Colector solar: dispozitiv și principiu de funcționare. Cum funcționează un colector solar? Principiul de funcționare al dispozitivului colector solar

Oamenii s-au gândit constant la utilizarea eficientă a energiei solare. Prin urmare, în ultimii zece ani, sistemele solare au început să fie utilizate în mod activ în Europa, care permit încălzirea unei încăperi folosind lumina soarelui. La prima vedere, această idee poate să nu pară foarte plauzibilă, dar nu este. Astăzi, solarul este capabil să-ți încălzi complet casa. În ciuda faptului că acesta este un echipament foarte scump, acesta este folosit din ce în ce mai des în sectorul privat.

Informații generale

După cum s-a menționat mai sus, astăzi sistemele solare doar câștigă popularitate. Acest lucru se datorează în primul rând neîncrederii consumatorilor în astfel de echipamente. În principiu, acest lucru este de înțeles, dar dacă examinați acest subiect mai detaliat, va deveni clar că toate acestea sunt reale și destul de eficiente. Un alt factor limitativ este costul ridicat de instalare și echipament. Într-adevăr, un colector solar pentru încălzire costă mult, dar se amortizează destul de repede. Probabil te-ai gândit că în locurile în care lumina puternică a soarelui apare rar, utilizarea unei astfel de tehnici este inutilă. Dar nu este așa. Capacitatea de absorbție și puterea plăcilor este de obicei suficientă pentru a încălzi casa chiar și în zilele înnorate și ploioase. Dar, firește, eficiența muncii în locuri însorite este mult mai mare.

Dispozitiv colector de uz casnic

Lichidul de răcire poate fi apă, aer, antigel sau orice alt lichid cu un coeficient de transfer termic ridicat. După încălzire, purtătorul circulă prin colector și transferă energia acumulată într-un rezervor special. De acolo consumatorul primește apă caldă. În varianta cea mai simplă, apa circulă în mod natural, ceea ce se realizează datorită diferenței de temperatură din rezervorul de stocare și colector. Într-o versiune mai complexă, este instalată o pompă care asigură circulația forțată în întregul circuit. Desigur, trebuie să înțelegeți că, pe măsură ce temperatura lichidului de răcire crește, eficiența colectorului scade, iar dacă puterea nu este suficientă, atunci este logic să instalați un element de încălzire electric care va aduce aerul la temperatura dorită. .

Libertate sau nu?

Colectorii solari pentru locuință îi fac pe proprietari complet independenți. În primul rând, nu este nevoie să folosiți un cazan electric sau pe gaz. Dacă această din urmă opțiune este și mai acceptabilă, atunci prețurile la energie electrică în țara noastră sunt atât de mari încât încălzirea unei case mari este problematică și costisitoare. Deși sistemul solar este dependent de electricitate, consumă o cantitate minimă din aceasta. Acest lucru se datorează faptului că energia solară este transformată în energie termică fără participarea directă a energiei electrice. Desigur, pentru a nu rămâne fără încălzire în cazul unei pene de curent, se recomandă instalarea unui generator și redresor. Mulți oameni consideră în prezent colectoarele solare pentru uz casnic, deoarece depind complet de condițiile climatice, ceea ce nu este punctul lor forte.

Colector solar plat și caracteristicile acestuia

Astfel de sisteme sunt printre cele mai populare. Să aruncăm o privire rapidă asupra designului și principiului lor de funcționare. Avem un absorbant - un element care absoarbe energia solară. Are aplicat un strat transparent special, precum și un strat izolator. Absorbantul este conectat direct la sistemul termoconductor. Culoarea suprafeței este de obicei neagră, ceea ce permite o eficiență de funcționare ușor crescută.

Tuburile care sunt necesare pentru transferul lichidului de răcire sunt din cupru. Dacă colectorul este inactiv, apa poate fi încălzită la 190 de grade Celsius. Desigur, cu cât este mai mare intensitatea și cantitatea de energie solară, cu atât eficiența unui astfel de sistem solar este mai mare. Cu toate acestea, nu este neobișnuit ca un colector solar plat să fie echipat cu dispozitive optice pentru o colectare mai eficientă a energiei. Absorbantul trebuie să aibă o conductivitate termică ridicată, astfel încât sunt adesea instalate ecrane din cupru și aluminiu.

Colector solar aeropurtat

Acest sistem solar este folosit pentru a încălzi aerul din interior. În general, acesta este un colector plat obișnuit care este utilizat pentru încălzirea unei încăperi. Aerul trece prin absorbant. Procesul poate avea loc fie prin convecție forțată, fie naturală. Dar absorbantul instalat pare mai avantajos în comparație cu cel obișnuit. Acest lucru se datorează faptului că excesul de turbulență a fluxului crește conductivitatea termică a acestuia, ceea ce trebuie să realizăm. Dar nu ar trebui să vă așteptați la nimic supranatural de la astfel de sisteme. Pot încălzi aerul cu 17 grade peste temperatura exterioară. Avantajele unui astfel de sistem solar includ simplitatea și fiabilitatea acestuia. Cu o îngrijire adecvată, un colector solar din aer poate dura mai mult de 20 de ani. Dar nu este recomandat să folosiți un astfel de sistem ca încălzire principală.

