Как выбрать солнечный коллектор для отопления дома: типы вакуумных трубок и качество воды

Как выбрать солнечный коллектор для отопления дома: типы вакуумных трубок и качество воды

Солнечный коллектор для отопления и ГВС

Использование возобновляемой энергии солнца для отопления домов и горячего водоснабжения приобретает все большую популярность во всем мире. Эта технология является очень перспективной и для Украины, также как и других стран СНГ.

Побуждают к этому климатические условия, постоянное подорожание энергоресурсов и осознание необходимости охраны окружающей среды. Какие же технологии представлены сейчас на рынке солнечного водонагревательного оборудования и на что следует обращать внимание при выборе такой техники?

Солнечные водонагреватели производятся с плоскими коллекторами (ПК) и с вакуумными трубчатыми коллекторами (BTK).

Плоский коллектор

Плоский коллектор улавливает солнечную радиацию и превращает световую энергию в тепловую, которая применяется для нагрева воды. Плоский коллектор должен быть надежным, со сроком службы не менее 15 лет.

Какими характеристиками должен обладать коллектор:

• устойчивость к воздействию окружающей среды (морскую среду, дождь, пыль, град),

• устойчивость к большим перепадам температуры,

• плотность всех частей системы,

• стабильность и прочность,

• легкость инсталляции,

• эффективное преобразование энергии,

Основные конструктивные элементы плоских коллекторов:

• корпус,

• уплотнитель,

• прозрачное покрытие,

• теплоизолирующий слой,

• Теплопоглощающая элемент (абсорбер)

• трубка (теплопроводная система).

Корпус

Корпус содержит все компоненты коллектора и защищает их от неблагоприятных погодных факторов. Для этого он должен быть прочным. Материал, применяемый для изготовления корпуса, также должнен быть устойчивым к коррозии.

Уплотнитель

Уплотнитель изготавливается из эластичного материала для предотвращения протекания и попадания дождевой воды внутрь коллектора. Уплотнительный материал должен выдерживать большие перепады температуры и воздействие ультрафиолетового (УФ) облучение для обеспечения срока службы не менее 15 лет.

Прозрачное покрытие

Прозрачное покрытие должен изготовляться из закаленного стекла с высоким коэффициентом теплопередачи (близким к 1). Оно защищает компоненты внутри коллектора от воздействия окружающей среды.

Теплоизолирующий слой

Теплоизолирующий слой уменьшает нежелательные потери тепла через заднюю и боковые части коллектора. Изолирующий слой должен выдерживать максимальную температуру абсорбера.

Абсорбер

Абсорбер поглощает солнечную энергию и преобразует ее в тепловую. Абсорбер изготавливается, как правило, из материала с высокой теплопроводностью, например, из меди, с селективным покрытием на нем для обеспечения максимального поглощения солнечной радиации.

Теплопроводная система

Жидкость, протекающая через коллектор, должна поглощать тепло с целью его дальнейшего использования. Теплопередача происходит, главным образом, благодаря процессам теплопроводности и конвекции. Трубки изготавливаются из материала с высокой проводимостью.

Вакуумный трубчатый коллектор

Солнечный водонагреватель с вакуумным коллектором состоит из двух основных элементов: внешнего блока – собственно солнечных вакуумных коллекторов и внутреннего блока — резервуара-теплообменника. Внешний блок состоит из медных трубок с черным покрытием и отражающего слоя (рефлектора).

Прямые солнечные лучи нагревают черные трубки, а отраженные от рефлектора солнечные лучи фокусируются на обратной стороне трубок. Солнечный вакуумный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, ослабляя его зависимость от температуры наружного воздуха. Коэффициент поглощения энергии коллекторов достигает 98%.

Вакуумные трубки бывают разных типов в зависимости от использованного материала и назначения. Срок службы вакуумной трубки составляет от 5 до 15 лет.

Основные характеристики вакуумного трубчатого коллектора:

• устойчивость к воздействию окружающей среды (дождь, пыль и т.п., а в некоторых случаях повышенный уровень влажности, например, в морской среде),

• устойчивость к большим перепадам температуры,

• плотность всех частей системы,

• стабильность и прочность,

Читайте также  Искусственный коралл очистит океан от токсичных элементов, разработка китайских ученых

• легкость установки,

• эффективное преобразование энергии.

