Интересът към слънчевите колектори нараства всяка година, което може да получи слънчева енергия и да я преобразува в топлина за отопление на вода или дори помещения. Открийте възможностите на слънчевите колектори. Обясняваме какъв е техният принцип на работа и структура.
Слънчеви колектори - принцип на работа и изграждане на слънчеви панели
Слънчеви колектори в еднофамилни домове
Слънчевите колектори, наричани още слънчеви, са устройства, при които енергията на слънчевата радиация се преобразува в топлина, за да загрява течността, преминаваща през тях. Отоплителната вода за битови нужди (предимно за измиване) за нуждите на едно семейство изразходва няколко хиляди киловатчаса годишно. Възможността за подмяна на скъпа електроенергия или дори малко по-евтино с газ или петрол с безплатна слънчева енергия е примамлива перспектива. Ето защо колекторите вече работят в Полша, чиято обща площ се оценява на над 300 000. м 2 . Голяма част от тях са инсталирани в еднофамилни домове.
Изграждане на слънчев колектор
Най-големият брой плоски и течни колектори на пазара. Това е система от тънки тръби (или канали, направени от профили), прикрепени към метална плоча, покрита с така нареченото селективно покритие. Цялото е затворено в корпус, който трябва да ограничи топлинните загуби и да предпази колектора от повреди, като същевременно не пречи на навлизането на слънчевата радиация във вътрешността. Течността, преминаваща през колекторните тръби (обикновено се използва трудно замръзващ разтвор на гликол), се нагрява от нагрятата от слънцето повърхност на плочата и съседните стени на тръбите. Качеството на колектора зависи от качеството на материалите и прецизността на изработката, а оттам и от количеството енергия, което доставя за инсталацията на дадена повърхност. По-малките уреди могат да доставят гореща вода само при слънчево време и при условие, че навън не е много студено. Това се дължи на малките възможности за поглъщане на слънчевата радиация от не много усъвършенстван абсорбатор и топлинни загуби чрез обикновен корпус. За да се възползвате от колекционерите и през зимата, е необходимо да използвате по-скъпи решения.
Плоски слънчеви колектори (снимка Galmet)
Абсорбатор или радиатор
Това е плоча, покрита отгоре с вещество с висок коефициент на поглъщане на слънчевата радиация, но с нисък коефициент на излъчване на топлинна радиация. В най-простия вариант металната (понякога пластмасова) абсорбираща плоча е просто боядисана с черна боя. Това решение е евтино, но генерира сравнително големи топлинни загуби от радиация. Следователно колекторите от по-висок клас използват покрития от черен никел, черен хром, черен меден или титанов оксид, известни под различни търговски наименования. Това, разбира се, води до увеличаване на производствените разходи, но използването на колектори също е по-голямо.
Течност и епруветки
Течността (разтвор на гликол), която се загрява от топлината на абсорбера, тече през тръбите. Те трябва да бъдат внимателно прикрепени към него - по цялата дължина, която се придържат към него, за да получават ефективно топлина. Най-често те са изработени от мед, което ги провежда добре, а в същото време е материал, устойчив на големи температурни промени и корозия. Начинът, по който са свързани, е много важен поради ефективността на топлообмена между абсорбера и елементите, транспортиращи нагрятата течност. Тъй като медта е скъп материал, тя е заменена с алуминий. Колекторите с алуминиеви абсорбатори и алуминиеви профили за транспорт на течности са много по-евтини.
Корпус на колектора
Корпусите на колекторите обикновено са изработени от алуминий. Дъното и страните му обикновено са изолирани с минерална вата. Количеството топлинна загуба от колектора зависи от дебелината на изолацията. Корпусът трябва да е стегнат, тъй като това също влияе върху размера на топлинните загуби, в допълнение, течовете могат да проникнат в течовете, което води до намаляване на ефективността на абсорбера . Горната стена на заграждението трябва да пуска слънчева радиация, следователно е прозрачна. Обикновено това е закалено стъкло, устойчиво на механични повреди - не трябва да се повреди дори по време на градушка. Стъклото, използвано в колекторите, се нарича слънчево. Характеристиките му са добро предаване на слънчевата радиация и в същото време добра топлоизолация. Някои колектори имат призматично стъкло - разсейваща светлина. Благодарение на това, когато слънчевите лъчи падат върху стъклото на колектора под ъгъл, различен от прав ъгъл, неговата ефективност е малко по-висока, отколкото при използване на обикновено слънчево стъкло.
