Які бувають колектори

Сонячні водонагрівачі можуть бути активного або пасивного типу. Активна система використовує електричний насос для циркуляції рідини через колектор; пасивна система покладається тільки на природну циркуляцію. Активні системи зазвичай коштують дорожче за пасивних, але вони і ефективніші. Є експериментальні зразки, де перекачування теплоносія робиться насосом, одержуючим енергію від сонця.

Найдешевшим сонячним водонагрівачем є водонагрівач з системою накачування води, в якому поєднані що акумулює і колекторні елементи системи. У сонячному водонагрівачі з природною циркуляцією води колекторна і акумулююча частини системи розділені - дія такої конструкції грунтована на термосифонному ефекті з використанням різниці температур.

У сонячному водонагрівачі у вигляді стаціонарної установки з системою накачування води після заходу сонця температура води різко падає. Він зручний в тих випадках, коли гарячою водою користуються в порівняно ранній час або за наявності ефективної теплоізоляції. Останнім часом сонячні водонагрівачі цього типу витісняються високоякісними сонячними водонагрівачами з природною циркуляцією води. Проте, завдяки низькій вартості сонячні водонагрівачі з системою накачування води виявляються економічно вигідними, якщо їх використати тільки для постачання гарячою водою ванни.

У системі з природною циркуляцією води нагріта вода знаходиться в теплоізольованому баку, тому її температура знижується поступово, воду можна використати наступного дня, причому її температура зберігається відносно високою.

Плоскі колектори

А тепер з'ясуємо, як влаштовані теплоэлементы. Залежно від цього виділяють два найбільш популярних виду сонячних колекторів - плоскі і вакуумні.

Плоский колектор складається з елементу, що поглинає сонячне випромінювання, прозорого покриття і термоизолюючого шару. Поглинаючий елемент називається абсорбером; він пов'язаний з теплопроводною системою. Плоскі сонячні колектори працюють на основі парникового ефекту. Він полягає в тому, що сонячне випромінювання, що падає на поверхню сонячного колектора, практично повністю пропускається склом. Таким чином досягається накопичення сонячної енергії усередині колектора. Передача теплоти до теплоносія здійснюється за допомогою конструктивних елементів, виконаних, як правило, з алюмінію або міді. Відведення теплоти здійснюється теплоносієм - водою або розчином незамерзаючої рідини.

Чим більше сонячної енергії передається теплоносію, що протікає в колекторі, тим вище його ефективність. Важливою характеристикою сонячного колектора є виробництво гарячої води з одного квадратного метра його поверхні. За відсутності розбору тепла (застої) плоскі колектори здатні нагрівати теплоносій до 190-200 градусів Цельсія.

Як бачимо, плоский сонячний колектор влаштований відносно просто. Самим високотехнологічним елементом в його конструкції є поглинаюче покриття. Очевидно, що для підвищення ефективності роботи потрібне, щоб воно поглинало як можна більшу частину енергії сонячних променів, що падали, а при нагріві випромінювало як можна меншу долю поглиненої енергії в інфрачервоному спектрі. При тому, що плоскі колектори є найпоширенішим типом сонячних колекторів, вони, очевидно, вже досягли найбільш оптимальних показників по ефективності, термінам експлуатації і вартості. До їх недоліків відноситься в першу чергу нижчий ККД в порівнянні з вакуумними колекторами в періоди зниженої сонячної активності і в холодну пору року.

Що може вакуум

У вакуумному колекторі об'єм, де знаходиться темна поверхня, що поглинає сонячне випромінювання, відокремлений від довкілля простором, в якому створений вакуум. Так практично повністю усуваються втрати теплоти в довкілля за рахунок теплопровідності і конвекції. Втрати на випромінювання значною мірою пригнічуються за рахунок застосування селективного покриття.

Оскільки повний коефіцієнт втрат у вакуумному колекторі дуже невеликий, він забезпечує збір сонячного випромінювання у будь-яку погоду, практично незалежно від зовнішньої температури. Перевага вакуумних колекторів перед плоскими починає проявлятися при температурі повітря нижче 15 градусів Цельсія. При негативних температурах повітря вакуумним колекторам просто немає альтернативи.

Сонячні теплові установки на основі вакуумних колекторів можуть застосовуватися як для цілей гарячого водопостачання, так і для опалювання будинку. При цьому в літній час можна повністю отримувати гарячу воду від сонячного нагрівача. У решту пори року за рахунок енергії Сонця можна отримувати до 60% гарячої води.

Навіщо потрібні трубки

У різних моделях вакуумних колекторів застосовуються теплонакопичувачі у вигляді трубок. Ці трубки схожі на термос: одна трубка вставлена в іншу з великим діаметром. Вакуум між ними забезпечує досконалу теплоізоляцію. Завдяки циліндричній формі трубок сонячні промені падають на їх поверхню перпендикулярно до осі трубки. Це призводить до отримання більшої енергії з одиниці теплоприемной поверхні, навіть якщо сонце і світить під «незручним» кутом, наприклад, під час заходу і сходу.

Вакуумні трубки не упускають і розсіяне світло сонця, закритого хмарами. У будь-який час дня під прямим сонячним випромінюванням постійно знаходиться частина абсорбуючої речовини вакуумної трубки; це як би плоский колектор, що обертається за сонцем. За наявності спеціальних відбивачів ефективна площа такого вакуумного колектора може бути у декілька разів більше аналогічної площі плоского колектора.

Проста модель - вакуумний колектор з прямою теплопередачею воді. Такі роблять тільки в Китаї. Вакуумні трубки розташовані під певним кутом і сполучені з накопичувальним баком. З нього вода контура теплообмінника тече прямо в трубки, нагрівається і повертається назад. До переваг цієї системи відноситься безпосередня передача тепла воді без участі інших елементів. Існують також колектори такого типу без накопичувального бака.

Вакуумний колектор з прямою теплопередачею воді і вбудований теплообмінник має усі переваги попередньої моделі. А відрізняється тим, що в нім є вбудований у бак ефективний теплообмінник, що дозволяє під'єднати колектор з баком до напірної мережі водопостачання. Водонагрівальний контур можна заповнити незамерзаючою рідиною і користуватися колектором при температурі до мінус 5-10 градусів. У колекторі не відкладаються солі і інші забруднення, оскільки об'єм теплоносія один і той же, а вода, що витрачається, проходить тільки по внутрішньому мідному теплообміннику.

У найдосконаліших і дорожчих вакуумних колекторах застосовуються термотрубки. Це закрита мідна труба з легкозакипаючою рідиною. Під впливом тепла рідину випаровується і забирає тепло вакуумної трубки. Пари піднімаються у верхню частину, де конденсуються, передаючи енергію теплоносію. Конденсат стікає вниз, і все повторюється знову. Передача тепла відбувається через мідну «гільзу» приймача. Завдяки цьому опалювальний контур відокремлений від трубок, і при ушкодженні однієї трубки колектор продовжує працювати. При заміні трубки не потрібно зливати незамерзаючу суміш з контура теплообмінника. Колектор з термотрубками працює при зовнішніх температурах до - 35 градусів Цельсія (повністю скляні колектори з тепловими трубками) або навіть до - 50 (колектори з металевими тепловими трубками).