Структура и принципы солнечных коллекторов

Рисунок 3. Вакуумный солнечный коллектор.
Для горячего водоснабжения используются современные солнечные коллекторы. Процесс его работы следующий: солнечное излучение, проходящее через внешнюю трубку, попадает на поглощающую трубку, где происходит преобразование солнечной энергии в тепловую. Преобразованная энергия передается теплоносителю (жидкости). Глазок коллектора состоит из определенного количества стеклянных трубок, расположенных параллельно друг другу. Каждая из этих трубок прикреплена к трубчатому поглотителю с избирательным покрытием. Горячая жидкость собирается в сборном баке, где собирается вся горячая вода. Трубки вакуумного коллектора можно заменить. При необходимости можно добавить или удалить дополнительные трубки. Поэтому таких коллекционеров еще называют модельными. Однако следует отметить, что устройство должно быть вакуумным, чтобы уменьшить потери тепла в процессе конвекции между змеевиками коллектора. Несмотря на то, что есть потери тепла из-за излучения, потери тепла таким образом не влияют на эффективность коллектора[5].
На сегодняшний день в мире существует большое количество вакуумных солнечных коллекторов различной конструкции, которые делятся на типы в зависимости от назначения и при каких внешних воздействиях. Изготовление вакуумных коллекторов - сложный и трудоемкий процесс. Плоский солнечный коллектор состоит из частей, состоящих из поглотителя, прозрачного слоя и теплозащитного экрана. Поглощающая поверхность связана с системой теплопередачи. Его покрывают черным цветом или специальным составом, который нужен для повышения эффективности[6]. Прозрачная поверхность обычно изготавливается из закаленного стекла или смешанного поликарбонатного стекла с низким содержанием металлов.
a) б)
Рисунок 4. а) Общий вид вакуумного солнечного коллектора; б) Схема вакуумного солнечного коллектора;
1 - Подключение; 2 - Кремниевый слой; 3 - слой EPDM; 4 - Вакуумная трубка из ударопрочного стекла; 5 - Алюминиевая поглощающая поверхность с высокоселективным слоем; 6 - Зеркальный отражатель, 7 - Наружная оболочка коллектора; 8 - П-образная трубка для приема тепла от поглощающей поверхности.
В стандартном решении для повышения эффективности коллектора в качестве поглощающей поверхности используется медь, поскольку ее теплопроводность очень высока, а иногда алюминий также используется в качестве поглощающей поверхности. Хотя теплопроводность в два раза ниже, чем у меди, алюминий имеет высокий запас энергии. Это означает, что металл сохраняет энергию теплопередачи.
Даже при ограниченном падении энергии возможно повышение температуры теплоносителя до 250 - 300ºС энергий. Это можно сделать за счет снижения теплопотерь за счет использования многослойного стеклянного покрытия, высокой герметичности или создания вакуумного коллектора[7].
По конструкции солнечная тепловая труба аналогична домашнему термосу. Только внешняя часть трубки прозрачна, а внутренняя часть покрыта высокоселективным покрытием, которое улавливает солнечную энергию, и между внешней и внутренней стеклянной трубкой создается вакуум. Вакуумный слой в интервале позволяет хранить 95% запасенной тепловой энергии, кроме того, тепловые трубки в вакуумных солнечных коллекторах также выступают в качестве теплоносителя.
В бытовых солнечных коллекторах теплоносители, такие как вода, воздух, масло или антифриз, циркулируют через коллектор при нагревании, а затем передают свою тепловую энергию в аккумуляторный бак, обеспечивая дополнительную горячую воду для потребителя.
В простейших вариантах этого устройства циркуляция воды происходит естественным образом за счет разницы температур между коллектором и над баком-аккумулятором. В несколько более сложной форме у него есть собственная часть, заполненная водой или антифризом. В этой части к циркуляции теплоносителя подключается насос, бак может быть установлен напрямую - с прямым коллектором или внутри здания[8].