Солнечная энергия одно из направлений альтернативной энергетики, развитие которой обусловлено сохранением экологии окружающей среды, ее неограниченным запасом и отсутствием необходимости платить за ее использование. К одним из таких устройств принадлежат солнечные коллекторы, способные эффективно поглощать солнечный свет и передавать его энергию теплоносителю, который обеспечивает человека горячей водой и теплом.
Принцип работ солнечного коллектора отличается от других теплогенерирующих установок цикличностью работы. В ночное время из-за отсутствия солнца солнечные коллекторы не выполняют свои функции. В зимнее время световой день сокращается, а в пасмурную погоду солнечный свет сильно рассеивается. Поэтому теплоизоляция конструкции должна обеспечивать минимальную отдачу накопленного ранее тепла.
Основным элементом устройства является адсорбер, выполненный, как один из вариантов, в виде металлической пластины с высокими теплопроводными свойствами, к которой прилегает трубчатый теплообменник. Пластина вместе с трубками поглощает солнечную энергию и нагревает находящийся внутри теплообменника теплоноситель (воду, антифриз, масло и другие). Для повышения степени поглощения, поверхность пластины покрывается специальным материалом черного цвета (черный хром, черная краска, черная ПВХ пленка и другие).
Различают основные два типа конструкций:
Образец конструкции плоского коллектора представлен на изображении:
В качестве утеплителя используется обычно минеральная вата. В зимних условиях, когда градиент температур наружного воздуха и внутреннего пространства коллектора достигает значительной величины, такая теплоизоляция не спасает от больших непроизводительных потерь тепла.
Для того, чтобы солнечный коллектор эффективно работал и в любых условиях применяют вакуумный солнечный коллектор. Конструктивным элементом, отличающим от других видов теплогенераторов, являются стеклянные трубки с воссозданным внутри их вакуумным пространством. Трубки объединяются в единую конструкцию с помощью специальных соединительных устройств и представляют собой вакуумный солнечный коллектор, вариант которого на изображении:
Принцип работы коллектора с тепловыми трубками, работающими по технологии heat pipe:
В технологии heat pipe трубка заполняется легкоиспаряющимся веществом, которое в условиях закрытой трубы, при нагревании нижней части испаряясь, поднимается вверх. В верхней части располагается теплообменник, в котором вещество трубки конденсируется, отдавая тепло, например, если вы решили установить солнечный водонагреватель, то воде все тепло передастся воде.
Альтернативой технологии heat pipe по типу передачи тепла в вакуумных трубках широко используется прямоточный U-образный тепловой канал. В корпусе с вакуумным пространством монтируется изогнутая медная трубка, концы которой имеют раздельное подключение к системам теплообменника, отвечающим за холодный и горячий потоки.
Такая трубка имеет высокую производительность в передачи тепла, однако заменить одну неисправную трубку такая конструкция не позволит. Придется менять весь блок вместе с приемным теплообменником.
Чем больше света попадает на солнечный коллектор, тем эффективнее его работа. Следовательно, устанавливать его надо в местах, где максимально долго отсутствует тень от окружающих предметов (строений, деревьев и других препятствий солнечному свету).
Ориентация приемной плоскости коллектора зависит от географической широты. В северном полушарии, где находится Россия, наибольшую часть времени солнце светит с южной стороны. Поэтому приемник света коллектора должен быть направлен строго в южном направлении. В силу объективных технических причин возможны отклонения на юго-запад или юго-восток.
Необходимо правильно установить угол наклона гелиоустановки. Он зависит от географического положения местности, так как от широты изменяется отклонение положения солнца от зенита. Следует выбрать такой угол наклона, при котором будет отражаться минимальное количество света от защитного стекла коллектора.
В проектировании автономных систем для горячего водоснабжения и отопления на базе солнечных коллекторов следует всегда предусматривать наличие накопительного бака, который будет выступать в качестве аккумулятора тепловой энергии. Это связано с неравномерным как поступлением энергии, так и ее расходом.
Существуют следующие проверенные на практике схемы подключения в систему солнечного коллектора.
Важно: уровень высоты бака не должен превышать одного метра. Находит применение для организации солнечного водонагревателя для небольших дач, бань и душевых.
Отличительной особенностью этой схемы является наличие дополнительной накопительной емкости. Ее необходимость вызвана разделением питьевой воды и технической, поступающей исключительно в систему отопления.
Солнечный коллектор позволяет поддерживать оптимальную температуру в бассейне в течение всего времени суток.Рекомендуем также изучить вакуумный солнечный коллектор, возможно он лучше подойдет под ваши задачи.
Специфика работы гелиоустановок, постоянно меняющиеся исходные данные (время года, погодные условия и так далее) не обеспечивают стабильности параметров (температура, расход теплоносителей и других), что требует включению в схему установки управляющих систем.
Электронные устройства типа контроллера на основании анализа температуры в определенных местах схемы установки дают команды на открытие/закрытие клапанов, включают/выключают насосные установки для выбора оптимального движения теплоносителя по контуру. Так, например, при превышении температуры воды в накопительном баке теплоносителя, контроллер остановит его движение по контуру, прекратив потери тепла, которое могло бы сбрасываться в окружающую среду через коллектор.
Основные преимущества солнечных водонагревателей:
Главные недостатки:
Одним из недостатков гелиоколлекторов промышленного производства считается их высокая стоимость. Действительно далеко не каждый имеет свободные средства, чтобы отдать их за наличие горячей воды у себя на даче. Вариант солнечного водонагревателя можно решить, изготовив его своими руками. Характеристики такого водонагревателя будут сильно уступать заводскому, но для того чтобы в условиях дачи умыться и помыть посуду, температуры и расхода воды вполне хватит.
Для изготовления солнечного коллектора своими руками подбираются материалы, которые лежат без дела в подсобном помещении или, в крайнем случае, их можно дешево купить в обычном хозяйственном магазине. Выигрыш в расходах по сравнению с покупкой промышленного образца весьма ощутимый.
Для самостоятельного изготовления в качестве прототипа берется плоский солнечный коллектор. Вакуумный коллектор частным порядком изготовить практически невозможно. Основной задачей в изготовлении самодельного солнечного коллектора будет подбор подходящих материалов для адсорбера — главного конструктивного узла, отвечающего за работоспособность устройства. Существуют варианты, где мастера из народа вместо дорогих меди и алюминия применяют дешевые подручные материалы.
Нержавейка в таком виде легко гнется в любых направлениях, что важно в изготовлении змеевика адсорбера. Высокая теплопроводность и коррозионная стойкость повышают эффективность и срок эксплуатации коллектора с таким адсорбером.
Материалы из пластика уступают по теплофизическим свойствам меди и алюминию. Однако технологические свойства в изготовлении теплообменников сложных форм и стойкость к коррозии наряду с дешевизной делают этот материал востребованным при изготовлении самодельных водогрейных установок.
После сборки приемник света из банок окрашивается в черный цвет и может накапливать тепловую энергию в дневное время суток.
Кроме приведенных выше вариантов изготовления солнечных самодельных водогрейных устройств, существует много придуманных народными умельцами конструкций: из пластиковых бутылок, резинового шланга и других.
Существует стойкое мнение, что применение солнечных коллекторов дает зримый эффект лишь в южных районах, где много солнечных дней. Однако если обратить внимание на географию пользователей гелиоустановками, то можно найти положительные отзывы от людей, проживающих недалеко от Москвы, а это далеко не юг. С совершенствованием технологии производства солнечных коллекторов и ростом цен на газ, география их применения будет все больше расширяться, в том числе и на широтах ближе к северу.
(средняя: 5,00)
Загрузка...
