Учебно-методическое пособие Ростов-на-Дону 2019

Солнечные коллекторы 
Основным элементом установки солнечной нагревательной установки
является коллектор, который улавливает солнечное излучение и преобразует его в 
теплоту. Различают два типа солнечных коллекторов: плоские и фокусирующие. 
В плоских коллекторах солнечная энергия поглощается без концентрации, а в 
фокусирующих с увеличением плотности поступающего потока солнечной 
радиации. Наибольшее распространение получили плоские коллекторы солнечной 
энергии (КСЭ). Важнейшим конструктивным элементом КСЭ является абсорбер, 
объединяющий в себе плоскую лучепоглощающую поверхность и систему 
каналов для теплоносителя. Адсорбер изготавливается из металлов, обладающих 
высокой теплопроводностью – стали, алюминия или меди. Для лучшего 
поглощения солнечного излучения верхняя поверхность окрашивается в темный 
цвет и на нее наносится специальное покрытие. В качестве каналов для 
теплоносителя используются, как правило, трубы диаметром 12–15 мм, 
приваренные или припаянные сверху, снизу или в одной плоскости с 
металлическим листом. Трубы располагаются параллельно друг другу с шагом 
50–150 мм. Верхние и нижние концы труб присоединяются сваркой или пайкой к 
распределительным коллекторам. Для снижения потерь теплоты от адсорбера в 
окружающее пространства используется теплоизоляция, закрывающая нижнюю 
поверхность адсорбера, а также один или несколько слоев стекла, размещаемых 
над адсорбером. Для повышения КПД коллектора необходимо использовать 
стекло с антирефлектирующей поверхностью (рис.2.8).

---

36 
Рис. 2.8. – Прохождение солнечного излучения через 
стеклянную поверхность плоского коллектора 
Все названные элементы собираются в корпусе коллектора, а затем 
производится уплотнение наружного стекла. В результате получается плоский 
коллектор для нагревания жидкого теплоносителя, общий вид, которого 
представлен на рис. 8.6.
Рис. 2.9. – Общий вид плоского солнечного коллектора 
Т.к. медь имеет наибольший коэффициент теплопроводности из металлов, 
используемых в промышленности, то коллекторы с медными абсорберами имеют 
наиболее высокий КПД и поэтому получили широкое распространение. 

---

37 
Разработаны и используются также солнечные коллекторы с вакуумными 
трубками (рис.2.10). Конструкция вакуумной трубки выполнена наподобие 
стеклянной колбы бытового термоса. Трубки изготавливаются из сверхпрочного 
боросиликатного 
стекла, 
обеспечивающего 
защиту 
от 
механических 
повреждений, и имеют специальное покрытие, обеспечивающее высокую степень 
поглощения солнечного излучения и минимальные теплоэмиссионные потери. 
Солнечная энергия, поглощенная трехслойным покрытием трубки, преобразуется 
в тепловую энергию теплоносителя (воды), находящегося внутри трубки. Т. к. 
плотность воды при нагревании уменьшается, то она поднимается по трубке вверх 
и поступает в накопительный бак, расположенный выше коллектора. Холодная 
вода из накопительного бака стекает вниз и попадает в нижнюю часть трубки. В 
системе коллектор – накопительный бак отсутствует избыточное давление и 
обеспечивается естественная циркуляция воды. Солнечный коллектор данной 
конструкции является наиболее простым из гелиосистем, предназначенных для 
горячего водоснабжения. Устройство водяного солнечного коллектора с 
вакуумными трубками представлено на рис. , а его общий вид показан на рис. 
Недостатком подобной конструкции является то, что ее можно использовать 
только при положительных температурах наружного воздуха, на холодный 
период года воду из системы необходимо слить теплоноситель. 
Рис. 2. 10 – Устройство водяного солнечного коллектора
с вакуумными трубками 

---

38 
Рис. 2.11. – Общий вид солнечного коллектора с вакуумными трубками 
В более сложных конструкциях, способных работать при температурах 
наружного воздуха до – 35 ºС, используется нагревательный элемент, 
работающий по принципу термосифона. Нагревательный элемент встраивается 
внутрь каждой стеклянной вакуумной трубки коллектора и представляет собой 
медную трубу, заполненную внутри легко кипящей жидкостью. Нижняя часть
медной трубы герметизируется, а верхняя – присоединяется к теплообменнику, 
размещенному в накопительном баке. Под воздействием солнечного излучения 
жидкость в трубке закипает, образующийся пар поднимается в верхнюю часть 
трубки и попадает в теплообменник. Здесь он конденсируется и передает теплоту 
воде в баке. Конденсат под действием силы тяжести опускается в нижнюю часть 
медных трубок, где снова испаряется. 
Солнечные коллекторы с вакуумными трубками имеют более высокую 
стоимость, чем обычные, но при этом у них и более высокий КПД. В таблице 8.2 
приведены технические характеристики вакуумных солнечных коллекторов с 
медным нагревательным элементом компании EnergyEco. 
Таблица 2.1 – Технические характеристики солнечных коллекторов EE-SHS 

---

39 
Наименование 
коллектора 
Количество 
трубок 
Размеры
коллектора, мм 
Вес
коллектора, кг 
Площадь 
апертуры, м
2
EE-SHS/100 
10 
2020×798×155 
39,9 
1,31 
EE-SHS/150 
15 
2020×1178×155 
58,3 
1,97 
EE-SHS/250 
25 
2020×1938×155 
96,1 
3,49 
EE-SHS/300 
30 
2020×2318×155 
114,1 
3,93 
Для определения необходимой площади поверхности солнечного можно 
воспользоваться формулой: