Pengumpul suria: jenis, prinsip operasi, reka bentuk sistem

Pam haba menarik tenaga dari tanah, air atau udara yang dipanaskan oleh matahari. Dandang menggunakan haba yang dikeluarkan semasa pembakaran bahan api, yang akhirnya juga merupakan hasil penukaran tenaga solar semasa evolusi panjang Bumi. Pengumpul suria, secara ringkas, unik: mereka menerima tenaga secara langsung dari matahari.

Untuk mempunyai peluang untuk memanaskan air untuk air panas domestik secara percuma esok atau untuk memanaskan rumah anda, hari ini anda masih perlu membelanjakan wang untuk membeli pengumpul suria. Memandangkan kos peralatan yang besar, sangat penting untuk tidak membuat kesilapan ketika memilih. Oleh itu, anda perlu mendapatkan sekurang-kurangnya idea umum mengenai spesifikasi pengumpul suria dan nuansa kerja mereka.

Khususnya menggunakan pengumpul suria

Ciri utama pengumpul suria yang membezakannya daripada jenis-jenis penjana haba yang lain adalah sifat kitar semula kerja mereka. Tiada matahari - tiada tenaga terma. Akibatnya, pemasangan itu pasif pada waktu malam.

Pengeluaran haba purata setiap hari terus bergantung kepada panjang jam siang. Yang terakhir ditentukan, pertama, oleh garis lintang geografi kawasan itu, dan kedua, pada masa tahun. Pada musim panas, di mana puncak insolasi jatuh di hemisfera utara, pemungut akan bekerja dengan kecekapan maksimum. Pada musim sejuk, produktiviti jatuh, mencapai minimum pada bulan Disember-Januari.

Pada musim sejuk, kecekapan pengumpul suria berkurangan bukan sahaja disebabkan oleh penurunan dalam siang hari, tetapi juga disebabkan perubahan sudut kejadian cahaya matahari. Penurunan dalam prestasi pengumpul suria sepanjang tahun harus diambil kira apabila mengira sumbangannya kepada sistem bekalan haba.

Satu lagi faktor yang boleh menjejaskan produktiviti pengumpul suria adalah ciri iklim rantau ini. Di negara kita terdapat banyak tempat di mana selama 200 hari atau lebih setahun matahari tersembunyi di sebalik lapisan awan tebal atau di belakang tabir kabut. Dalam cuaca yang mendung, prestasi pengumpul suria tidak jatuh ke sifar, kerana ia dapat menangkap sinar matahari yang bertaburan, tetapi berkurang dengan ketara.

Prinsip operasi dan jenis pengumpul suria

Sudah tiba masanya untuk mengatakan beberapa perkataan mengenai peranti dan prinsip operasi pengumpul suria. Elemen utama reka bentuknya adalah penyadap, yang merupakan plat tembaga dengan pipa yang dikimpal padanya. Menyerap panas matahari yang jatuh di atasnya, plat (dan dengannya paip itu) cepat dipanaskan. Haba ini dipindahkan ke penyejuk cecair yang beredar melalui paip, dan seterusnya mengangkutnya melalui sistem.

Keupayaan tubuh fizikal untuk menyerap atau mencerminkan sinar matahari bergantung, pertama sekali, pada sifat permukaannya. Sebagai contoh, permukaan cermin sempurna mencerminkan cahaya dan haba, tetapi hitam, sebaliknya, menyerap. Itulah sebabnya salutan hitam digunakan pada plat tembaga penyesuai (opsyen paling mudah adalah cat hitam).

Prinsip operasi pengumpul suria

Adalah mungkin untuk meningkatkan jumlah haba yang diterima dari matahari dengan pemilihan kaca yang betul yang meliputi penyerap. Gelas biasa tidak cukup telus.Di samping itu, ia menyala, mencerminkan sebahagian daripada cahaya matahari yang jatuh di atasnya. Dalam pengumpul suria, sebagai peraturan, mereka cuba menggunakan kaca khas dengan kandungan besi yang rendah, yang meningkatkan ketelusannya. Untuk mengurangkan pecahan cahaya yang dicerminkan oleh permukaan, salutan anti-reflektif digunakan untuk kaca. Dan supaya habuk dan kelembapan, yang juga mengurangkan pengaliran kaca, tidak masuk ke dalam pengumpul, kes itu dimeteraikan, dan kadang kala diisi dengan gas lengai.

