Материалы
Вне зависимости от конструкции вакуумной трубки, основным материалом, который используется во всех типах устройства, является боросиликатное стекло, способное выдерживать значительные внешние нагрузки без повреждения корпуса стеклянной колбы (дождь, снег, град и т.д.).
Еще один материал, используемый практически во всех конструкциях, это медь, из которой изготавливается внутренняя трубка. Медь выбрана не случайно, потому как именно этот металл обладает хорошими показателями по теплопроводности и практически не подвергается коррозии в процессе эксплуатации.
Антифриз (хладагент), вещество, помещаемое во внутренне пространство медной трубки, обладает способностью испаряться при относительно не высокой температуре.
Адсорбер – теплопоглощающий слой, может быть выполнен из различных составов, способных поглощать тепло. Вид состава, каждый производитель выбирает индивидуально.
Теплопоглощающая пластина изготавливается из меди и крепится к тепловому стержню.
energotrade.su, vteple.xyz, sovet-ingenera.com, alter220.ru
Применение солнечных коллекторов: классические схемы подключения
Основное условие для работы коллектора – открытое пространство, куда в любое время года свободно попадают прямые солнечные лучи. Устройство устанавливают на территориях частных домов, где нет тени от других построек и деревьев. Чаще светочувствительные пластины крепятся на крыше здания.
Распространенный способ – установка нескольких пластин, так называемых «геополей». Для монтажа подходят как скатные, так и плоские крыши. Из-за большого веса коллектора его закрепляют на несущих конструкциях – балках, стропилах и т. д.
Устройства устанавливают на балконах или горизонтальных поверхностях фасада. Чтобы оно работало эффективнее, светочувствительные элементы в России располагают строго на южной стороне. При их отклонении на запад или восток коэффициент поглощения солнечных лучей снизится.
Площадь рабочей поверхности системы рассчитывают, учитывая ее вид и особенности расположения. Следует помнить, что КПД коллектора зависит от температурного режима и количества солнечной энергии.
Примерные значения для лета в России на 1 м²: до 160 кВт*ч в месяц, в остальное время – от 20 до 80 кВт*ч.
Для горячего водоснабжения потребуется приблизительно 100*1,16*30=3,48 кВт*ч. При этом 1,16 Вт*ч – это та энергия, которая понадобится для нагрева 1 кг воды на 1 °C.
Для регулирования выработки энергии в жаркую погоду используют тепловые насосы. Также летом конструкции накрывают плотным тентом, если генерируют много энергии. План установки и площадь светочувствительных элементов определяются индивидуально.
Угол установки плоского солнечного коллектора зависит от следующих факторов:
- Регион проживания. Для южных регионов – 30-35°, для средней полосы – от 40°.
- Время года, когда планируется использовать установку (летний или зимний сезон, круглогодично). Для всесезонного применения выбирают угол, которые примерно равен географической широте региона. Летом это значение уменьшают на 15°. Зимой, наоборот, увеличивают.
- Климатические условия и количество осадков. Если гелиосистема используется в зимой, угол наклона делают крутым, чтобы снег не скапливался на ее поверхности.
Установка солнечных коллекторов осуществляется под открытым небом. Следовательно, сама конструкция, трубопроводная система и все вспомогательные крепления со временем подвергаются разрушающему воздействию окружающей среды. На них могут появиться коррозии и деформации. Поэтому для установки используют только нержавеющие материалы.
Для монтажа солнечного коллектора используют следующие вспомогательные инструменты:
- кран или подъемник;
- строительные леса;
- кровельная лестница;
- страховочное оборудование – жилет, трос и т. д.;
- строительный уровень;
- вакуумный захват;
- изоляционный материал для труб.
От качества установки зависит надежность, эффективность и долговечность оборудования.
При установке солнечного водонагревателя или системы отопления к устройству обязательно подключают накопительный бак. Он нужен из-за непропорционального расхода энергии и распределения генерируемого тепла. Со временем бак заполняется водой, которой владельцы системы используют по своему усмотрению.
Рекомендуется устанавливать стандартный бойлер или буферную емкость. Рационально построенная конструкция представляет собой соединение коллектора с теплопроводником, который сообщается с бойлером.
