Возможность использования энергии солнца в бытовых и производственных целях интересует человека вот уже несколько столетий. В этом направлении инженеры создали множество проектов и продолжают поиски более выгодных вариантов. И небезуспешно. Технологии, реализованные в солнечных коллекторах для отопления дома, позволяют освоить до 95% поглощаемой энергии солнца. Для сравнения — этот показатель для аналогичных устройств на фотоэлементах составляет всего 18%.
Принцип работы
Основная задача приборов — захват излучаемой светилом энергии, ее аккумуляция и перенаправление для нужд человека. Этому подчинены все основные узлы системы:
- Коллектор. Вся площадь принимающей поверхности установки пронизана магистралями с теплоносителем. Они отбирают лишнюю тепловую энергию от накопительных элементов и транспортируют ее к резервуару с водой.
- Тепловой аккумулятор. За столь изощренным названием спрятан обыкновенный водяной бак. Он получает тепловую энергию от магистралей теплообмена. Нагретая в резервуаре вода может быть использована для хозяйственных нужд или отопления здания. Емкость хорошо изолирована от потерь тепла.
- Контур обмена тепловой энергии. Это основная и единственная магистраль, предназначенная для передачи тепла от коллектора к тепловому аккумулятору.
Вода или иной теплоноситель в системе могут циркулировать естественно или же принудительно. Последний вариант требует установки насосного оборудования. Эффективность работы коллектора от этого только выигрывает. Производители дополнительно устанавливают в резервуар для воды электрический нагреватель. Он используется для поддержания заданной температуры в пасмурную погоду. За работой ТЭНа следит автоматика.
Виды и особенности
Перед началом проектирования необходимо определиться с типом системы обогрева на солнечных элементах. К числу наиболее востребованных относятся два вида конструкций — плоские и вакуумные. Менее популярны воздушные коллекторы.
Устройства характеризуются следующими особенностями работы и эксплуатации:
- Вакуумные коллекторы. Генерирующий тепло элемент системы представляет собой не остекленную панель, а секцию выполненных из стекла трубок. Они имеют приличные габариты и внутри полые. Воздух из этих магистралей выкачан. В вакуумной среде проходит одна или несколько меньших по диаметру магистралей для циркуляции теплоносителя. Другими словами, наружная часть системы трубопроводов играет роль защитного кожуха. А вакуум является отличным теплоизолятором.
- Плоские варианты. Отопление дома солнечными коллекторами чаще всего организуется с помощью именно этих схем. Приемное устройство представляет собой короб со стеклом, под которым находится специальный абсорбирующий теплослой. Он контактирует с трубами, по которым циркулирует вода или иной теплоноситель (к примеру, пропиленгликоль). Тепловая энергия аккумулируется и передается магистралями для обогрева воды в резервуаре.
- Воздушный коллектор. Он характеризуется невысоким коэффициентом полезного действия и применяется намного реже других аналогов. Физические свойства воздуха как проводника тепла намного ниже по сравнению с жидкостью, что и обуславливает невысокие эксплуатационные характеристики. Конструкция представляет собой короб большой площади. В нем воздух контактирует с абсорбирующим тепло элементом, прогревается и при помощи вентилятора подается в помещение.
Вопросы выбора
В вопросах приобретения коллектора мнения специалистов расходятся. Покупатель вынужден самостоятельно принимать решение, опираясь на характеристики конкретного вида устройств.
Вакуумные модели, несмотря на низкий КПД, не боятся морозов. Им не грозит замерзание теплоносителя. Это существенный нюанс, который аргументирует выбор покупателей этого вида установок.
Плоские модели отличаются простотой конструкции. Отсутствие сложных механизмов делает их предпочтительными для тех, кто ценит надежность и прочность.
Вакуумные устройства более хрупки, но они обеспечивают отличное отопление на солнечных коллекторах в домах, где нужно нагреть теплоноситель до высоких температур. Дело в том, что плоские модели эффективно работают при условии, что разница температур внутри помещения и снаружи колеблется в диапазоне 20-40 градусов Цельсия. Другими словами, их использование в зимний период довольно проблематично. При слишком низких температурах за окном вряд ли удастся достичь комфортного микроклимата в доме.
К тому же при пасмурной погоде вакуумные аналоги выработают значительно больше тепла по сравнению с плоскими. С другой стороны, срок их службы несколько ниже, чем у конкурентов (средний составляет 15-30 лет). Однако в их пользу говорит и тот факт, что оборудование удобно в обслуживании. При повреждении вакуумного коллектора достаточно заменить вышедший из строя элемент, тогда как в плоском аналоге придется восстанавливать всю абсорбирующую систему.
Особенности вакуумных коллекторов
В силу разных причин наметился существенный рост продаж вакуумного оборудования для организации отопления от солнечной энергии. Для тех, кто решил устанавливать именно эти системы, важно знать некоторые особенности:
- Величина трубок напрямую влияет на производительность оборудования. Чем больше диаметр магистралей, тем больше тепловой энергии солнца может получить потребитель. Специалисты в данной области утверждают, что оптимальной считается стеклянная трубка диаметром 58 мм при условии, что ее длина варьирует в диапазоне 1,2-2,1 метра.
- Кроме стеклянных коллекторы комплектуются и медными нагревательными магистралями. Некоторые модели имеют U-образные магистрали отбора тепла, которые размещены внутри стеклянных кожухов. Эти разработки на сегодняшний день считаются самыми эффективными.
