Солнечный коллектор

Солнечный коллектор — устройство для сбора энергии Солнца.

Солнечный коллектор, по моему мнению, будет весьма полезен в экопарке для обогрева многих помещений в сооружениях, которые собираюсь возвести в экопарке.

Меня давно интересует Солнечный коллектор, поэтому и создал эту страницу.

Привожу информацию про Солнечный коллектор из Википедии:

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя.

Обычно применяются для нужд горячего водоснабжения и отопления помещений.

Типы Солнечных коллекторов

Плоские


Плоский Солнечный коллектор

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Абсорбер связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель или напыление оксида титана) для повышения эффективности.

Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурат).

Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметиком.

При отсутствии забора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—210 °C.

Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре, эффективность которого может составлять около 95%.

Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности, поскольку применение меди против алюминия даёт выигрыш 4 % (хотя теплопроводность алюминия вдвое меньше, что означает значительное превышение «запаса мощности» по теплопередаче), что незначительно в сравнении с ценой).

Также высокая эффективность достигается увеличением площади контакта трубки и медного листа: у формованного листа и паянного соединение она максимальна, у соединения ультразвуковой сваркой — меньше. Используется также алюминиевый экран.

Вакуумные


Вакуумный Солнечный коллектор

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высоко-селективное покрытие, улавливающее солнечную энергию.

Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных Солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При облучении установки солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар.

Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Современные бытовые Солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Устройство бытового коллектора

Основная статья: Солнечный водонагреватель

Теплоноситель (вода, воздух, масло или антифриз) нагревается, циркулируя через коллектор, а затем передаёт тепловую энергию в бак-аккумулятор, накапливающий горячую воду для потребителя.

В простом варианте циркуляция воды происходит естественно из-за разности температур в коллекторе — такое решение позволяет повысить эффективность солнечной установки, поскольку КПД Солнечного коллектора снижается с ростом температуры теплоносителя.

Бывают и солнечные водонагревательные установки аккумуляционного типа, в которых отсутствует отдельный бак-аккумулятор, а нагретая вода сохраняется непосредственно в Солнечном коллекторе. В этом случае установка представляет собой близкий к прямоугольной форме бак.

Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов

Вакуумные трубчатые Плоские высокоселективные
Преимущества Преимущества
Низкие теплопотери Способность очищаться от снега и инея
Работоспособность в холодное время года до −30С Высокая производительность летом
Способность генерировать высокие температуры Отличное соотношение цена/производительность для южных широт и тёплого климата
Длительный период работы в течение суток Возможность установки под любым углом
Удобство монтажа Меньшая начальная стоимость
Низкая парусность
Отличное соотношение цена/производительность для умеренных широт и холодного климата
Недостатки Недостатки
Неспособность к самоочистке от снега Высокие теплопотери
Относительно высокая начальная стоимость проекта Низкая работоспособность в холодное время года
Рабочий угол наклона не менее 20° Сложность монтажа, связанная с необходимостью доставки на крышу собранного коллектора
Высокая парусность

Солнечные коллекторы-концентраторы

Повышение эксплуатационных температур до 120—250 °C возможно путём введения в Солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболо-цилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами.

Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.

Солнечные воздушные коллекторы

Солнечные воздушные коллекторы — это приборы, работающие на энергии Солнца и нагревающие воздух. Солнечные воздушные коллекторы представляют собой чаще всего простые плоские коллекторы и используются в основном для отопления помещений, сушки сельскохозяйственной продукции.

Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Поскольку воздух хуже проводит тепло, чем жидкость, он передаёт поглотителю меньше тепла, чем жидкий теплоноситель.

В некоторых солнечных воздухонагревателях к поглощающей пластине присоединены вентиляторы, которые увеличивают турбулентность воздуха и улучшают теплопередачу.

Недостаток этой конструкции в том, что она расходует энергию на работу вентиляторов, таким образом увеличивая затраты на эксплуатацию системы.

