучения поглощается и передается всему, что нагревается.

Наклон и положение солнечного коллектора также будут играть важную роль в уровне излучения, падающего на коллектор.Другие факторы, которые могут повлиять на эффективность солнечного коллектора, включают приток тепла, потери тепла за счет конвекции и теплопроводности, а также коэффициент преобразования, который варьируется в зависимости от конструкции.

Преимущества солнечных коллекторов

• Высокая эффективность
• Площадь и эффективность можно улучшить с помощью недорогих зеркал
• Концентрированный свет может подаваться через оптические волокна
• Тепло может сохраняться для выработки электроэнергии в ночное время и в пасмурную погоду

Недостатки солнечных коллекторов

• Низкая производительность в условиях рассеянного света
• Требуется отслеживание солнца для поддержания оптимальной фокусировки солнечного света.

Приложения для солнечных коллекторов

• Охлаждение с помощью солнечной энергии: может использоваться для поддержки охлаждения в крупных коммерческих помещениях.
• Солнечное отопление бассейна: Для нагрева большого бассейна до желаемой температуры требуется энергия. Но эту энергию можно уменьшить с помощью энергии нагрева бассейна с плоскими солнечными коллекторами.
• Дополнительное отопление: Солнечные коллекторы могут накапливать тепло летом и обеспечивать его зимой.
• Нагрев воды: солнечные коллекторы могут использоваться для нагрева горячей воды в различных бытовых целях.

Солнечные технологии отопления и охлаждения

Солнечные тепловые технологии поглощают солнечное тепло и передают его полезным приложениям, таким как отопление зданий или водоснабжение.Существует несколько основных типов используемых солнечных тепловых технологий:

В дополнение к солнечным тепловым технологиям, описанным выше, такие технологии, как солнечные фотоэлектрические модули , могут производить электричество, а здания могут быть спроектированы так, чтобы улавливать пассивного солнечного тепла .

Неглазурованный солнечный коллектор — одна из самых простых форм солнечной тепловой технологии. Теплопроводящий материал, обычно темный металл или пластик, поглощает солнечный свет и передает энергию жидкости, проходящей через теплопроводную поверхность или за ней.Этот процесс аналогичен тому, как садовый шланг, лежащий на открытом воздухе, поглощает солнечную энергию и нагревает воду внутри шланга.

Эти коллекторы описаны как «неглазурованные», потому что они не имеют стеклянного покрытия или «остекления» на коллекторной коробке для улавливания тепла. Отсутствие остекления создает компромисс. Неглазурованные солнечные коллекторы просты и недороги, но, не имея возможности удерживать тепло, они теряют тепло обратно в окружающую среду и работают при относительно низких температурах. Таким образом, неглазурованные коллекторы обычно лучше всего работают с небольшими и умеренными системами отопления или в качестве дополнения к традиционным системам отопления, где они могут снизить топливную нагрузку за счет предварительного нагрева воды или воздуха.

Солнечные коллекторы для обогрева бассейнов — это наиболее часто используемая неглазурованная солнечная технология в Соединенных Штатах. В этих устройствах часто используются черные пластиковые трубчатые панели, установленные на крыше или другой опорной конструкции. Водяной насос обеспечивает циркуляцию воды в бассейне непосредственно через трубчатые панели, а затем возвращает воду в бассейн с более высокой температурой. Хотя эти коллекторы используются в основном для обогрева бассейнов, они также могут предварительно нагревать большие объемы воды для других коммерческих и промышленных применений.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на темный материал в коллекторе, который нагревается.
2. Циркуляция: Холодная жидкость (вода) или воздух циркулирует через коллектор, поглощая тепло.
3. Использование: Более теплая жидкость используется для таких применений, как обогрев бассейна.

Узнайте больше о неглазурованных солнечных коллекторах

Солнечные коллекторы Transpired

На южной стене этого склада установлен солнечный коллектор.
Источник: Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Солнечные коллекторы с просвечиваемым воздухом обычно состоят из перфорированного металлического облицовочного материала темного цвета, установленного на существующей стене на южной стороне здания. Вентилятор втягивает наружный воздух через перфорацию в пространство за металлической обшивкой, где воздух нагревается до температуры на 30–100 ° F выше температуры окружающего воздуха. Затем вентилятор втягивает воздух в здание, где он распределяется через систему вентиляции здания.

Солнечный коллектор — это проверенная, но все еще развивающаяся технология солнечного отопления. Этот вид техники лучше всего подходит для обогрева воздуха и вентиляции помещений. Его также можно применять в различных производственных и сельскохозяйственных целях, например, для сушки сельскохозяйственных культур.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на темную перфорированную металлическую облицовку, которая нагревается.
2. Циркуляция: Циркуляционный вентилятор втягивает воздух через отверстия за металлической обшивкой, нагревая воздух, который затем втягивается в здание для распределения.

Узнайте больше о солнечных коллекторах воздуха Transpired

Плоские солнечные коллекторы

Множество плоских солнечных коллекторов на крыше школы.
Кредит: Джо Райан, NREL 19690

Большинство плоских коллекторов состоят из медных трубок и других теплопоглощающих материалов внутри изолированного каркаса или корпуса, покрытого прозрачным стеклом (стеклом). Теплопоглощающие материалы могут иметь специальное покрытие, которое поглощает тепло более эффективно, чем поверхность без покрытия.

