Солнечный коллектор  — это устройство, основное назначение которого, заключается в поглощении инфракрасного излучения, как дальнего, так и ближнего диапазона, для дальнейшего преобразования солнечной энергии в тепловую энергию. Полученная энергия предназначена для нагрева воды в бытовых целях и для «усиления» работы отопительной системы.

Устройство и принцип работы гелиоколлектора.

Самыми современными бытовыми устройствами  для использования солнечной энергии являются вакуумные солнечные коллекторы, принцип действия которых основан на применении тепловых трубок.

конденсатор тепловой трубки

Рис.1 Конденсатор тепловой трубки

Тепловая трубка (heat pipe) –медная трубка внутри которой находится легкокипящая жидкость (как правило дистиллированная вода при пониженном давлении). Эта тепловая трубка помещается в двустенную стеклянную колбу. Из пространства между стенками колбы выкачивают воздух добиваясь тем самым уменьшения теплопотерь от тепловой трубки в атмосферу. Внутренняя стенка стеклянной колбы покрыта абсорбирующим слоем поглощающим солнечное излучение. Наружная стенка колбы выполнена из высокопрочного стекла с малым содержанием железа и высоким коэффициентом светопропускания.

Второй конец тепловой трубки (т.н. конденсатор) Рис.1 помещают в теплообменник который передает энергию теплоносителю. Теплообменник хорошо теплоизолирован и защищен от атмосферного воздействия.

гелиоколлектор

Рис.2 Теплообменник гелиоколлектора

Вся конструкция закрепляется на алюминиевой раме которая позволяет менять угол наклона активной поверхности коллектора независимо от угла наклона плоскости на которой он смонтирован.

Гелиоколлектор работает следующим образом: солнечная энергия поглощённая абсорбирующим покрытием передается тепловой трубке в результате чего жидкость в ней вскипает.  Пар поднимается в конденсатор тепловой трубки конденсируется, отдавая тепло проходящему в теплообменнике теплоносителю, при этом переходит в жидкое состояние и стекает вниз трубки после чего весь процесс повторяется.  Таким образом процесс теплопередачи происходит только в одном направлении

 

Описание плоского солнечного коллектора.

Конструкция плоского гелиоколлектора состоит из следующих основных элементов:

Рис.3

Рис.3

1-2 высокоселективное покрытие

3 теплоизоляция

4. защитное стекло (или поликарбонат)

5. алюминиевая рама

6. трубки с теплоносителем

7. патрубки подключения трубопроводов

8. задняя стенка корпуса

 

 

Принцип его работы основан на поглощении солнечного излучения специальным селективным покрытием(2) и передача тепловой энергии теплоносителю циркулирующему по трубкам (6)

Плоские коллекторы пользуются большой популярностью у потребителей благодаря своей невысокой цене.  На данный момент это самый распространенный тип гелиоколлекторов в мире. Современные модели почти достигли пределов своих максимальных теплотехнических возможностей.

 

 

Сравнение плоских и вакуумный солнечных коллекторов
Плоский солнечный коллекторВакуумный солнечный коллектор
Значительные тепловые потери через фронтальную стеклянную поверхность (особенно в ветряные дни)Каждая трубка «изолирована слоем вакуума» что позволяет значительно снизить тепловые потери (см график ниже)
Повышенное гидравлическое сопротивление из за протяженных трубопроводов размещенных за поглощающей панельюСопротивление ниже т.к. теплообменник имеет достаточно большой внутренний диаметр и не значительную протяженность
При повреждении стекла резко падает эффективность, необходим демонтаж и ремонт в мастерской.При повреждении трубок вакуумного коллектора эффективность падает пропорционально количеству вышедших из строя трубок. Замена производится на месте без остановки гелиоконура.
Более трудоемкий монтаж из за значительного веса панелиВесь гелиоколлектор может быть поднят по частям и собран на месте (например на крыше) что значительно упрощает монтаж
При переизбытке солнечной энергии автоматика может утилизировать излишки обратно в коллектор, а от него в атмосферу. Реализация алгоритма «отпуск» когда потребление воды равно нулю.Реализация этого режима значительно затруднена вследствие низких теплопотерь вакуумных трубок.
Удельная стоимость 1м2 плоского коллектора ниже вакуумного (если сравнивать производителей одного ценового диапазона)

 

график сравнения коллекторов