Особенности отопления солнечным теплом
Целесообразность устройства системы солнечного отопления у многих вызывает сомнения. Основной довод — это дорого и никогда себя не окупит. С тем, что это дорого, приходится согласиться: цены на оборудование немаленькие. Но никто не мешает вам начать с малого. Например, для оценки эффективности и практичности идеи сделать подобную установку самому. Затрат минимум, а представление будете иметь из первых рук. Потом уже будете решать стоит со всем этим связываться или нет. Вот только в чем дело: все негативные сообщения от теоретиков. От практиков не встречалось ни одного. Идет активное выяснение способов улучшения, переделок, но никто не сказал, что затея бесполезна. Это о чем-то говорит.
Теперь о том, что установка системы солнечного отопления никогда не окупится. Пока срок окупае
Если включить гелиосистему параллельно с централизованным энергоснабжением, можно сэкономить приличную сумму
мости в нашей стране большой. Он сравним со сроком эксплуатации солнечных коллекторов или батарей. Но если посмотреть динамику роста цен на все энергоносители, то можно предположить, что вскоре он сократится до вполне приемлемых сроков.
Теперь собственно о том, как сделать систему. Прежде всего, нужно определить потребность вашего дома и семи в тепле и горячей воде. Общая методика расчета системы солнечного отопления следующая:
- Зная, в каком регионе находится дом, вы можете узнать, сколько солнечного света приходится на 1м2 площади в каждом месяце года. Специалисты это называют инсоляцией. Исходя из этих данных, вы затем сможете прикинуть, сколько солнечных панелей вам необходимо. Но сначала нужно определить, сколько тепла понадобится на подготовку ГВС и отопление.
- Если счетчик горячей воды у вас есть, то вы знаете объемы горячей воды, которые вы тратите ежемесячно. Выведите средние данные расхода за месяц или считайте по максимальному расходу — это кто как хочет. Также у вас должны иметься данные о тепловых потерях дома.
- Присмотрите солнечные нагреватели, которые хотели бы поставить. Имея данные по их производительности, вы сможете примерно определить количество элементов, необходимое на покрытие ваших потребностей.
Кроме определения количества составляющих гелиосистемы, понадобится определить объем бака, в котором будет накапливаться горячая вода для ГВС. Это легко можно сделать, зная фактический расход вашей семьи. Если у вас установлен счетчик на ГВС, и вы имеете данные за несколько лет, можно вывести среднюю норму потребления в день (средний расход в месяц поделить на количество дней). Вот примерно такой объем бака вам нужен. Но бак нужно брать с запасом в 20% или около того. На всякий случай.
Принципиальная схема отопления дома с солнечными коллекторами
Если ГВС или счетчика нет, можно воспользоваться нормами потребления. Один человек в сутки в среднем расходует 100-150 литров воды. Зная, сколько человек постоянно проживают в доме, вы рассчитаете требуемый объем бака: норма умножается на количество жильцов.
Сразу нужно сказать, что рациональной (с точки зрения окупаемости) для средней полосы России является система солнечного отопления, которая покрывает порядка 30% потребности в тепле и полностью снабжает горячей водой. Это усредненный результат: в какие-то месяцы отопление будет на 70-80% обеспечиваться гелиосистемой, а в какие-то (декабрь-январь) всего на 10%. И снова-таки многое зависит от типа солнечных батарей и от региона проживания.
Причем дело не только в «севернее» или «южнее». Дело в количестве солнечных дней. Например, на очень холодной Чукотке солнечное отопление будет очень эффективным: там почти всегда светит солнце. В гораздо более мягком климате Англии, с вечными туманами, его эффективность крайне низка.
Плоские солнечные коллекторы
Плоский солнечный коллектор
Плоский солнечный коллектор имеет слоистую конструкцию. По сути, это пластина теплоемкого металла, которая может быть покрыта черным селективным составом, способствующим лучшему поглощению и трансформации солнечных лучей с практически нулевым их отражением – так называемый абсорбер. Снизу к пластине приварены тонкие трубки – параллельные или извилистые (в виде трубки-змеевика) – по ним циркулирует жидкость-теплоноситель. Солнечные лучи, поглощенные абсорбером, прогревают теплоноситель, и далее тепло передается в систему.
Абсорбер (пластина) помещается в теплоизоляционный корпус из алюминиевых профилей, а сверху она покрыта защитным (обычным или закаленным) стеклом с минимальной светопроницаемостью – для создания своеобразного «парникового эффекта»
Чтобы минимизировать потери тепла, важно сделать надежную теплоизоляцию между стенками корпуса и абсорбером. Как правило, теплоизоляционный слой сплошной плитой укладывается под пластиной-абсорбером
Внешне плоский солнечный коллектор имеет вид цельной и громоздкой плиты, его непросто устанавливать, особенно на крышах с крутым скатом. К минусам можно отнести также значительные теплопотери в холодное время года даже при герметичном корпусе и хорошем теплоизоляционном слое. Из-за особенностей конструкции эффективность работы такого солнечного коллектора может быть невысокой даже при хорошем уровне поглощения солнечных лучей. Поэтому плоские коллекторы имеет смысл использовать, в основном, в летний период года.
