V poslednom desaťročí sa slnečná energia ako alternatívny zdroj energie používa čoraz viac na vykurovanie a na zásobovanie budov teplou vodou. Hlavným dôvodom je snaha nahradiť tradičné palivá cenovo dostupnými, ekologickými a obnoviteľnými zdrojmi energie.
K premene slnečnej energie na teplo dochádza v solárnych systémoch - návrh a princíp činnosti modulu určuje špecifiká jeho použitia.
V tomto materiáli berieme do úvahy typy solárnych kolektorov a princípy ich fungovania, ako aj opis populárnych modelov solárnych modulov.
Možnosť použitia solárnych systémov
Heliosystém je komplex na premenu energie slnečného žiarenia na teplo, ktoré sa následne prenesie do výmenníka tepla na ohrev vykurovacieho média vykurovacieho systému alebo vodovodu.
Účinnosť solárneho tepelného zariadenia závisí od slnečného žiarenia - množstva energie dodanej denne na 1 meter štvorcový v uhle 90 ° voči smeru slnečných lúčov. Nameraná hodnota indikátora je kWh / m2, hodnota parametra sa mení v závislosti od ročného obdobia.
Priemerná úroveň slnečného žiarenia v regióne mierneho kontinentálneho podnebia je 1000-1200 kWh / m2 (za rok). Množstvo slnka je určujúcim parametrom pre výpočet výkonu slnečnej sústavy.

Inštalácia solárneho systému je drahá udalosť. Pre zdôvodnenie kapitálových výdavkov je nevyhnutný presný výpočet systému a dodržiavanie inštalačnej technológie.
Príklad. Priemerná hodnota slnečného slnečného žiarenia pre Tula v polovici leta je 4, 67 kV / m² * za predpokladu, že systémový panel je inštalovaný pod uhlom 50 °. Výkon solárneho kolektora s rozlohou 5 m2 sa vypočíta takto: 4, 67 * 4 = 18, 68 kW tepelnej energie za deň. Tento objem postačuje na ohrev 500 litrov vody z teploty 17 ° C na 45 ° C.

Keď už hovoríme o realizovateľnosti zavádzania nových technológií, je dôležité brať do úvahy technické vlastnosti konkrétneho solárneho kolektora. Niektoré začínajú pracovať na 80 W / m2 slnečnej energie, zatiaľ čo iné sú dostatočné - 20 W / m2.
Aj v južnom podnebí sa nevyužíva systém zberača výhradne na vykurovanie. Ak sa inštalácia bude používať výhradne v zime s nedostatkom slnka, náklady na vybavenie nebudú kryté na 15-20 rokov.
Aby sa solárny komplex používal čo najefektívnejšie, musí byť súčasťou systému dodávky teplej vody. Aj v zime vám solárny detektor umožní „znížiť“ účty za energiu na ohrev vody až na 40-50%.

Okrem ekonomických výhod má "solárne vykurovanie" ďalšie výhody:
- Environmentálna šetrnosť. Znížené emisie oxidu uhličitého. Počas roka, 1 m2 slnečného kolektora zabraňuje uvoľneniu do atmosféry 350-730 kg ťažby.
- Estetika. Priestor kompaktného kúpeľa alebo kuchyne sa môže zbaviť objemných kotlov alebo plynových ohrievačov vody.
- Trvanlivosť. Výrobcovia zabezpečujú, že v závislosti od inštalačnej technológie bude komplex trvať asi 25-30 rokov. Mnohé spoločnosti poskytujú záruku do 3 rokov.
Argumenty proti využívaniu slnečnej energie: výrazná sezónnosť, závislosť od počasia a vysoká počiatočná investícia.
Všeobecné zariadenie a princíp činnosti
Zvážte možnosť solárneho systému s kolektorom ako hlavným pracovným prvkom systému. Vzhľad jednotky pripomína kovovú krabicu, ktorej predná strana je vyrobená z tvrdeného skla. Vo vnútri boxu je umiestnené pracovné teleso - cievka s absorbérom.
Jednotka pohlcujúca teplo zabezpečuje ohrev chladiacej kvapaliny - cirkulujúca kvapalina prenáša generované teplo do okruhu prívodu vody.