За счет использования тепловых трубок в конструкции вакуумных коллекторов достигается высокий КПД при работе в условиях низких температур и недостаточного освещения. В то же время использование дополнительного теплового контура приводит к неизбежным потерям, связанных с передачей тепла между средами, поэтому при температурах выше 15 °С эффективность вакуумных коллекторов практически уравнивается, а иногда получается и ниже, чем у плоских коллекторов. За счет качественных многослойных высокоселективных покрытий и вакуумирования современный солнечный коллектор способен улавливать солнечную энергию в широком спектре излучения (значительно более широком, чем видимый спектр).

Типы вакуумных солнечных коллекторов:

• Колба в колбе.

• Колба в колбе с тепловой трубкой.

• Вакуумированная колба.

Колба в колбе

В коллекторах первого типа нагрев теплоносителя происходит при контакте с селективным покрытием стеклянной колбы. Теплоносителем может быть как вода, так и антифриз (или его смесь с водой). Такие системы работают при отсутствии избыточного давления со стороны теплоносителя, так как не могут быть эффективно гидроизолированы. Чаще всего это системы с пассивной циркуляцией теплоносителя.

Колба в колбе с тепловой трубкой

В коллекторах с использованием колб второго типа применяются медные тепловые трубки. Передача тепла от абсорбера к трубке осуществляется с помощью ребер. Тепловая трубка передает тепло в конденсатор, присоединенный к коллектору, где происходит циркуляция теплоносителя.

Вакуумная колба

Главным отличием колб третьего типа является вакуумная теплоизоляция медной тепловой трубки. Если в колбах первого и второго типа вакуумный слой находится между стеклянными стенками колб, то в вакуумированных колбах и абсорбер, и тепловая трубка находятся в пониженном давлении воздуха. Кроме того, наличие только одного слоя стекла вместо двух повышает КПД установки.

Как выбрать тип солнечного коллектора

Эффективность работы солнечных систем на основе ОТК и ПК, предназначенных для нагрева воды, отличается в зависимости от региона, местоположения, времени года и многих других внешних факторов.

Температура окружающей среды

Температура окружающего воздуха (внешняя атмосферная) ночью и днем ??играет важную роль при выборе надлежащего оборудования. В холодных климатических условиях, где температура окружающей среды достигает точки замерзания воды, эффективность вакуумных трубчатых коллекторов выше по сравнению с плоскими. В подобных условиях не рекомендуется прямой нагрев воды. Пользователям советуют выбирать систему с тепловой трубкой на основе технологии ОТК или систему на базе плоского коллектора с теплообменником, если температура окружающей среды может опуститься ниже 2 °С.

Желаемая температура горячей воды

Выбор той или иной технологии влияет также и на желаемую температуру горячей воды.

Качество воды

Качество воды играет важную роль при выборе технологии, а также механизма теплообменника. Далее описывается выбор технологии и материалов на основании их качества.

Временно жесткая вода. Основные конструктивные элементы плоских коллекторов

Когда нагревается временно жесткая вода, в ней выделяется осадок, который накапливается в разных частях системы коллектора и приводит к образованию накипи. Ее образование происходит быстрее в плоских солнечных коллекторах по сравнению с вакуумными трубчатыми. Впрочем, в системах на базе ПТК накипь также образуется. Поэтому при использовании воды подобного типа рекомендован косвенное нагрев с применением теплообменника.

В случае непрямого нагрева накипь образуется на поверхности теплообменника, позднее ее можно удалять через периодические промежутки времени. Следует отметить, что в настоящее время внедряются новые технологии, в которых внутренняя поверхность коллекторных трубок обрабатывается специальными химикатами, которые уменьшают образование накипи. Пользователи могут требовать предоставления конкретной информации об этих технологиях и получить специальную гарантию производителя перед тем, как выбирать способ прямого нагрева временно жесткой воды.