В холодном климате воздух направляется в промежуток между пластиной-поглотителем и утеплённой задней стенкой коллектора: таким образом избегают потерь тепла сквозь остекление.

Однако, если воздух нагревается не более, чем на 17 °С выше температуры наружного воздуха, теплоноситель может циркулировать по обе стороны от пластины-поглотителя без больших потерь эффективности.

Основными достоинствами воздушных коллекторов являются их простота и надёжность. Такие коллекторы имеют простое устройство. При надлежащем уходе качественный коллектор может прослужить 10-20 лет, а управление им весьма несложно. Теплообменник не требуется, так как воздух не замерзает.

Потенциальным способом снижения стоимости коллекторов является их интеграция в стены или крыши зданий, а также создание коллекторов, которые можно будет собирать из готовых сборных компонентов.

Коллекторы предназначены для обогрева помещений в условиях достаточной солнечной освещённости и при отсутствии (или параллельно с ними) других источников энергии (таких как газ, электричество, жидкое и твёрдое топливо).

Коллекторы не могут быть основной системой отопления, так как не обеспечивают постоянных характеристик как в течение суток, так и при смене сезонов года.

Однако система может быть интегрирована в любую существующую систему отопления и вентиляции.

Применение


Солнечный водонагреватель на жилом доме. Мальта.

Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд.

Наибольшее количество производственных процессов, в которых используется тёплая и горячая вода (30—90 °C), проходят в пищевой и текстильной промышленности, которые таким образом имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов.

В Европе в 2000 году общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн. м², а во всём мире — 71,341 млн. м².

Солнечные коллекторы — концентраторы могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга.

Солнечные коллекторы могут использоваться в установках для опреснения морской воды. По оценкам Германского аэрокосмического центра (DLR) к 2030 году себестоимость опреснённой воды снизится до 40 евроцентов за кубический метр воды.

В России

По исследованиям ОИВТ РАН в тёплый период (с марта—апреля по сентябрь) на большей части территории России средняя дневная сумма солнечного излучения составляет 4,0-5,0 кВтч/м² (на юге Испании — 5,5-6,0 кВтч/м², на юге Германии — до 5 кВтч/м²).

Это позволяет нагревать для бытовых целей около 100 л воды с помощью Солнечного коллектора площадью 2 м² с вероятностью до 80 %, то есть практически ежедневно. По среднегодовому поступлению солнечной радиации лидерами являются Забайкалье, Приморье и Юг Сибири. За ними идут юг европейской части (приблизительно до 50º с.ш.) и значительная часть Сибири.

Использование Солнечных коллекторов в России составляет 0,2 м²/1000 чел. В Германии эксплуатируется 140 м²/1000 чел., в Австрии 450 м²/1000 чел., на Кипре около 800 м²/1000 чел..

В летнем периоде большинство районов России вплоть до 65º с.ш. характеризуются высокими значениями среднедневной радиации. В зимнее время количество поступающей солнечной энергии снижается в зависимости от широтного расположения установки в разы.

Для всесезонного применения установки должны иметь большую поверхность, два контура с антифризом, дополнительные теплообменники.

В таком случае применяется вакуумированные коллекторы или плоские коллекторы с высокоселективным покрытием, поскольку больше разность температур между нагреваемым теплоносителем и наружным воздухом. Однако такая конструкция выше по стоимости.

Я создал Солнечный водонагреватель на крыше душевой пристройки к дачному дому ещё в 1999-м году — это сварной металлический бак объёмом примерно 200-ти литров, покрашенный в чёрный цвет. В жаркие летние дни вода в баке к вечеру становится весьма тёплой и хорошо смывает пот и грязь со всего тела даже без мыла.