Despre sistemele solare cu vid

Aceasta este una dintre cele mai scumpe soluții. Designul unui astfel de produs este destul de complex, astfel încât instalarea este efectuată numai de specialiști. Acest sistem vă permite să atingeți temperaturi ale lichidului de răcire de până la 300 de grade în timpul inactiv. Desigur, pentru specialiști a fost foarte greu să obțină rezultate atât de mari. În primul rând, am încercat să reducem pierderile de căldură folosind un strat de sticlă multistrat și creând un vid în sistem.

În cazul nostru, conducta solară este oarecum similară cu un termos obișnuit de uz casnic. Doar partea exterioară este transparentă, iar tubul interior are un strat special care îi permite să capteze energia solară. Există un vid între tuburi, datorită căruia este posibil să se realizeze pierderi minime de căldură. În cele din urmă, putem vorbi despre eficiența ridicată a unor astfel de sisteme în comparație cu cele plate și aeriane. Mai mult, un astfel de colector este capabil să funcționeze în condiții de lumină scăzută.

Ce spun consumatorii?

Ne-am dat deja puțin seama despre ce poate fi un colector solar. Recenziile clienților diferă aproape întotdeauna. Unii oameni sunt foarte mulțumiți de sistemele inovatoare, în timp ce alții, dimpotrivă, regretă banii irositi. Dar per total imaginea arata bine. Aproximativ 75% dintre cumpărători vorbesc bine despre sistem. Apropo, colectoarele de aer sunt rareori achiziționate, cel puțin în Rusia, așa că nu se poate spune nimic despre ei. Dar sistemele solare cu vid s-au dovedit a fi furnizori de încredere de căldură pentru casă. Dar aici este de remarcat faptul că multe depind de specialiștii care instalează echipamente atât de complexe și costisitoare. Dacă ceva este făcut incorect, sistemul va fi mai puțin eficient. În Europa situația este oarecum diferită. Oamenii sunt bucuroși să instaleze sisteme solare, deoarece prețurile lor sunt oarecum mai mici acolo și prevalența lor este mai mare. Cu toate acestea, ele sunt foarte rar folosite ca sursă principală de căldură, deoarece nu se poate argumenta că cea mai bună alternativă la gaz sau cărbune este un colector solar. Recenziile, apropo, spun că este foarte scump și nu întotdeauna recomandabil.

Despre aplicarea în Europa și Rusia

După cum s-a menționat puțin mai sus, colectorul solar de aer pentru încălzire a fost utilizat în mod activ în mai multe țări europene de câțiva ani. Dar sistemele solare și-au găsit aplicația și în industrie. În special, vorbim despre industria textilă și alimentară, unde o astfel de soluție pare deosebit de potențială. Astfel, până în anul 2000, suprafața totală a colectoarelor solare era de aproximativ 14 milioane de metri cubi, în timp ce la nivel mondial această cifră ajungea la 71 milioane m 3 .

În Rusia, situația nu arată atât de bine. Cert este că astfel de sisteme vă permit să încălziți aproximativ 100 de litri de apă pe zi, cu o probabilitate de 80%. Acest lucru se datorează cantității zilnice mici de radiație solară. Cele mai bune regiuni pentru instalarea colectoarelor au fost Transbaikalia, Siberia și Primorye, unde cantitatea zilnică de radiație solară este mai mare decât în partea centrală a Rusiei. În principiu, există o anumită tendință de creștere ușoară a cererii.

Despre turnuri solare

În mod ciudat, ideea de a obține energie de la soare și de a utiliza în continuare în industrie a fost propusă pentru prima dată de oamenii de știință sovietici în 1930. În esență, este un turn mare cu un receptor central în partea de sus. Sistemul consta dintr-un anumit număr de heliostate, care erau controlate simultan de-a lungul a două coordonate. Cu toate acestea, acest dispozitiv a fost folosit ca reflector al luminii solare direct pe receptor, ceea ce a crescut semnificativ eficiența unui astfel de sistem. Abia acum au început să construiască astfel de turnuri în SUA. Dar au fost construite doar câteva turnuri solare. Astăzi, este extrem de important să se calculeze corect colectorul solar pentru încălzire. Abia după aceasta puteți conta pe o eficiență ridicată a instalației.

Concluzie

Așa că v-am vorbit despre ce este un colector solar pentru încălzire. Recenziile, după cum puteți vedea, diferă în funcție de instalarea corectă și locația. Un lucru este sigur - aceasta este o soluție bună, dar numai ca sursă alternativă de căldură. Faptul este că nu te poți baza complet pe energia solară; din acest motiv simplu, tehnologia care depinde de condițiile climatice nu este deosebit de populară. Sistemele solare câștigă treptat popularitate, fie și doar pentru că este o modalitate complet fără deșeuri și, cel mai important, ecologic de încălzire, iar obținerea unui colector solar de casă pentru încălzire este ineficientă, așa că este mai bine să cumpărați un produs de calitate. Rețineți că necesită întreținere periodică specializată și nu tolerează deteriorările mecanice. Prin urmare, dacă aveți de gând să instalați un astfel de lux, fiți pregătiți pentru costuri.

