Сонячний колектор для опалення: безкоштовне тепло або даремні витрати
Вітаю, камаради! Як ви думаєте, наскільки вигідний сонячний колектор для опалення? Я познайомлю вас з пристроєм і різновидами колекторів, а потім виконаю нескладний розрахунок ефективності сонячного опалення, який дозволить дати йому однозначну оцінку. Отже, в путь.
Вакуумні колектори опалення і сонячні батареї на даху приватного будинку.
Що це таке
Сонячний колектор – це нескладний пристрій, що використовує видиме світло і інфрачервоне випромінювання Сонця для нагріву робочого середовища. Принцип його роботи заснований на поглинанні тепла поверхнею з низькою здатністю, що відображає.
Від найближчого побратима – фотоелектричної сонячної батареї, колектор відрізняє куди більш висока ефективність: якщо фотоелектричні елементи перетворять в електроенергію не більше 15% сонячної енергії, то колектори дозволяють утилізувати до 80%.
Основна проблема, яка заважає використовувати сонячні колектори для опалення будинку в якості основного джерела тепла – непостійна теплова потужність. Вона пов'язана:
- З добовими циклами освітленості. Вночі зі зрозумілих причин вироблення тепла падає до нуля. Більше того: підтримання позитивної температури циркулюючої через колектор води вимагає додаткових енерговитрат;
- З погодою. При щільній хмарності освітленість (і, відповідно, теплова потужність приладу) знижується.
Сонячні колектори затребувані в областях країни з максимальною інсоляцією. На знімку – дах котеджу в Ялті.
Взимку, коли працює опалення, переважає похмура погода. Крім того, взимку вироблення тепла колектором падає приблизно на чотирьох навіть в ясні дні. Це відбувається через зміни кута падіння сонячних променів, що викликає зимовий похолодання.
різновиди
У продажу можна зустріти два різновиди приладів для утилізації сонячної енергії:
Плоскі колектори конструктивно простіше вакуумних, але дещо менш ефективні. Теплоносій нагрівається, проходячи через трубки, закріплені на теплопровідних металевій підкладці – мідному або алюмінієвому листі.
Знизу підкладка теплоізольована, зверху – захищена прозорим для сонячної радіації матеріалом (загартованим склом з низьким вмістом металів або полікарбонатом).
Пристрій плоского сонячного колектора.
Найбільш ефективний газова плита з мідними трубками, припаяними до формованої мідної підкладці. Колектор з трубками із зшитого поліетилену поглинає менше тепла за рахунок їх більш низьку теплопровідність.
Ключові характеристики плоских колекторів виглядають так:
- Максимальна температура нагріву теплоносія – 200-210 ° С;
- Здатність поглинати сонячне тепла – до 70%;
- Падіння ефективності в снігову погоду – мінімально. Прозорий лист, що захищає абсорбер (підкладку з трубками), нагрівається при роботі, і сніг швидко тане;
Плоский колектор самоочищається при нагріванні: сніг швидко тане на поверхні захисного скла.
- тепловтрати – до 30% за рахунок безпосереднього контакту нагрітого в колекторі повітря із захисним склом;
Втрати тепла плоским колектором збільшуються в міру падіння вуличної температури. При -20 ° С і нижче прилад повністю припиняє виробляти тепло.
- парусність – висока, що може привести до проблем з установкою в регіонах з вітряними зимами;
- установка – під довільним кутом до горизонту. Положення приладу має лише забезпечити його максимальну освітленість протягом світлового дня.
Колектор можна встановити на плоскій або скатної покрівлі, а також змонтувати на рамі у дворі будинку.
Вакуумний колектор об'єднує кілька трубок – термосів.Внутрішня колба кожної трубки покрита високоселективним (поглинає максимальну кількість тепла) покриттям, зовнішня колба прозора. Завдяки вакууму між ними тепловтрати за рахунок безпосереднього контакту з повітрям мінімальні – не більше 5%.
Швидкий нагрів теплоносія забезпечується перенесенням тепла за принципом теплової трубки. Теплоносій випаровується в нижній частині колби і у вигляді пари піднімається вгору в конденсатор, де при поверненні в рідкий стан віддає накопичене тепло, а потім самопливом опускається вниз.
Кожна колба вакуумного колектора є теплову трубку і забезпечує швидку передачу тепла теплоносія.
Чим вакуумний колектор відрізняється від плоского в практичному плані?
- Максимальна температура теплоносія: до 300 ° С;
- Здатність поглинати сонячне тепла: До 80%. Висока ефективність забезпечується максимальним поглинанням тепла адсорбуючим шаром на внутрішніх стінках колб і вакуумом між стінками, що виключає перенесення енергії за рахунок конвекції;
- Падіння ефективності в сніг – Тобто, оскільки завдяки мінімальним тепловтрат поверхню колб майже не нагрівається;
- парусність: Мінімальна, тому прилади підходять для регіонів з сильними вітрами;
- установка: Під кутом не менше 15-20 градусів до горизонту. При менших кутах нахилу колби перестануть виконувати роль теплових трубок: конденсується теплоносій перестане самопливом повертатися в їх нижню частину.
дослідження зразків
Давайте ближче познайомимося з декількома зразками колекторів обох типів.
Плоский колектор російського виробництва ЯSolar.