Более эффективными являются плоские вакуумные коллекторы – разновидность плоских коллекторов. В таком типе устройств потери минимизированы за счет вакуума между абсорбером и стеклом. КПД коллектора при этом увеличивается, так как взаимодействие пластины-абсорбера и стекла сведено к минимуму, а сама система работает по принципу зеркального отражения, вне зависимости от угла падения солнечных лучей. При более высоком КПД, что является плюсом, к минусам можно отнести сложность монтажа и высокую стоимость коллектора такой конструкции.
Эффективность разных видов трубок
Рейтинг эффективности вакуумных коллекторов в зависимости от установленного типа трубок:
- U-образные (U-type);
- Спаренные коаксиальные;
- Перьевые;
- Коаксиальные (Heat Pipe);
- Термосифонные (открытые).
Этот рейтинг характеризует разные системы в общем, ведь производительность зависит от особенностей конструкции, свойств используемых материалов и конструктивных решений. На уровень эффективности вакуумного коллектора влияют следующие факторы:
- Коэффициенты поглощения и излучающей способности абсорбера;
- Максимальное рабочее давление в системе;
- Качество и теплопроводность материалов в местах соединения;
- Наличие и свойства металлического абсорбера по внутреннему периметру стеклянной стенки;
- Стойкость стекла к механическому воздействию;
- Конструктивные особенности – толщина стенок, качество металлов и т.д.
РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ
На сегодняшний день ситуация распространения солнечных коллекторов претерпела небольших изменений. Ввиду изменения климата в некоторых областях использование солнечных коллекторов приобрело больше популярности.
Солнечные коллекторы с успехом используют как для реализации бытовых нужд, так и для обогрева жилых помещений, на предприятиях различных масштабов, на овощных плантациях. Такой способ получения энергии стал достаточно популярен в Европейских государствах, для которых экономия средств стоит на первом месте: США, Китай, Германия и так далее.
Использование такого рода коллекторов является прекрасной альтернативой электрического и газового отопления, так как является экологически чистым устройством, не осуществляющим выбросы в атмосферу. Помимо этого наибольшим достоинством использования такого рода устройств является экономическая выгода. опубликовано econet.ru
Присоединяйтесь к нам в Facebook , , Одноклассниках
ПРОЦЕСС НАГРЕВАНИЯ ВОДЫ ОТ СОЛНЦА
Для того, чтоб солнечное светило могло осуществить нагрев воды, должны быть осуществлены некоторые предпосылки. На протяжении всего года расход остается практически на одном и том же уровне. Именно по этой причине в роли энергетического источника для нагрева жидкости эффективнее всего использовать энергию большого светила – Солнца.
Если правильно осуществить установку солнечных коллекторов, то они способны увеличить температуру воды на 50- 65% в холодное время и до 100% в летнее.
Установка коллектора на металлический каркас
Главным конструктивным отличием вакуумных коллекторов являются стеклянные трубки, которые надежно закреплены на базовой панели. Такие трубки покрыты специальным веществом, которое способно притягивать солнечное тепло. Помимо этого, внутри такой трубки находится еще одна, меньшим диаметром.
Следует отметить, что между ними находится вакуум. Именно благодаря этой вакуумной прослойке удается сохранить большую часть тепла и повысить эффективность коллектора более чем на 30%, по сравнению с плоскими моделями. В таких коллекторах вода способна нагреться до 300 °C.
Следующим не менее важным отличием вакуумных коллекторов является специальная жидкость внизу трубки, которая в результате нагревания превращается в пар, поднимаясь вверх, производит равномерное нагревание жидкости.
Отметим, что именно в регионах с небольшой продолжительностью светового дня и минусовой температурой реализация такой работы аппарата дает существенный выигрыш в количестве добытой тепловой энергии.
Относительно цены такие приборы имеют более высокую стоимость, нежели иные, однако, выходные характеристики оправдываются по истечении нескольких лет.
Преимущества и недостатки
Солнечные вакуумные коллекторы имеют меньшие теплопотери, по сравнению с плоскими. Применение вакуумных нанотехнологий в производстве коллекторов позволило добиться высокой эффективности и надежности гелиосистем.
