Сонячне джерело тепла

Найпотужнішим джерелом енергії для людства є Сонце, яке світитиме нам ще, щонайменше, 3-4 мільярди років. Річна кількість сонячної енергії майже в 15 000 разів перевищує потреби опалення будинків, однак лише незначна її частина використовується в сонячних системах опалення.

Сонячний колектор - це пристрій, призначений для поглинання сонячної енергії, яку виділяє видиме і ближнє інфрачервоне випромінювання, для подальшого перетворення її у придатний для використання людьми теплову енергію. Багато умільці з елементарними інженерними навичками можуть спробувати створити сонячний водонагрівач своїми руками для побутових потреб.

Використання колекторів

Сонячні колектори в основному потрібні для приготування гарячої води, так само ці пристрої можна використовувати в опалювальних системах. Економія при використанні сонячних колекторів складає до 30% в рік.

Зазвичай сонячні колектори встановлюють нерухомо, а кут нахилу вибирають в залежності від основного призначення пристрою. При встановленні колектор намагаються орієнтувати в бік півдня, обов'язково враховуючи рельєф місцевості. Рекомендують відхилятися від орієнтації на південь не більше ніж на 30° - тоді і кількість виробленого тепла буде в межах норми.

Сонячні колектори будуть максимально ефективними, якщо кут падіння сонячних променів складе 90°.

Але протягом дня Сонце описує над нами дугу, а в різні пори року - ще й піднімається на різну висоту. Тому ідеальним був би варіант, коли сонцеприймальний пристрій оберталося б слідом за рухом Сонця, щоб його промені падали постійно під прямим кутом. Технічно це цілком можливо, і такі системи виробляють, але вартість такої конструкції дуже висока і окупиться вона не скоро.

Найпопулярніші сонячні колектори виготовляються такі фірми: «Buderus», «Vaillant», «Viessmann» та інші.

Сонячні колектори застосовують для опалення промислових і побутових приміщень, для гарячого водопостачання виробничих процесів і побутових потреб. Найбільша кількість виробничих процесів, в яких використовують теплу та гарячу воду (30-90° C), - в харчової і текстильної промисловості, які, таким чином, мають високий потенціал для використання сонячних колекторів.

Переваги сонячних колекторів:

• висока надійність;
• максимальне використання кожного сонячного променя;
• здатність знезаражувати воду;
• збереження високої працездатності взимку;
• швидке повернення в робочий стан при обмерзанні, покритті снігом або інеєм;
• змінні модулі, легкість установки;
• антикорозійний мідний теплосборник;
• високі теплоізоляційні характеристики геліоколектора;
• рама і кожух теплопроводу виготовлені з високоякісної нержавіючої сталі;
• витримують високий тиск теплоносія.

Всі сонячні колектори умовно поділяють на плоскі (плоскопанельні) і вакуумні. Крім того, є ще такі типи сонячних колекторів: сонячні колектори-концентратори, сонячні вежі, параболічні концентратори, але для домашніх умов вони не годяться з-за високої вартості.

Плоскі сонячні колектори

Плоскі сонячні колектори - найпоширеніший вид сонячних колекторів, що використовуються в побутових водонагрівальних і опалювальних системах.

Зазвичай це теплоізольовані металеві ящики зі скляною або пластмасовою кришкою, в яких вміщено пластина абсорбера (поглинача). Скління може бути прозорим або матовим. У плоских сонячних колекторах зазвичай використовують матове скло з низьким вмістом заліза (воно пропускає значну частину сонячного світла, що надходить на колектор).

Сонячне світло потрапляє на теплосприймальну пластину, а завдяки склінню знижуються втрати тепла. Дно і бокові стінки колектора покривають теплоізоляційним матеріалом, що додатково знижує теплові втрати. Пластину абсорбера зазвичай фарбують у чорний колір (темні поверхні поглинають більше сонячної енергії, ніж світлі).

Сонячне світло проходить через скління і потрапляє на поглинаючу пластину, яка нагрівається, перетворюючи сонячну радіацію на теплову енергію. Це тепло передається теплоносію - повітря або рідини, що циркулює по трубках. Оскільки більшість чорних поверхонь все ж таки відбиває близько 10% радіації, деякі пластини-поглиначі обробляються спеціальним селективним покриттям, який краще утримує поглинене сонячне світло і служить довше, ніж звичайна чорна фарба.

Селективне покриття, що використовується в колекторах, складається з дуже міцного тонкого шару аморфного напівпровідника, нанесеного на металеву основу. Селективні покриття відрізняються високою поглинаючою здатністю у видимій області спектру і низьким коефіцієнтом випромінювання в довгохвильовій інфрачервоній області. Поглинаючі пластини зазвичай виготовляють з металу, що добре проводить тепло (наприклад міді або алюмінію).

Мідь дорожче, але краще проводить тепло і менше схильна до корозії, ніж алюміній. Пластина-поглинач сонячного колектора повинна мати високу теплопровідність, щоб з мінімальними тепловтратами передавати воді накопичену енергію. Плоскі сонячні колектори діляться на рідинні та повітряні. Обидва види сонячних колекторів бувають заскленими або незасклені.