Un colector solar este un dispozitiv special conceput pentru a transforma energia solară în căldură. Spre deosebire de panourile solare, care funcționează pe principiul efectului fotoelectric și generează curent, colectoarele sunt proiectate pentru a încălzi un lichid de răcire. Prin urmare, ele sunt utilizate pe scară largă în sistemele de alimentare cu apă caldă și comunicațiile de încălzire ale caselor private. Există două tipuri de aceste unități, astfel încât designul colectorului solar și caracteristicile sale de funcționare depind direct de tipul acestuia.

Principiul de funcționare al tuturor colectoarelor este în esență același. Razele soarelui cad pe suprafața exterioară a colectorului, încălzind lichidul de răcire conținut în acesta. Lichidul de răcire încălzit curge prin tuburi subțiri într-un rezervor de stocare umplut cu apă. În plus, tuburile de răcire trec prin întregul volum al rezervorului, asigurând astfel încălzirea uniformă a lichidului. Pe măsură ce lichidul de răcire curge prin rezervor, acesta se răcește și este furnizat înapoi la colector în stare rece, unde este încălzit din nou. Acest lucru asigură circulația constantă a lichidului de răcire fierbinte prin rezervorul de stocare a apei. Apa din rezervor poate fi folosită pentru scăldat, spălat vase și alte nevoi casnice sau furnizată la radiatoare de încălzire.

Colectoare plate

Elementul principal al unui astfel de colector este un absorbant plat (radiator de căldură) cu un tub serpentin pentru lichidul de răcire. Absorbantul are forma unei plăci metalice, a cărei parte superioară este neapărat vopsită în negru (pentru absorbția maximă a luminii solare). Un tub subțire de metal, îndoit sub formă de bobină, este sudat pe planul inferior al plăcii. Prin acest tub circulă lichidul de răcire (de obicei apă, mai rar antigel). Cusăturile de sudură parcurg pe toată lungimea bobinei pentru a asigura contactul termic complet.

Un astfel de absorbant este plasat într-o carcasă din profile subțiri de aluminiu. Partea superioară a corpului este acoperită cu sticlă temperată deosebit de rezistentă, cu transmisie maximă a luminii (uneori se folosește policarbonat celular în aceste scopuri). O condiție prealabilă este prezența unei izolații termice fiabile între absorbant și pereții carcasei. Acest lucru este necesar pentru a preveni pierderile de căldură în mediu.

Distribuitoare de vid

Există o singură diferență între un colector solar în vid și unul plat, dar este fundamentală. Această diferență este dispozitivul absorbant. La modelele cu vid, este un sistem de tuburi evacuate din sticla speciala. În interiorul fiecărui tub este o tijă de cupru care conține fluid de transfer termic.

În plus, tuburile unui astfel de colector solar diferă prin caracteristicile de proiectare:

Coaxial. Cel mai mult seamănă cu termosurile clasice. Baloane de sticlă cu pereți dubli (între ele există un vid), în interiorul cărora este etanșat un tub de cupru cu un lichid care fierbe ușor. Transferul de căldură vine direct din balon în sine; pereții acestuia au un înveliș care absorb căldura. Când este încălzit, lichidul se evaporă, transferând căldura mai departe în sistem. Apoi aburul sub formă de condens se depune pe fundul tubului, după care procesul ciclic se reia.
pene. Acestea sunt baloane cu un perete, dar gros și durabil. În interior se află un tub de absorbție a căldurii (tot din cupru), echipat cu o placă ondulată cu un strat de absorbție. Datorită unui astfel de dispozitiv, se formează un vid în canalul termic, iar canalul în sine (precum și absorbantul) este parțial integrat în balon.

Evident, colectorul solar de tip vid are o structură mult mai complexă decât omologul său plat. Mai mult decât atât, pe lângă diferitele tipuri de tuburi de sticlă, acestea folosesc și diferite canale de căldură (tuburi de cupru prin care trece lichidul de răcire).

Astfel, conductele de căldură de tip „conductă de căldură” („conducta fierbinte”) sunt tuburi sigilate cu un lichid care fierbe ușor. Când este încălzit, se evaporă, se deplasează în sus pe canal și eliberează energia termică acumulată acolo, condensând într-o unitate specială de colectare a căldurii. După răcire, lichidul curge în partea inferioară a canalului, repetând ciclul. Iar lichidul de răcire al colectorului solar însuși preia căldura dată, transferând-o mai departe în sistem.

Canalele cu flux direct sunt, de asemenea, la mare căutare. În partea interioară a balonului sunt două tuburi de cupru combinate. Unul dintre ele este folosit pentru a furniza lichid în balon, celălalt este folosit pentru a ieși din lichid. Pe măsură ce lichidul trece prin balon, acesta se încălzește.

Tipurile de canale de căldură și tuburi pot fi combinate între ele în diferite variații. Mai mult, fiecare astfel de combinație tub/canal are propriile sale caracteristici operaționale, avantaje și dezavantaje.

Video despre colectoare solare:

Distribuitoare de aer

Versiunile cu aer ale colectorului solar sunt mult mai puțin cunoscute decât modelele cu vid sau plate. Cu toate acestea, acestea s-au dovedit destul de bune în instalațiile de uscare, în sistemele de încălzire a aerului și în sistemele de recuperare a aerului. Schema de funcționare și designul unui astfel de colector sunt foarte simple.

