Соларни колектори: типови, принцип рада, дизајн система

Топлотне пумпе црпе енергију из земље, воде или ваздуха загрејаног сунцем. Котлови користе топлоту која се ослобађа приликом сагоревања горива, што је у коначници и производ претворбе соларне енергије током дугог еволуције Земље. Соларни колектори су, у извесном смислу, јединствени: енергију примају директно од сунца.

Да бисте сутра имали прилику да потпуно бесплатно загревате воду за кућну топлу воду или да загрејете своју кућу, данас још увек морате да потрошите новац за куповину соларних колектора. С обзиром на знатне трошкове такве опреме, врло је важно да не направите грешку при избору. Дакле, требали бисте добити барем опћените идеје о специфичностима соларних колектора и нијансама њиховог рада.

Специфичности коришћења соларних колектора

Главна карактеристика соларних колектора која их разликује од других врста генератора топлоте је циклична природа њиховог рада. Нема сунца - нема топлотне енергије. Као резултат, такве инсталације су ноћу пасивне.

Просечна дневна производња топлоте директно зависи од дужине дневног светла. Потоње је одређено, прво, географском ширином подручја, и друго, доба године. У летњем периоду, током кога врхунац инсолације пада на северној хемисфери, сакупљач ће радити са максималном ефикасношћу. Зими његова продуктивност опада, достижући минимум у децембру-јануару.

Зими се ефикасност соларних колектора смањује не само због смањења трајања дневног светла, већ и због промене угла упада сунчеве светлости. Количине перформанси соларног колектора током године требало би узети у обзир приликом израчунавања његовог доприноса систему напајања топлотом.

Други фактор који може утицати на продуктивност соларног колектора су климатске карактеристике региона. У нашој земљи постоји много места где се више од 200 дана у години сунце скрива иза дебелог слоја облака или иза вела магле. У облачно време, перформансе соларног колектора не падају на нулу, јер је у стању да хвата распршену сунчеву светлост, али је значајно смањен.

Принцип рада и врсте соларних колектора

Време је да кажем неколико речи о уређају и принципу рада соларног колектора. Главни елемент његовог дизајна је адсорбер, који је бакарна плоча на коју је заварена цев. Апсорбујући топлину сунчеве светлости која пада на њега, плоча (а са њом и цев) брзо се загрева. Та се топлота преноси на течни расхладни флуид који циркулише кроз цев, а тај га заузврат преноси даље кроз систем.

Способност физичког тела да апсорбује или рефлектује сунчеве зраке пре свега зависи од природе његове површине. На пример, огледала површина савршено одражава светлост и топлоту, али црна, напротив, апсорбује. Зато се на бакарну плочу адсорбера наноси црни премаз (најједноставнија опција је црна боја).

Принцип рада соларног колектора

Могуће је повећати количину топлоте добијене од сунца правилним одабиром стакла које прекрива адсорбер. Редовно стакло није довољно прозирно.Уз то, она блиста, одбијајући део сунчеве светлости која пада на њега. У соларним колекторима по правилу покушавају користити посебно стакло са малим садржајем гвожђа, што повећава његову прозирност. Да би се смањила фракција светлости која се одбија од површине, на стакло се наноси антирефлексни премаз. И тако да прашина и влага, који такође смањују пропусност стакла, не уђу у колектор, кућиште је запечаћено, а понекад чак и напуњено инертним гасом.

Упркос свим тим триковима, ефикасност соларних колектора је и даље далеко од 100%, због несавршености њиховог дизајна. Загрејана плоча адсорбера зрачи дио примљене топлоте у околиш, загријавајући зрак у додиру с њим. Да би се минимизирали губици топлоте, адсорбер се мора изоловати. Потрага за ефикасном методом топлотне изолације адсорбера инжењери су створили неколико врста соларних колектора, од којих су најчешћи равне и цевасте вакуумске.

Равни соларни колектори

Равни соларни колектори.