Теплоізоляція обмежує втрату тепла на сонячних колекторах і підвищує їх ефективність. Товщина мінеральної ізоляції від 2 до 6 см в залежності від моделі.

Плоскі сонячні колектори використовуються для нагріву води для побутових потреб, підігріву води в басейні або опалення в будинку. Колектори дозволяють ефективно використовувати сонячну енергію навіть восени і взимку.

Система плоского сонячного колектора на даху

Деякі моделі плоских сонячних колекторів можна вбудовувати у дах будинку, утворюючи єдину конструкцію з покрівельним покриттям.

Плоский сонячний колектор встановлюють на даху, а акумулюючий бак з водою встановлюють у приміщенні, зручному для розведення мережі гарячої води (котельня, санвузол тощо). Бак і колектор з'єднані трубами, забезпечує циркуляцію комплексна гелиостанция, в баку можна встановити електричний нагрівач (моновалентний бак) або використовувати дублюючий нагрівальний контур (бівалентний бак) від наявного теплогенератора, за температурою води стежить електронний контролер. Сонячний колектор накопичує сонячне випромінювання в будь-яку погоду, незалежно від зовнішньої температури, коефіцієнт поглинання енергії становить 96%. Колектор монтують під кутом 30-50° безпосередньо на даху будівель так, щоб найбільш ефективно використовувати площу даху для накопичення енергії.

Для підтримки опалення в системі застосовують буферний бак - автоматизовану систему перетворення, підтримання та збереження тепла, отриманого від енергії сонця, а також від інших джерел енергії (наприклад, традиційний котел, що працює на електриці, газі або дизпаливі), які підтримують систему при недостатній кількості сонячного випромінювання. Нагріту від доступних джерел теплу воду використовують як теплоносій для існуючої системи опалення. Контролер автоматично підтримує оптимальні параметри циркуляції і забезпечує комфортну задану температуру. При відсутності достатньої сонячної активності або в нічний час автоматика системи забезпечує мінімально необхідне залучення додаткової енергії для підтримки заданої температури всередині приміщення. Система має малу інерційність, швидко виходить на робочий режим і дозволяє забезпечити середньорічну економію енергоносіїв до 50%.

Переваги плоских сонячних колекторів:

• можливість використання системи як основного (для регіонів з достатньою сонячної активності) і додаткового джерела енергії для опалення;
• ефективні для помірного і холодного клімату, що працюють при температурі до -50° С і низької інтенсивності потоку сонячної радіації;
• велика кількість схем підключення для задоволення різних потреб;
• їх легко інтегрувати в існуючі системи гарячого водопостачання та опалення;
• розташування бака і обладнання не вимагає великих площ;
• велика продуктивність.

Вакуумні сонячні колектори

Вакуумні колектори нагрівають воду до 300° завдяки зменшенню втрат тепла, яке зберігається завдяки багатошарового скляного покриття, герметизації і створення вакууму безпосередньо в самому колекторі.

Фактично сонячна теплова труба має будову, аналогічне побутового термосу. Тільки зовнішня частина труби прозора, а на внутрішній трубці нанесено високоселективне покриття, яке вловлює сонячну енергію. Між зовнішньою і внутрішньою скляною трубкою - вакуум. Саме вакуумний шар дає можливість зберегти близько 95% отриманої теплової енергії.

Крім того, у вакуумних сонячних колекторах застосовують теплові трубки, які виконують роль провідника тепла. При опроміненні установки сонячним світлом рідина, що є в нижній частині трубки, нагріваючись, перетворюється на пару. Пара піднімається у верхню частину трубки (конденсатор), де, конденсуючись, передає тепло колектору. Використання такої схеми дозволяє досягти більшого ККД (порівняно з плоскими колекторами) при роботі в умовах низьких температур і слабкої освітленості.

Сучасні побутові сонячні колектори здатні нагрівати воду до температури кипіння навіть при мінусовій температурі навколишнього.

Системи, побудовані на вакуумних сонячних колекторах, можуть забезпечити населенню до третини енергії, необхідної для теплопостачання восени або навесні і до 60% задовольнити потребу в гарячій воді.

Принцип роботи вакуумних сонячних колекторів

Покриття вакуумних трубок селективно абсорбує сонячну енергію і перетворює її в тепло. Теплопередача здійснюється опосередковано - від теплообмінного стрижня через гільзу теплообмінника до води в одному резервуарі. Комплект містить вакуумні трубки, зовнішній бойлер, контролер і стійкий монтаж.

Сонячні системи - це системи з примусовою циркуляцією. Для забезпечення циркуляції між колекторним вузлом і водним резервуаром система оснащена насосною групою, якою керують з допомогою двосенсорного контролера. Тепло від вакуумної трубки передається теплопровідної рідини в колекторний трубопровід і циркулює в закритому колі, віддаючи тепло воді через серпантин, вбудований у водяному резервуарі.

Сонячний водонагрівач з вакуумними трубами ефективно працює навіть в похмурі дні, тому що вакуумні труби здатні поглинати енергію інфрачервоних променів, які проходять крізь хмари.