Walaupun semua helah ini, kecekapan pengumpul suria masih jauh dari 100%, kerana ketidaksempurnaan reka bentuk mereka. Plat penyesuai yang dipanaskan memancarkan sebahagian daripada haba yang diterima ke dalam alam sekitar, memanaskan udara dengan bersentuhan dengannya. Untuk mengurangkan kehilangan haba, penyesuai mesti dilindungi. Mencari kaedah berkesan penebat haba jurutera yang diarahkan untuk menghasilkan beberapa jenis pengumpul suria, yang paling umum adalah vakum rata dan tiub.

Pengumpul solar rata

Pengumpul solar rata.

Reka bentuk pengumpul suria rata amat mudah: ia adalah kotak logam yang ditutupi dengan kaca dari atas. Untuk penebat haba bahagian bawah dan dinding badan, sebagai peraturan, bulu mineral digunakan. Pilihan ini jauh dari ideal, memandangkan pemindahan haba dari penyerap ke kaca melalui udara di dalam saluran tidak dikesampingkan. Dengan perbezaan suhu yang besar di dalam pengumpul dan di luar, kehilangan haba agak ketara. Akibatnya, pengumpul suria rata, yang berfungsi dengan sempurna pada musim bunga dan musim panas, menjadi sangat tidak cekap pada musim sejuk.

Peranti pemungut flat rata

Pengumpul Suria Vacuum Tubular

Tubular vakum pengumpul solar.

Pengumpul suria vakum adalah panel yang terdiri daripada sebilangan besar tiub kaca yang agak nipis. Di dalamnya masing-masing adalah penyerap. Untuk mengecualikan pemindahan haba oleh gas (udara), tiub dipindahkan. Oleh kerana kekurangan gas berhampiran penyerap, pengumpul vakum dicirikan oleh kehilangan haba yang rendah walaupun dalam cuaca sejuk.

Peranti manifold vakum

Permohonan untuk pengumpul suria

Tujuan utama pengumpul suria, serta penjana haba lain, adalah memanaskan bangunan dan menyediakan air untuk sistem bekalan air panas. Ia tetap untuk mengetahui jenis pengumpul suria yang paling sesuai untuk melaksanakan fungsi tertentu.

Pengumpul suria rata, seperti yang kita dapati, dibezakan oleh prestasi yang baik pada musim bunga dan musim panas, tetapi tidak berkesan pada musim sejuk. Ini adalah dari ini bahawa tidak praktikal untuk menggunakannya untuk pemanasan, keperluan yang timbul tepat dengan permulaan cuaca sejuk. Walau bagaimanapun, ini tidak bermakna bahawa tidak ada perniagaan sama sekali untuk peralatan ini.

Pengumpul rata mempunyai satu kelebihan yang tidak dapat dipertikaikan - mereka lebih murah daripada model vakum, oleh itu, dalam kes-kes di mana ia dirancang untuk menggunakan tenaga suria secara eksklusif pada musim panas, masuk akal untuk membelinya. Pemungut solar rata dengan sempurna menampung tugas menyediakan air untuk air panas domestik pada musim panas. Malah lebih kerap mereka digunakan untuk memanaskan suhu air yang selesa di kolam renang luaran.

Manifold vakum tubular lebih fleksibel. Dengan kemunculan selesema musim sejuk, prestasi mereka berkurangan tidak begitu ketara seperti dalam kes model rata, yang bermaksud bahawa mereka boleh digunakan sepanjang tahun.Ini memungkinkan untuk menggunakan pengumpul suria seperti bukan sahaja untuk bekalan air panas, tetapi juga dalam sistem pemanasan.

Perbandingan pengumpul suria rata dan vakum.

Lokasi pengumpul suria

Kecekapan pengumpul suria secara langsung bergantung kepada jumlah cahaya matahari yang jatuh pada penyesuai. Daripada ini, pengumpul harus berada di ruang terbuka di mana bayang-bayang dari bangunan tetangga, pokok-pokok yang terletak berhampiran gunung, dan lain-lain tidak pernah (atau sekurang-kurangnya selama mungkin) jatuh

Paling penting bukan sahaja lokasi pemungut, tetapi juga orientasinya. Sisi yang paling "cerah" di hemisfera utara kami adalah bahagian selatan, yang bermaksud bahawa, dengan idealnya, "cermin" pengumpul itu harus dihidupkan tepat di selatan. Sekiranya secara teknikal mustahil untuk melakukan ini, maka anda harus memilih arah sedekat mungkin ke selatan - barat daya atau tenggara.

Kita tidak boleh mengabaikan parameter seperti sudut kecenderungan pengumpul suria. Sudut sudut bergantung pada sisihan kedudukan Matahari dari puncak, yang pada gilirannya ditentukan oleh latitud geografis kawasan di mana peralatan akan dioperasikan. Jika sudut kecondongan tidak ditetapkan dengan betul, kehilangan tenaga optik akan meningkat dengan ketara, kerana sebahagian besar cahaya matahari akan dipantulkan dari kaca pemungut dan, oleh itu, tidak akan mencapai penyerap.

Bagaimana untuk memilih pengumpul suria yang betul

Jika anda menginginkan sistem pemanasan rumah anda untuk menampung tugas menjaga suhu yang selesa di dalam premis, dan panas dan bukannya air hangat yang mengalir dari paip, dan pada masa yang sama merancang untuk menggunakan pengumpul suria sebagai penjana haba, anda perlu mengira kuasa yang diperlukan peralatan terlebih dahulu. Dalam kes ini, bilangan parameter yang agak besar perlu diambil kira, termasuk tujuan pemungut (bekalan air panas, pemanasan, atau kombinasi keduanya), permintaan haba objek (jumlah kawasan bilik panas atau penggunaan harian air panas purata), ciri cuaca di rantau ini, dan ciri pemasangan pemungut.

Pada dasarnya, membuat pengiraan seperti itu tidak terlalu sukar. Prestasi setiap model diketahui, yang bermakna anda boleh dengan mudah menganggarkan jumlah pengumpul yang diperlukan untuk menyediakan haba ke rumah. Syarikat-syarikat yang menghasilkan pengumpul suria mempunyai maklumat (dan boleh membekalkannya kepada pengguna) mengenai perubahan kuasa peralatan bergantung pada garis lintang geografis kawasan, sudut kecenderungan "cermin", sisihan orientasi mereka dari selatan, dan sebagainya, yang membolehkan anda membuat pindaan yang diperlukan apabila mengira prestasi takungan.

Apabila memilih kuasa pengumpul yang diperlukan, sangat penting untuk mencapai keseimbangan antara kekurangan dan haba yang berlebihan yang dihasilkan. Pakar mengesyorkan memberi tumpuan kepada kuasa pemungut maksimum yang mungkin, iaitu, menggunakan penunjuk untuk musim panas yang paling produktif dalam pengiraan. Ini bertentangan dengan keinginan pengguna rata-rata untuk mengambil peralatan dengan margin (iaitu, untuk mengira kuasa bulan paling sejuk) supaya haba dari pemungut akan mencukupi dalam musim gugur dan musim sejuk yang cerah.

Walau bagaimanapun, jika anda mengikuti jalan memilih pemungut suria dengan kuasa yang meningkat, maka pada puncak prestasinya, dalam cuaca panas yang hangat, anda akan menghadapi masalah yang serius: lebih banyak haba akan dihasilkan daripada penggunaan, dan ini mengancam litar untuk terlalu panas dan akibat yang tidak menyenangkan lainnya . Terdapat dua pilihan untuk menyelesaikan masalah ini: sama ada memasang pengumpul suria berkuasa rendah dan menyambungkan sumber haba berlebihan selari selari, atau membeli model dengan rizab kuasa yang besar dan menyediakan cara untuk menunaikan haba berlebihan pada musim musim bunga musim panas.

Stagnasi sistem

Mari kita bercakap sedikit lebih lanjut mengenai masalah yang berkaitan dengan lebihan haba yang dihasilkan. Jadi, katakan bahawa anda telah memasang pengumpul suria yang cukup kuat yang dapat memberikan haba sepenuhnya kepada sistem pemanasan rumah anda. Tetapi musim panas datang, dan keperluan untuk pemanasan hilang. Jika anda boleh mematikan kuasa untuk dandang elektrik, matikan bekalan bahan api untuk dandang gas, maka kami tidak mempunyai kuasa ke atas matahari - kami tidak boleh mematikannya apabila terlalu panas.