Вакуумни колекторни тръби
Много по-малко използвани от плоските колектори . Това са успоредни стъклени тръби с диаметър 5-10 см, свързани с батерии. Всяка има отделна тръба с абсорбатор - плоска или нанесена върху повърхността на тръбата (по-евтино, но не толкова перфектно решение поради липсата на директен контакт между абсорбера и тръбата). Вакуумът около абсорбера осигурява изолация. Няма конвекция (топлинен транспорт в резултат на движението на материята), благодарение на което топлинните загуби от абсорбера са много по-малки. Освен това абсорбаторът се загрява по-бързо, тъй като топлината не се губи за загряване на въздуха около абсорбера. Тръбните колектори могат да се състоят от:
- двойни тръби (тръба в тръба) - вакуумът е между два слоя стъкло;
-
индивидуални вакуумни тръби.
Системи за топлинни тръби
Гликоловият разтвор (както в плоските колектори) може да тече през стъклената тръба, прикрепена към абсорбера, но има и конструкции с така наречената топлинна тръба. След това епруветката се затваря от двете страни и се напълва с изпаряваща течност при температура около 25 ° С. Течността, нагрята от слънчевите лъчи на дъното на тръбата, се изпарява и се издига до кондензатора в горната част. Това се измива външно с гликол, циркулиращ в слънчевата система. В резултат на това течната пара в кондензатора се охлажда (дава топлина на гликол), така че тя се кондензира и тече по вътрешната стена на топлинната тръба, където отново се изпарява и целият цикъл се повтаря. За да стане това възможно, колекторите трябва да бъдат наклонени под ъгъл около 20 °. Използването на феномена промяна на фазата (изпарение и кондензация) позволява да се повиши ефективността на слънчевия колектор .
Колектор с огледало
Някои колекторни тръби имат огледала, отразяващи слънчевите лъчи, така че те падат върху абсорбера не само отгоре, но и отдолу. В резултат на това температурата на течността в инсталацията може значително да надвиши 100 ° C. В домашни условия това не е необходимо, поради което този тип устройства се използват главно в промишлеността.
Съхранение на топлина
Тъй като потреблението на топлина в дома е най-голямо, когато условията за работа на колекторите са най-лоши, е необходимо да се съхранява енергията, която прехвърлят. За съхранение на вода, загрята от топлина от слънчеви колектори, се нуждаете от термично изолиран резервоар. Зависи от количеството на акумулираната вода дали всички членове на домакинството ще могат да се къпят във вода, загрята от слънчева енергия, или дали ще е необходимо редовно да я отоплявате с друг източник на топлина. Резервоарът или резервоарът, за съжаление, е скъп инсталационен елемент - колкото по-скъп е, толкова по-голям. И колкото по-голяма, толкова по-голяма трябва да е повърхността на колекторите, така че да могат да осигуряват топлина в количеството, необходимо за загряване на цялото му съдържание до необходимата температура. Трябва да помислите дали се интересувате от максималното използване на безплатна енергия и сте в състояние да приемете големи инвестиционни разходи, или предпочитате по-евтина инсталация и се съгласите да допълвате недостига на енергия от конвенционален източник. В зависимост от вида на този източник (евтино гориво или скъпа електроенергия), рентабилността на тези решения може да варира.
Възможностите на вакуумните колектори
Сложната конструкция на вакуумни колектори ги прави по-скъпи от плоските. В замяна на по-голям разход може да се очаква, че при неблагоприятни метеорологични условия (в студени дни, при облачно време) те ще осигурят повече топлина от плоските колектори. При хубаво време, добре проектирана и изградена инсталация трябва да осигурява достатъчно топлина, но това зависи от вида на използваното оборудване. Не всички вакуумни колектори, например двутръбните колектори, предлагат по-високи ефекти от плоските колектори.
Как да подредим колекционери?
Предполага се, че всеки член на домакинството консумира 50 литра гореща вода при 45 ° C на ден. За да се опрости, може да се предположи, че за неговото отопление е необходим слънчев колектор с абсорбираща повърхност 1 m 2, но трябва да се направят по-точни изчисления, като се вземат предвид неговата ефективност, местоположение спрямо света и засенчване (например от съседни сгради или дървета). Оптималното местоположение на колекторите е да ги обърнат на юг и да ги наклонят под ъгъл от около 40 °. Никога не трябва да има сянка там, където са. Ако някое от тези условия не може да бъде изпълнено, трябва да инсталирате колектори със съответно по-голяма площ, изчислявайки го в съответствие с указанията на производителя.
Колко колектори са ви необходими?
Единичният плосък колектор обикновено има абсорбатор с площ от около 1, 8-2 м2. В еднофамилни домове са необходими два, три, понякога четири такива колектора за загряване на вода. Капацитетът на слънчевия резервоар за вода трябва да бъде един и половина до два пъти по-голям от очакваната дневна консумация на топла вода. Соларните резервоари за съхранение са с вместимост от 200 l и повече. Най-малките са подходящи за семейство от две, за трима души се препоръчва вместимост от около 250 литра, за четири 300 литра, но ако всички жители искат да се къпят в голяма вана, по-добре е да изберете още по-голяма - дори 500 литра, освен ако не се примирите с вряла вода от конвенционален източник на топлина.