Solárny kolektor nevyhnutne pracuje v tandeme s akumulačnou nádržou. Pretože sa chladiaca kvapalina zahrieva na teplotu 90 až 130 ° C, nemôže byť privádzaná priamo do kohútikov teplej vody alebo vykurovacích telies. Chladivo vstupuje do výmenníka tepla kotla. Zásobník je často doplnený elektrickým ohrievačom.
Schéma práce:
- Slnko ohrieva povrch kolektora.
- Tepelné žiarenie sa prenáša na absorpčný prvok (absorbér), ktorý obsahuje pracovnú tekutinu.
- Chladiaca kvapalina cirkulujúca cez cievky sa zahrieva.
- Čerpacie zariadenie, riadiaca a monitorovacia jednotka zabezpečujú, že chladivo je odvádzané potrubím do cievky zásobníka.
- Teplo sa prenáša do vody v kotle.
- Ochladené chladivo prúdi späť do kolektora a cyklus sa opakuje.
Vyhrievaná voda z ohrievača vody sa privádza do vykurovacieho okruhu alebo do odberných miest vody.

Odrody solárnych kolektorov
Bez ohľadu na miesto určenia je solárny systém doplnený plochým alebo sférickým trubicovým slnečným kolektorom. Každá z možností má množstvo charakteristických vlastností z hľadiska technických charakteristík a prevádzkovej efektívnosti.
Vákuum - pre chladné a mierne podnebie
Konštrukčne sa vákuový slnečný kolektor podobá termosku - úzke trubice s nosičom tepla sa umiestnia do baniek s väčším priemerom. Medzi nádobami, ktoré sú zodpovedné za tepelnú izoláciu, je vytvorená vákuová vrstva (tepelná ochrana je až 95%). Tubulárna forma je optimálna na udržanie vákua a „obsadenie“ slnečných lúčov.

Vnútorná (tepelná) trubica je naplnená nízkovriacím soľným roztokom (24-25 ° C). Po zahriatí sa kvapalina vyparí - odparka stúpa do banky a ohrieva chladivo cirkulujúce v telese rozdeľovača.
V procese kondenzácie prúdia kvapky vody do špičky trubice a proces sa opakuje.
Kvôli prítomnosti vákuovej vrstvy je kvapalina v tepelnej banke schopná variť a odpariť sa pri mínusovej vonkajšej teplote (až do -35 ° C).
Vlastnosti solárnych modulov závisia od nasledujúcich kritérií:
- dizajn trubice - pero, koaxiálny;
- zariadenie tepelného kanála - „Tepelná rúra“, cirkulácia s priamym prietokom.
Žiarovka z peria je sklenená trubica, v ktorej je uzavretý absorbér dosiek a tepelný kanál. Podtlaková vrstva prechádza celou dĺžkou tepelného kanála.
Koaxiálna trubica je dvojitá banka s vákuovou „vložkou“ medzi stenami dvoch nádrží. Prenos tepla prebieha z vnútra trubice. Špička tepelnej trubice je vybavená vákuovým indikátorom.

Kanál „Tepelná rúra“ je najbežnejším variantom prenosu tepla v solárnych kolektoroch.
Mechanizmus účinku je založený na umiestnení prchavej kvapaliny do utesnených kovových trubíc.

In-line kanál - paralelné kovové rúrky sú spojené cez sklenenú banku, sú spojené v oblúku v tvare U.
Chladivo, ktoré prúdi cez kanál, sa zahrieva a privádza do telesa kolektora.