Stagnasi sistem adalah salah satu masalah utama pengumpul suria. Jika haba yang tidak mencukupi diambil dari litar pemungut, overheat penyejuk. Pada momen tertentu, yang terakhir boleh mendidih, yang akan membawa kepada penamatan peredarannya di sepanjang litar. Apabila penyejuk sejuk dan condong, sistem akan meneruskan operasi. Walau bagaimanapun, jauh dari semua jenis penyejuk dengan tenang memindahkan peralihan dari keadaan cecair ke keadaan gas dan sebaliknya. Sesetengah akibat daripada pemanasan melampau memperoleh konsistensi jeli, yang menjadikan operasi litar lebih jauh tidak mungkin.

Hanya penyingkiran haba yang stabil yang dihasilkan oleh pengumpul akan membantu mengelakkan genangan. Jika pengiraan kuasa peralatan dilakukan dengan betul, kebarangkalian masalah adalah hampir sifar.

Walau bagaimanapun, walaupun dalam kes ini, kejadian keadaan majeure berkuat kuasa tidak dikecualikan, oleh itu, cara-cara untuk melindungi daripada terlalu panas harus diramalkan terlebih dahulu:

1. Pemasangan tangki rizab untuk mengumpul air panas. Sekiranya air di dalam tangki utama sistem bekalan air panas telah mencapai set maksimum, dan pengumpul suria terus membekalkan haba, penukaran akan secara automatik berlaku, dan air akan mula menjadi panas dalam tangki simpanan. Stok air panas yang dicipta dapat digunakan untuk keperluan domestik kemudian, dalam cuaca mendung.

2. Air yang dipanaskan di kolam renang. Pemilik rumah dengan kolam (tidak masalah, dalaman atau luaran) mempunyai peluang yang baik untuk mengalihkan haba yang berlebihan. Kelantangan kolam adalah lebih besar daripada jumlah simpanan rumah yang mana, di mana ia mengikuti bahawa air di dalamnya tidak akan terlalu panas sehingga tidak dapat lagi menyerap haba.

3. Tiriskan air panas. Jika tiada keupayaan untuk menghabiskan haba yang berlebihan, anda hanya boleh mengalirkan air panas dari tangki simpanan untuk air panas ke dalam pembetung kecil di bahagian kecil. Air sejuk memasuki tangki akan menurunkan suhu keseluruhan kelantangan, yang akan terus menghilangkan haba dari litar.

4. Penukar haba luaran dengan peminat. Sekiranya pengumpul suria mempunyai kapasiti yang tinggi, haba berlebihan juga boleh menjadi sangat besar. Dalam kes ini, sistem ini dilengkapi dengan litar tambahan yang diisi dengan penyejuk. Litar tambahan ini disambungkan ke sistem dengan cara penukar haba dilengkapi dengan kipas dan dipasang di luar bangunan. Sekiranya terdapat risiko terlalu panas, haba berlebihan memasuki litar tambahan dan "dilepaskan" ke udara menerusi penukar haba.

5. Pelepasan haba ke tanah. Jika di samping pengumpul suria di dalam rumah terdapat pam haba tanah, haba yang berlebihan boleh dihantar ke telaga. Pada masa yang sama, anda menyelesaikan dua masalah sekaligus: di satu pihak, anda melindungi litar pemungut daripada terlalu panas, dan pada yang lain, anda memulihkan stok haba di tanah yang habis pada musim sejuk.

6. Pemungut suria pengasingan dari cahaya matahari langsung. Kaedah ini secara teknikal adalah salah satu yang paling mudah. Sudah tentu, memanjat ke bumbung dan menahan pengumpul secara manual tidak berbaloi - sukar dan tidak selamat. Ia lebih rasional untuk memasang skrin dikawal dari jarak jauh, seperti pengatup roller. Anda juga boleh menyambungkan unit kawalan peredam kepada pengawal - jika suhu dalam litar meningkat dengan bahaya, pengumpul akan ditutup secara automatik.

