Сонячні колектори: види, особливості конструкції та переваги
Активне впровадження енергозберігаючих технологій в нашу щоденну життя змушує багатьох людей звернути увагу на сонячні колектори.
З англійської «сollect»позначає «збирач» – цим і займається обладнання, накопичуючи тепло сонця і перетворюючи його в енергію для постачання гарячої водойкоттеджа, квартири або дачі. У продажу представлені моделі, різні по своїй конструкції. Установка може функціонувати як сезонно – в літній час, так і в осінньо-зимовий період при негативних температурах.
Існує два основних види колекторів для підігріву води:
- сезонні (термосифонні)
- всесезонні колектори.
Кожен з цих видів має свої підвиди, розрізняються по конструкції, монтажних та експлуатаційних особливостей. Про них ми розповімо в цій статті.
1. Сезонні (термосифонні) колектори
Вважаються простими і доступними, використовується для сезонного нагріву води (з квітня по вересень) для технічних і господарських потреб. Для повноцінного функціонування пристрою не обов'язкова установка насоса і контролера. Обладнання працює за методом термосифона, коли нагрів води відбувається завдяки природній конвекції.
1.1. Безнапірний колектор (з прямою теплопередачею воді)
Водяний бак безпосередньо з'єднаний з системою нагрівальних трубок, тому тепловтрати знижені. Під променями сонця відбувається нагрів води, і вона по трубках надходить у теплообмінник конвекційним методом. Важливо, щоб бак був встановлений вище. Охолоджена вода в ємності знову надходить у трубки для подальшого нагрівання.
Система – недорога, дозволяє зберігати тепло деякий час і часто застосовується для початкового підігріву води з подальшим використанням електро - і газонагрева.З мінусів варто відзначити неможливість використання обладнання в умовах низьких температур і під тиском більше ніж 0,2 атм.
1.2. Колектор з напірним теплообмінником
Нагрівання води відбувається, коли вона протікає через мідний теплообмінник, встановлений в баку. Абсолютна герметичність контуру потоку забезпечує безперебійну роботу, навіть перебуваючи під тиском. Впливаючи на колекторні трубки, промені сонця нагрівають рідину і доводять її до кипіння. В теплообміннику пара конденсується і повертається назад.
Достоїнствами установки є:
· передача тепла без «посередників» в теплообмінник знижує втрати тепла;
· доступна інтеграція в основну систему водопостачання – як холодну, так і гарячу;
· простота монтажу, надійність і високий рівень комфорту в процесі експлуатації.
Недолік в тому, що пристрій з напірним теплообмінником не рекомендують використовувати цілий рік, хоча іноді ця проблема вирішується застосуванням незамерзаючих розчинів в трубках, приміром, етиленгліколю.
У ньому використовуються ємність з нагрітою водою і колекторні трубки зі скла «heat-pipe»– вони створені за технологією вакуумованих колб з прозорою зовнішньою стінкою. Всередині кожної розташований мідний теплопровідник з антифризом, що перебувають під малим тиском. Коли температура всередині стрижня з міді досягає +30°C відбувається випаровування рідини, а коли знижується – трубка «замикається» для збереження тепла. Обладнання не вимагає додаткової установки насоса, контролера, розширювального бака і непрямого нагріву, тому монтаж займає мінімум часу та може здійснюватися самостійно.
Переваги очевидні:
· система «heat-pipe» не припиняє роботу, навіть якщо деякі колби вийшли з ладу;
· заміна теплових елементів проста і не вимагає демонтажу всієї конструкції;
· в трубках не накопичуються солі жорсткості і забруднення, що забезпечує довговічність;
· пікові навантаження в системі ніяк не впливають на ефективність роботи;
· довгий збереження температури води – на протязі 48 годин;
· установка обладнання можлива не тільки на покрівлі, але і поверхні землі.
З мінусів – при інтенсивному водорозбору геліосистему доведеться доповнити електричним теном і контролером, який буде регулювати його роботу.