Дизајн равног соларног колектора је крајње једноставан: то је метална кутија прекривена стаклом одозго. За топлотну изолацију дна и зидова тела, у правилу се користи минерална вуна. Ова опција је далеко од идеалне, јер се не искључује пренос топлоте од адсорбера до стакла кроз ваздух у каналу. Са великом температурном разликом унутар колектора и споља, губитак топлоте је прилично значајан. Као резултат, равни соларни колектор, који савршено функционише у пролеће и лето, постаје зими изузетно неефикасан.

Равни соларни уређај за колекторе

Цјевасти вакуумски соларни колектори

Цевасти вакуумски соларни колектори.

Вакуумски соларни колектор је панел који се састоји од великог броја релативно танких стаклених цеви. Унутар сваког од њих је адсорбер. Да би се искључио пренос топлоте гасом (ваздухом), цеви се евакуишу. Због недостатка гаса у близини адсорбера, вакуумске колекторе карактерише низак губитак топлоте чак и по мразном времену.

Уређај за вакуумски разводник

Апликације за соларне колекторе

Главна сврха соларних колектора, као и свих других генератора топлоте, је грејање зграда и припрема воде за систем снабдевања топлом водом. Остаје да сазнамо која врста соларних колектора је најприкладнија за обављање одређене функције.

Равни соларни колектори, како смо открили, одликују се добрим перформансама у пролеће и лето, али зими су неефикасни. Из тога произилази да их није практично користити за гријање, чија се потреба јавља управо с почетком хладног времена. То, међутим, не значи да уопште не постоји посао за ову опрему.

Равни колектори имају једну неоспорну предност - значајно су јефтинији од вакум модела, па је у случајевима када се планира употреба соларне енергије искључиво љети, имати смисла купити. Равни соларни колектори савршено се носе са задатком да припреме воду за топлу воду љети. Још чешће се користе за загревање до угодне температуре воде у спољним базенима.

Цјевасти вакуумски разводници су вишеструки. Са појавом зимских хладноћа њихов радни учинак не смањује се толико значајно као у случају равних модела, што значи да се могу користити током целе године.То омогућава коришћење таквих соларних колектора не само за снабдевање топлом водом, већ и у систему грејања.

Поређење равних и вакуумских соларних колектора.

Локација соларних колектора

Ефикасност соларног колектора директно зависи од количине сунчеве светлости која пада на адсорбер. Слиједи да би се колектор требао налазити на отвореном простору, гдје никада (или барем колико је могуће дуже) сјенка из сусједних зграда, дрвећа смјештених у близини планина итд.

Од велике важности није само локација колектора, већ и његова оријентација. Најсунчанија страна наше северне хемисфере је јужна страна, што значи да би, у идеалном случају, „огледала“ колектора требало да буду окренута тачно према југу. Ако је то технички немогуће, тада би требало да одаберете правац који је што ближи југу - југозападу или југоистоку.

Не треба занемарити такав параметар као што је угао нагиба соларног колектора. Јачина угла зависи од одступања положаја Сунца од зенита, а то заузврат одређује географску ширину подручја у коме ће се опремом управљати. Ако угао нагиба није постављен правилно, губитак оптичке енергије ће се знатно повећати, јер ће се значајан део сунчеве светлости одбијати од стакла колектора и, самим тим, неће доспети до апсорбера.

Како одабрати прави соларни колектор

Ако желите да се систем грејања ваше куће носи са задатком одржавања угодне температуре у просторијама и топле воде него топле воде која тече из славина, и истовремено планирате да користите соларни колектор као генератор топлоте, потребно је унапред израчунати потребну снагу опреме. У овом случају мора се узети у обзир прилично велики број параметара, укључујући сврху колектора (довод топле воде, грејање или комбинацију оба), потребу за топлином објекта (укупна површина грејаних просторија или просечна дневна потрошња топле воде), климатске карактеристике региона и карактеристике колектора.

У принципу, такво израчунавање није тако тешко. Перформансе сваког модела су познате, што значи да можете лако проценити број колектора потребних да бисте обезбедили топлину у кући. Компаније које производе соларне колекторе имају информације (и могу их пружити потрошачу) о промени снаге опреме у зависности од географске ширине подручја, угла нагиба огледала, одступање њихове оријентације од југа итд., Што вам омогућава да унесете потребне измене при израчунавању перформанси резервоара.