Плоские остекленные коллекторы могут эффективно работать в более широком диапазоне температур, чем неглазурованные коллекторы. Плоские коллекторы часто используются в дополнение к традиционным водогрейным котлам, предварительно нагревая воду, чтобы снизить потребность в топливе. Они также могут быть эффективны для обогрева помещений. Используя систему теплообмена, они могут надежно производить горячий воздух для больших зданий в светлое время суток.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет проходит сквозь стекло и попадает на темный материал внутри коллектора, который нагревается.
2. Отражение тепла: Прозрачный стеклянный или пластиковый корпус задерживает тепло, которое в противном случае могло бы излучаться. Это похоже на то, как теплица улавливает тепло внутри.
3. Циркуляция: Холодная вода или другая жидкость циркулирует через коллектор, поглощая тепло.

Узнайте больше о плоских солнечных коллекторах

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками

Вакуумный трубчатый солнечный коллектор на крыше.
Кредит: NREL PIX 09501

Вакуумные трубчатые коллекторы представляют собой тонкие медные трубки, заполненные жидкостью, например водой, помещенные внутри более крупных герметичных прозрачных стеклянных или пластиковых трубок.

Вакуумные трубки более эффективно используют солнечную энергию и по нескольким причинам могут производить более высокие температуры, чем плоские коллекторы. Во-первых, конструкция трубки увеличивает доступную для солнца площадь поверхности, эффективно поглощая прямой солнечный свет под разными углами. Во-вторых, внутри прозрачного стеклянного корпуса трубок также создается частичный вакуум, что значительно снижает потери тепла во внешнюю среду.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает в темный цилиндр, эффективно нагревая его под любым углом.
2. Отражение тепла: Прозрачный стеклянный или пластиковый корпус задерживает тепло, которое в противном случае могло бы излучаться. Это похоже на то, как теплица улавливает тепло внутри.
3. Конвекция: Медная трубка, проходящая через каждый цилиндр, поглощает накопленное тепло цилиндра, в результате чего жидкость внутри трубки нагревается и поднимается к верхней части цилиндра.
4. Циркуляция: Холодная вода циркулирует через верхнюю часть цилиндров, поглощая тепло.

Системы с вакуумированными трубками обычно дороже плоских коллекторов, но они более эффективны и могут обеспечивать более высокие температуры. Вакуумные трубы могут надежно производить очень горячую воду для периодического нагрева воды или нагрева воды по запросу, а также для многих промышленных процессов, и они могут производить достаточно тепла, чтобы справиться практически с любым отоплением или охлаждением помещения.

Подробнее о солнечных коллекторах с вакуумными трубками

Концентрирующие солнечные системы

Этот набор концентрирующих солнечных коллекторов с параболическим желобом на крыше обеспечивает технологическое тепло для винодельни. Эти коллекторы имеют уникальную конструкцию, которая позволяет им вырабатывать не только тепло, но и электричество.
Кредит: SunWater Solar

Концентрирующие солнечные системы работают, отражая и направляя солнечную энергию с большой площади на маленькую.Меньшие светоотражающие решетки в форме чаши могут производить воду с температурой в несколько сотен градусов для промышленных или сельскохозяйственных процессов или для нагрева больших объемов воды, таких как бассейны курортных комплексов. Некоторые массивы работают с длинными параболическими желобами, которые концентрируют солнечный свет на трубе, проходящей по длине желоба, по которой переносится теплоноситель. Даже в более крупных системах используются поля зеркал для отражения солнечного света на центральную башню. Эти типы массивов производят пар высокого давления или другие перегретые жидкости для различных видов деятельности, от теплоемкой химической обработки до выработки электроэнергии.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на отражающий материал (т. Е. На зеркальную поверхность), обычно имеющий форму желоба (показанного здесь) или тарелки.
2. Отражение солнца: Отражающий материал перенаправляет солнечный свет в одну точку (для тарелки) или трубу (для желоба).
3. Циркуляция: Холодная вода или специальный теплоноситель циркулирует по трубе, поглощая тепло.

Концентрационные системы способны производить чрезвычайно горячие жидкости для различных процессов, и они могут производить относительно большое количество энергии на каждый вложенный доллар.Однако эти системы, как правило, намного больше и сложнее, чем другие типы солнечных коллекторов, описанных выше, с более высокой общей ценой. Таким образом, концентрированная солнечная технология имеет тенденцию быть наиболее эффективной для крупномасштабных высокотемпературных применений, хотя более низкотемпературные применения могут по-прежнему быть рентабельными при определенных обстоятельствах.

Узнайте больше о концентрирующих солнечных системах

Солнечные коллекторы

Как работает солнечный коллектор работает?

Солнечный коллектор представляет собой плоский ящик, состоящий из из трех основных частей, прозрачной крышки, трубок с охлаждающей жидкостью и утепленная задняя пластина.Солнечный коллектор работает на парниковом эффекте принцип; солнечное излучение падает 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 являются

• Солнечная коллектор для улавливания солнечной энергии и передачи ее теплоносителю средний
• А система циркуляции, которая перемещает жидкость между солнечным коллектором и накопительный бак
• Хранение танк
• 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 ценить.

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. воды. 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 потребность.

При проектировании систем 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 нельзя использовать высокотемпературные и низкотемпературные приложения. 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 высоких температурах 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 по поводу 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 каждой секции, чтобы гарантировать, что каждая секция получает равный поток.

.