Рассмотрим главные плюсы использования вакуумных коллекторов:
- Производительность. В трубках коллектора имеется вакуум – идеальный теплоизолятор, что позволяет поддерживать оптимальный уровень тепла даже в осенне-зимний период. За счет сохранения КПД на высоком уровне, производительность вакуумного коллектора на 40% превышает производительность плоского коллектора.
- Надежность. Срок службы эксплуатации вакуумных коллекторов около 30 лет. Их долговечность и бесперебойность работы обязаны современным прочным материалам. В состав вакуумных трубок входит высококачественная медь. Внешний корпус трубок отлит из боросиликатного стекала, которое способно выдерживать высокие нагрузки. Применение вакуумных коллекторов особенно актуально для климатических зон, где шквалы, ураганы, град – не редкость.
- Эффективность использования солнечной энергии. Цилиндрическая форма абсорбера вакуумного коллектора улавливает и удерживает даже рассеянную солнечную энергию, которую не способен преобразовать плоский корректор. С одного квадратного метра абсорбера вакуумной гелиосистемы можно удержать солнечной энергии на 40% больше, чем с аналогичной площади солнечной установки плоского типа. Закругленность трубок позволяет получать до 97% солнечной энергии с раннего утра и до позднего вечера.
- Удобство в эксплуатации. В случае повреждения вакуумной трубки, ее замена происходит без остановки работы системы (не требуется слив циркулирующей жидкости). При недостатке тепла можно добавить несколько трубок, а при его избытке – временно снять. После чистки вакуумного коллектора от снега или оледенения, он быстро приходит в рабочее состояние. Поверхность коллектора обладает низкой тепловой инерцией, за счет тонкого стеклянного покрытия.
- Дезинфекция воды. Температура нагрева воды при работе гелиосистемы достигает высоких показателей, что обеспечивает ее обеззараживание и предотвращает размножение патогенных организмов.
- Легкость монтажа. При установке вакуумных коллекторов особых трудностей не возникает, главное, чего надо придерживаться – расположить коллектор под углом, чтоб дать возможность жидкости, внутри трубок, стекать вниз.
Недостатки солнечного отопления сводятся к крайне низкой эффективности при низких температурах и в ночное время, тем самым стоит вопрос о том, что эта система отопления не может быть единственной в доме. Так же вакуумные солнечные коллекторы стоят дороже плоских.
Солнечные установки вакуумного типа приобретают всю большую популярность среди населения и крупных компаний. Если раньше многих отпугивала цена вопроса, то сегодня стоимость оборудования несколько снизилась, а функциональные возможности – улучшились и модифицировались.
Продолжить чтение
Солнечное тепло: горячая вода и отопление с помощью солнечных вакуумных коллекторов В солнечном водонагревателе с вакуумным коллектором объем, содержащий темную поверхность, поглощающую солнечное излучение, отделен от окружающего пространства вакуумом, что снижает потери тепла в окружающую среду.
Солнечные коллекторы: общая площадь поверхности и площадь апертуры Каждый проект солнечного отопления неизбежно начинается с оценки размеров коллектора. Например, для условий отопления на юге России эмпирическим правилом является 10% от отапливаемой площади пола плюс 1 квадратный метр на 100 литров…
Интересные ссылки о солнечных коллекторах Солнечные коллекторы: Правда и мифы. Есть сравнение между коллекторами с плоскими пластинами и вакуумными коллекторами. Все написано с удивительной точностью — видно, что статью писал не журналист, а профессионал. Видео о солнечных коллекторах https://www.youtube.com/watch?v=Bm-hgBhgwL0 Процесс кипячения воды в вакуумной трубке Испытание…
Выдержка из журнала «Наука и жизнь», кажется, № 12 за 1985 г. Арх. А. Семенов. Возможность использования солнечной энергии для экономии топлива на отопление показана на следующих рисунках. Среднее значение за год…
ЗЕСТОС? КАЖДЫЙ ПЕРИОД! Многие сельские жители и садоводы имеют на своих участках душевые. Обычно это небольшое, отдельно стоящее, закрытое здание с крышей из кастрюли. Холодная вода самотеком поступает из бака по трубе к стенке душа. Конечно, когда горячая…
Солнечное тепло: горячая вода и отопление Среднегодовой поток солнечной радиации на поверхности Земли составляет от 100 до 250 Вт/м2 , в зависимости от климатических условий и широты. Он достигает своего пика в полдень, когда небо ясное, т.е. почти каждый час.
