V zadnjem desetletju se sončna energija kot alternativni vir energije vse bolj uporablja za ogrevanje in oskrbo stavb s toplo vodo. Glavni razlog je želja po zamenjavi tradicionalnih goriv s cenovno dostopnimi, okolju prijaznimi in obnovljivimi viri energije.
Pretvorba sončne energije v toploto nastane v solarnih sistemih - zasnova in princip delovanja modula določa specifiko njegove uporabe.
V tem gradivu obravnavamo vrste sončnih kolektorjev in načela njihovega delovanja ter opisujemo priljubljene modele solarnih modulov.
Izvedljivost uporabe solarnih sistemov
Heliosystem je kompleks za pretvorbo energije sončnega sevanja v toploto, ki se nato prenese v toplotni izmenjevalnik za ogrevanje ogrevalnega medija ogrevalnega sistema ali vodovoda.
Učinkovitost sončne toplotne instalacije je odvisna od sončne insolacije - količine energije, ki se dnevno dobavlja na 1 kvadratni meter pod kotom 90 ° glede na smer sončnih žarkov. Merilna vrednost kazalnika je kWh / m2, vrednost parametra pa je odvisna od sezone.
Povprečna raven sončne insolacije za območje zmerno kontinentalnega podnebja je 1000-1200 kWh / m2 (na leto). Količina sonca je odločilni parameter za izračun zmogljivosti sončnega sistema.

Namestitev solarnega sistema je drag dogodek. Za kapitalske izdatke, da se upravičijo, je potreben natančen izračun sistema in skladnost s tehnologijo vgradnje.
Primer. Povprečno vrednost sončne insolacije za Tulo sredi poletja znaša 4, 67 kV / m² * dan, če je sistemska plošča nameščena pod kotom 50 °. Delovanje solarnega kolektorja s površino 5 kvadratnih metrov se izračuna na naslednji način: 4, 67 * 4 = 18, 68 kW toplotne energije na dan. Ta volumen je dovolj za segrevanje 500 litrov vode od temperature od 17 ° C do 45 ° C.

Ko govorimo o izvedljivosti uvedbe novih tehnologij, je treba upoštevati tehnične značilnosti določenega solarnega kolektorja. Nekateri začnejo delati pri 80 W / m² sončne energije, drugi pa zadostujejo - 20 W / m2.
Tudi v južnem podnebju se uporaba kolektorskega sistema izključno za ogrevanje ne izplača. Če bo namestitev uporabljena izključno v zimskem času s pomanjkanjem sonca, stroški opreme ne bodo pokriti za 15-20 let.
Za čim bolj učinkovito uporabo solarnega kompleksa ga je treba vključiti v sistem oskrbe s toplo vodo. Tudi pozimi bo sončni detektor omogočil "zmanjšanje" računov za ogrevanje vode do 40-50%.

Poleg gospodarskih koristi ima "solarno ogrevanje" dodatne prednosti:
- Okolju prijazna. Zmanjšane emisije ogljikovega dioksida. Med letom, 1 kvadratnih metrov sončnega kolektorja preprečuje izpust v ozračje 350-730 kg rudarstva.
- Estetika. Prostor kompaktne kopeli ali kuhinje se lahko znebite kosovnih ali plinskih grelnikov vode.
- Trajnost Proizvajalci zagotavljajo, da bo, odvisno od namestitvene tehnologije, kompleks trajal približno 25-30 let. Mnoga podjetja zagotavljajo jamstvo do 3 let.
Argumenti proti uporabi sončne energije: izrazita sezonskost, odvisnost od vremena in visoke začetne naložbe.
Splošna naprava in načelo delovanja
Razmislite o možnosti solarnega sistema s kolektorjem kot glavnim delovnim elementom sistema. Videz enote je podoben kovinski škatli, katere sprednja stran je iz kaljenega stekla. V notranjosti škatle je delovno telo - tuljava z absorberjem.
Enota za absorpcijo toplote zagotavlja segrevanje hladilne tekočine - krožna tekočina prenese nastalo toploto v vodovodni krog.

