Солнечный коллектор

1.     ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

          
СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР — это устройство для сбора излучаемой солнечной энергии в видимом и инфракрасном спектрах излучения.

   


Преимущества коллекторов на вакуумных трубках:

1. Благодаря отличной теплоизоляции вакуумные солнечные коллекторы работают очень эффективно при любых температурах окружающей среды. Преимущество вакуумных коллекторов перед плоскими наиболее очевидно при большей разнице температур теплоносителя в коллекторе и окружающей среды.

2. Удобство монтажа вакуумных коллекторов:

              - коллектор поднимается и монтируется по частям;

              - монтаж трубопроводов и проверка системы проводится до установки вакуумных трубок;

              - монтаж или замена отдельного элемента не влияет на работу системы в целом.  

3. В качестве теплоносителя может быть использована вода и высокотемпературный теплоноситель.

Солнечные тепловые установки на основе вакуумных коллекторов эффективно применяются для горячего водоснабжения, отопления домов и подогрева бассейнов. Они прекрасно работают, обеспечивая потребителя экологически чистой и бесплатной энергией. Вы самостоятельно можете определить насколько независимым от энергообеспечивающих компаний хотите сделать Ваш дом.

Наши модели солнечных коллекторов собраны из стеклянных трубок (колбы с двойными стенками, пространство между которыми вакуумировано при их изготовлении).

Далее, в зависимости от типа солнечного коллектора энергия солнца, преобразованная в тепло, используется непосредственно для нагрева воды или для нагрева теплоносителя, принудительно циркулирующего в медных трубках.В качестве теплоносителя может выступать вода или незамерзающая жидкость (антифриз).

В коллекторах, предлагаемых нами для круглогодичного использования, применяются специальные герметичные тепловые трубки со сверхпроводящей легко испаряющейся жидкостью.

          Количество энергии собранной с помощью любого коллектора предопределяется местом установки, которое характеризуется: географической широтой, азимутом, углом наклона коллектора, затенением от окружающих объектов.  При этом количество энергии в течение года будет различным и зависеть от длины светового дня и погодных условий: ясно или облачно, наличие осадков.

Срок службы коллектора, заявляемый производителями составляет 15-20 лет, но так как основные детали коллектора выполнены из стекла, меди и алюминия реальный срок службы сопоставим со сроком службы капитального дома (более 50 лет).

2. ВАКУУМНЫЕ ТРУБКИ

В наших солнечных коллекторах для сбора энергии используются вакуумные трубки из боросиликатного стекла с многослойным покрытием высокой поглощающей способности (12-ALN/AIN-SS/CU).

В таких трубках задерживается 95-98% падающей энергии, потери которого практически полностью устраняются за счет вакуумированного пространства между стенками стеклянной колбы, а потери на обратное излучение в значительной степени подавляются за счет применения селективного покрытия. Это позволяет снимать энергию солнца при отрицательных температурах.

         Теплоноситель в коллекторах с трубками высокой поглощающей способности нагревается до более высоких температур, в отличи от трубок с обычным селективным покрытием (AL/N/AL).

        Высокопрочные вакуумные трубки из боросиликатного стекла по конструкции являются термосами – одна трубка расположена в другой, между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию – сосуд Дьюара. Первые сосуды Дьюара для коммерческого использования были произведены в 1904 году, когда была основана немецкая компания Термос (нем. Thermos GmbH). Сосуд Дьюара представляет собой колбу с двойными или кратными стенками, между которыми выкачан воздух, чтобы избежать конвекционной теплопередачи.

Для уменьшения потери на излучение  внутренние поверхности колбы покрывают отражающим слоем. Имея селективное двенадцатислойное покрытие, состоящее из трех или пяти групп слоев, вакуумные трубки поглощают максимум падающей энергии (в том числе отраженный свет), коллекторы работают и тогда, когда солнце закрыто облаками.

Кроме этого коллекторы с цилиндрической абсорбционной поверхностью имеют ряд неоспоримых преимуществ. Благодаря цилиндрической форме трубок солнечные лучи в течение дня падают на одинаковую по площади поверхность, это как бы плоский коллектор, поворачивающийся на одной оси за солнцем. Так конструктивно выполнено пассивное слежение за солнцем, позволяющее коллекторам работать стабильно с макс. производительностью в течение всего дня. Благодаря круглой форме элементов коллекторы не накапливают грязи, прекрасно моются дождем и устойчивы к ударам крупного града до 25 мм.

3.  ТЕПЛОВЫЕ ТРУБКИ  (HEAT PIPE)

Для переноса энергии из вакуумных трубкок в наших системах применяются два основных способа:

1. Вода, непосредственно циркулирующая в стеклянной вакуумной трубке.

2. Герметичные тепловые трубки, расположенные внутри вакуумной трубки.

Первый способ применяется в недорогих пассивных системах.

Второй способ - с помощью тепловых трубок, получил распространение сравнительно недавно.

