Типи сонячних колекторів

Сонячний колектор – це конструкція або пристрій, що перетворює енергію Сонця в тепло. Формально, сонячними колекторами є: сталева бочка, пофарбована в чорний колір на дачній душі; тонкостінний шланг, розкатаний по городу; виставлені на сонце пластикові PET-пляшки, наповнені водою. Навіть просте відро води, що гріють на сонці, може вважатися сонячним колектором.

Відкритий колектор

Заглиблюватися в класифікацію таких саморобних ультра-економ-варіантів використання сонячної енергії не станемо. Для формування повної картини згадаємо лише такий тип сонячного колектора , як відкриті колектори, що не мають ні скління , ні спеціального покриття. Найчастіше , це пластикові прямокутні ємності чорного кольору , наповнені водою . Вони вкрай дешеві – дешевше може бути лише якесь рішення “своїми руками” – проте мають масу критичних недоліків, таких як:

• вкрай низький ККД
• здатність працювати тільки при позитивних температурах навколишнього середовища
• ефективність тільки при невеликих перепадах температур (не більше 20 ⁰С між навколишнім середовищем і водою в колекторі.
• крайня недовговічність – часто не довше за одного сезону.
  
  Все це залишає відкритим колекторам єдину сферу застосування – як підігріву басейну або вуличного душа.

  “Серйозні” сонячні колектори , які можна використовувати протягом багатьох років, можна розбити на дві великі групи: плоскі колектори і трубчасті вакуумні колектори.

   

Плоскі сонячні колектори

Основним елементом плоского сонячного колектора є абсорбер – металева пластина зі спеціальним поглинаючим покриттям і напаяти на неї проточним трубопроводом. Абсорбер укладений в спеціальний корпус , у якого лицьова стінка прозора (через неї в колектор проникає сонячне випромінювання), а тильна утеплена мінераловатної плитою або шаром іншого утеплювача.

Внутрішній трубопровід , по якому циркулює теплоносій , на абсорбере може розташовуватися по-різному. Виділяють 2 основних типи розташування: “меандр” і “арфа”. Компанія Атмосфера пропонує плоскі сонячні колектори обох типів.

Для підвищення ефективності колектора на абсорбер може бути нанесено спеціальне селективне покриття. Наявність селективного покриття значно збільшує продуктивність плоского колектора, але, в той же час, збільшує його вартість.

Для зменшення тепловтрат в холодну пору року корпус плоского колектора роблять максимально герметичним. Таким чином теплоізоляція абсорбера досягається за рахунок шару повітря або інертного газу з боку прозорою передньої стінки, і шару утеплювача з боку задньої стінки.

Плоскі колектори є більш ефективними в теплу пору року , проте в зимовий час їх ефективність значно знижується з причини досить високих тепловтрат.

Існують також ще один вид плоских сонячних колекторів – вакуумний плоский колектор. У вакуумному плоскому колекторі теплоізоляція абсорбера від навколишнього середовища досягається не за рахунок шару теплоізоляції, а за рахунок створення всередині короба глибокого вакууму, що запобігає тепловтрати. Такі колектори володіють максимальною продуктивністю серед плоских колекторів, однак, є більш складними в монтажі та експлуатації, і, що суттєво, дуже дорогими.

Незаперечними перевагами плоских сонячних колекторів є їх невисока ціна при високій ефективності в теплу пору року. До недоліків можна віднести низьку продуктивність в зимовий період, а також порівняльне незручність їх монтажу на важкодоступні покрівлі. Плоский колектор є цільною нерозбірними конструкцією, через що піднімати і встановлювати на дах його доводиться цілком.

Трубчасті вакуумні сонячні колектори

Набагато простіше встановити на похилу покрівлю трубчастий вакуумний колектор. Трубчастий колектор складається з рами або кріплень, корпуса-теплообмінника (так званого manifold) і скляних вакуумних трубок. Таким чином, монтаж трубчастого колектора можна здійснювати в кілька етапів: спочатку встановлюємо раму, на рамі закріплюємо manifold, після чого по одній вставляємо в manifold вакуумні трубки.

Трубчасті вакуумні колектори також більш ефективні в порівнянні з плоскими колекторами в холодну пору року, так як вакуум забезпечує мінімальні тепловтрати.

Трубчасті вакуумні колектори відрізняються за типом вакуумних трубок, а також за типом manifold’а.

У коаксіальних вакуумних трубках прямого нагріву теплоносій (зазвичай це вода) нагрівається при безпосередньому контакті з внутрішньою тепло-поглинаючої стінкою. Для збільшення теплопоглинання скляна стінка зсередини покривається спеціальним селективним покриттям.

Колектори прямого нагріву на трубках коаксіального типу прості і дешеві, однак мають ряд недоліків:

• з причини безпосереднього контакту теплоносія з трубкою, колектор не може працювати під високим тиском
• колектор працює тільки в теплу пору року.
  
  Коаксіальні вакуумні трубки прямого нагріву використовуються в сезонних термосифонних системах, таких як Атмосфера-RNB, RPA-Теплообмен, СВК-Октагон.

   

Система heat-pipe складається зі спеціальної трубки – теплообмінника, передавальної тепло з трубки в теплообмінник manifold’а. Гільза теплообмінника heat-pipe з’єднується з теплообмінником manifold’а через спеціальне гніздо, яке може бути упаяні безпосередньо в 1-трубний теплообмінник, або може огинати 2-трубним теплообмінником.

Коаксіальні вакуумні трубки з системою heat-pipe відрізняються високою ефективністю і зручністю при монтажі. Крім того, в такому колекторі можна легко замінити не тільки одну вакуумну трубку, але навіть окремий теплообмінник heat-pipe у разі виходу його з ладу. При чому зовсім не обов’язково демонтувати колектор з даху – все заміни можуть здійснюватися за місцем з мінімальним витратами часу і зусиль.

Колектори з вакуумними трубками heat-pipe відрізняються доступною ціною, високо надійні і можуть без обмежень використовуватися в високонапірних геліотермальних системах. Вакуумні трубки heat – pipe використовуються у всіх вакуумних сонячних колекторах Атмосфера.

Ще одним типом трубчастих геліоколекторів є колектори з коаксіальними трубками, в яких розташований проточний теплообмінник U-подібної форми.

При високій ефективності трубки U-type мають один серйозний недолік – вони є одним цілим з manifold’ом і повинні монтуватися цілком. При цьому, така конструкція виключає заміну одиночних трубок при виході їх з ладу. Також недоліками колекторів з трубками U- type, в порівнянні з трубками heat-pipe, є їх більшу гідравлічний опір, підвищені вимоги до теплоносія і, що не менш важливо, більш висока ціна.

Колектори на основі пір’яних вакуумних трубок є найбільш ефективними серед трубчастих колекторів. Пір’яні трубки складаються з системи heat-pipe, закріпленої на плоскому тепловому абсорбере з селективним покриттям, який поміщений в вакуум. Іншими словами, це якийсь гібрид трубок heat-pipe і вакуумних плоских колекторів.

При високій ефективності, пір’яні трубки відрізняються більш високою ціною і більш складним монтажем. Крім того, при виході з ладу такої трубки, її доведеться міняти цілком.