U posljednjem desetljeću, solarna energija, kao alternativni izvor energije, sve se više koristi za grijanje i opskrbu zgrada toplom vodom. Glavni razlog je želja da se tradicionalna goriva zamijene pristupačnim, ekološki prihvatljivim i obnovljivim izvorima energije.
Pretvorba sunčeve energije u toplinu događa se u solarnim sustavima - dizajn i princip rada modula određuje specifičnosti njegove primjene.
U ovom materijalu razmatramo tipove solarnih kolektora i principe njihovog funkcioniranja, kao i opisujemo popularne modele solarnih modula.
Mogućnost korištenja solarnih sustava
Heliosystem je kompleks za pretvaranje energije sunčevog zračenja u toplinu, koji se potom prenosi u izmjenjivač topline za zagrijavanje grijaćeg medija sustava grijanja ili vodoopskrbe.
Učinkovitost solarnog termalnog postrojenja ovisi o solarnoj insolaciji - količini energije koja se dnevno isporučuje na 1 kvadratni metar pod kutom od 90 ° u odnosu na smjer sunčevih zraka. Mjerna vrijednost pokazatelja je kWh / m2, a vrijednost parametra varira ovisno o sezoni.
Prosječna razina sunčeve insolacije za regiju umjereno kontinentalne klime je 1000-1200 kWh / m2 (godišnje). Količina sunca je odlučujući parametar za izračunavanje performansi solarnog sustava.

Instalacija solarnog sustava je skupa manifestacija. Da bi se kapitalni izdaci opravdali, potreban je točan izračun sustava i usklađenost s instalacijskom tehnologijom.
Primjer. Prosječna vrijednost sunčeve insolacije za Tulu sredinom ljeta iznosi 4, 66 kV / m² * dan, pod uvjetom da je sistemska ploča postavljena pod kutom od 50 °. Performanse solarnog kolektora površine 5 četvornih metara izračunate su kako slijedi: 4, 67 * 4 = 18, 68 kW toplinske energije dnevno. Ovaj volumen je dovoljan za zagrijavanje 500 litara vode od temperature od 17 ° C do 45 ° C.

Govoreći o izvedivosti uvođenja novih tehnologija, važno je uzeti u obzir tehničke značajke određenog solarnog kolektora. Neki počinju raditi na 80 W / m2 solarne energije, dok su drugi dovoljni - 20 W / m2.
Čak iu južnoj klimi, korištenje kolektorskog sustava isključivo za grijanje ne isplati se. Ako će se instalacija koristiti isključivo zimi s nedostatkom sunca, troškovi opreme neće biti pokriveni 15-20 godina.
Kako bi solarni kompleks koristio što učinkovitije, on mora biti uključen u sustav opskrbe toplom vodom. Čak i zimi, solarni detektor će vam omogućiti da "smanjite" račune za grijanje vode do 40-50%.

Osim ekonomskih koristi, "solarno grijanje" ima i dodatne prednosti:
- Zaštita okoliša. Smanjene emisije ugljičnog dioksida. Tijekom godine 1 m2 solarnog kolektora sprječava ispuštanje u atmosferu od 350-730 kg rudarstva.
- Estetike. Prostor kompaktne kupke ili kuhinje može se riješiti glomaznih kotlova ili plinskih bojlera.
- Trajnost. Proizvođači osiguravaju da će, ovisno o instalacijskoj tehnologiji, kompleks trajati oko 25-30 godina. Mnoge tvrtke daju jamstvo do 3 godine.
Argumenti protiv korištenja sunčeve energije: izražena sezonalnost, ovisnost o vremenu i visoka početna ulaganja.
Opći uređaj i princip rada
Razmotrimo mogućnost solarnog sustava s kolektorom kao glavnim radnim elementom sustava. Izgled jedinice nalikuje metalnoj kutiji, čija je prednja strana izrađena od kaljenog stakla. Unutar kutije nalazi se radno tijelo - svitak s apsorberom.
Jedinica koja apsorbira toplinu osigurava zagrijavanje rashladnog sredstva - cirkulirajuća tekućina prenosi generiranu toplinu u krug za opskrbu vodom.