Koaxiálne a perové rúry môžu byť kombinované s tepelnými kanálmi rôznymi spôsobmi.
Možnosť 1. Koaxiálna banka s "tepelnou rúrou" - najobľúbenejšie riešenie. V kolektore sa opakuje prenos tepla zo stien sklenenej trubice do vnútornej banky a potom do chladiaceho média. Stupeň optickej účinnosti dosahuje 65%.

Variant 2. Koaxiálna banka s cirkuláciou s priamym prietokom je známa ako kolektor tvaru U. Vďaka konštrukcii sa znižujú tepelné straty - tepelná energia z hliníka sa prenáša do rúr s cirkulujúcim chladiacim médiom.
Spolu s vysokou účinnosťou (až 75%) má model nevýhody:
- zložitosť montáže - fľaše sú jedno s dvomi rúrkovými zbernými telesami (hlavové) a sú inštalované úplne;
- výmena jednej trubice je vylúčená.
Jednotka v tvare písmena U je navyše náročná na chladiace a drahšie modely „tepelných rúrok“.

Možnosť 3. Plniace trubice so zásadou akcie "Tepelná rúra". Charakteristické vlastnosti kolektora:
- vysoká optická výkonnosť - účinnosť približne 77%;
- plochý absorbér priamo prenáša tepelnú energiu do trubice chladiacou kvapalinou;
- v dôsledku použitia jednej vrstvy skla zníženej odrazom slnečného žiarenia;
Poškodený prvok je možné nahradiť bez vypustenia chladiacej kvapaliny zo solárneho systému.
Možnosť 4. Banka s priamym prietokom je najúčinnejším nástrojom na využitie slnečnej energie ako alternatívneho zdroja energie na vykurovanie vody alebo na vykurovanie obydlia. Vysoko výkonný kolektor pracuje s účinnosťou 80%. Nedostatok systému je obtiažnosť opravy.

Bez ohľadu na výkonové rúrky majú tieto rozvody tieto výhody:
- výkon pri nízkych teplotách;
- nízke tepelné straty;
- trvanie prevádzky počas dňa;
- schopnosť ohrievať chladiacu látku na vysoké teploty;
- nízke vetry;
- jednoduchá inštalácia
Hlavnou nevýhodou vákuových modelov je nemožnosť samočistenia od snehovej pokrývky. Vrstva podtlaku nevyžaruje teplo, takže vrstva snehu sa neroztopí a blokuje prístup slnka do poľa kolektora. Ďalšie nevýhody: vysoká cena a potreba rešpektovať pracovný uhol baniek najmenej 20 °.
Podrobnejšie o princípe práce vákuového solárneho kolektora s rúrkami si prečítajte ďalej.
Voda - najlepšia voľba pre južné šírky
Plochý (panelový) solárny kolektor - obdĺžniková hliníková doska, uzavretá na vrchu plastovým alebo skleneným vekom. Vo vnútri boxu je absorpčné pole, kovová cievka a tepelnoizolačná vrstva. Plocha kolektora je naplnená prietokovým potrubím, cez ktoré prúdi chladivo.

Tepelná absorpcia vysoko selektívneho absorpčného povlaku dosahuje 90%. Plynulé kovové potrubie sa nachádza medzi „absorbérom“ a tepelnou izoláciou. Používajú sa dva modely ukladania rúrok: „harfa“ a „meander“.
Trubkový kolektor s kvapalným chladivom pôsobí ako "skleníkový" efekt - slnečné lúče prenikajú sklom a ohrievajú potrubie. V dôsledku tesnosti a tepelnej izolácie je teplo vo vnútri panelu.
Pevnosť solárneho modulu je do značnej miery určená materiálom ochranného krytu:
- obyčajné sklo - najlacnejšie a najzraniteľnejšie povlak;
- tvrdené sklo - vysoký stupeň rozptylu svetla a zvýšená pevnosť;
- antireflexné sklo - má maximálnu absorpčnú kapacitu (95%) vďaka prítomnosti vrstvy, ktorá eliminuje odraz slnečných lúčov;
- samočistiace (polárne) sklo s oxidom titaničitým - organické znečistenie vyhorí na slnku a zvyšky odpadu sa zmývajú dažďom.
Najviac vytrvalý náraz fúka polykarbonátové sklo. Materiál je inštalovaný v drahých modeloch.

Prevádzkové a funkčné vlastnosti panelových solárnych systémov:
- v systémoch nútenej cirkulácie je k dispozícii funkcia odmrazovania, ktorá vám umožní rýchlo sa zbaviť snehovej pokrývky na Heliopoli;
- prizmatické sklo zachytáva širokú škálu lúčov v rôznych uhloch - v lete dosahuje účinnosť inštalácie 78-80%;
- kolektor sa nebojí prehriatia - s prebytkom tepelnej energie je možné nútené chladenie chladiva;
- zvýšená odolnosť proti nárazu v porovnaní s rúrkovými náprotivkami;
- možnosť montáže v ľubovoľnom uhle;
- cenovej politiky.
Systémy nie sú bez nedostatkov. V období nedostatku slnečného žiarenia, ako sa zvyšuje teplotný rozdiel, sa efektivita plochého slnečného kolektora výrazne znižuje v dôsledku nedostatočnej izolácie. Preto sa modul panelu odôvodňuje v lete alebo v oblastiach s teplým podnebím.
Heliosystémy: konštrukčné a prevádzkové funkcie
Rozmanitosť solárnych systémov možno klasifikovať podľa týchto parametrov: spôsob využívania slnečného žiarenia, spôsob cirkulácie chladiva, počet okruhov a sezónnosť prevádzky.
Aktívny a pasívny komplex
V každom systéme premeny slnečnej energie je k dispozícii solárny prijímač. Na základe spôsobu použitia získaného tepla existujú dva typy heliokomplexov: pasívne a aktívne.
Prvým typom je solárny systém, kde konštrukčné prvky budovy pôsobia ako prvok absorbujúci teplo zo slnečného žiarenia. Strecha, stenový kolektor alebo okná pôsobia ako solárny prijímací povrch.

V európskych krajinách sa pasívne technológie využívajú pri výstavbe energeticky úsporných budov. Solárne prijímacie povrchy sú zdobené falošnými oknami. Za povrchovou úpravou skla sa nachádza murovaná sčernená stena s otvormi.
Ako tepelné akumulátory sú prvky konštrukcie - steny a podlahy, izolované zvonka polystyrénom.
Aktívne systémy zahŕňajú použitie nezávislých zariadení, ktoré nesúvisia so štruktúrou.

Termosyphon a cirkulačné systémy
Solárne termálne zariadenia s prirodzeným pohybom chladiaceho média pozdĺž kolektorového kolektorového kolektorového okruhu sa vykonávajú konvekciou - stúpa teplá kvapalina s nízkou hustotou, ochladená kvapalina steká dole.
V termosifónových systémoch je zásobná nádrž umiestnená nad kolektorom, čím sa zabezpečuje spontánna cirkulácia chladiva.

Heliosystém s voľným tokom má širokú škálu nevýhod:
- pri zamračených dňoch klesá kapacita komplexu - na pohyb chladiaceho média je potrebný veľký teplotný rozdiel;
- tepelné straty spôsobené pomalým pohybom tekutiny;
- nebezpečenstvo prehriatia nádrže v dôsledku nekontrolovateľnosti procesu ohrevu;
- nestabilita zásobníka;
- zložitosť umiestnenia akumulátora - pri montáži na strechu sa zvyšujú tepelné straty, urýchľujú korózne procesy, hrozí nebezpečenstvo zamrznutia rúrok.
Výhody "gravitačného" systému: jednoduchosť dizajnu a cenová dostupnosť.
Kapitálové výdavky na usporiadanie cirkulujúcich (vynútených) heliosystémov sú výrazne vyššie ako inštalácia komplexného toku. Čerpadlo „preruší“ obrys, ktorý zabezpečuje pohyb chladiva. Prevádzka čerpacej stanice je riadená regulátorom.