Solarni kolektor nujno deluje v tandemu z zbiralnim rezervoarjem. Ker se hladilno sredstvo segreje na temperaturo 90-130 ° C, ga ni mogoče neposredno napajati v pipe za toplo vodo ali ogrevalne radiatorje. Hladilna tekočina vstopi v toplotni izmenjevalnik kotla. Hranilnik je pogosto dopolnjen z električnim grelcem.
Shema dela:
- Sonce segreva površino kolektorja.
- Toplotno sevanje se prenaša na absorpcijski element (absorber), ki vsebuje delovno tekočino.
- Hladilna tekočina, ki kroži skozi cevi, je ogrevana.
- Črpalna oprema, krmilna in nadzorna enota zagotavlja, da se hladilno sredstvo izpušča skozi cevovod do tuljave skladiščnega rezervoarja.
- Toplota se prenese v vodo v kotlu.
- Ohlajeno hladilno sredstvo teče nazaj v kolektor in cikel se ponavlja.
Ogrevana voda iz grelnika vode se napaja v ogrevalni krog ali v dovod vode.

Sorte sončnih kolektorjev
Ne glede na destinacijo je solarni sistem dopolnjen s ploščatim ali sferičnim cevastim solarnim kolektorjem. Vsaka od možnosti ima številne posebne značilnosti v smislu tehničnih lastnosti in operativne učinkovitosti.
Vakuumsko - za hladno in zmerno podnebje
Strukturno, vakuumski sončni kolektor spominja na termos - ozke cevi z nosilcem toplote so postavljene v bučke večjega premera. Med posodami nastane vakuumski sloj, ki je odgovoren za toplotno izolacijo (ohranjanje toplote je do 95%). Cevasta oblika je optimalna za ohranjanje vakuuma in »zasedenost« sončnih žarkov.

Notranja (termična) cevka je napolnjena s slano raztopino z nizko temperaturo vrelišča (24-25 ° C). Pri segrevanju tekočina izhlapi - izhlapevanje se dvigne na bučko in segreva hladilno sredstvo, ki kroži po telesu kolektorja.
V procesu kondenzacije kapljice vode tečejo v konico cevi in postopek se ponavlja.
Zaradi prisotnosti vakuumskega sloja lahko tekočina v toplotni bučki zavre in izhlapi pri minus zunanji temperaturi (do -35 ° C).
Značilnosti solarnih modulov so odvisne od naslednjih meril:
- oblikovanje cevi - peresnik, koaksialen;
- naprava toplotnega kanala - »Toplotna cev«, direktni pretok.
Peresna žarnica je steklena cev, v kateri sta ograjena plošča in toplotni kanal. Vakuumski sloj prehaja skozi celotno dolžino toplotnega kanala.
Koaksialna cev je dvojna bučka z vakuumskim "vstavkom" med stenama dveh posod. Prenos toplote poteka iz notranjosti cevi. Konica toplotne cevi je opremljena z indikatorjem vakuuma.

Kanal »Toplotna cev« je najpogostejša varianta prenosa toplote v sončnih kolektorjih.
Mehanizem delovanja temelji na postavitvi hlapne tekočine v zaprte kovinske cevi.

Vmesni kanal - paralelne kovinske cevi so povezane s stekleno bučko, ki so povezane v loku v obliki črke U.
Hladilno sredstvo, ki teče skozi kanal, se segreje in napaja v telo kolektorja.

Koaksialne in peresne cevi se lahko na različne načine kombinirajo s toplotnimi kanali.
Možnost 1. Koaksialna bučka z "Toplotno cevjo" - najbolj priljubljena rešitev. V kolektorju se ponavlja prenos toplote iz sten steklene cevi v notranjo bučko in nato v hladilno tekočino. Stopnja optične učinkovitosti doseže 65%.

Možnost 2. Koaksialna bučka z neposrednim pretokom je znana kot U-kolektor. Zaradi zasnove se zmanjšajo toplotne izgube - toplotna energija iz aluminija se prenese v cevi s krožečim hladilom.
Poleg visoke učinkovitosti (do 75%) ima model pomanjkljivosti:
- kompleksnost namestitve - bučke so ene z dvocevnim kolektorskim telesom (glavno) in so v celoti vgrajene;
- zamenjava ene cevi je izključena.
Poleg tega je enota v obliki črke U zahtevna glede na hladilno tekočino in dražje modele »toplotne cevi«.

Možnost 3. Fuzijska cev z načelom delovanja "Toplotna cev". Posebne lastnosti kolektorja:
- visoka optična zmogljivost - učinkovitost približno 77%;
- ravno absorber neposredno prenaša toplotno energijo na cev s hladilnim sredstvom;
- zaradi uporabe ene same plasti stekla zmanjša odboj sončnega sevanja;
Poškodovan element je mogoče zamenjati brez odvajanja hladilnega sredstva iz solarnega sistema.
Možnost 4. Črpalka z direktnim pretokom je najbolj učinkovito orodje za uporabo sončne energije kot alternativnega vira energije za ogrevanje vode ali ogrevanje stanovanja. Visoko zmogljiv kolektor deluje z izkoristkom - 80%. Pomanjkanje sistema je težava pri popravilu.

Ne glede na to, ali imajo cevni razdelilniki učinkovitosti, naslednje prednosti:
- zmogljivost pri nizkih temperaturah;
- nizke toplotne izgube;
- trajanje operacije podnevi;
- sposobnost ogrevanja hladilne tekočine na visoke temperature;
- nizek veter;
- enostavna namestitev
Glavna pomanjkljivost vakuumskih modelov je nezmožnost samočiščenja s snežne odeje. Vakuumska plast ne pušča toplote, zato se snežni sloj ne topi in blokira dostop sonca do kolektorskega polja. Dodatne pomanjkljivosti: visoka cena in potreba po upoštevanju delovnega kota bučk najmanj 20 °.
Podrobneje o načelu delovanja vakuumskega sončnega kolektorja z daljšimi čitalniki.
Voda - najboljša možnost za južne zemljepisne širine
Ravni (panelni) sončni kolektor - pravokotna aluminijasta plošča, zaprta na vrhu s plastičnim ali steklenim pokrovom. V škatli je absorpcijsko polje, kovinska tuljava in toplotna izolacijska plast. Površina kolektorja je napolnjena s pretočno cevjo, skozi katero teče hladilno sredstvo.

Toplotna absorpcija zelo selektivnega vpojnega premaza doseže 90%. Tekoči kovinski cevovod se nahaja med "absorberjem" in toplotno izolacijo. Uporabljata se dva vzorca polaganja cevi: „harfa“ in „meander“.
Cevni kolektor s tekočim hladilnim sredstvom deluje kot "toplogredni" učinek - sončni žarki prodrejo skozi steklo in ogrejejo cevovod. Zaradi tesnosti in toplotne izolacije se toplota zadržuje znotraj plošče.
Moč sončnega modula je v veliki meri odvisna od materiala zaščitnega pokrova:
- navadno steklo - najcenejši in najbolj občutljiv premaz;
- kaljeno steklo - visoka stopnja sipanja svetlobe in povečana moč;
- anti-refleksno steklo - ima maksimalno absorpcijsko sposobnost (95%) zaradi prisotnosti plasti, ki odpravlja odsev sončnih žarkov;
- samočistilno (polarno) steklo s titanovim dioksidom - organsko onesnaženje izgori na soncu, ostanki odpadkov pa izpere dež.
Najbolj trajen udar piha polikarbonatno steklo. Material je nameščen v dragih modelih.