Вот такой Солнечный коллектор есть в продаже ( invertory.ru/product/ploskij-solnechnyj-kollektor-jasolar ) :

Плоский Солнечный коллектор ЯSolar

• Медный абсорбер с покрытием TiNOX

• Площадь поглощения — 2 м²

• Мощность коллектора — 1,5 кВт при температуре 20°С и интенсивности излучения 900 Вт/м²

• Габаритные размеры корпуса СК (без патрубков) — 2065×1073×105 мм

• Присоединительные размеры – 4 патрубка D 22 мм.

• Масса незаправленного СК – не более 37 кг.

• Рабочее давление теплоносителя – 0,7 МПа (7 кгс/см2)

• Объём каналов — 1,4 л

• Материал корпуса — Алюминиевый профиль, порошковая эмаль

• Прозрачная изоляция - Специальное атибликовое стекло 3,2 мм, прозрач. более 92%

• Теплоизоляция — Двойной инновационный мат 60 мм

• Производитель - ООО «НОВЫЙ ПОЛЮС» (Россия), полный цикл производства осуществляется в г.Москва

• Гарантия производителя — 5 лет

21500 руб. — стоимость указана на 12.02.2017

Описание товара

Солнечные коллекторы ЯSolar разработаны по европейским стандартам EN 12975-1 и -2 и производятся компанией ООО »НОВЫЙ ПОЛЮС» в России по полному циклу (включая изготовление абсорбера).

В конструкции солнечного коллектора ЯSolar используются самое современное поглощающее энергию покрытие TiNOX, полностью медный абсорбер, сверхпрозрачное антибликовое стекло, максимально эффективные утеплитель (60 мм.) и средства герметизации.

Специально для коллектора ЯSolar был разработаны и запатентованы технология пайки медных абсорберов с профилированным листом TiNOX для улучшенной теплопередачи, специальный корпус и прижим стекла.

После улучшений оптический КПД ЯSolar составил 83%, что значительно больше всех российских и многих импортных аналогов (включая вакуумные). При низких температурах теплопотери предлагаемого солнечного коллектора почти такие же, как у трубчатых водонагревателей, при этом при положительных температурах КПД солнечного коллектора ЯSolar выше.

Отношение эффективной поглощающей поверхности (абсорбера) к габаритам у него больше, а снег не мешает нормальной работе. Также нет проблемы заиневания, как у трубчатых солнечных коллекторов, и отсутствует увеличение теплопотерь со временем.

Гарантия качества. Все элементы коллектора ЯSolar изготовлены из надежных материалов (медь и алюминий) в соответствии с наивысшими нормативами качества, благодаря чему на солнечные коллекторы ЯSolar распространяется 5-ти летняя гарантия, срок службы составляет более 25 лет.

Высокая эффективность. Солнечный коллектор ЯSolar, имеющий высокоселективное покрытие TiNOX, обеспечивает превосходную производительность.

Специальное оптическое стекло и инновационное паяное соединение формованного абсорбера и медных трубок по половине их поверхности (включая коллекторные трубы Ø22 мм.) позволяют использовать солнечную энергию даже в пасмурную погоду. В отличие от ультразвуковой сварки покрытие не повреждается.

Минимальные потери тепла. Целостная герметичная жесткая конструкция солнечного коллектора ЯSolar и новейшая термическая двойная теплоизоляция с низким влагопоглощением толщиной 60 мм. уменьшают коэффициент теплопотерь до минимума и позволяют более эффективно использовать солнечную энергию в суровом климате при отрицательных температурах.

Мощность солнечного коллектора ЯSolar 1,5 кВт при температуре 20°С и интенсивности излучения 900 Вт/м².