Читайте также  В Марокко построят одну из крупнейших солнечных электростанций

Постоянно жесткая вода

Постоянно жесткая вода не создает проблем в работе систем на базе ПК или ОТК. Однако если система остается наполненной водой в течение всего лета и постоянно перегревается, концентрация растворенных твердых частиц увеличивается, что со временем приводит к образованию накипи.

Вода, содержащая соли

Вода с содержанием соли вызывает коррозию мягких металлов, оцинкованных трубок и даже нержавеющей стали. Медь в значительной степени защищена от этого. Итак, в среде, содержащей соли, могут применяться как ПК, так и ОТК. Однако при этом следует избегать применения резервуара для хранения воды из нержавеющей стали. Вместо этого можно использовать резервуар для хранения воды с мягкой стали, надлежащим образом обработанной и покрытой защитной краской. В условиях работы с водой, содержащей соли, необходимо регулярное техническое обслуживание солнечной установки.

Кислая вода

Кислая вода вызывает коррозию мягкой стали, оцинкованного железа, меди и других металлов. Она также приводит к коррозии нержавеющей стали, если в ней содержатся сульфиды, хлориды и фториды. С подобной водой следует применять системы на базе ОТК. Впрочем, вода такого качества попадается редко.

Щелочная вода

Это самый распространенный тип воды. Умеренная щелочность почти не оказывает негативного влияния на мягкую сталь, медь, нержавеющую сталь и оцинкованное железо.

Однако оцинкованное железо начинает терять слой цинка, откладывающихся на медных поверхностях той же системы. Как ПК, так и ОТК могут применяться в системах с подобной водой. Для предотвращения накопления цинка вместо оцинкованных трубок можно использовать изолированные трубки из ПВХ.

Вода с высокой степенью мутности

Мутность воды вызывается высоким содержанием взвешенных твердых частиц. Эти частицы медленно оседают, когда вода долго остается в резервуаре. Эти взвешенные частицы часто имеют электрический заряд. Заряд медленно нейтрализуется при контакте с металлами, но существует проблема медленного оседания частиц. Поэтому при использовании солнечными системами для нагрева воды мутной жидкости следует избегать, поскольку она вредна для систем как на базе ПК, так и на базе ОТК. Если невозможно избежать мутности воды, необходимо периодически выполнять техническое обслуживание для обеспечения надежной и равномерной работы системы.

Обработанная вода (для уменьшения жесткости)

Обработка воды обычно осуществляется перед подачей в котел для того, чтобы уменьшить ее жесткость. Однако процесс уменьшения жесткости делает воду соленой, что приводит к образованию накипи. Подобная вода не подходит ни для ПК, ни для ОТК, и ее следует избегать. Она также непригодна для хранения в резервуаре из нержавеющей стали.

Другие факторы воздействия окружающей среды

В регионах, где часто бывает град, не следует применять ОТК, поскольку стеклянные трубки могут разбиться во время непогоды. Это касается и тех регионов, в которых на место расположения солнечного водонагревателя могут проникать животные или птицы. При этом существует риск повреждения стеклянной трубки ОТК, что приведет к остановке работы системы. Итак, системы на базе ПТК в подобных местах рекомендуется не применять.

Видео: Солнечный коллектор своими руками

Какой срок службы у солнечных панелей и затраты на... Дерек Маркхэм, специалист в вопросах солнечной энергетики сайта CleanTechnica, дает ответ на вопрос, который интересует подавляющее большинство из те...
Tesla Model S — лучший электрокар в мире: ха... Электромобили массово начали заполнять улицы Нью-Йорка еще 100 лет назад. Но почему они до сих пор не пользуются популярностью во всем мире? Ответ пр...
Лигерад или лежачий велосипед: история HPV и почем... Все, кому интересна история велоспорта и небезразличен велосипед вообще, наверняка согласятся с тем, что изобретение этого самого велосипеда значител...
Красивые модульные дачные домики из дерева —... Архитектор Юрий Кузьмин основал в Киеве собственную компанию по изготовлению модульных дачных домиков из дерева - Coliba. Автор проекта поделился под...

Сохрани, чтобы не потерять