7. Saliran penyejuk. Kaedah ini boleh dianggap sebagai kardinal, tetapi pada masa yang sama ia agak mudah.Sekiranya terdapat risiko terlalu panas, penyejuk disalirkan melalui pam ke dalam tangki khas yang disatukan ke dalam litar sistem. Apabila keadaan menjadi lebih baik lagi, pam akan kembali penyejuk ke litar, dan pemungut akan dipulihkan.

Komponen sistem lain

Tidak cukup untuk mengumpul haba yang dipancarkan oleh matahari. Ia masih perlu untuk mengangkut, mengumpul, memindahkannya kepada pengguna, perlu mengendalikan semua proses ini, dan lain-lain. Ini bermakna bahawa sebagai tambahan kepada pengumpul yang terletak di atas bumbung, sistem ini mengandungi banyak komponen lain, yang mungkin kurang ketara, tetapi tidak kurang pentingnya. Marilah kita memberi tumpuan kepada sebahagian daripada mereka.

Penyejuk

Fungsi penyejuk dalam litar pemungut boleh sama ada air atau cecair tidak beku.

Air mempunyai beberapa kelemahan yang mengenakan sekatan tertentu ke atas penggunaannya sebagai penyejuk dalam pengumpul suria:

• Pertama, pada suhu beku ia membeku. Oleh itu, penyejuk beku tidak memecahkan paip litar, ia perlu dikeringkan dengan pendekatan cuaca sejuk, yang bermaksud bahawa pada musim sejuk anda tidak akan menerima sedikit tenaga haba daripada pemungut.
• Kedua, titik didih air yang tidak terlalu tinggi boleh menyebabkan gejolak kerap di musim panas.

Cecair tidak beku, tidak seperti air, mempunyai titik beku yang jauh lebih rendah dan titik didih didapat yang lebih tinggi, yang meningkatkan kemudahan menggunakannya sebagai penyejuk. Walau bagaimanapun, pada suhu tinggi "tidak beku" boleh mengalami perubahan tidak dapat diubah, oleh itu ia harus dilindungi daripada terlalu panas yang berlebihan.

Pam yang disesuaikan untuk sistem solar

Untuk memastikan sirkulasi peredaran terpaksa di sepanjang litar pemungut, satu pam yang disesuaikan untuk sistem solar diperlukan.

DHW penukar haba

Pemindahan haba dari litar pemungut suria ke air yang digunakan dalam bekalan air panas domestik, atau kepada pembawa haba sistem pemanasan dilakukan dengan cara penukar haba. Sebagai peraturan, untuk pengumpulan air panas, tangki volum yang besar dengan penukar haba yang telah terbina dalam digunakan. Rasional menggunakan tangki dengan dua atau lebih penukar haba: ini akan membolehkan anda memanaskan haba bukan sahaja dari pengumpul suria, tetapi juga dari sumber lain (gas atau dandang elektrik, pam haba, dan lain-lain).

Automasi

Sistem yang kompleks itu tidak boleh dilakukan tanpa automasi, yang mengawal dan mengawal proses. Pengawal membolehkan anda mengautomasikan kerja pengumpul: ia menganalisis suhu dalam litar dan tangki simpanan, mengawal pam dan injap yang bertanggungjawab untuk pergerakan penyejuk di sepanjang litar. Sekiranya penyejuk di dalam litar dan air dalam tangki terlalu panas, pengawal akan memberi arahan untuk membuang haba ke dalam sink haba alternatif - tangki air tambahan atau penukar haba udara luar.

Sekiranya pada akhir waktu siang suhu air di dalam tangki simpanan melebihi suhu penyejuk dalam litar pemungut, automasi akan menghentikan peredaran penyejuk di sepanjang litar supaya haba terkumpul tidak dilepaskan ke atmosfer melalui pemungut itu sendiri. Pengawal moden memungkinkan untuk memantau pengendalian sistem dari jauh dan, jika perlu, membuat penyesuaian.

Hari ini tidak sukar untuk mencari pengumpul suria dan mana-mana komponen yang diperlukan untuk operasi di pasaran. Ia agak mungkin untuk memasang sistem dari unsur-unsur yang dibeli secara berasingan. Walau bagaimanapun, pengilang menawarkan kit siap pakai, termasuk pemungut, pam, tangki simpanan, automasi kawalan, dan lain-lain. Pembelian kit tersebut bukan sahaja menjimatkan masa anda, tetapi juga jaminan prestasi sistem.