Как работает солнечный коллектор.

        Солнечный коллектор конструкция.

        Отметим часто употребляемые названия солнечного коллектора - солнечная водонагревающая установка, солнечный водонагреватель, солнечная батарея, солнечный бойлер, солнечная система горячего водоснабжения, солнечная гвс, система солнечного отопления, гелиосистема.

         Как работает солнечный коллектор рассмотрим на примере, как работает Вакуумный Трубчатый Солнечный Коллектор с тепловыми трубками - стержнями (технология Heat Pipe).

        Этот тип солнечного коллектора выбран нами не случайно, так как это самый популярный солнечный коллектор. Напомним, что плоские солнечные коллекторы были разработаны и эффективно работают в странах с теплым климатом - это страны юга Западной Европы, Азии и т.д.

        Вакуумные трубчатые коллекторы были разработаны для эксплуатации в регионах с умеренным и суровым климатом, то есть наилучшим образом подходят для России. Многие производители разрабатывают и производят солнечные коллекторы на вакуумных трубках специально для России.

        Солнечный вакуумный коллектор  собирает солнечную энергию -  солнечное излучение видимого и не видимого человеческому глазу спектра и преобразует  её в  тепловую энергию. В этой связи отметим, что эффективность работы солнечного коллектора зависит от интенсивности солнечного излучения, а не от температуры окружающей среды, которая оказывает заметное влияние только при больших отрицательных значениях. Так, вакуумный солнечный коллектор с тепловыми трубками эффективен при температурах до -35С и способен преобразовать в тепло до 98% солнечного излучения, достигающего его поверхности. Температура теплоносителя вакуумного коллектора, в режиме ограничения отбора тепла, может составлять 250—300 °C .

 Принцип работы солнечного коллектора рассмотрим, начиная с работы вакуумной трубки.

Вакуумная трубка.

Функция: Преобразование солнечного излучения в тепло.

       Вакуумная трубка солнечного коллектора из боросиликатного стекла с пониженным содержанием металлов. Она ударопрочная и выдерживает град размером до 35мм.

        Стенки трубки двойные, фактически одна трубка находится внутри другой, а между ними вакуум. Вакуум между стенками трубки создается при ее производстве. За счет вакуума между трубками потери тепла минимальны, так как вакуум - самый эффективный теплоизолятор. Это делает вакуумный трубчатый коллектор на 45% эффективнее плоского коллектора. Поверхность внутренней трубки имеет специальное покрытие, очень чувствительное ко всему спектру солнечного излучения. Современные трубки имеют тройное напыление, при этом каждый слой выполняет свою функцию, как показано на рисунке.

          Говоря простым языком, слои отвечают за поглощение энергии, преобразование ее в тепло, минимизацию отражения. Кроме того, стеклянная трубка,  со специальным  покрытием, по сути, являются подобием увеличительного стекла, которое усиливает - концентрирует попадающее на него излучение внутрь трубки.

        Излучение, из видимых и не видимых человеческому глазу лучей,  концентрируется на полом медном сердечнике, находящемся внутри этих трубок и заполненном легкокипящей жидкостью. Концентрированное, как линзой, солнечное излучение, воздействуя на медный сердечник, разогревает его, жидкость внутри сердечника  закипает, тем самым еще выше поднимая температуру сердечника, разогретого концентрированными лучами.  При закипании специальная жидкость  превращается в пар, температура которого выше, чем была температура перегретой жидкости. Пар отдает тепло и конденсируется, превращаясь в жидкость, в верхней части медной трубки. Если внимательно посмотреть на фотографию, то можно заметить, что выступающая из трубки часть медного сердечника толще, чем сердечник внутри трубки. Эта расширенная часть - конденсатор, в котором пар легкокипящей жидкости снова превращается в жидкость. Эта жидкость - конденсат стекает в медный сердечник и процесс повторяется.  Так солнечная энергия преобразуется в тепловую энергию.

        В трубках современных солнечных коллекторов имеется алюминиевый тепловой экран, который держит тепловой стержень - медную трубку и выступает в роли передатчика тепла от внутренних стенок трубки к медному тепловому стержню.

Теплосборник солнечного коллектора.

Функция: Передача тепла от вакуумной трубки солнечного коллектора - теплоносителю.

         При помощи  теплосборника, находящегося в верхней части коллектора,  медный сердечник отдает тепло теплоносителю, который циркулирует  по контуру - вакуумный коллектор  - теплообменник бака.  За продвижение теплоносителя отвечает циркуляционный насос. Причем, если контроллер, получающий информацию от датчиков температуры, "увидит", что температура теплоносителя такова, что он не обеспечит нагрев воды в баке, то он даст команду и остановит работу циркуляционного насоса - предотвратит потерю тепла - не даст нагретой воде подогревать теплоноситель. Это происходит в основном ночью, при низких температурах окружающей среды. При недостаточной температуре теплоносителя, для подогрева воды. контроллер может включить ТЭН или включить циркуляцию теплоносителя по второму теплообменнику от альтернативной системы подогрева воды, например от твердотопливного или газового котла. Утром теплоноситель контура солнечного коллектора вновь прогреется, от преобразованного коллектрором в тепло утреннего света, и циркуляционный насос снова включится для продвижения теплоносителя от коллектора к теплообменнику в баке.

Внутри теплосборника солнечного коллектора. 

        На фотографии видно, что теплосборник изготовлен из меди. Слева видно муфту из латуни с резьбовым соединением для подвода теплоносителя, который циркулирует между теплосборником солнечного коллектора, и теплообменником внутри бойлерного бака.

Конструкция бака.

        Внутри гидроаккумулятора - водяного бака, по спирали, расположен теплообменник, выполненный из меди. Теплоноситель отдает тепло воде через теплообменник внутри бака и, циркулируя, принимает новое тепло от телосборника солнечного коллектора. Системы гвс на солнечных коллекторах часто называют солнечными бойлерами. Фактически мы видим на фото бойлерный бак, внутри которого теплообменник.Мы видим внутренний бак, который всегда изготавливается из нержавеющей стали. Наружный бак - наружные стенки бойлера, могут быть как из обычной - окрашенной стали, так и из нержавеющей. Между наружными и внутренними стенками - между наружным и внутренним баком, находится термоизолятор (утеплитель) из пенополиуретана. Этот термоизолятор минимизирует потери тепла,  которые не превышают до 2 - 4С в сутки.

Рекомендуем прочитать статью "Мощность солнечного коллектора", в которой приводится пример расчета - простой метод определения количества тепловой энергии, которую можно получить с одного квадратного метра (определенного количества трубок) солнечного коллектора в определенном регионе и соответственно определить размер экономии традиционных энергоносителей. 

          Чтобы узнать, как работает самая простая система на солнечном коллекторе без давления, рекомендуем прочитать статью Солнечный коллектор для дачи. Накопительный водонагреватель.

        Система под давлением воды, но без циркуляции теплоносителя, описана в статье Солнечный коллектор для дома. Проточный водонагреватель. 

        В статьях описан принцип действия этих водонагревателей, помещены фотографии и схемы, а также даны ссылки на руководства по установке и эксплуатации и на магазин, в котором можно купить солнечный коллектор или готовую систему горячего водоснабжения на солнечном коллекторе, для дома, дачи, подогрева воды в бассейне.

ЗАДАТЬ ВОПРОС       КУПИТЬ