1.4 Відкритий сонячний колектор для басейнів
Характеризується гумовою або пластиковою поверхнею, що володіє високим коефіцієнтом поглинання світла і «збору» сонячних променів. Геліосистема встановлюється в безпосередній близькості з вуличним басейном і допомагає знизити витрату енергоресурсів для обігріву води на 70%. Перевагами колектора є низька вартість і легкість монтажу.
З недоліків слід зазначити велику займану площу (теплова поверхня часто дорівнює довжині басейну), високу чутливість до температури навколишнього середовища. В Україні подібні системи застосовуються виключно в південних районах країни.
2. Всесезонні колектори
Особливістю технології є використання вакууму в якості теплоізолятора. В залежності від конструкції і типу колектора, вакуум розташовується між тепловими елементами і зовнішніми стінками. Підвищення продуктивності досягається застосуванням «дзеркального» ефекту, коли теплова потужність приладу вирівнюється, враховуючи показник висоти сонця. В результаті, знижується залежність від негативних температур і негативних погодних факторів.
Всесезонні колектори працюють тільки в геліосистемі в комплекті з насосом, баком непрямого нагріву, контролером і розширювальним баком.
2.1. Вакуумні трубчасті колектори
Конструкційно вони включають в себе корпус-раму, обмінник тепла (manifold) і колекторні скляні трубки. В установці застосовується коаксіальна трубка, що функціонує за принципом термоса з двома колбами. Між зовнішньою і внутрішньою колбою створюється вакуум, що дозволяє виключити втрати тепла при несприятливих зовнішніх факторах. Крім того, завдяки своїй циліндричної формі енергія сонця накопичується перпендикулярно до осі трубки, що забезпечує високу віддачу обладнання в умовах поганої освітленості.
В установках використовується коаксіальна трубка наступних видів:
1) U-type – система передбачає наявність міцного теплообмінника U-подібноїформи, який утворює одне ціле з manifold.
2) «heat-pipe» – тут кожна колба передає накопичене тепло теплообмінник manifold для якісного нагріву води.
3) пір'яні трубки - в самій трубці передбачена одна стінка, а всередині, в середовищі вакууму, встановлено мідний канал і абсорбер.
Слід відзначити наступні переваги вакуумних трубчастих систем:
· можливість використання в осінньо-зимовий період;
· експлуатація у високонапірних геліотермальних установках;
· мінімальні втрати тепла, незалежно від погоди за вікном;
· заміна трубок без необхідності демонтажу всієї системи.
З недоліків слід виділити, що пристрій U-type має більш підвищені вимоги до теплоносіях і виключає заміну трубок окремо, якщо якась з них зламалася.
2.2. Плоскі колектори
Тепловим елементом устаткування є пластина з металу (абсорбер) з светопоглощающего покриттям і впаяним трубопроводом проточного типу. Корпус абсорбера має прозору зовнішню стінку, а внутрішня – покрита мінералватою або іншим утеплювачем. Трубопровід розташований в двох конфігураціях: «арфа» або «меандр». Щоб зменшити втрати тепла корпус плоскої колекторної системи роблять абсолютно герметичним.
Перевагою системи є доступність, легкість установки і обслуговування, ефективність в теплу пору року. Проте в зимовий час їх продуктивність може різко знижуватися унаслідок великих тепловтрат – і в цьому головний мінус.
Ця конструкція більш досконала, порівняно з попередньою. У середині даної конструкції - ваккум, а всередині встановлено мідний канал і абсорбер. Теплоізоляція абсорбера при негативних температурах досягається створенням глибокого вакууму за допомогою насоса усередині конструкції.
Дана технологія максимально ефективно скорочує втрати тепла і забезпечує системі високу продуктивність. Але слід розуміти, що колектори плоского типу – це нерозбірна система, яку незручно встановлювати на важкодоступній покрівлі.