Технические характеристики

Технические характеристики Значение
Габаритные размеры, мм. 2065х1073х105
Расстояние между патрубками, мм. 1880
Апертура, мм² 2
Вес (сухой), не более, кг 34
Объём каналов панели, л 1,4
Рабочее давление, МПа 0,7
Селективное покрытие
коэффициент поглощения
степень черноты
α=0,92…0,95
ε=0,05…0,10
Присоединительные размеры 4 патрубка D 22 мм.
Резиновые изделия Двойной уплотнитель стекла из EPDM резины,
Уплотнитель патрубков — втулка из силикона
Материал поглощающей панели Медный лист TiNOX, медные трубки
Прозрачная изоляция Специальное стекло 3,2 мм., прозрач. более 92%
Теплоизоляция Двойной инновационный мат 60 мм.
Корпус коллектора Профиль алюминиевый, эмаль порошковая

Особенности:

Любые солнечные коллекторы, установленные под углом до 50-70°, часто засыпаются снегом, после чего они не работают. Только у плоских Солнечных коллекторов возможно реализовать режим принудительной оттайки путём пропускания горячего теплоносителя через солнечный коллектор. Выпавший снег из-за минимальных теплопотерь через стекло соскальзывает.

Также только плоские Солнечные коллекторы могут монтироваться вертикально для максимального получения тепловой энергии в зимний период.

Термосифонные системы (без электричества) с естественной циркуляцией антифриза круглогодичного использования возможны только с плоскими солнечными коллекторами с абсорбером в виде арфы.

Корпус

Для этого коллектора специально разработаны два типа алюминиевых профилей (стенка и прижим стекла), которые покрываются стойкой и долговечной порошковой эмалью. Цвет эмали может быть различным, в зависимости от партии и желания заказчика. Вдоль всей нижней части стенки корпуса имеется паз крепления для установки болтов М10.

Стекло устанавливается в корпус сверху на полки профиля и уплотняется прижимами без применения винтов. Замена повреждённого остекления при эксплуатации производится без демонтажа коллектора. Корпус Солнечного коллектора ЯSolar разработан с условием возможности установки в качестве прозрачной изоляции монолитного поликарбоната или оргстекла.

Руководство по эксплуатации этого Солнечного коллектора можно скачать, перейдя на страницу, адрес которой упомянут перед цитатой.

Достоин внимания и такой Солнечный коллектор ( invertory.ru/product/portativnyj-solnechnyj-kollektor-exmo ) :

Портативный солнечный коллектор EXMO

Арт.: 2901500

Солнечная система отопления EXMO для небольших помещений

Мощность — до 1500 Вт
Вентилятор — 12 В, 12 Вт
Производительность — 200 м3/час
Солнечная батарея — 20 Вт при излучении 1000 Вт/м²
Площадь поверхности — 2,34 м²
Уровень шума — 54 ДБ (А) при максимальной производительности
Высота — 2000 мм. (с крепежными ремнями 2300 мм.)
Ширина — 1500 мм. (с крепежными ремнями 1800 мм.)

11900 руб. — стоимость указана на 12.02.2017

Краткое описание

Система Exmo предназначена для отопления небольших помещений — таких, как летний домик, зимовье, дача, гараж и других помещений, где есть потребность в отоплении и вентиляции. Система Exmo легко устанавливается на стене.

Главным преимуществом системы является её портативность и энергонезависимость.

Система Exmo состоит из надувного каркаса с двумя съёмными экранами. Каркас образует два отдельных объема, передний выступает в качестве изоляции, а задний используется для нагрева воздуха в помещении.

Передний экран прозрачный, что позволяет лучам Солнца светить на чёрный поглотитель, где солнечная энергия преобразуется в тепло.

Тепло передаётся воздуху. Система связана с воздухом через отверстия во внешней стене помещения. Вентилятор, питающийся от солнечной батареи, обеспечивает циркуляцию холодного воздуха помещения через систему, в которой он нагревается. Происходит рециркуляция и нагрев воздуха внутри помещения.

При наступлении ночи вентилятор автоматически останавливается. С первыми лучами Солнца процесс нагрева и циркуляции воздуха возобновляется.

Конструктивные особенности

Простота монтажа, компактные размеры при транспортировке, уникальная автономность не имеют аналогов на рынке.