Приликом одабира потребне снаге колектора, врло је важно постићи равнотежу између несташице и произведене вишка топлоте. Стручњаци препоручују да се фокусирате на максималну могућу снагу колектора, тј. Да у израчунима користите индикатор за најпродуктивнију летњу сезону. То је у супротности са жељом просечног корисника да опрему узме с маржом (тј. Да израчуна снагу најхладнијег месеца) како би топлота из колектора била довољна у мање сунчаних јесењих и зимских дана.

Међутим, ако кренете путем одабира соларног колектора са повећаном снагом, тада ћете на врхунцу његових перформанси, односно по топлом сунчаном времену, наићи на озбиљан проблем: произвешће се више топлоте него што се потроши, а то прети да се круг прегреје и друге непријатне последице . Постоје две опције за решавање овог проблема: или инсталирајте соларни колектор мале снаге и паралелно повежите сувишне изворе топлоте или купите модел са великом резервом снаге и обезбедите начине за пражњење вишка топлоте у пролећно-летњој сезони.

Стагнација система

Хајде да разговарамо мало више о проблемима који су повезани са вишком произведене топлоте. Претпоставимо да сте инсталирали довољно моћан соларни колектор који може у потпуности да обезбеди топлину вашем систему грејања у кући. Али дошло је лето и нестала је потреба за грејањем. Ако електрични котао може искључити струју, гасни котао може прекинути довод горива, тада немамо струју преко сунца - не можемо га искључити када је претопло.

Стагнација система је један од главних потенцијалних проблема соларних колектора. Ако се у кругу колектора не узима довољно топлоте, расхладна течност се прегрева. У одређеном тренутку, последњи може прокључати, што ће довести до прекида његове циркулације дуж кола. Када се расхладна течност охлади и кондензује, систем ће наставити са радом. Међутим, далеко од свих врста расхладних средстава мирно прелазе прелазак из течног у гасовито стање и обрнуто. Неки као резултат прегријавања стјечу конзистенцију попут желатине, што онемогућава даљњи рад круга.

Само стабилно уклањање топлоте произведене од колектора помоћи ће да се избегне стагнација. Ако се прорачун снаге опреме изврши правилно, вероватноћа проблема је готово нула.

Међутим, ни у овом случају није искључена појава више силе, па је потребно унапред предвидјети начине заштите од прегревања:

1. Уградња резервног резервоара за акумулацију топле воде. Ако је вода у главном резервоару система за довод топле воде достигла постављени максимум, а соларни колектор и даље доводи топлину, аутоматски ће доћи до пребацивања и вода ће почети да се загрева већ у резервоару. Створена залиха топле воде може се касније користити за кућне потребе, по облачном времену.

2. Грејна вода у базену. Власници кућа са базеном (није важно, затворени или унутрашњи) имају сјајну прилику да преусмере вишак топлоте. Запремина базена је неупоредиво већа од запремине било ког кућног складишта, из чега произлази да се вода у њему неће загрејати толико да више не може да апсорбује топлоту.

3. Испустите топлу воду. У недостатку могућности да трошите вишак топлоте, загрејану воду из резервоара за топлу воду можете једноставно искористити у малим деловима канализације. Хладна вода која улази у резервоар смањиће температуру целокупне запремине, која ће и даље уклањати топлоту из круга.

4. Спољни измењивач топлоте са вентилатором. Ако соларни колектор има велики капацитет, вишак топлоте такође може бити веома велик. У овом случају, систем је опремљен додатним кругом напуњеним расхладним средством. Овај додатни круг повезан је са системом помоћу измјењивача топлоте опремљеног вентилатором и монтиран изван зграде. Ако постоји опасност од прегревања, вишак топлоте улази у додатни круг и „пушта се“ у ваздух кроз измењивач топлоте.

5. Испуштање топлоте у земљу. Ако поред соларног колектора у кући постоји топлотна пумпа за тло, вишак топлоте се може послати у бунар. У исто време, решавате два проблема одједном: с једне стране, штитите круг колектора од прегревања, а с друге, враћате залиху топлоте у тло исцрпљено током зиме.