Solarni kolektor nužno radi u tandemu s akumulacijskim spremnikom. Budući da se rashladno sredstvo zagrijava na temperaturu od 90-130 ° C, ne može se izravno puniti u slavine tople vode ili radijatore grijanja. Rashladno sredstvo ulazi u izmjenjivač topline kotla. Spremnik se često nadopunjuje električnim grijačem.
Shema rada:
- Sunce zagrijava površinu kolektora.
- Toplinsko zračenje prenosi se na apsorbirajući element (apsorber) koji sadrži radni fluid.
- Rashladno sredstvo koje cirkulira kroz cijevi zavojnice se zagrijava.
- Oprema za pumpanje, kontrolna i nadzorna jedinica osiguravaju da se rashladno sredstvo ispušta kroz cjevovod do svitka spremnika.
- Toplina se prenosi u vodu u kotlu.
- Ohlađeno rashladno sredstvo teče natrag u kolektor i ciklus se ponavlja.
Zagrijana voda iz bojlera dovodi se u krug grijanja ili u vodove za dovod vode.

Vrste solarnih kolektora
Bez obzira na odredište, solarni sustav je upotpunjen ravnim ili sferičnim cjevastim solarnim kolektorom. Svaka od opcija ima brojne karakteristike u smislu tehničkih karakteristika i operativne učinkovitosti.
Vakuum - za hladne i umjerene klime
Strukturno, vakuumski kolektor podsjeća na termos - uske cijevi s nosačem topline smještene su u tikvice većeg promjera. Između posuda se stvara vakuumski sloj koji je odgovoran za toplinsku izolaciju (očuvanje topline je do 95%). Cjevasti oblik je optimalan za održavanje vakuuma i "zauzimanje" sunčevih zraka.

Unutarnja (termalna) cijev ispunjena je slanom otopinom niske temperature (24-25 ° C). Kada se zagrije, tekućina isparava - isparavanje se podiže na tikvicu i zagrijava rashladno sredstvo koje cirkulira u tijelu razdjelnika.
U procesu kondenzacije, kapljice vode teče u vrh cijevi i proces se ponavlja.
Zbog prisutnosti vakuumskog sloja, tekućina unutar toplinske tikvice može prokuhati i ispariti na minus vanjskoj temperaturi (do -35 ° C).
Karakteristike solarnih modula ovise o sljedećim kriterijima:
- dizajn cijevi - koaksijalna olovka;
- uređaj toplinskog kanala - “Toplinska cijev”, cirkulacija protoka.
Žarulja od perja je staklena cijev u koju su ugrađeni apsorber ploče i toplinski kanal. Vakuumski sloj prolazi cijelom dužinom toplinskog kanala.
Koaksijalna cijev je dvostruka tikvica s vakuumskim "umetkom" između zidova dva spremnika. Prijenos topline dolazi iz unutrašnjosti cijevi. Vrh toplinske cijevi opremljen je indikatorom vakuuma.

Kanal „Toplinska cijev“ najčešća je varijanta prijenosa topline u solarnim kolektorima.
Mehanizam djelovanja temelji se na stavljanju hlapljive tekućine u zapečaćene metalne cijevi.

Inline-line -paralelne metalne cijevi spojene su kroz staklenu tikvicu, spojene su u luk u obliku slova U.
Rashladno sredstvo, koje teče kroz kanal, zagrijava se i dovodi u tijelo kolektora.

Koaksijalne i pernate cijevi mogu se kombinirati s toplinskim kanalima na različite načine.
Opcija 1. Koaksijalna tikvica s "Toplinskom cijevi" - najpopularnije rješenje. U kolektoru se ponavlja prijenos topline iz zidova staklene cijevi u unutarnju tikvicu, a zatim u rashladno sredstvo. Stupanj optičke učinkovitosti doseže 65%.

Opcija 2. Koaksijalna tikvica s cirkulacijom izravnim protokom poznata je kao kolektor u obliku slova U. Zbog dizajna se smanjuju toplinski gubici - toplinska energija iz aluminija prenosi se u cijevi s cirkulirajućim rashladnim sredstvom.
Uz visoku učinkovitost (do 75%), model ima nedostatke:
- složenost ugradnje - tikvice su jedna s dvocijevnim kolektorskim tijelom (glavnim) i ugrađene su u cijelosti;
- zamjena jedne cijevi je isključena.
Osim toga, jedinica u obliku slova U zahtijeva zahtjev za rashladnim sredstvom i skupljim modelima "Toplinske cijevi".

Opcija 3. Fuzijska cijev s principom djelovanja "Toplinska cijev". Karakteristike kolektora:
- visoka optička učinkovitost - učinkovitost od oko 77%;
- ravni apsorber izravno prenosi toplinsku energiju na cijev s rashladnim sredstvom;
- zbog upotrebe jednog sloja stakla reduciranog odbijanja sunčevog zračenja;
Moguće je zamijeniti oštećeni element bez istjecanja rashladnog sredstva iz solarnog sustava.
Opcija 4. Bočica s olovkom s izravnim protokom je najučinkovitiji alat za korištenje solarne energije kao alternativnog izvora energije za grijanje vode ili grijanja stana. Visokoučinkoviti kolektor radi s učinkovitošću - 80%. Nedostatak sustava je poteškoća u popravku.

Bez obzira na izvedbu cijevnih razdjelnika, slijedeće prednosti:
- performanse niskih temperatura;
- mali gubitak topline;
- trajanje operacije tijekom dana;
- mogućnost zagrijavanja rashladnog sredstva na visoke temperature;
- nizak vjetar;
- jednostavna instalacija
Glavni nedostatak vakuum modela je nemogućnost samočišćenja od snježnog pokrivača. Vakuumski sloj ne ispušta toplinu, pa se sloj snijega ne topi i blokira pristup sunca polju kolektora. Dodatni nedostaci: visoka cijena i potreba poštivanja radnog kuta tikvica najmanje 20 °.
Detaljnije o načelu rada vakuumskog sunčevog kolektora s daljnjim čitanjem cijevi.
Voda - najbolja opcija za južne geografske širine
Ravni (panelni) solarni kolektor - pravokutna aluminijska ploča, zatvorena na vrhu plastičnim ili staklenim poklopcem. Unutar kutije nalazi se apsorpcijsko polje, metalni svitak i sloj toplinske izolacije. Površina kolektora je ispunjena protočnom cijevi kroz koju protječe rashladno sredstvo.

Toplinska apsorpcija visoko selektivnog upijajućeg sloja doseže 90%. Protočni metalni cjevovod nalazi se između "apsorbera" i toplinske izolacije. Koriste se dva načina polaganja cijevi: "harfa" i "meandar".
Cjevasti kolektor s tekućim rashladnim sredstvom djeluje kao efekt staklenika - sunčeve zrake prodiru kroz staklo i zagrijavaju cjevovod. Zbog nepropusnosti i toplinske izolacije, toplina se zadržava unutar ploče.
Čvrstoća solarnog modula je u velikoj mjeri određena materijalom zaštitnog poklopca:
- obično staklo - najjeftiniji i najkrhkiji premaz;
- kaljeno staklo - visok stupanj raspršenja svjetlosti i povećane čvrstoće;
- anti-refleksno staklo - ima maksimalni kapacitet apsorpcije (95%) zbog prisutnosti sloja koji eliminira refleksiju sunčevih zraka;
- samočisteće (polarno) staklo s titanovim dioksidom - organsko onečišćenje gori na suncu, a ostatke smeća ispire kiša.
Najizdržljiviji udarci polikarbonatnog stakla. Materijal je instaliran u skupim modelima.

Operativne i funkcionalne značajke solarnih sustava na ploči:
- u sustavima prisilne cirkulacije osigurana je funkcija odmrzavanja, koja omogućuje brzo uklanjanje snježnog pokrivača na Heliopolisu;
- prizmatično staklo hvata širok raspon zraka pod različitim kutovima - ljeti učinkovitost ugradnje doseže 78-80%;
- kolektor se ne boji pregrijavanja - s viškom toplinske energije moguće je prisilno hlađenje rashladnog sredstva;
- povećana otpornost na udar u usporedbi s cjevastim dijelovima;
- mogućnost montaže pod bilo kojim kutom;
- pristupačna politika cijena.
Sustavi nisu bez mana. U razdoblju nedostatka sunčevog zračenja, s porastom temperaturne razlike, učinkovitost plosnatog solarnog kolektora značajno se smanjuje zbog nedovoljne izolacije. Stoga se modul panela opravdava ljeti ili u područjima s toplom klimom.
Heliosystems: značajke dizajna i rada
Raznolikost solarnih sustava može se klasificirati prema takvim parametrima: načinu korištenja sunčevog zračenja, načinu cirkulacije rashladnog sredstva, broju krugova i sezonalnosti rada.
Aktivni i pasivni kompleks
U bilo kojem sustavu za pretvorbu solarne energije osiguran je solarni prijemnik. Na temelju metode korištenja dobivene topline postoje dvije vrste heliokompleksa: pasivna i aktivna.
Prvi tip je solarni sustav grijanja, gdje strukturni elementi zgrade djeluju kao element apsorpcije topline sunčevog zračenja. Krov, zidni kolektor ili prozori djeluju kao solarna površina za primanje.

U europskim zemljama u izgradnji energetski učinkovitih zgrada koriste se pasivne tehnologije. Solarne prijemne površine ukrašene su lažnim prozorima. Iza staklene prevlake nalazi se zid od crne opeke s otvorima.
Akumulatori topline su elementi konstrukcije - zidovi i podovi, izvana izolirani polistirenom.
Aktivni sustavi uključuju uporabu neovisnih uređaja koji nisu povezani sa strukturom.

Termosifonski i cirkulacijski sustavi
Solarna termalna oprema s prirodnim kretanjem rashladnog sredstva duž kruga kolektor-baterija-kolektor provodi se konvekcijom - topla tekućina s niskom gustoćom raste, a hladna tekućina teče dolje.
U termosifonskim sustavima, spremnik se nalazi iznad kolektora, što omogućuje spontanu cirkulaciju rashladnog sredstva.

Heliosistem slobodnog protoka ima širok raspon nedostataka:
- na oblačnim danima, kapacitet kompleksa pada - potrebna je velika temperaturna razlika za pomicanje rashladnog sredstva;
- gubitak topline zbog sporog kretanja tekućine;
- opasnost od pregrijavanja spremnika uslijed nekontroliranog grijanja;
- nestabilnost ležišta;
- složenost postavljanja akumulacijskog spremnika - kada se montira na krov povećava gubitak topline, ubrzava korozivne procese, postoji opasnost od zamrzavanja cijevi.
Prednosti "gravitacijskog" sustava: jednostavnost dizajna i priuštivost.
Kapitalni izdaci za uređenje cirkulirajućih (prisilnih) heliosustava značajno su veći od instalacije kompleksa slobodnog protoka. Crpka "reže" konturu koja osigurava kretanje rashladnog sredstva. Rad crpne stanice kontrolira regulator.

Такой способ циркуляции задействован в круглогодичных двухконтурных гелиотермических установках.
Плюсы полнофункционального комплекса:
- неограниченный выбор месторасположения аккумулирующего бака;
- работоспособность вне сезона;
- выбор оптимального режима нагрева;
- безопасность – блокировка работы при перегреве.
Недостаток системы – зависимость от электроэнергии.
Техническое решение схем: одно – и двухконтурные
В одноконтурных установках циркулирует жидкость, которая впоследствии подается к водозаборным точкам. В зимний период воду с системы надо сливать, чтоб предупредить замерзание и растрескивание труб.
Особенности одноконтурных гелиотермических комплексов:
- рекомендована «заправка» системы очищенной нежесткой водой – оседание солей на стенках труб приводит к засорению каналов и поломке коллектора;
- коррозия из-за избытка воздуха в воде;
- ограниченный срок службы – в пределах четырех-пяти лет;
- высокий КПД летом.
В двухконтурных гелиокомплексах циркулирует специальный теплоноситель (незамерзающая жидкость с противовспенивающими и антикоррозийными добавками), отдающий тепло воде через теплообменник.

