Солнечный коллектор принцип работы: Описание принципов работы солнечных коллекторов, вакуумных и плоских коллекторов

Описание принципов работы солнечных коллекторов, вакуумных и плоских коллекторов

Для превращения солнечной энергии в тепловую используют гелиосистемы.

Солнечный водонагреватель (солнечный коллектор) — это устройство, предназначенное для поглощения солнечной энергии, которая переносится видимым и ближним инфракрасным излучением для последующего её преобразования в тепловую энергию, пригодную для использования.

В гелиосистемах наиболее распространены два типа коллекторов: вакуумные и плоские.

Основной частью вакуумного коллектора является тепловая трубка. Такие коллекторы представляют собой ряд стеклянных трубок специальной конструкции. Трубка гелиоколлектора – это на самом деле две трубки (одна вложенная в другую), между которыми находится вакуум для наилучшей термоизоляции теплоносителя от внешней среды.

Способ передачи тепла от неё теплопроводу вакуумного солнечного коллектора: медная труба внутри пустая и содержит неорганическую и нетоксичную жидкость. При нагревании эта жидкость испаряется, а поскольку в трубке создан вакуум, то это происходит даже при температуре минус 30°С. Пар поднимается к наконечнику тепловой трубки, где отдаёт тепло теплоносителю (антифризу), который течёт по теплопроводу гелиоколлектора. Потом он конденсируется и стекает вниз, и процесс повторяется снова. Солнечный водонагреватель с вакуумными трубами показывает отличные результаты даже в пасмурные дни, потому что вакуумные трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через тучи. Благодаря изоляционным свойствам вакуума, влияние ветра и низких температур на работу гелиосистемы также незначительно по сравнению с влиянием на плоский солнечный коллектор. Система с вакуумным солнечным коллектором успешно работает до -35°С.

Трубы установлены в солнечном водонагревателе параллельно, угол их наклона зависит от географической широты места установки системы отопления. Ориентированные с севера на юг, на протяжении дня, трубки вакуумного солнечного коллектора пассивно двигаются за солнцем. Они практически не нуждается в эксплуатационном обслуживании.

Для поддержания вакуума солнечный водонагреватель использует газопоглотитель, который в производственных условиях подвергался влиянию высоких температур, в результате чего нижний конец вакуумной трубы покрыт слоем чистого бария. Он поглощает СО, СО₂, N₂, O₂, H₂O и H₂, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, и является чётким визуальным индикатором состояния вакуума в трубке солнечного коллектора. Когда вакуум исчезает, бариевый слой из серебристого становится белым. Это дает возможность легко определить, целая ли труба вакуумного солнечного водонагревателя.

Вакуумные солнечные коллекторы полностью пригодны для ремонта: в случае необходимости трубку можно заменить без остановки солнечного водонагревателя. За необходимостью вакуумные трубки можно добавлять (при недостатке тепла) или частично снимать (если есть его избыток), уменьшая площадь гелиоколлектора. Обслуживание солнечного водонагревателя сводится практически к нулю. Вакуумные солнечные коллекторы отлично справляются с заданием обеспечения дома горячей водой, отоплением квартиры, подогревом бассейнов, теплиц, работают в системах вентиляции, кондиционирования и отопления зданий. Благодаря всему этому работа гелиосистемы проста, как с точки зрения эксплуатации, так и обслуживания.

Плоские гелиоколлекторы имеют иную конструкцию. Главным элементом в них является абсорбер, поглощающий солнечное излучение, сверху он имеет прозрачное покрытие. Для повышения эффективности коллектора, используют специальное оптическое покрытие из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов. Абсорбер соединён с теплопроводящей системой.

Конструкция плоских солнечных коллекторов является довольно простой. Внешне они представляют собой простую панель, имеющую прямоугольную форму. Эта установка обладает алюминиевым корпусом, несколькими патрубками, использующимися с целью отвода и подвода жидкого теплоносителя. Кроме того, изнутри стенки коллектора покрыты теплоизоляционным слоем. На сегодняшний день производители его толщину делают равной трем-четырем сантиметрам – это предоставляет возможность добиться существенного уменьшения уровня теплопотерь.