Тепловые трубки (англ. heat pipe) — устройство, использующееся в вакуумных коллекторах для теплопередачи, принцип работы которого основан на том, что в закрытых трубках из теплопроводящего металла (например, меди) находится легкоиспаряющаяся жидкость.

Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкость испаряется на горячем конце трубки и конденсируется на холодном, а затем снова перетекает на горячий конец. Изначально они были разработаны для системы охлаждения ядерных реакторов космических аппаратов. Сейчас широко иcпользуются в современных компьютерных системах, для охлаждения ЦПУ, чипсетов и т.п. Применяются в солнечной энергетике, для повышения эффективности нагрева воды в солнечных коллекторах.

         Тепловая трубка имеет низкую теплоемкость, обладает сверхбыстрой проводимостью (в 200 раз быстрее самого лучшего теплопроводника – серебра).

Тепловая трубка состоит из герметичной медной камеры-трубки, частично заполненной жидким теплоносителем, который, испаряясь, поглощает теплоту, а затем, конденсируясь, ее отдает.

         Максимальная рабочая температура системы с тепловыми трубками может быть управляемой благодаря физическим свойствам жидкости в тепловой трубке и специальной конструкции накопителя. Эти уникальные свойства устраняют необходимость в сложных системах контроля и обеспечивают простую и безопасную эксплуатацию. Данная трубка устойчива к замораживанию и перегреву и работоспособна без повреждений от -50°С до +280°С.

Наиболее распространенным параметром, характеризующим солнечный коллектор является некая площадь поверхности коллектора, которая используется для поглощения солнечной энергии. Она отличается от площади брутто, которую занимает вся конструкция коллектора, включая: держатели трубок, раму, короб с трубами или бак.

          Разные производители по разному могут считать полезную площадь, в зависимости от типа коллектора (плоский или на трубках) и конструкции коллектора (с отражателями или без), некоторые из них учитывают и площадь трубок, поглощающую рассеянное (отраженное от других объектов) солнечное излучение. Эту площадь называют: площадью апертуры (принимающей излучение поверхности), эффективной площадью,  площадью поглотителя и т. д.

          В наших коллекторах в качестве эффективной площади указывается прямо облучаемая солнцем площадь внутренней поверхности стеклянных колб с нанесенным селективным покрытием.

          Например, эффективная площадь коллектора, состоящего из 15 трубок длиной 1800 мм диаметром 58 мм (внутренний 47 мм), будет составлять 1,97 м2 (15*1,775*0,047*Пи/2). А эффективная площадь одной такой трубки будет составлять 0,131 м2.

            Следует учитывать, что рассчитанная таким образом цилиндрическая поверхность трубки каждый момент находится под разным углом к солнцу.

Например, немецкая компания Viessmann для своих коллекторов на вакуумных трубках считает полезную площадь как сумму продольных сечений отдельных трубок. Поэтому прямое сравнение моделей разных производителей по площади, заявляемой ими некорректно.

          Полезная площадь коллекторов представляет интерес для проектировщиков и энтузиастов, которым интересно делать собственные теоретические расчеты. Данные расчеты необходимы для вычисления солнечной энергии, которую теоретически можно получить в конкретных условиях.

          На практике большинству достаточно знать среднестатистическое количество энергии, которую можно произвести в конкретных условиях в зависимости от места установки (широты, азимута, угла наклона), долготы светового дня и конечно же погодных условий (облачность, осадки).

          Мы располагаем следующими данными, рассчитанным по фактическому применению солнечных коллекторов в морозную зиму 2009 - 2010 года. На одну тепловую трубку диаметром 58 и длиной 1800 мм на широте г. Новосибирска в  месяцы с длинным и средним световым днем (март-октябрь) получается в среднем 270 Вт/час в день с разбросом  100-450 Вт/час в день в зависимости от погодных условий, а в период с коротким световым днем в среднем 150 Вт/час в день с разбросом 50-350 Вт/час в день. В пересчете на эффективную площадь на каждый 1 м2 в день получается соответственно в среднем 2,066 КВт/ч и 1,144 КВт/ч.

За год выработка энергии на одну трубку на широте Новосибирска может составить 70-100 КВт/ч, а на 1 кв.м. эффективной площади 550-750 КВт/ч.

Таким образом 1 м2 эффективной площади достаточно для  получения 50-70 литров горячей воды в сутки. А расчет площади коллекторов, необходимых для отопления   делается индивидуально на основе теплотехнического расчета или данных о фактическом потреблении топлива за отопительный период.

В среднем на 5-10 м2 отапливаемой площади дома необходим 1 м2 эффективной площади коллектора.

Кроме самого коллектора, чтобы практически использовать собираемую им энергию, в состав готовых систем входит различное специальное оборудование: насос, контроллер, манометр, расширительный бак и пр., которое подбирается индивидуально из распространенных комплектующих.

Предлагаем следующие типовые рекомендации* для выбора системы: