Плоский коллектор - самый распространенный вид солнечных коллекторов, используемых в бытовых водонагревательных и отопительных системах. Этот коллектор представляет собой теплоизолированную остекленную панель, в которую помещена пластина поглотителя. Пластина поглотителя изготовлена из металла, хорошо проводящего тепло (чаще всего меди или алюминия). Чаще всего используют медь, т.к. она лучше проводит тепло и меньше подвержена коррозии, чем алюминий. Пластина поглотителя обработана специальным высокоселективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет. Это покрытие состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическое основание, и отличается высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области. Благодаря остеклению (в плоских коллекторах обычно используется матовое, пропускающее только свет, стекло с низким содержанием железа) снижаются потери тепла. Дно и боковые стенки коллектора покрывают теплоизолирующим материалом, что еще больше сокращает тепловые потери.
В тепловых солнечных коллекторах энергия падающего потока переходит в тепловую знергию и, таким образом, повышает температуру поглотителя солнечного излучения. Для регулировки температуры поглотителя, которая изменяется под действием выделяющейся теплоты, используется жидкий теплоноситель.
В установках с солнечными коллекторами потери энергии обусловлены следующими причинами: - оптические потери (отражение солнечного излучения), - тепловые потери (в зависимости от системы).
Для минимизации потерь солнечные коллекторы покрываются стеклом с высоким светопропусканием (коэффициент светопропускания больше 92%). Покрытие коллектора, поглощающее солнечное излучение, представляет собой предварительно напряженное безосколочное низкоармированное стекло, толщина которого обычно составляет 4 мм. Оно должно быть прекрасным абсорбентом, обладающим очень низкой излучательной и отражающей способностью.
Вода из расходного резервуара, циркулирующая в системе, нагревается при передаче ей накапленной коллектором тепловой энергии. Вся система должна быть морозо- и коррозионностойкой. Контроль за работой системы осуществляется путем измерения разности температур, которая может регулироваться.
Прямоточный вакуумированный трубчатый коллектор
В каждую вакуумированную трубку встроен медный поглотитель с гелиотитановым покрытием, гарантирующим высокий уровень поглощения солнечной энергии и малую эмиссию теплового излучения. Вакуумированное пространство позволяет практически полностью устранить теплопотери. На поглотителе установлен коаксиальный трубчатый прямоточный теплообменник, выходящий в коллектор. Протекающий через него теплоноситель забирает тепло от поглотителя. К преимуществам этой системы можно отнести непосредственную передачу тепла воде, что позволяет сократить теплопотери. Так как полный коэффициент потерь в вакуумном коллекторе мал, теплоноситель в нем можно нагреть до температур 120-160°С.
Как и плоские солнечные коллекторы, вакуумированные трубчатые коллекторы превращают падающую солнечную энергию в тепло. Солнечное излучение проникает в вакуумированную стеклянную трубку, где попадает на ее внутреннюю поглощающую поверхность, на которой и происходит преобразование энергии солнечного излучения в тепловую энергию. Фактически потери тепла в окружающей среде не происходит, что связано с использованием высококачественного селективного покрытия на внутренней поверхности стеклянной трубки, а также благодаря тому, что она вакуумирована.
Тепловая энергия, образующаяся на поглощающей поверхности, передается в трубку теплообменника, которая находится в нижней части поглотителя. В результате жидкость в этой трубке нагревается и часть ее испаряется. Образовавшийся пар попадает в конденсатор, где превращается в воду. Теплота, выделяющаяся в процессе конденсации, передается потоку воды, а конденсат возвращается в теплообменник. Таким образом, реализуется замкнутый цикл. На рис. 47 и 48 показан общий вид стандартного вакуумированного трубчатого коллектора и его схематическое изображение. Оптимизация расположения (азимутальный угол/угол установки) этого типа солнечных коллекторов производится так же, как и для плоских солнечных коллекторов.
Принцип работы
вакуумированного
трубчатого коллектора
1.Тепловое излучение
2.Стеклянная трубка
3.Проводящая трубка с
наполнением
4.Поглотитель, селективное
покрытие
5.Конденсатор
6.Теплоизоляция
7.Трубка теплообменника
Вакуумированный трубчатый коллектор с тепловой трубкой
Конструкция вакуумированного трубчатого коллектора с тепловой трубкой похожа на конструкцию термоса: одна стеклянная/металлическая трубка вставлена в другую большего диаметра. Между ними - вакуум, который представляет собой отличную теплоизоляцию. Благодаря ему потери на излучение, особенно заметные при повышенных температурах нагреваемой воды, очень низкие. В каждую вакуумированную трубку встроена медная пластина поглотителя с гелиотитановым покрытием, гарантирующим высокий уровень поглощения солнечной энергии и малую эмиссию теплового излучения. Под поглотителем установлена тепловая труба, заполненная испаряющейся жидкостью. С помощью гибкого соединительного элемента тепловая труба подсоединена к конденсатору, находящемуся в теплообменнике типа "труба в трубе". Соединение относится к так называемому "сухому" типу, что позволяет поворачивать или заменять трубки и при заполненной установке, находящейся под давлением. Наиболее важное преимущество вакуумированного коллектора с тепловой трубкой заключается в том, что он способен работать при температурах до -30°С (коллекторы со стеклянными тепловыми трубками) или даже до -45°С (коллекторы с металлическими тепловыми трубками).
Принципиальная схема системы, в которой солнечная энергия используется для отопления и для
обеспечения работы холодильной системы. Для того, чтобы температура на входе подобных систем значительно превышала 100 oС, вместо упомянутых выше установок может использоваться линейно.фокусная установка, которая работает по принципу плоского коллектора. Важное достоинство системы, изображенной на схеме, заключается в совпадении периода высокой интенсивности излучения и, соответственно, высокой нагрузки охлаждающих установок, с периодом, когда существует избыточная тепловая энергия, а, следовательно, есть возможность создать условия для работы абсорбционных холодильных установок, при этом затраты на тепловую энергию являются достаточно низкими.
