Солнечные коллекторы: виды, особенности конструкции и преимущества
Активное внедрение энергосберегающих технологий в нашу ежедневную жизнь заставляет многих людей обратить внимание на солнечные коллекторы.
С английского «сollect»обозначает «собиратель» – этим и занимается оборудование, накапливая тепло солнца и преобразуя его в энергию для снабжения горячей водойкоттеджа, квартиры или дачи. В продаже представлены модели, разные по своей конструкции. Установка может функционировать как сезонно – в летнее время, так и в осенне-зимний период при отрицательных температурах.
Существует два основных вида коллекторов для подогрева воды:
- cезонные (термосифонные)
- всесезонные коллекторы.
Каждый из этих видов имеет свои подвиды, различаемые по конструкции, монтажным и эксплуатационным особенностям. О них мы расскажем в этой статье.
1. Сезонные (термосифонные) коллекторы
Считаются простыми и доступными, используется для сезонного нагрева воды (с апреля по сентябрь) для технических и хозяйственных нужд. Для полноценного функционирования устройства не обязательна установка насоса и контроллера. Оборудование работает по методу термосифона, когда нагрев воды происходит благодаря естественной конвекции.
1.1. Безнапорный коллектор (с прямой теплопередачей воде)
Водяной бак напрямую соединен с системой нагревательных трубок, поэтому теплопотери снижены. Под лучами солнца происходит нагрев воды, и она по трубкам поступает в теплообменник конвекционным методом. Важно, чтобы бак был установлен выше. Охлаждённая вода в емкости снова поступает в трубки для последующего нагрева.
Система – недорогая, позволяет сохранять тепло некоторое время и часто применяется для начального подогрева воды с дальнейшим использованием электро- и газонагрева.Из минусов стоит отметить невозможность использования оборудования в условиях низких температур и под давлением более, чем 0,2 атм.
1.2. Коллектор с напорным теплообменником
Нагрев воды происходит, когда она протекает через медный теплообменник, установленный в баке. Абсолютная герметичность контура потока обеспечивает бесперебойную работу, даже находясь под давлением. Воздействуя на коллекторные трубки, лучи солнца нагревают жидкость и доводят её до кипения. В теплообменнике пар конденсируется и возвращается обратно.
Достоинствами установки являются:
· передача тепла без «посредников» в теплообменник снижает потери тепла;
· доступна интеграция в основную систему водоснабжения – как холодную, так и горячую;
· простота монтажа, надежность и высокий уровень комфорта в процессе эксплуатации.
Недостаток в том, что устройство с напорным теплообменником не рекомендуют использовать круглогодично, хотя иногда эта проблема решается применением незамерзающих растворов в трубках, к примеру, этиленгликоля.
В нем используются емкость с нагретой водой и коллекторные трубки из стекла «heat-pipe»– они созданы по технологии вакуумированных колб с прозрачной внешней стенкой. Внутри каждой расположен медный теплопроводник с антифризом, находящимся под малым давлением. Когда температура внутри стержня из меди достигает +30°C происходит испарение жидкости, а когда снижается – трубка «запирается» для сохранения тепла. Оборудование не требует дополнительной установки насоса, контроллера, расширительного и бака косвенного нагрева, поэтому монтаж занимает минимум времени и может осуществляться самостоятельно.
Преимущества очевидны:
· система «heat-pipe» не прекращает работу, даже если некоторые колбы вышли из строя;
· замена тепловых элементов простая и не требует демонтажа всей конструкции;
· в трубках не скапливаются соли жесткости и загрязнения, что обеспечивает долговечность;
· пиковые нагрузки в системе никак не влияют на эффективность работы;
· долгое сохранение температуры воды – на протяжении 48 часов;
· установка оборудования возможна не только на кровле, но и поверхности земли.
Из минусов – при интенсивном водоразборе гелиосистему придется дополнить электрическим тэном и контроллером, который будет регулировать его работу.
1.4 Открытый солнечный коллектор для бассейнов
Характеризуется резиновой или пластиковой поверхностью, обладающей высоким коэффициентом поглощения света и «сбора» солнечных лучей. Гелиосистема устанавливается в непосредственной близости с уличным бассейном и помогает снизить расход энергоресурсов для обогрева воды на 70%. Преимуществами коллектора являются низкая стоимость и легкость монтажа.
Из недостатков следует отметить большую занимаемую площадь (тепловая поверхность часто равна длине бассейна), высокую чувствительность к температуре окружающей среды. В Украине подобные системы применяются исключительно в южных районах страны.
2. Всесезонные коллекторы
Особенностью технологии является использование вакуума в качестве теплоизолятора. В зависимости от конструкции и типа коллектора, вакуум располагается между тепловыми элементами и внешними стенками. Повышение производительности также достигается применением «зеркального» эффекта, когда тепловая мощность прибора выравнивается, учитывая показатель высоты воздействия солнца. В итоге, снижается зависимость от отрицательных температур и негативных погодных факторов.
Всесезонные коллекторы работают только в гелиосистеме в комплекте с насосом, баком косвенного нагрева, контроллером и расширительным баком.
2.1. Вакуумные трубчатые коллекторы
Конструкционно они включают в себя корпус-раму, обменник тепла (manifold) и коллекторные стеклянные трубки. В установке применяется коаксиальная трубка, функционирующая по принципу термоса с двумя колбами. Между внешней и внутренней колбой создается вакуум, что позволяет исключить потери тепла при неблагоприятных внешних факторах. Кроме того, благодаря своей цилиндрической форме энергия солнца накапливается перпендикулярно к оси трубки, что обеспечивает высокую отдачу оборудования в условиях плохой освещенности.
В установках используется коаксиальная трубка следующих видов:
1) U-type – система предусматривает наличие прочного теплообменника U-образнойформы, который образует одно целое с manifold.
2) «heat-pipe» – здесь каждая колба передает накопленное тепло в теплообменник manifold для качественного нагрева воды.
3) перьевые трубки - в самой трубке предусмотрена одна стенка, а внутри, в среде вакуума, установлен медный канал и абсорбер.
Следует отметить следующие достоинства вакуумных трубчатых систем:
· возможность использования в осенне-зимний период;
· эксплуатация в высоконапорных гелиотермальных установках;
· минимальные потери тепла, независимо от погоды за окном;
· замена трубок без необходимости демонтажа всей системы.
Из недостатков следует выделить, что устройство U-type имеет более повышенные требования к теплоносителям и исключает замену трубок по отдельности, если какая-то из них поломалась.
2.2. Плоские коллекторы
Тепловым элементом оборудования является пластина из металла (абсорбер) со светопоглощающим покрытием и впаянным трубопроводом проточного типа. Корпус абсорбера имеет прозрачную внешнюю стенку, а внутренняя – покрыта минералватой либо другим утеплителем. Трубопровод расположен в двух конфигурациях: «арфа» или «меандр». Чтобы уменьшить потери тепла корпус плоской коллекторной системы делают абсолютно герметичным.
Преимуществом системы является доступность, легкость установки и обслуживания, эффективность в теплое время года. Однако в зимнее время их производительность может резко снижаться по причине больших теплопотерь – и в этом главный минус.
Эта конструкция более совершенна по сравнению с предыдущей. В середине данной конструкции - ваккум, а внутри установлен медный канал и абсорбер. Теплоизоляция абсорбера при отрицательных температурах достигается созданием глубокого вакуума с помощью насоса внутри конструкции.
Данная технология максимально эффективно сокращает потери тепла и обеспечивает системе высокую продуктивность. Но следует понимать, что коллектор плоского типа – это неразборная система, которую неудобно устанавливать на труднодоступной кровле.