Нюансы эксплуатации двухконтурного модуля: незначительное снижение КПД (на 3-5% меньше чем в одноконтурной системе), необходимость полной замены теплоносителя каждые 7 лет.
Условия для работы и повышения эффективности
Расчет и монтаж гелиосистемы лучше доверить профессионалам. Соблюдение техники установки обеспечит работоспособность и получение заявленной производительности. Для улучшения эффективности и периода службы надо учесть некоторые нюансы.
Термостатический клапан. В традиционных системах теплоснабжения термостатический элемент редко устанавливается, так как за регулировку температуры отвечает теплогенератор. Однако при обустройстве гелиосистемы о защитном клапане забывать нельзя.

Оптимальное размещение клапана – 60 см от нагревателя. При близком расположении «термостат» нагревается и блокирует подачу горячей воды.
Размещение бака-аккумулятора. Буферная емкость ГВС должна устанавливаться в доступном месте. При размещении в компактном помещении особое внимание уделяется высоте потолков.

Установка расширительного бака. Элемент компенсирует температурное расширение в период стагнации. Установка бака выше насосного оборудования спровоцирует перегрев мембраны и ее преждевременный износ.

Подсоединение гелиоконтура. При подключении труб рекомендуется организовать петлю. «Термопетля» сокращает теплопотери, препятствуя выходу разогретой жидкости.

Обратный клапан. Предупреждает «опрокидывание» циркуляции теплоносителя. При недостатке солнечной активности обратный клапан не дает рассеиваться теплу, накопленному днем.
Популярные модели «солнечных» модулей
Спросом пользуются гелиосистемы отечественных и зарубежных компаний. Хорошую репутацию завоевали изделия производителей: НПО Машиностроения (Россия), Гелион (Россия), Ariston (Италия), Альтен (Украина), Viessman (Германия), Amcor (Израиль) и др.
Гелиосистема «Сокол». Плоский гелиоколлектор, оснащенный многослойным оптическим покрытием с магнитронным напылением. Минимальная способность излучения и высокий уровень поглощения обеспечивают КПД до 80%.
Эксплуатационные характеристики:
- рабочая температура – до -21 °С;
- обратное излучение тепла – 3-5%;
- верхний слой – закаленное стекло (4 мм).
Коллектор СВК-А (Альтен). Вакуумная гелиоустановка с площадью абсорбции 0, 8-2, 41 кв.м (зависимо от модели). Теплоноситель – пропиленгликоль, теплоизоляция медного теплообменника в 75 мм минимизирует теплопотери.
Дополнительные параметры:
- корпус – анодированный алюминий;
- диаметр теплообменника – 38 мм;
- изоляция – минвата с антигигроскопичной обработкой;
- покрытие – боросиликатное стекло 3, 3 мм;
- КПД – 98%.
Vitosol 100-F – плоский гелиоколлектор горизонтального или вертикального монтажа. Медный абсорбер с арфообразным трубчатым змеевиком и гелиотитановым покрытием. Пропускание света – 81%.

Zaključci i koristan video na temu
Принцип действия солнечных коллекторов и их виды:
Оценка работоспособности плоского коллектора при минусовой температуре:
Технология монтажа панельного гелиоколлектора на примере модели Buderus:
Солнечная энергия – восполняемый источник получения тепла. С учетом роста цен на традиционные энергоресурсы внедрение гелиосистем оправдывает капитальные инвестиции и окупается в ближайшие пять лет при соблюдении техники монтажа.
Если у вас есть ценные сведения которыми вы хотите поделиться с посетителями нашего сайта, пожалуйста, оставляйте свои комментарии в блоке под статьей. Там же можно задать интересующие вопросы по теме статьи или поделиться опытом использования солнечных коллекторов.