Разновидность и применение солнечных коллекторов

По виду конструкции солнечные коллекторы можно разделить на плоские и коллекторы-концентраторы (трубчатые, вакуумные). Коллекторы-концентраторы применяют в устройствах, где требуется высокая температура рабочего теплоносителя. В этих коллекторах используют оптические схемы, концентрирующие на абсорбирующем элементе солнечное излучение, в результате чего увеличивается плотность потока энергии излучения, попадающего на поглощающую поверхность.

Плоские коллекторы

Среди солнечных коллекторов наиболее популярными являются плоские коллекторы. На рис. 13.4 представлена схема жидкостного плоского солнечного коллектора.

Плоский солнечный коллектор состоит из следующих элементов:

- пластины с каналами (2), в которых протекает подогреваемый теплоноситель, на пластине находится слой (3), поглощающий энергию солнечного излучения;

- прозрачного для солнечного излучения покрытия коллектора (1), которое пропускает энергию к абсорберу, минимизирует теплопотери коллектора (4) и защает его от непосредственного влияния окружающей среды;

- теплоизоляции (5), уменьшающей теплопотери через нижнюю и боковые стенки коллектора;

- рамы (6), к которой прикреплены отдельные элементы коллектора, обеспечивающей необходимую для конструкции жесткость и надежность.

На рис. 13.4 представлены также примеры форм абсорберов солнечных коллекторов в разрезе. Для абсорбера в виде металлической панели, окрашенной в черный цвет, избирательность (отношение коэффициентов абсорбции и эмиссии для поверхности пластины) приближается к единице, а температура абсорбера в летний день при интенсивности прямого солнечного излучения 1Ь = 800 Вт/м2 составляет 343 К (70 °С). Для получения более высокой температуры абсорбера применяют, например, избирательное покрытие, а также концентрируют излучение зеркальными устройствами.

Вакуумные коллекторы трубчатые

Вакуумный трубчатый коллектор выполнен из двух соединенных между собой трубок, между которыми находится вакуум, являющийся изоляционным слоем. Во внешней стеклянной трубке находится селективное поглощающее покрытие, через которое воспринятая теплота передается к встроенным внутри трубкам. Эти коллекторы могут быть оборудованы параболическими зеркалами из нержавеющей стали, расположенными под ними. На рис. 13.5 представлена схема вакуумного коллектора. Такой коллектор характеризуется намного большей эффективностью, чем плоский. Благодаря его конструкции теплопотери трубчатых коллекторов очень малы, а теплота может быть получена даже при облачной погоде (рассеянное солнечное излучение) и чрезвычайно низких температурах (низкая температура окружающей среды и высокая температура теплоносителя).

Общие принципы монтажа солнечных коллекторов

Эффективность солнечного коллектора зависит от двух элементов: его ориентации по отношению к сторонам света и угла наклона к горизонтальной поверхности. Коллекторы должны быть направлены на юг, однако допускается отклонение даже на 45° от этого направления. Двадцатиградусное отклонение в течение летних месяцев практически не имеет никакого влияния на их эффективность. Угол падения солнечных лучей на поверхность Земли зависит от времени года и времени суток. Лучше всего - под прямым углом. В этой связи для польских условий угол отклонения панели от горизонтальной поверхности должен составлять 30° для систем, работающих летом, а для систем, работающих зимой - 60°. Для систем, работающих круглый год, - 40°. Коллекторы, по крайней мере с 800 до 1600, не должны заслоняться соседними зданиями, деревьями и другими объектами. Для теплового расчета коллектора необходимо учитывать:

- продолжительность инсоляции и ее распределение;

- среднесуточное и месячное суммарное излучение, кВт-ч/м2;

- средняя мощность излучения, Вт.

Коллекторы могут быть установлены в следующих местах:

- на скатах крыши;

- непосредственно над скатом крыши;

- на специальных стеллажах над скатом крыши;

- на стеллаже фасада;

- на отдельно стоящем стеллаже.

Оптимальный угол наклона плоскости коллектора, направленного в южном направлении, в различные периоды года в Польше, представлен в табл. 13.4.

Шафлик В./Современные системы горячего водоснабжения. - К.: ДП ИПЦ «Taici справи», 2010.