Особенности: воздушный солнечный коллектор состоит из полой конструкции, которая при монтаже надувается ручным насосом (входит в комплект). Это позволяет получить минимальные размеры при транспортировке коллектора: 500 мм х 400 мм х 300 мм (размер небольшой коробки), и позволяет получить внушительные габариты 2000 мм * 1500 мм в рабочем состоянии, что позволяет получить с одного коллектора — 1500 ватт мощности.

Встроенная солнечная панель 20 ватт при восходе Солнца автоматически включает встроенный вентилятор и автоматически выключает вентилятор при заходе Солнца.

То есть воздух подаётся в помещении только когда Солнце нагревает воздух внутри вентилятора.
Монтаж коллектора — предельно прост, в стене (крыше) помещения высверливаются 2 отверстия для подачи и притока воздуха. Дополнительного оборудования не требуется!

Коллектор полностью укомплектован и не требует покупки дополнительных аксессуаров.

Этот Солнечный коллектор имеет площадь три кв. м. (часть занята Солнечной батареей, питающей вентилятор), то есть в полтора раза больше, чем ранее упомянутая модель, а мощность имеет ту же самую — до 1500-т Ватт.

Но оба описания изрядно лукавы: они ничего не сообщают о показателях мощности этих Солнечных коллекторов при понижении температуры и при более низких значениях интенсивности Солнечного излучения.

Совершенно очевидно, что вклад этих Солнечных коллекторов в снабжение Дома теплом при низких температурах, когда тепло особенно нужно, будет пренебрежимо мал. Но весной и осенью в редкие солнечные дни они могут вносить некоторую лепту в снабжение Дома теплом — всё зависит от количества Солнечных коллекторов, что сильно удорожает систему теплоснабжения.

Считаю, что для того, чтобы Солнечные коллекторы вносили существенный вклад в снабжение Дома теплом, их нужно располагать не на стене или на крыше, а на специально выделенном участке, расположенном к Востоку или к Западу от Дома и имеющем площадь несколько сотен кв. м.

На этом участке должны быть расположены параболо-цилиндрические отражатели, концентрирующие излучение Солнца на трубах, находящихся в фокусе парабол. В трубах должен циркулировать теплоноситель, который переносит тепло в Дом.

Более подробное описание уже реализованной системы (пока не мной) опубликую вскоре — когда найду ссылку на её описание.

Чтобы не разориться на покупке специального антифриза, считаю возможным использовать в качестве теплоносителя особо крепкую Водку, полученную с помощью Спиртогонки.

Летом значительную часть системы теплоснабжения придётся или отключать с помощью затеняющих экранов, или переключать на нагрев плавательного бассейна, теплиц или Прудов, чтобы не допускать перегрева теплоносителя.

Зимой необходимо особо заботиться о теплоизоляции труб с теплоносителем, поэтому необходимо сразу сооружать утеплённую теплотрассу и желательно прятать её под землю.

Теплотрасса мне видится как труба в трубе с центрирующими деревянными шайбами из толстых плашек на стыке труб большого диаметра. Понадобится две пары труб, чтобы минимизировать теплообмен между исходящим и входящим потоками теплоносителя.

Участок не будет полностью потерян для сельскохозяйственной деятельности: на нём можно и нужно кое-что выращивать, но рациональнее всего, по моему мнению, выращивать на этом участке газонную траву и теневыносливые сидераты, предназначенные для мульчирования Сада и Огорода.

Приглашаю всех высказываться в Комментариях. Критику и обмен опытом одобряю и приветствую. В хороших комментариях сохраняю ссылку на сайт автора!

И не забывайте, пожалуйста, нажимать на кнопки социальных сетей, которые расположены под текстом каждой страницы сайта.
Солнечный коллекторПродолжение тут…

Deviz_11

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Проверка комментариев включена. Прежде чем Ваши комментарии будут опубликованы пройдет какое-то время.