Принцип работы плоского солнечного коллектора основывается на парниковом эффекте — солнечные лучи поступают на поверхность этого устройства и проникают сквозь стекло. Теплопоглощающее покрытие, используемое в нижней части коллектора, характеризуется коэффициентом поглощения, составляющим 91%. В конечном итоге чрезмерный нагрев приводит к тому, что покрытие начинает излучать тепловую энергию. Мощность её расположена в инфракрасном диапазоне, другими словами, имеется возможность достичь аккумулирования энергии солнца в коллекторе. Процесс отвода тепла происходит при непосредственном участии теплоносителя.

Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов

Вакуумные трубчатые

Плоские высокоселективные

плюсы

плюсы

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

 

минусы

минусы

Неспособность к самоочистке от снега

Высокие тепло потери

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

Если у Вас появились вопросы по выбору оборудования или необходимо подобрать солнечную или резервную станцию, вы можете обратиться за помощью к нашим специалистам.

Проконсультируйтесь у специалистов

Как работает солнечный коллектор на вакуумных трубках • Ваш Солнечный Дом

Конструкция вакуумного солнечного коллектора

Поделиться ссылкой на статью

Обновлено 31 октября, 2021

Опубликовано автором

Принцип работы

Солнечный вакуумный коллектор (преобразователь тепловой энергии солнца) обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10ֿ, составляет 98 %. Солнечные коллекторы обычно устанавливаются непосредственно на крыше зданий таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для сбора энергии. Коллекторы монтируются практически под любым углом, от 5 до 90 градусов. Минимальный угол наклона необходим для обеспечения циркуляции теплоносителя Срок службы вакуумных коллекторов — не менее 20 лет.

Резервуар-теплообменник представляет собой автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный водонагреватель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной энергии. Нагретая таким образом вода поступает из теплообменника внутреннего блока в радиаторы системы отопления, а вода из резервуара используется для горячего водоснабжения.

Блок управления предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе и резервуаре-теплообменнике, а также для выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток. При этом контроллер регулирует поток теплоносителя через теплообменник, определяет направление подачи тепла (на ГВС или на отопление). В ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения.

Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить:

• Круглогодичное горячее водоснабжение;
• Сезонное отопление с экономией традиционных источников тепловой энергии до 80% (в зависимости от географической широты и климатических условий).

Конструкция элементов

вакуумный коллектор

Конструкция коллекторов с вакуумными трубами состоит из параллельных рядов прозрачных трубчатых профилей. Используются трубы типа ”стекло-стекло”. Внутренняя труба покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует солнечную энергию и препятствует потерям тепла. Такие трубы функционируют и в пасмурную погоду, и при отрицательной температуре, они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло. Инфракрасное излучение, которое проходит сквозь облака, также поглощается и преобразуется в тепло. Трубки обычно выполнены из боросиликатного стекла.

Конструкция вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Для всесезонных систем в коллекторах применяются вакуумные трубы с встроенными термотрубками (тепловыми трубками). Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова.

Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим листом. Передача тепла происходит через медную „гильзу“ приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Резервуар-теплообменник

Конструктивно выполнен в виде бойлера-накопителя. Предназначен для накопления и сохранения тепла, и обычно включает в себя одну или две внутренние теплообменные спирали. Остальное оборудование системы обычно включает насос, манометр, клапан давления, вентили, кран регулировки налива воды, соединители, манометр, вентиль безопасности на 6 атм., набор для безопасного подсоединения к отопительной системе. Как опция бак может оснащаться электронагревателем мощностью от 1 до 3 кВт.

При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом главного котла и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур. Такая последовательность работы системы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что к ней легко могут подсоединяться другие нагревательные системы.

Системный контроллер для солнечных водонагревательных систем

Контроллер предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе, в резервуаре-теплообменнике и выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток.

Контроллер выполняет следующие основные функции:

• Индикацию температуры коллектора;
• Индикацию температуры в резервуаре;
• Индикацию температуры обратного потока теплоносителя;
• Установка температуры включения принудительной циркуляции теплоносителя;
• Установка времени включения и выключения системы отопления;
• Установка температуры и времени дополнительного подогрева;
• Установка температуры «антизамерзания»;
• Индикацию повреждения датчиков.