При наявності сонячних променів (прямих, розсіяних) поглинання тепла відбувається в мідній трубці, яка знаходиться всередині вакуумної труби. Завдяки ізоляційним властивостям вакууму, вплив вітру і низьких температур на роботу системи також незначно порівняно з плоским сонячним колектором. Система з вакуумним сонячним колектором добре працює при температурі до -35° С.

Вакуумні труби круглі, завдяки чому кількість сонячного випромінювання, що потрапляє на колектор, залишається постійною з ранку до вечора. Саме тому загальна кількість сонячного випромінювання, поглиненого вакуумним сонячним колектором, більше порівняно з плоским. Форма труб в сонячних системах опалення забезпечує хорошу ступінь поглинання, оскільки сонячні промені завжди падають на її поверхню під прямим кутом, зводячи відображення до мінімуму. Труби укладені в геліосистемі паралельно, кут їх нахилу залежить від географічної широти місця встановлення системи опалення.

Сонячні колектори мають низькопрофільний дизайн, їх можна розміщувати близько до поверхні даху. Труби вакуумного сонячного водонагрівача чорного кольору і відмінно поєднуються з дахом будь-якого кольору. Теплопровід виготовлений з міді, він може мати з'єднувальні виходи ззаду і збоку. Теплопровід з заднім виходом дозволяє заховати труби за ним. Крім того, з'єднання ззаду дозволяє поставити впритул дві і більше сонячних колекторів. Бічне з'єднання частіше використовують у масштабних проектах з метою полегшити об'єднання колекторів в ряди і знизити перепад тиску в трубопроводі.

Орієнтовані з півночі на південь протягом дня трубки вакуумного сонячного колектора пасивно рухаються за сонцем. Вони майже не вимагають експлуатаційного обслуговування. Вакуумні сонячні колектори повністю придатні для ремонту: в разі необхідності трубку можна замінити без зупинки сонячного водонагрівача. При необхідності вакуумні трубки можна додати (при нестачі тепла) або частково знімати (якщо є його надлишок), зменшуючи площу колектора.

Вакуумні сонячні колектори добре забезпечують будинок гарячою водою, опаленням, підігрівають воду в басейнах, опалюють теплиці, що працюють в системах вентиляції, кондиціонування. Завдяки цьому робота геліосистеми проста як з точки зору експлуатації, так і обслуговування.

Висока вартість сонячних колекторів з тепловими трубами, нещодавно була головною перешкодою для їх широкого застосування. Проте продаж сонячних колекторів постійно набирає обертів. Вакуумний сонячний колектор - це високоякісний, надійний в експлуатації сонячний водонагрівач, який має високу теплопровідність. Раціональна схема роботи сонячних колекторів і низькі витрати на їх виробництво зробили їх доступними з коротким терміном окупності.

Замкнений і незамкнений контури

В геліосистемах із замкнутим контуром, як правило, використовують теплообмінник, який може розміщуватися як всередині, так і зовні бака-акумулятора гарячої води. Сонячний колектор з незамкнутим контуром часто використовується в теплих кліматичних зонах, де немає небезпеки замерзання. Вакуумні сонячні колектори підходять як для закритих, так і для відкритих систем, так як виконують функції контролю тиску, температури та захищають від замерзання.

Циркуляційний насос

Сонячний колектор не має вбудованого бака-акумулятора, і теплопровід має досить малу кількість теплоносія (близько 2 л для колектора на 30 вакуумних труб). Щоб теплоносій циркулював від колектора в акумулюючі ємності і назад, необхідно використовувати циркуляційний насос. Циркуляційним насосом, як правило, керує сонячний контролер з датчиками. Швидкість потоку, необхідна для роботи більшості сонячних водонагрівачів, не перевищує 2 л/хв, тому досить встановити циркуляційний насос малої потужності. Потужні циркуляційні насоси потрібні тільки у разі об'єднання кількох сонячних колекторів в один контур, або коли циркуляційний насос повинен компенсувати втрати напору теплоносія. Перепад тиску при малій швидкості потоку незначний - всього 700 Па при швидкості 3,3 л/хв, тому це не є вагомим критерієм при виборі потужності циркуляційного насоса вакуумного сонячного водонагрівача.

Ефективність

Преимущество солнечных коллекторов заключается в том, что их внутренняя тепловая трубка надежно защищена от потерь тепла. Это означает, что тепло сразу после поглощения поступает в антифриз теплосборника и не выходит в окружающую среду. Такие теплоизоляционные свойства отличают их от солнечных водонагревателей с тепловыми трубами и плоскими солнечными коллекторами. А поскольку эффективность передачи тепла тепловыми трубами очень высокая, то вакуумные трубчатые солнечные коллекторы, как показывает расчет, имеют высокую теплопроизводительность весь год.

Сонячний колектор для опалення відгуки, селективне покриття для ремонту геліоколекторів, вакуумна трубка сонячного колектора, сонячні батареї ціна київ, мідний колектор своїми руками, сонячний колектор з баком своїми руками, використання сонячних колекторів, плоскі сонячні колектори, Вакуумні сонячні колектори., Вакуумне джерело світла

Статті pp-budpostach.com.ua Все про лазні

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)