6. Изолација соларног колектора од директне сунчеве светлости. Ова метода је једна од најједноставнијих са техничког становишта. Наравно, пењање на кров и ручно заклањање колектора није вриједно - тешко је и несигурно. Много је рационалније инсталирати даљински управљани екран, попут ролетне. Можете чак да повежете и регулатор заклопке на регулатор - ако температура у кругу опасно порасте, колектор ће се аутоматски затворити.

7. Одвод расхладне течности. Ова метода се може сматрати кардиналном, али је истовремено веома једноставна.Ако постоји ризик од прегревања, расхладна течност се пумпа путем пумпе у посебан резервоар интегрисан у системски круг. Када услови поново постану повољни, пумпа ће вратити расхладну течност у круг, а колектор ће се вратити.

Остале компоненте система

Није довољно једноставно прикупити топлоту коју зрачи сунце. Још је потребно превозити, сакупљати, преносити га потрошачима, потребно је контролисати све те процесе итд. То значи да поред колектора смештених на крову, систем садржи и многе друге компоненте, које могу бити мање уочљиве, али не мање важне. Усредсредимо се само на неке од њих.

Средство за хлађење

Функција расхладне течности у колекторском кругу може бити било вода или флуид без смрзавања.

Вода има низ недостатака који намећу одређена ограничења употребе као расхладне течности у соларним колекторима:

• Прво, на ниским температурама се смрзава. Да смрзнута расхладна течност не разбије цеви у кругу, мораће да се испразни са приближавањем хладног времена, што значи да зими нећете добити ни мале количине топлотне енергије из колектора.
• Друго, превисока тачка воде може да проузрокује честе стагнације током лета.

Течност која не смрзава, за разлику од воде, има знатно нижу тачку смрзавања и неупоредиво већу тачку кључања, што повећава практичност њене употребе као расхладне течности. Међутим, при високим температурама, "не смрзавање" може проћи неповратне промјене, стога га треба заштитити од прекомјерног прегријавања.

Прилагођена пумпа за соларне системе

Да би се осигурала присилна циркулација расхладне течности дуж колекторског круга, потребна је пумпа прилагођена соларним системима.

Измењивач топлоте топле воде

Пренос топлоте из круга соларног колектора у воду која се користи за снабдевање топлом водом у домаћинству или на носач топлоте грејног система врши се помоћу измењивача топлоте. По правилу се за акумулацију топле воде користи резервоар велике запремине са већ уграђеним измењивачем топлоте. Рационално је користити резервоаре са два или више измењивача топлоте: ово ће вам омогућити да топлину узимате не само из соларног колектора, већ и из других извора (гасни или електрични бојлер, топлотна пумпа итд.).

Аутоматизација

Овако сложен систем не може без аутоматизације, која контролише и контролише процес. Регулатор вам омогућава аутоматизацију рада колектора: анализира температуру у кругу и резервоару, контролише пумпу и вентиле који су одговорни за кретање расхладне течности дуж круга. Ако се расхладна течност у кругу и вода у резервоару прегреју, регулатор ће дати команду за одбацивање топлоте у алтернативни хладњак - додатни резервоар за воду или спољни измењивач топлоте.

Ако на крају дневног времена температура воде у резервоару прелази температуру расхладне течности у колекторском кругу, аутоматизација ће зауставити циркулацију расхладне течности дуж круга, тако да се акумулирана топлота не испушта у атмосферу кроз сам колектор. Савремени контролери омогућавају даљинско надгледање рада система и, по потреби, прилагођавање.

Данас на тржишту неће бити тешко наћи соларни колектор и било који од компоненти потребних за његов рад. Сасвим је могуће саставити систем од елемената купљених засебно. Међутим, произвођачи нуде готове комплете, који укључују сакупљач, пумпе, резервоаре за складиштење, аутоматизацију управљања итд. Куповина таквог комплета није само уштеда вашег времена, већ и гаранција перформанси система.