Funkcionalne in funkcionalne lastnosti panelnih solarnih sistemov:
- v sistemih prisilne cirkulacije je zagotovljena funkcija odmrzovanja, ki omogoča hitro odstranitev snežne odeje na Heliopolisu;
- prizmatično steklo ujame široko paleto žarkov pod različnimi koti - poleti učinkovitost vgradnje doseže 78-80%;
- kolektor se ne boji pregrevanja - s presežkom toplotne energije je možno prisilno hlajenje hladilne tekočine;
- povečana odpornost na udarce v primerjavi s cevastimi dvojniki;
- možnost namestitve pod katerimkoli kotom;
- cenovno politiko.
Sistemi niso brez pomanjkljivosti. V obdobju pomanjkanja sončnega sevanja, ko se temperaturna razlika povečuje, se učinkovitost ploskega sončnega kolektorja zaradi nezadostne izolacije znatno zmanjša. Modul plošče se zato upravičuje poleti ali v regijah s toplim podnebjem.
Heliosistemi: značilnosti načrtovanja in delovanja
Različne solarne sisteme je mogoče razvrstiti glede na takšne parametre: način uporabe sončnega sevanja, način kroženja hladilne tekočine, število vezij in sezonsko delovanje.
Aktivni in pasivni kompleks
V vsakem sistemu za pretvorbo sončne energije je na voljo sončni sprejemnik. Na podlagi metode uporabe pridobljene toplote obstajata dve vrsti heliokompleksov: pasivni in aktivni.
Prvi tip je solarni ogrevalni sistem, kjer strukturni elementi stavbe delujejo kot element za absorpcijo toplote sončnega sevanja. Streha, stenski zbiralnik ali okna delujejo kot sončna sprejemna površina.

V evropskih državah se pri gradnji energetsko učinkovitih stavb uporabljajo pasivne tehnologije. Solarne sprejemne površine so okrašene z lažnimi okni. Za steklenim premazom je opečena stena z opeko z odprtinami.
Kot toplotni akumulatorji so elementi konstrukcije - stene in tla, izolirani s polistirenom od zunaj.
Aktivni sistemi vključujejo uporabo neodvisnih naprav, ki niso povezane s strukturo.

Termosifonski in cirkulacijski sistemi
Solarna termalna oprema z naravnim gibanjem hladilne tekočine vzdolž kolektorsko-akumulatorsko-kolektorskega vezja se izvaja s konvekcijo - topla tekočina z nizko gostoto se dvigne, ohladi tekočina teče navzdol.
V termosifonskih sistemih je hranilnik nameščen nad kolektorjem, kar omogoča spontano kroženje hladilne tekočine.

Heliosistem s prostim pretokom ima široko paleto slabosti:
- v oblačnih dneh zmogljivost kompleksa pada - potrebna je velika temperaturna razlika za premikanje hladilne tekočine;
- toplotne izgube zaradi počasnega gibanja tekočine;
- nevarnost pregrevanja posode zaradi nenadzorovanega procesa segrevanja;
- nestabilnost rezervoarja;
- kompleksnost postavitve akumulatorskega rezervoarja - če je nameščena na streho, povečuje toplotne izgube, pospešuje korozivne procese, obstaja nevarnost zamrzovanja cevi.
Prednosti "gravitacijskega" sistema: enostavnost oblikovanja in cenovna dostopnost.
Kapitalski izdatki za ureditev krožnih (prisilnih) heliosistemov so bistveno višji od namestitve kompleksa prostega pretoka. Črpalka »reže« konturo, ki omogočajo gibanje hladilne tekočine. Delovanje črpalne postaje nadzoruje krmilnik.

Ta način kroženja je vključen v celoletne obvodne sončne instalacije.
Plusi popolnoma funkcionalnega kompleksa:
- neomejena izbira lokacije akumulacijske posode;
- uspešnost izven sezone;
- izbiro optimalnega načina ogrevanja;
- varnostno blokiranje v primeru pregrevanja.
Pomanjkljivost sistema je njegova odvisnost od elektrike.
Sheme tehničnih rešitev: enojni in dvojni
Pri instalacijah z enim krogom kroži tekočina, ki se nato dovodi do vodnih mest. Pozimi je treba iz sistema izpustiti vodo iz sistema, da se prepreči zmrzovanje in razpokanje cevi.
Značilnosti enokrožnih solarnih termalnih kompleksov:
- priporočeno "ponovno polnjenje" sistema s prečiščeno netočno vodo - sedimentacija soli na stenah cevi vodi do zamašitve kanalov in razbitja kolektorja;
- korozija zaradi presežnega zraka v vodi;
- omejena življenjska doba - v štirih do petih letih;
- poleti je visoka učinkovitost.
Posebna hladilna tekočina (ne zamrzovalna tekočina z dodatki proti penjenju in proti koroziji) kroži v dvokrožnih heliokompleksih in odda toploto vodi skozi prenosnik toplote.

Nianse delovanja modula z dvojnim krogom: rahlo zmanjšanje učinkovitosti (za 3-5% manj kot v sistemu z eno zanko), potreba po popolni zamenjavi hladilnega sredstva vsakih 7 let.
Pogoji za delo in učinkovitost
Izračun in namestitev solarnih sistemov je treba zaupati strokovnjakom. Skladnost z montažno tehniko bo zagotovila učinkovitost in dosegla prijavljeno zmogljivost. Da bi izboljšali učinkovitost in trajanje službe, je treba upoštevati nekatere nianse.
Termostatski ventil. V tradicionalnih ogrevalnih sistemih je termostatski element redko nameščen, ker je generator toplote odgovoren za nastavitev temperature. Pri pripravi solarnega sistema pa ne smete pozabiti zaščitnega ventila.

Optimalna namestitev ventila je 60 cm od grelnika. V neposredni bližini se termostat segreje in blokira oskrbo s toplo vodo.
Namestitev akumulatorja. Varovalna zmogljivost sanitarne tople vode mora biti nameščena na dostopnem mestu. V kompaktnem prostoru je posebna pozornost posvečena višini stropa.

Namestitev ekspanzijske posode. Element kompenzira toplotno ekspanzijo v obdobju stagnacije. Namestitev rezervoarja nad črpalko bo povzročila pregrevanje membrane in njeno prezgodnjo obrabo.

Povezava solarnega kroga. Pri povezovanju cevi je priporočljivo, da uredite zanko. "Toplotna zanka" zmanjšuje toplotne izgube in preprečuje izhod ogrevane tekočine.

Preverite ventil Opozarja na "nagibanje" kroženja hladilne tekočine. Zaradi pomanjkanja sončne aktivnosti protipovratni ventil ne odvaja toplote, akumulirane čez dan.
Priljubljeni modeli "sončnih" modulov
Povpraševanje so heliosistemi domačih in tujih podjetij. Izdelki naslednjih proizvajalcev so osvojili dober ugled: NPO Mashinostroeniya (Rusija), Gelion (Rusija), Ariston (Italija), Alten (Ukrajina), Viessman (Nemčija), Amcor (Izrael), itd.
Sončni sistem "Falcon". Ravni solarni kolektor opremljen z večplastnim optičnim premazom z magnetronskim razprševanjem. Minimalna sevalna zmogljivost in visoka absorpcijska raven zagotavljata učinkovitost do 80%.
Značilnosti delovanja:
- delovna temperatura - do -21 ° C;
- povratno toplotno sevanje - 3-5%;
- zgornji sloj je kaljeno steklo (4 mm).
Zbiralec SVK-A (Alten). Vakuumska sončna elektrarna z absorpcijsko površino 0, 8-2, 41 kvadratnih metrov (odvisno od modela). Nosilec toplote - propilenglikol, toplotna izolacija 75 mm bakrenega toplotnega izmenjevalnika zmanjša toplotne izgube.
Dodatni parametri:
- ohišje - eloksiran aluminij;
- premer toplotnega izmenjevalnika - 38 mm;
- izolacija - mineralna volna z anti-higroskopsko obdelavo;
- premaz - borosilikatno steklo 3, 3 mm;
- Učinkovitost - 98%.
Vitosol 100-F - ploski heliokollektor za vodoravno ali navpično montažo. Absorber bakra s cevasto serpentino v obliki harfe in helio-titanovo prevleko. Prenos svetlobe - 81%.

Zaključki in koristen videoposnetek o tej temi
Načelo delovanja sončnih kolektorjev in njihovih tipov:
Ocena ploskovne učinkovitosti pri nizki temperaturi:
Tehnologija montaže panelnega sončnega kolektorja na primeru modela Buderus:
Sončna energija je obnovljiv vir toplote. Ob upoštevanju povišanja cen tradicionalnih energetskih virov uvedba solarnih sistemov upravičuje kapitalske naložbe in se v naslednjih petih letih izplača, če se upošteva tehnologija vgradnje.
Če imate dragocene informacije, ki jih želite deliti z obiskovalci naše strani, pustite svoje komentarje v polju pod člankom. Prav tako lahko postavljate vprašanja o temi članka ali delite izkušnje z uporabo sončnih kolektorjev.