Принцип работы
На сегодняшний момент разработаны различные виды гелиоколлекторов.
Но принцип водонагрева идентичен – все устройства работают по одной разработанной схеме. В хорошую погоду лучи солнца начинают нагревать теплоноситель. Он проходит по тонким изящным трубочкам, попадая в бак с жидкостью. Теплоноситель и трубочки размещаются по всей внутренней поверхности бака. Благодаря такому принципу происходит нагревание жидкости, находящейся в аппарате. Позже нагретую воду разрешено применять на бытовые нужды. Таким образом, можно отапливать помещение, использовать нагретую жидкость для душевых кабин как горячее водоснабжение.
Температуру воды можно контролировать разработанными датчиками. Если произошло слишком сильное охлаждение жидкости, ниже заданного уровня, то автоматически включится специальный резервный подогрев. Солнечный коллектор можно подключить к электрическому или газовому котлу.
Представлена схема работы, подходящая для всех солнечных водонагревателей. Такое устройство отлично подойдет для отопления небольшого частного дома. На сегодняшний момент разработано несколько устройств: плоские, вакуумные и воздушные приспособления. Принцип действия таких устройств очень схож. Происходит нагрев теплоносителя от солнечных лучей с дальнейшей отдачей энергии. Но в работе наблюдается очень много различий.
Видео о различных видах альтернативных источниках отопления
ПРИНЦИП РАБОТЫ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ
Если говорить доступным языком, то солнечные коллекторы направлены на оккупацию тепловой солнечной энергии, ее накапливание и последующее распределение по оборудованию для человеческих потребностей.
Для большего понимания работы системы, прежде всего, необходимо разобраться из чего она состоит. Зачастую такая система собрана из коллектора, контура для самого теплообменника, теплового аккумулятора, температурных датчиков, приемника. В качестве такого аккумулятора чаще всего используют водяной бак.
Теперь разберем особенности некоторых частей более подробно. Главной особенностью приемника является состав сплава – медь, изолированная полиуретановым типом, защищенная анодированным алюминиевым покрытием. Именно через него происходит подача тепловой энергии. В случае обнаружения неисправности в приемнике его процесс замены происходит без особых затруднений, без необходимости слива всей не замерзшей жидкости из теплообменника.
Принцип работы вакуумной трубки коллектора
Температурные датчики расположены на выходе из вакуумного коллектора и на обратной стороне устройства отопления. На основе данных температурных датчиков происходит включение и выключение циркуляционного насоса.
Работа системы происходит следующим образом. В качестве теплоносителя вакуумного солнечного коллектора является незамерзшая жидкость, которая, продвигаясь через верхнюю зону устройства, осуществляет поглощение тепловой энергии со специальных наконечников из медных сплавов.
В результате использования змеевого механизма осуществляется нагревание жидкости в накопителе. Замкнутый цикл передачи тепла происходит до тех пор, пока температура самой жидкости будет превышать температурные показатели воды в накопительной емкости. Время работы такой системы напрямую зависит от продолжительности дня и температуры окружающей среды.
ВАКУУМНЫЕ НАКОПИТЕЛИ С ПРЯМОЙ ТЕПЛОВОЙ ПОДАЧЕЙ
Такие условия работы системы свидетельствуют о том, что в теплое время года можно будет отказаться от использования традиционных систем обогревания при помощи газа или электричества. Использование такой системы в летнее время является крайне выгодным еще и по той причине, что выработанной энергии хватает даже на питание некоторых бытовых электрических машин, работающих на благо домашнего хозяйства.
В приборах с прямой подачей тепла вакуумные приспособления, изготовленные из стекла, и накопительный бак крепятся к единому рамному каркасу в наклоне от 40° до 60 °. Через резиновое соединительное кольцо соединены все вакуумные механизмы с накопительным баком.
Принцип работы вакуумного накопителя с прямым нагревом
При помощи запорного клапана устройство может быть подключено к водопроводным линиям, а специальный фиксирующий клапан осуществляет контроль за состоянием уровней водных масс в накопительной емкости.
Ввиду того, что носителем в таких системах является вода, то такие устройства относят к сезонным обменникам тепловой энергии.
ВАКУУМНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ С КОСВЕННОЙ ПОДАЧЕЙ
Принцип работы оборудования, который имеет свойства косвенной передачи тепловых ресурсов, чем-то схож с процессом системных линий централизованной системы отопления. Работа в данных соединениях происходит благодаря давлению от водопроводных путей.