Lichidul de răcire, după cum sugerează și numele, nu este lichid, ci aer obișnuit. Din punct de vedere structural, colectorul de aer este un panou plat cu o suprafață cu nervuri (uneori perforată suplimentar) sau un sistem de tuburi metalice cu conductivitate termică bună. Aerul din colector se încălzește datorită contactului direct cu metalul (care se încălzește sub razele soarelui). Colectorul este conectat la încăpere prin conducte de aer (una pentru admisia aerului, alta pentru alimentare), în care sunt instalate ventilatoare pentru a asigura circulația maselor de aer.

Toată lumea a folosit un duș de vară cel puțin o dată în viață. În zilele calde însorite, apa din recipientul negru din partea de sus poate fi foarte fierbinte. Energia este impresionantă și vine la tarif zero. Proprietarii pricepuți se gândesc serios la cum să folosească această sursă puternică de căldură mai productiv. Unii reușesc să creeze sisteme solare de casă complet funcționale, dar acum nu este o problemă să achiziționați un colector solar fabricat din fabrică pentru încălzirea locuinței și alte scopuri. Vom vorbi în continuare despre cât de eficiente sunt astfel de soluții și despre cum sunt implementate.

Principiul de funcționare al colectoarelor solare

Puțină fizică

Soarele este o sursă de căldură. Razele corpului ceresc (vizibile și invizibile) transportă o cantitate mare de energie, motiv pentru care radiațiile ultraviolete și infraroșii sunt numite și radiații. Lumina care cade pe obiecte este „absorbită” de materiale, moleculele din ele încep să se miște mai repede, iar suprafețele se încălzesc. Acest fenomen este utilizat în sistemele de încălzire cu colectoare solare.

Perspective de incalzire cu sisteme solare pe tot parcursul anului

Obiectele percep radiația solară diferit. Ele pot fi transparente pentru un tip de radiație, colectând pentru altul și invers. Unele materiale absorb și reflectă lumina soarelui în același timp. Suprafețele negre mate nenete captează energia mai intens decât suprafețele ușoare, strălucitoare și netede. Mai multe raze înseamnă mai multă căldură potențială.

Cum un sistem solar „elimină” și utilizează energia solară

Spre deosebire de panourile fotovoltaice (panouri solare), un sistem solar nu generează energie electrică. Colectoarele solare pentru încălzirea unei case încălzesc singuri lichidul de răcire, fără aparate electrice auxiliare. Lichidul de răcire fierbinte intră într-un recipient special, unde transferă căldura printr-un schimbător de căldură către apa din sistemul de încălzire (se obține un fel de circuit închis primar cu circulație independentă a lichidului de răcire). Rezervorul, la rândul său, este integrat într-un sistem de încălzire cu un cazan pe combustibil solid, motorină sau electric ca generator principal de căldură.

Există modele în care lichidul de răcire este pompat de aer de ventilatoare printr-un sistem de canale în zone specificate. Ele nu sunt la fel de productive ca cele de apă, dar sunt utile pentru încălzirea încăperilor tehnice, sere, pregătirea aerului pentru sistemele de ventilație sau uscarea produselor agricole. Principalul avantaj este utilizarea în toate anotimpurile (fără lichide, fără probleme cu înghețarea lor).

Important! Încălzirea cu colectoare solare nu este singura opțiune de utilizare a energiei solare în viața de zi cu zi. Căldura „produsă” de sistemul solar este utilizată pentru alimentarea circuitului de alimentare cu apă caldă, pregătirea apei în piscine și alte nevoi.

Tipuri de colectoare solare

În funcție de lichidul de răcire utilizat:

Apă (se folosește în principal antigel).
Aeropurtat.

Sistemele de apă, în funcție de metoda de utilizare a lichidului de răcire, sunt împărțite în:

Pasiv. În esență, acestea sunt pur și simplu încălzitoare de apă cu un rezervor instalat pe acoperișul sau fațada casei. Dispozitivele pasive sunt concepute în principal pentru a produce apă caldă.
Activ („divizat”). Acestea sunt conectate prin conducte la un rezervor de stocare separat situat în interiorul clădirii, astfel încât pierd mai puțină căldură și nu se tem de îngheț. Pentru a asigura circulația, în sistem sunt instalate pompe. Pentru ca încălzirea activă pe colectoarele solare să funcționeze pe tot parcursul anului, rezervorul de stocare este echipat cu elemente de încălzire pentru încălzire suplimentară.

Monobloc de vid pasiv pentru utilizare sezonieră

Tipuri de colectoare de apă bazate pe principiul transferului de căldură:

Acțiune indirectă. Utilizați un rezervor de stocare conectat la un circuit de încălzire sau de apă caldă.
Direct ("sub presiune"). Folosind robinete și supape, modulul este conectat la sursa de apă, adică apa rece împinge apa caldă, ca într-un cazan electric de uz casnic.

În funcție de tipul de proiectare, colectoarele de apă sunt:

Plat - sunt un panou în formă de cutie, partea inferioară este acoperită cu material termoizolant pentru a nu pierde energie prin partea din spate. Pe acest strat există o placă pe toată zona care absoarbe lumina soarelui și se încălzește. Tuburile cu lichid de răcire trec prin adânciturile ștanțate ale plăcii adsorbante (sub ea). Partea superioară a panoului este acoperită cu sticlă de protecție.
Vacuum - baterii din țevi paralele de sticlă în care circulă lichidul de răcire.

Umplerea unui colector solar plat

Construcția unui colector solar în vid pentru încălzire

Să luăm în considerare sarcina funcțională a principalelor componente ale unui colector solar în vid pentru încălzire.

Tubul de vid este schimbătorul de căldură primar. Stratul exterior este realizat din sticla borosilicata transparenta rezistenta. În interiorul fiecărui balon se află un adsorbant cu un strat multistrat care îmbunătățește absorbția energiei solare. Între sticlă și adsorbant, aerul este pompat afară, stratul de vid reține căldura, creând efectul unui termos. Balonul conține tuburi în formă de U sau H cu fluid de lucru.

Rezervorul de stocare acționează ca un schimbător de căldură secundar. Prin serpentină, căldura este transferată la lichidul de răcire din circuitul principal de încălzire a apei. În zilele înnorate, acest element vă permite să utilizați căldura acumulată. Rezervorul are un corp dublu (carcasa interioara din otel inoxidabil), spatiul dintre pereti este umplut cu poliuretan. Adesea rezervorul este echipat cu elemente de încălzire pentru încălzirea artificială a lichidului de răcire.

Controlerul este proiectat pentru a automatiza funcționarea colectorului. Primește citirile senzorilor și dă comenzi: pentru a reîncărca sistemul, pentru a porni elementul de încălzire sau pompa de circulație.

Pompa de circulație asigură transportul lichidului de răcire între conducta de căldură a colectorului și rezervorul de stocare la distanță, crescând astfel eficiența instalației cu 20-25%. Uneori, pentru a obține autonomie, pompele sunt echipate cu un panou fotovoltaic; rezistența hidraulică scăzută permite utilizarea dispozitivelor de presiune redusă. Există și modele cu circulație naturală.

Elemente ale unui tub vid colector solar

Conductele cu supape de închidere și control (de alimentare și retur) conectează rezervorul de stocare la colector.

Important! Pentru a reduce pierderile de căldură, țevile circuitului sistemului solar trebuie izolate cu manșoane din cauciuc spumă cu o grosime a peretelui de 20 mm sau mai mult.

Vasul de expansiune trebuie să compenseze expansiunea lichidului de răcire încălzit, deoarece circuitul colectorului solar este închis. De obicei, se folosesc modele concepute pentru 6-10 atmosfere.

Structurile metalice de sustinere permit pozitionarea colectorului la unghiul necesar fata de soare. Cadrul este din otel sau aluminiu si trebuie sa reziste la rafale de vant de pana la 30 m/s.

Performanța de încălzire a colectoarelor solare

Natura insolației într-o anumită zonă joacă un rol cheie; de exemplu, altitudinea deasupra nivelului mării poate fi un indicator important. Utilizatorii din regiunile sudice, unde sunt peste trei sute de zile însorite pe an, vor aprecia performanța sistemului solar. Cea mai mare căldură poate fi obținută pe vreme senină, când soarele este la zenit. Seara și dimineața, precum și în zilele înnorate, performanța sistemului scade inevitabil. Pentru a „prinde” razele maxime, trebuie să instalați corect colectorul: mențineți unghiul de înclinare, orientați modulele spre sud, eliminați posibilitatea de umbrire (cladiri înalte învecinate, copaci).

Selectarea unghiului optim de instalare a colectorului în funcție de perioada anului și direcția

Important! Pentru încălzire folosind un sistem solar, este mai bine să abandonați cablajul radiatorului și să acordați preferință unui sistem de pardoseală încălzită, deoarece funcționarea lor necesită un lichid de răcire cu o temperatură mult mai scăzută.

Calculul unui colector solar pentru încălzire se bazează pe kilowați care trebuie compensați și pe condițiile tehnice reale. Utilizatorul poate asambla un sistem din mai multe module, crescând astfel performanța acestuia. Pentru produsele din fabrică, puterea utilă specifică (kW/m2) este întotdeauna indicată, dar de fapt depinde de metoda de conectare a colectoarelor, de debitul de lichid de răcire și de alte nuanțe. Pentru a vă asigura că investiția dvs. nu se irosește, contactați specialiști pentru calcule și instalare.

Video: cum funcționează un colector solar

Colectorul solar de vid (convertor de energie solară termică) asigură colectarea radiației solare în orice vreme, indiferent de temperatura exterioară. Coeficientul de absorbție de energie al unor astfel de colectoare, la un grad de vid de 10, este de 98%. Colectoarele solare sunt instalate de obicei direct pe acoperișul clădirilor, astfel încât să se utilizeze cât mai eficient zona acoperișului pentru colectarea energiei. Colectoarele pot fi montate la aproape orice unghi, de la 5 la 90 de grade. Unghiul minim de înclinare este necesar pentru a asigura circulația lichidului de răcire Durata de viață a colectoarelor de vid este de cel puțin 20 de ani.

Un rezervor cu schimbător de căldură este un sistem automat pentru convertirea, menținerea și stocarea căldurii primite din energia solară, precum și din alte surse de energie (de exemplu, un încălzitor tradițional de apă care funcționează cu electricitate, gaz sau motorină), care asigură sistemul atunci când energie solară este insuficientă. Apa încălzită în acest fel este furnizată de la schimbătorul de căldură al unității interioare către radiatoarele sistemului de încălzire, iar apa din rezervor este folosită pentru alimentarea cu apă caldă.

Unitatea de control este concepută pentru a controla temperatura din colectorul solar și din rezervorul schimbătorului de căldură, precum și pentru a selecta, în funcție de mărimea acestor temperaturi, modul optim de funcționare al sistemului în timpul zilei. În acest caz, regulatorul reglează fluxul de lichid de răcire prin schimbătorul de căldură și determină direcția de alimentare cu căldură (pentru alimentarea cu apă caldă sau pentru încălzire). Noaptea, automatizarea sistemului asigură utilizarea energiei suplimentare minime necesare pentru a menține temperatura setată în interiorul încăperii. Sistemul are o inerție redusă, acces rapid la modul de funcționare și vă permite să furnizați:

Alimentare cu apă caldă pe tot parcursul anului;
Încălzire sezonieră cu economii de surse tradiționale de energie termică până la 80% (în funcție de latitudine și condițiile climatice).

Design element

colector de vid

Designul colectoarelor cu tuburi de vid constă din rânduri paralele de profile tubulare transparente. Se folosesc țevi din sticlă la sticlă. Tubul interior este acoperit cu un strat selectiv special care absoarbe bine energia solară și previne pierderile de căldură. Astfel de conducte funcționează atât pe vreme înnorată, cât și la temperaturi sub zero; transformă razele solare directe și difuze în căldură. Radiația infraroșie care trece prin nori este, de asemenea, absorbită și transformată în căldură. Tuburile sunt de obicei realizate din sticlă borosilicată.

Designul țevilor de vid este similar cu designul unui termos: un tub este introdus în altul cu un diametru mai mare. Între ele există un vid, ceea ce reprezintă o izolare termică perfectă. Pentru sistemele pentru toate anotimpurile, colectorii folosesc conducte de vid cu termotuburi incorporate (conducte de caldura). O conductă de căldură este o conductă de cupru închisă care conține o cantitate mică de lichid cu punct de fierbere scăzut. Când este expus la căldură, lichidul se evaporă și ia căldura din tubul vidat. Vaporii se ridică în partea superioară - vârf, unde se condensează și transferă căldură către lichidul de răcire al circuitului principal de consum de apă sau lichidul neîngheț al circuitului de încălzire. Condensul curge în jos și totul se repetă din nou.

Receptorul colectorului solar este realizat din cupru cu izolație poliuretanică, acoperit cu tablă de oțel inoxidabil. Transferul de căldură are loc prin „manșonul” de cupru al receptorului. Datorită acestui fapt, circuitul de încălzire este separat de tuburi; dacă un tub este deteriorat, colectorul continuă să funcționeze. Procedura de înlocuire a tuburilor este foarte simplă și nu este necesară scurgerea amestecului antigel din circuitul schimbătorului de căldură.

Rezervor schimbător de căldură

Din punct de vedere structural, este conceput ca un cazan de stocare. Conceput pentru a acumula și reține căldura și include de obicei una sau două bobine interne de schimb de căldură. Restul echipamentului sistemului include de obicei o pompă, un manometru, o supapă de presiune, supape, supapă de reglare a umplerii cu apă, conectori, manometru, supapă de siguranță de 6 atm și un set pentru conectarea în siguranță la sistemul de încălzire. Opțional, rezervorul poate fi echipat cu un încălzitor electric cu o putere de la 1 la 3 kW.

Atunci când există o nevoie simultană de apă caldă și încălzire, energia solară este distribuită între încălzirea cazanului principal și alimentarea cu apă caldă. Când temperatura setată este atinsă, automatizarea comută alimentarea cu căldură la circuitul de încălzire. Această secvență de funcționare a sistemului poate fi inversată, în funcție de zona climatică sau de perioada anului. Sistemul este proiectat astfel încât alte sisteme de încălzire să poată fi conectate cu ușurință la el.

Controler de sistem pentru sisteme solare de încălzire a apei

Controlerul este conceput pentru a controla temperatura din colectorul solar, din rezervorul schimbatorului de caldura si sa selecteze, in functie de magnitudinea acestor temperaturi, modul optim de functionare al sistemului in timpul zilei.

Controlerul îndeplinește următoarele funcții principale:

Indicarea temperaturii colectorului;
Indicarea temperaturii în rezervor;
Indicarea temperaturii returului lichidului de răcire;
Setarea temperaturii pentru pornirea circulației forțate a lichidului de răcire;
Setarea orei de pornire și oprire a sistemului de încălzire;
Setarea temperaturii și timpului pentru încălzire suplimentară;
Setarea temperaturii „anti-îngheț”;
Indicație de deteriorare a senzorului.

Tipuri de sisteme solare

Există două tipuri de sisteme solare: sezonier și pe tot parcursul anului (toate anotimpurile)

LA sisteme sezoniere includ colectoare cu vid cu transfer direct de căldură a energiei solare către apă. În astfel de sisteme, tuburile de vid sunt amplasate la un anumit unghi și conectate la un rezervor de stocare. Din ea, apa curge direct în tuburi, se încălzește și se întoarce înapoi.

Avantajele acestui sistem includ transferul direct de căldură în apă fără participarea altor elemente. Un dezavantaj poate fi considerat un volum de apă ceva mai mare în circuitul schimbătorului de căldură (60-200 litri). Principalul avantaj rămâne costul scăzut și eficiența ridicată, de până la 98%.

LA sisteme pentru toate anotimpurile includ colectoare de vid cu termotuburi. Principiul de funcționare a unor astfel de colectoare este simplu și seamănă cu funcționarea unei instalații de încălzire centrală. Acesta este un sistem închis în care lichidul care nu îngheață curge prin partea superioară a colectorului și a bobinei. Acest fluid preia căldură de la vârfurile de cupru, iar fluidul fierbinte este apoi pompat prin serpentina rezervorului de stocare și încălzește apa din rezervor. Ciclul de transfer de căldură de la colector la baterie durează atâta timp cât durează ziua (și temperatura la ieșirea colectorului este mai mare decât temperatura din rezervor la nivelul schimbătorului de căldură). Funcționarea pompei este controlată de un controler electronic. Senzorii controlerului sunt amplasați în colector și în rezervorul de stocare. Ei măsoară temperatura din sistem. In plus, rezervorul de expansiune protejeaza sistemul de presiunea prea mare care apare atunci cand temperatura creste si consumatorii nu folosesc apa.

Zona de aplicare

Furnizarea de alimentare cu apă caldă la clădiri rezidențiale, cabane, case de țară, hoteluri, restaurante, sere, piscine etc.;
Încălzirea spațiilor în perioada primăvară-toamnă și economiile de energie ale sistemului de încălzire iarna de până la 50%.
Încălzirea de întreținere a încăperilor atunci când este utilizat cu tehnologie de încălzire prin pardoseală

Continuați lectură

Căldura solară: alimentare cu apă caldă și încălzire cu colectoare solare în vid Într-un încălzitor-colector de apă în vid, volumul care conține suprafața întunecată care absoarbe radiația solară este separat de mediu printr-un spațiu evacuat, ceea ce permite eliminarea aproape completă a pierderilor de căldură către mediu. din cauza...

Kit de incalzire solara cu colectoare de vid si rezervor de stocare Sistem de incalzire a apei cu circulatie activa. Pentru climatul rece al Rusiei, sistemele solare de alimentare cu apă caldă sunt cele mai potrivite, în care rezervorul de stocare a căldurii este situat într-o casă caldă. Colectorii sunt amplasați pe acoperiș sau pe un...

Sistem integrat cu colector de vid și rezervor Suntask STH Sistemele integrate, în care tuburile solare de vid intră direct în rezervorul de stocare a căldurii, sunt mai ieftine decât sistemele split. O descriere detaliată a caracteristicilor, avantajelor și dezavantajelor sistemelor de colectoare solare integrate este descrisă în articolul „Colectoare de vid cu rezervor”.…

Aproape toată lumea a auzit despre colectoarele solare în aceste zile. În termeni generali, aproape toată lumea înțelege că este un dispozitiv care ajută la transformarea energiei solare în căldură. Cu toate acestea, în realitate, practic, practic, nimeni nu știe „ce este și cum funcționează”.

Enciclopedia națională a construcțiilor ProfiDom.com.ua publică un scurt curs - „educație educațională” despre bazele teoriei colectoarelor solare.

Principiul de funcționare al colectoarelor solare este unic. Dacă în cazane încălzirea lichidului are loc datorită energiei eliberate în timpul arderii combustibilului, iar în pompele de căldură - căldura solului, aerului sau apei, atunci colectoarele solare o primesc direct de la sursa principală de căldură din solar. sistem - Soarele.
Această sursă este inepuizabilă, prietenoasă cu mediul, accesibilă tuturor de pe Pământ și, cel mai important, gratuită. Adevărat, pentru a-l utiliza eficient în scopuri casnice pentru încălzirea apei sau a lichidului de răcire, va trebui să investiți nu numai în colectoarele solare în sine, ci și într-o varietate de echipamente care le deservesc. în care. este necesar să se ia în considerare în prealabil o serie de nuanțe specifice funcționării colectoarelor solare și să se ofere opțiuni de protecție împotriva unora dintre ele.

O trăsătură caracteristică a colectoarelor solare care îi deosebește de alte tipuri de generatoare de căldură este sezonalitatea lor. Colectorul primește energie termică din razele soarelui, deci dacă nu există soare, nu există căldură. Colectorii solari contribuie la sistemul de incalzire doar in timpul zilei, adica ziua, dar noaptea sunt pasivi. Durata orelor de lumină joacă, de asemenea, un rol: cu cât este mai scurtă, cu atât colectorul va primi mai puțină energie pe zi. Prin urmare, același colector solar va primi cantități diferite de căldură în diferite perioade ale anului. Modificarile productivitatii colectorului in functie de sezon sunt unul dintre cei mai importanti factori de care trebuie sa se tina cont la efectuarea calculelor.

