Принцип роботи сонячного колектора - Пристрій та схеми вакуумного, плоского та повітряного.
На даний час виробники пропонують геліосистеми, що дозволяють отримувати гарячу воду та опалювати будинок без звичних енергетичних витрат – виключно за рахунок сонячного випромінювання.
Єдиний недолік таких систем – залежність від рівня інсоляції, і в низці регіонів вони можуть працювати з повною ефективністю лише в теплу пору року, коли сонячного випромінювання достатньо.
Але навіть це є суттєвою підмогою для власника заміського будинку. Крім того, на ринку вже є всесезонні геліосистеми, які здатні як мінімум наполовину закрити проблему з опаленням в холодну пору року – і це за умови досить суворої зими та не надто високого рівня інсоляції. Нижче ми розглянемо класифікацію геліосистем та принцип роботи сонячного колектора.
Принцип роботи геліосистеми із сонячним колектором, призначеної для гарячого водопостачання та опалення: 1 – сонячний колектор; 2 – гідроакумулятор; 3 – бойлер; 4 - гаряча вода
Класифікація та види геліосистем для опалення
Сучасні геліосистеми діляться на одно-і двоконтурні.
- В одноконтурній ролі теплоносія грає вода. Така система використовується тільки в теплу пору року, при настанні холодів воду з неї потрібно зливати.
- У двоконтурній ролі теплоносія виконує антифриз, який здатний витримувати дуже низькі температури. Така система може експлуатуватися цілий рік.
Розрізняють також термосифонні та циркулярні геліосистеми.
У термосифонній використовується природний перебіг рідини: тепла рідина піднімається, а холодна -опускається. При цьому накопичувальний бак повинен розташовуватись над колектором, що не завжди можливо.
Наприклад, якщо йдеться про оснащення геліосистемою існуючого будинку, доводиться враховувати потужність перекриттів: не всі здатні витримати додаткову вагу накопичувального бака.
Знову ж таки якщо колектор розміщується на схилах даху, то накопичувальний бак, встановлений над колектором, може бути надто оригінальним архітектурним «вишукуванням».
Циркулярна система діє завдяки насосу, що дуже зручно: накопичувальний бак може розташовуватися будь-яким чином.
Принцип роботи та особливості сонячного колектора
Основою геліосистеми є геліоустановка. Принцип роботи сонячного колектора відомий давно.
Чи не на кожній дачі у спекотні літні дні для підігріву води використовували металевий або пластиковий бак, пофарбований чорною фарбою та встановлений на даху душової кабіни.
Вода в ньому прогрівається під впливом сонячних променів і вже гаряча надходить у систему водопостачання. Подібні сонячні колектори дотепер застосовують у багатьох арабських країнах: рівень інсоляції в тому регіоні дозволяє підігрівати таким чином воду практично цілий рік.
І в селищах часто можна побачити великі чорні баки, встановлені на дахах будинків.
Сучасному сонячному колектору не потрібний такий високий рівень інсоляції. Більше того, він може працювати навіть у похмурий день, хоча, звичайно, не настільки ефективно, як за ясного неба.
А геліоустановки з незамерзаючою рідиною (наприклад, такі, як на рис. 1.2, - з етанолом) здатні працювати і взимку. Єдине, що потрібно, – зчищати з них сніг.
Мал. 1.2. Пристрій сонячного колектора знезамерзаючою рідиною: 1 - пари етанолу; 2-вакуум (0,1 мбар); 3 – теплообмінник; 4 - рідкий етанол
Конструкція потребує очищення не тільки холодної пори року. Будь-яке забруднення знижує ефективність колектора, тому періодично його потрібно промивати, видаляючи пил та бруд, які заважають проникненню сонячних променів.
Відео: робота сонячного колектора взимку
Вартість геліоустановки, яку можна експлуатувати цілий рік, досить висока. Але навіть за недостатньої інсоляції (при великій кількості похмурих днів та снігової зими) він окупається протягом п'яти років. А якщо рівень інсоляції трохи вищий, ніж у середньоукраїнській смузі, то період окупності скорочується до двох-трьох років.
Гарантійний термін служби такого колектора - до 30 років, що робить подібну систему вельми привабливою.
Влаштування всесезонного сонячного колектора
Всесезонна геліоустановка влаштована за принципом судини Дьюара або звичайного побутового термоса: усередині однієї труби знаходиться інша, а теплоізоляцією між ними є вакуум.
З таких труб, розташованих паралельно, складається пристрій. Внутрішня труба має спеціальне покриття (геліотан), що утримує сонячну енергію.
Подібний вакуумний колектор з тепловою трубою коштує дорожче за інші моделі, зате суворою зимою колектору все байдуже: він зберігає працездатність при температурах до -45 °С.
Все, що йому потрібно, - трохи сонячного світла, навіть розсіяного. За рахунок високоселективного покриття внутрішньої труби вода в системі може прогріватися до +48 ° С під час морозу на вулиці.
Плоскі сонячні колектори
Нерідко застосовуються і плоскі сонячні колектори, якізалучають споживачів помірною ціною та високим ККД (98%). Вони поглиначем тепла служать металеві пластини (зазвичай із міді, оскільки вона добре проводить тепло і стійка до корозії).
Поверхня пластин має спеціальне покриття, як і внутрішні труби термосовидних колекторів. Пластини розташовані в ситалових панелях, а дно та бічні стінки колектора захищені від тепловтрат за допомогою різних теплоізоляційних матеріалів.
Плоскі колектори використовуються в прямоточних геліосистемах, тобто в таких де тепло передається від сонця до теплоносія безпосередньо.
Як робоча рідина (теплоносія) в колекторах використовується антифриз або вода.
Теплоносій, що циркулює в колекторі, прогрівається під впливом сонячних променів та передає тепло воді (або іншій робочій рідині) у теплообміннику.
У вакуумному колекторі з тепловою трубою теплоносія служить рідина з низькою температурою кипіння. Закипаючи під впливом сонячних променів, ця рідина випаровується, пара піднімається вгору, нагріває воду (або іншу робочу рідину) в теплообміннику і, охолоджуючись, перетворюється на конденсат, що стікає назад у трубу
Повітряний сонячний колектор
Cхема пристрою повітряного колектора: 1 – перфоровані пластини; 2 - навколишнє повітря; 3 – повітряний простір; 4 – вентилятор; 5 – підігріте повітря.
Для підтримки в будинку комфортної температури у прохолодну пору року (навесні та восени) підходить повітряний сонячний колектор. Це дуже простий пристрій, призначений для сезонної роботи. Воно може бути чудовою підмогою при організації опалювальної системи, яка не залежить від зовнішніх ресурсів.
Повітря в системі циркулює за рахунок вентилятора, якийможе бути підключений до сонячної батареї електроживлення. Сам колектор є ящиком, в якому міститься нагрівальний елемент - перфоровані пластини, пофарбовані в чорний колір для кращого поглинання сонячного випромінювання.
Зверху ящик закривається прозорою панеллю зі скла або оргскла, знизу знаходиться шар теплоізоляційного матеріалу, що запобігає тепловтраті.
Подібну систему можна придбати відносно недорого, а можна без особливих труднощів виготовити самостійно.
Робота повітряного сонячного колектора характеризується низьким ККД. Однак як додаткова (допоміжна) система опалення для міжсезоння він відмінно підходить.