Типы гелиосистем

Различают два типа гелиосистем: сезонные и круглогодичные (всесезонные)

К сезонным системам относятся вакуумные коллекторы с прямой теплопередачей солнечной энергии воде. В таких системах вакуумные трубки расположены под определенным углом и соединены с накопительным баком. Из него вода протекает прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно.

К преимуществам этой системы относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Минусом можно считать несколько больший объем воды контура теплообменника (60-200 литров). Основным преимуществом остается низкая стоимость и высокий КПД, до 98 %.

К всесезонным системам относятся вакуумные коллекторы с термотрубками. Принцип действия таких коллекторов прост и припоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, в которой, через верхнюю часть коллектора и змеевик протекает, незамерзающая жидкость. Эта жидкость забирает тепло из медных наконечников, а затем горячая жидкость перекачивается через змеевик бака-аккумулятора и нагревает воду в баке. Цикл передачи тепла из коллектора к аккумулятору длится до тех пор, пока длится день (и температура на выходе коллектора выше температуры в баке на уровне теплообменника). Работу насоса контролирует электронный контроллер. Датчики контроллера находятся в коллекторе и в баке-аккумуляторе. Они измеряют температуру в системе. Кроме того, расширительный бак предохраняет систему от слишком высокого давления, возникающего при возрастании температуры и не использовании воды потребителями.

Область применения

• Обеспечение горячим водоснабжением жилых домов, коттеджей, дачных домиков, гостиниц, ресторанов, теплиц, бассейнов и т.д.;
• Отопление помещений в весенне-осенний период и экономия энергоносителей системы отопления в зимний период до 50%.
• Поддерживающее отопление помещений при применении с технологией «теплый пол»

Источник: http://forum.truba.ua/index.php?topic=2983.030 Апрель 2008

Эта статья прочитана 25594 раз(а)!

Продолжить чтение

• Вакуумные солнечные коллекторы

  73

  Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление с вакуумными солнечными коллекторами В вакуумном водонагревателе-коллекторе объем, в котором находится темная поверхность, поглощающая солнечное излучение, отделен от окружающей среды вакуумированным пространством, что позволяет практически полностью устранять потери теплоты в окружающую среду за счет…

• Видео о солнечных коллекторах

  66

  Интересные ссылки по солнечным коллекторам Солнечные коллекторы: правда и мифы. Приведено сравнение плоских и вакуумных коллекторов. Написано все, на удивление, правильно, видно что писал не журналист, а практик. Видео о солнечных коллекторах https://youtu.be/Bm-hgBhgwL0 Процесс кипячения воды в вакуумной трубке Испытания…

• Дом с отоплением от солнечного коллектора

  60

  Эскизный проект загородного сельского дома с отоплением от солнечного коллектора Вырезка из журнала «Наука и Жизнь», кажется №12 за 1985 год. Арх. А.Семенов. СОЛНЕЧНЫЙ ДОМ Возможность использования солнечной энергии для экономии топлива при обогреве характеризуют следующие цифры. Среднее за год…

• Душевая кабина с устройством для подогрева воды

  58

  ГОРЯЧАЯ? В ЛЮБОЕ ВРЕМЯ! Многие жители села и садоводы имеют на своих участках душ. Как правило, это небольшая отдельно стоящая закрытая постройка с баком на крыше. Из него самотеком по трубе к душевой сетке поступает холодная вода. Конечно, в жаркий…

• Солнечное теплоснабжение

  55

  Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в…

• Вакуумные и плоские солнечные коллекторы

  54

  Какой солнечный коллектор лучше — вакуумный или плоский? Тепловые солнечные коллекторы бывают двух основных типов — плоские и вакуумные. В свою очередь, каждый из этих типов солнечных коллекторов может быть выполнен из разных материалов и по разным технологиям. В статье…

Солнечные коллекторы

 

Как солнечный коллектор работает?

Солнечный коллектор представляет собой плоскую коробку, состоящую из из трех основных частей, прозрачной крышки, трубок, по которым проходит охлаждающая жидкость, и утепленная задняя панель. Солнечный коллектор работает на парниковом эффекте принцип; солнечное излучение, падающее на прозрачную поверхность солнечного через эту поверхность передается коллектор. Внутренняя часть солнечной коллектор обычно вакуумируется, энергия, содержащаяся в солнечном коллекторе в основном задерживается и, таким образом, нагревает охлаждающую жидкость, содержащуюся внутри трубок. трубки обычно изготавливаются из меди, а задняя пластина окрашена в черный цвет, чтобы облегчить поглощать солнечное излучение. Солнечный коллектор обычно изолируют, чтобы избежать перегрева.

потери.

 

 

 

 

Основные компоненты активной солнечной системы нагрева воды

 

• Солнечная коллектор для улавливания солнечной энергии и передачи ее охлаждающей жидкости средний
• А система циркуляции, которая перемещает жидкость между солнечным коллектором и накопительный бак
• Хранение бак
• Назад система обогрева
• Управление система для регулирования работы системы

 

Существует два основных типа систем солнечного нагрева воды: система с замкнутым контуром и система с открытым контуром. В системе с открытым контуром в качестве теплоноситель, вода циркулирует между солнечным коллектором и накопителем бак.

 

Существует два основных типа систем с открытым контуром: система слива и система рециркуляции, основной принцип, лежащий в основе обоих систем – это активация циркуляции от коллектора к накопительному баку когда температура внутри солнечного коллектора достигает определенного значения.

 

В дренажной системе используется клапан, коллектор для заполнения водой, когда коллектор достигает определенной температуры.

 

В оборотной системе вода прокачивается через коллектор, когда температура в накопительном баке достигает определенного критического ценность.

 

В приложениях, где возможно повышение температуры ниже нуля градусов, то необходимо использовать систему с замкнутым контуром. Основное отличие системы открытого цикла заключается в том, что вода заменяется охлаждающая жидкость, которая не замерзнет в диапазоне температур солнечного коллектора. может подлежать. Охлаждающая жидкость обычно представляет собой хладагент, масло или дистиллированную жидкость. вода. Замкнутые системы, как правило, дороже, чем открытые. частей и необходимо соблюдать большую осторожность, чтобы не допустить загрязнения воды. с хладагентом. Энергия, захваченная теплоносителем, затем передается горячая вода через теплообменник. В в системе слива охлаждающей жидкостью может быть дистиллированная вода.

Система работает на Принцип, при котором в коллекторе находится только вода, когда работает насос. операционная. Преимущество этого заключается в том, что охлаждающая жидкость, используемая в системе, не иметь возможность остыть ночью, когда температура может упасть до уровень, который может привести к увеличению плотности хладагента и, таким образом, вызвать не будет таким свободным, как должно быть. Единственная необходимая функция на Дренажная система заключается в том, что солнечный коллектор поднимается от тепла теплообменник или сливной бачок, чтобы охлаждающая жидкость вытекала из коллекционер. Эта система снова работает по принципу циркуляции воды. между коллектором и обратным баком, когда заданная температура между солнечным коллектором и горячей водой.

 

 

Активный солнечное отопление помещений

Компоненты системы для обогрева помещений то же для водяного отопления с добавлением радиаторов для обогрева помещения или под змеевики напольного отопления или даже системы принудительной вентиляции.

 

Радиаторная система обычно работает очень похоже способ применения горячей воды, основным отличием является включение бойлер, нагретая вода из коллектора проходит через теплообменник или сливной бак, а затем подается в котел, который используется для пополнения Требования к слуху воды перед попаданием в радиаторы, которые будут использоваться для отопление.

 

Системы распределения воздуха.

 

 

Опять система воздухораспределения работает в усадьбе очень аналогична системе горячего водоснабжения, основное отличие заключается в включении вентилятор и воздуховод. В системе используется дополнительный контроль, который обеспечить обтекание змеевика потоком воздуха при высокой температуре в накопительном баке достаточно, чтобы воздух, проходящий над змеевиками в обратном канале аппарата, позволяют системе внести положительный вклад в обогрев помещения требование.

 

При проектировании крупных коммерческих или промышленных систем немного отличается от жилых приложений.

Стоит отметить, что повышение температуры на коллекторе довольно постоянно, чтобы использовать пример, если температура подачи в коллектор составляет около 60F и температура обратки около 73oC или обратка 173F и питание 160С, это в основном означает, что высокотемпературные и низкотемпературные приложения не должны применяться ряд внутри цикла. Низкотемпературное применение в основном затянет приложение с более высокой температурой. Вакуумные коллекторы отлично работают в высокотемпературных применениях контур коллектора должен быть предназначен для Применение более высокой температуры до тех пор, пока нагрузка не будет удовлетворена. В приложениях например, для больниц, гостиниц или коммерческих офисных зданий может потребоваться для установки двух и более баков, соединенных последовательно.

 

1. накопительный бак 2. бак предварительного нагрева 3. холодная подача 4. смесительный клапан 5. подача и обратка в коллектор 6. выход горячей воды

 

работа системы: горячая вода из коллектора проходит через змеевик в баке один ( 1 ), Затем, в зависимости от температуры, отводится трехходовым клапаном (4) либо: змеевик в баке (2) если выше установленного температуры (имеется в виду бак (1) горячий) или коллектора, если он ниже установленной температуры смесительного клапана.

 

Вопросы коммерческого и промышленного дизайна: система может быть расширен за счет включения более одного резервуара предварительного нагрева, змеевиков теплообменника соединены трехходовыми клапанами, и вода, которая должна быть нагрета, поступает в сериями через баки в обратном направлении. Трехходовой клапан может быть либо термоконтролируемыми, либо электрическими. Не более 100 туб надо втыкать последовательно. Необходимо соблюдать осторожность при проектировании трубопровода в каждую секцию, чтобы гарантировать, что каждая секция получает равный поток.

 

Солнечные тепловые коллекторы — Управление энергетической информации США (EIA)

Отопление с помощью солнечной энергии

Люди используют солнечную тепловую энергию для многих целей, включая нагрев воды, воздуха и внутренних помещений зданий и выработку электроэнергии. Существует два основных типа систем солнечного отопления: пассивные системы и активные системы .

Пассивное солнечное отопление помещений происходит, когда солнце светит через окна здания и согревает интерьер. В конструкциях зданий, оптимизирующих пассивное солнечное отопление (в северном полушарии), окна обычно выходят на юг, что позволяет солнцу освещать поглощающие солнечное тепло стены или полы в здании зимой. Солнечная энергия поглощается строительными материалами и нагревает внутренние помещения зданий за счет естественного излучения и конвекции. Оконные навесы или шторы блокируют попадание солнечных лучей в окна летом, чтобы сохранить прохладу в здании.

Активные системы солнечного отопления имеют коллекторы для нагрева жидкости (воздуха или жидкости) и вентиляторы или насосы для перемещения жидкости через коллекторы, где она нагревается, внутрь здания или в систему хранения тепла, где тепло выделяется и возвращается в коллектор для повторного нагрева. Активные солнечные водонагревательные системы обычно имеют резервуар для хранения нагретой солнечной энергией воды.

Солнечные коллекторы либо неконцентрирующие, либо концентрирующие

Неконцентрирующие коллекторы —Площадь коллектора (площадь, поглощающая солнечное излучение) такая же, как и площадь поглотителя (площадь, поглощающая солнечную энергию/излучение). Солнечные энергетические системы для нагрева воды или воздуха обычно имеют неконцентрирующие коллекторы. Плоские коллекторы являются наиболее распространенным типом неконцентрирующих коллекторов для воды и отопления помещений в зданиях и используются, когда достаточно температуры ниже 200°F.

• Плоская металлическая пластина, улавливающая и поглощающая солнечную энергию
• Прозрачное покрытие, пропускающее солнечную энергию через покрытие и снижающее потери тепла от поглотителя
• Слой изоляции на задней стороне поглотителя для снижения потерь тепла

Солнечные водонагревательные коллекторы имеют металлические трубки, прикрепленные к поглотителю. Теплоноситель прокачивается через трубы абсорбера для отвода тепла от абсорбера и передачи тепла воде в накопительном баке.