Eficiența maximă a colectoarelor solare coincide cu vârful insolației. Colectorii aduc cea mai mare căldură din mai până în august. În extrasezon, productivitatea lacului de acumulare scade și atinge un minim în decembrie-ianuarie. Cu toate acestea, această reducere a eficienței nu este aceeași pentru diferite tipuri de dispozitive. Cert este că performanța colectorului depinde de doi parametri - câtă energie va primi de la soare și câtă căldură va pierde din cauza imperfecțiunilor de proiectare. Prin urmare, producătorii iau măsuri pentru a crește absorbția de căldură, pe de o parte, și pentru a reduce pierderile de căldură, pe de altă parte.

Modele diferite - eficiență diferită
Cele mai comune colectoare solare de pe piață sunt de două modele principale - plate și tubulare în vid, acestea din urmă sunt, de asemenea, împărțite în flux direct și cu efect de „conductă de căldură”. Aceste diferențe sunt cauzate tocmai de căutarea soluțiilor la problemele de obținere și stocare a căldurii din radiația solară. Aceste probleme se află în însuși principiul funcționării colectoarelor.

După cum știți, razele soarelui încălzesc obiectele diferit și depind în mare măsură de suprafață. Unele acoperiri reflectă cea mai mare parte a fluxului de lumină, în timp ce altele, dimpotrivă, absorb. Suprafețele cu un strat de culoare neagră au coeficientul maxim de absorbție al radiației luminoase, care este cel folosit la colectoarele solare.

Principalul element de lucru în proiectarea lor este absorbantul, care este de obicei o placă de cupru cu un tub sudat. Suprafața absorbantului orientată spre soare are o acoperire neagră specială, astfel încât razele să îi poată transfera cât mai multă energie termică.

Placa și odată cu ea tubul se încălzesc rapid, iar lichidul care circulă prin tub preia această căldură și o transportă mai departe în sistem. Dar placa de absorbție fierbinte în sine începe să radieze căldură în mediu și să încălzească aerul în contact cu acesta. Pentru a preveni acest lucru, absorbantul este izolat de atmosfera deschisă. Măsurile care cresc cantitatea de căldură primită de la soare privesc de obicei sticla și absorbantul. Sticla obișnuită are o serie de dezavantaje - pot străluci (adică reflectă o parte din lumina soarelui în loc să o lase să intre), iar unele dintre raze nu intră în interior din cauza transparenței insuficiente.

Prin urmare, colectoarele solare de înaltă tehnologie folosesc sticlă special concepută, cu un conținut redus de fier, care este mai transparentă decât sticla convențională. Ele transmit mai multă lumină, ceea ce înseamnă că colectorul va primi energie termică suplimentară. În plus, sticla este adesea echipată cu un strat antireflex - reduce proporția de lumină reflectată de suprafață și, de asemenea, ajută la creșterea productivității colectorului. Curățenia este, de asemenea, importantă - sticla prăfuită sau aburită lasă, evident, mai puțină lumină. Pentru a preveni pătrunderea prafului în interiorul colectorului și a umezelii, corpul acestuia este adesea sigilat și chiar umplut cu gaz inert. Adevărat, aceste măsuri sunt necesare numai pentru colectoarele cu plăci plate - modelele de vid, care vor fi discutate mai jos, nu au astfel de probleme.

În ceea ce privește absorbantul, toate tehnologiile au ca scop creșterea capacității de absorbție a acestuia. În colectoarele solare ieftine, placa absorbantă este adesea pur și simplu vopsită cu vopsea neagră. Desigur, există un efect de la o astfel de soluție, dar este nesemnificativ; în plus, vopseaua poate străluci, iar calitatea acoperirii se deteriorează în timp. Modelele de colectoare mai scumpe, avansate din punct de vedere tehnologic, sunt echipate cu absorbante cu un strat special foarte selectiv, care nu strălucește, durează mult timp și absoarbe foarte bine radiația solară.

Dar principalele diferențe în designul colectoarelor solare constă în metodele de izolare termică. Un colector plat este o cutie metalică dreptunghiulară acoperită cu sticlă deasupra. Pereții și fundul cutiei sunt izolați termic - de obicei cu vată minerală. Cu toate acestea, o astfel de izolație este imperfectă, deoarece nu exclude transferul de căldură de la absorbant la sticlă prin gazul conținut în interiorul colectorului, iar vata minerală, de asemenea, nu exclude complet pierderea de căldură prin corp.

Prin urmare, în materie de conservare a căldurii cu un colector plat, diferența de temperatură între interiorul și exteriorul colectorului este importantă. Vara, când aerul de afară este bine încălzit, pierderile de căldură sunt mici, iar colectorul direcționează aproape toată energia primită de la soare în sistem. Dar de îndată ce temperatura exterioară scade, colectorul, care primește deja mai puțină căldură în extrasezon și iarna, începe să piardă din ce în ce mai mult din energia colectată.

Ca urmare, colectoarele cu plăci plate sunt foarte eficiente la sfârșitul primăverii și vara, dar colectează foarte puțină căldură pe vreme rece. Colectoarele cu tuburi de vid au o izolare termică mai bună. Absorbantele lor sunt amplasate în interiorul tuburilor de sticlă, între pereții cărora există un vid. Transferul de căldură printr-un mediu gazos într-un astfel de colector este imposibil din cauza absenței gazului în sine, ca atare. Prin urmare, pierderea de căldură de la colectoarele cu vid este minimă chiar și în înghețuri severe.