Главная — Электроснабжение_ — Солнечная энергия

Солнечные коллекторы

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя.

Обычно применяются для нужд горячего водоснабжения и отопления помещений.

Коллекторы бывают нескольких типов: плоские и вакуумные и комбинированные.

Ваккумные: Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При облучении установки солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Плоские: Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Абсорбер связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель или напыление оксида титана) для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурат). Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметиком.

При отсутствии забора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—210 °C.

Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре.

Комбинированный коллектор выполнен из тепловых трубок и состоит из блока поглощения солнечной тепловой энергии, блока нагрева воды и блока выработки электрической энергии. Блок нагрева воды выполнен по принципу теплообменника типа «труба в трубе». Теплообменник состоит из секций, число которых может соответствовать числу тепловых трубок. Разработана конструкция коллектора, в которой теплообменник содержит количество секций, равной удвоенному числу тепловых трубок. Например, число тепловых трубок равно 8 штук, а число секций теплообменника – 16. Передачу теплоты нагреваемой воде в теплообменнике можно осуществить двумя способами: непосредственным контактом поверхности зоны конденсации тепловой трубки с водой или методом «сухого контакта».

В последнем случае передача теплоты осуществляется через две теплопроводные стенки. Разработана конструкция комбинированного коллектора с тепловыми трубками, на поверхности испарительных участках которых закреплены электронагревательные элементы.

Площадь тепловоспринимающей панели, которая состоит из участков испарения, составляет от 60 до 70% общей площади коллектора. Для систем с естественной циркуляцией, тепловоспринимающая поверхность должна быть больше, чем для систем активного типа.