Tento spôsob cirkulácie je zapojený do celoročných obtokových solárnych zariadení.
Plne funkčný komplex:
- neobmedzený výber umiestnenia akumulačnej nádrže;
- výkon mimo sezóny;
- výber optimálneho režimu vykurovania;
- bezpečnostné - blokovacie práce v prípade prehriatia.
Nevýhodou systému je jeho závislosť od elektrickej energie.
Schémy technického riešenia: jedno- a dvojokruhové
V jednookruhových inštaláciách cirkuluje kvapalina, ktorá sa následne privádza do odberných miest vody. V zime musí byť voda zo systému vypustená, aby sa zabránilo zamrznutiu a prasknutiu potrubí.
Vlastnosti jednookruhových solárnych termálnych komplexov:
- odporúčané „dopĺňanie“ systému čistenou nepevnou vodou - sedimentácia solí na stenách rúrok vedie k upchatiu kanálov a rozpadu kolektora;
- korózia spôsobená prebytkom vzduchu vo vode;
- obmedzená životnosť - do štyroch až piatich rokov;
- vysoká účinnosť v lete.
Špeciálna chladiaca kvapalina (nemrznúca kvapalina s odpeňovacími a antikoróznymi prísadami) cirkuluje v dvojokruhových heliokomplexoch a odvádza teplo do výmenníka tepla.

Odchýlky prevádzky dvojokruhového modulu: mierny pokles účinnosti (o 3-5% menej ako v systéme s jednou slučkou), potreba úplne nahradiť chladiacu kvapalinu každých 7 rokov.
Podmienky pre prácu a efektívnosť
Výpočet a inštalácia solárnych systémov by mala byť zverená odborníkom. Dodržiavanie inštalačnej techniky zabezpečí výkon a získa deklarovaný výkon. Na zlepšenie efektívnosti a doby poskytovania služieb je potrebné zohľadniť niektoré nuansy.
Termostatický ventil. V tradičných vykurovacích systémoch je termostatický prvok nainštalovaný len zriedka, pretože tepelný generátor je zodpovedný za nastavenie teploty. Pri zariaďovaní solárneho systému sa však nesmie zabudnúť na ochranný ventil.

Optimálne umiestnenie ventilu je 60 cm od ohrievača. V tesnej blízkosti sa „termostat“ zohrieva a blokuje prívod teplej vody.
Umiestnenie akumulátora. Tlmivá kapacita TÚV by mala byť inštalovaná na prístupnom mieste. Pri umiestnení v kompaktnej miestnosti sa venuje osobitná pozornosť výške stropu.

Inštalácia expanznej nádoby. Prvok kompenzuje tepelnú rozťažnosť v období stagnácie. Inštalácia nádrže nad čerpacie zariadenie spôsobí prehriatie membrány a jej predčasné opotrebenie.

Pripojenie solárneho okruhu. Pri pripájaní rúrok sa odporúča usporiadať slučku. "Tepelná slučka" znižuje tepelné straty a zabraňuje výstupu zo zahriatej tekutiny.

Spätný ventil Upozorňuje na „naklonenie“ obehu chladiacej kvapaliny. Pri nedostatočnej slnečnej aktivite spätný ventil nerozptýli teplo nahromadené počas dňa.
Populárne modely "solárnych" modulov
Dopytom sú heliosystémy domácich a zahraničných firiem. Dobré meno získali produkty týchto výrobcov: NPO Mashinostroeniya (Rusko), Gelion (Rusko), Ariston (Taliansko), Alten (Ukrajina), Viessman (Nemecko), Amcor (Izrael) atď.
Slnečná sústava "Falcon". Plochý slnečný kolektor vybavený viacvrstvovým optickým povlakom s magnetrónovým naprašovaním. Minimálna radiačná schopnosť a vysoká absorpčná úroveň zaručujú účinnosť až 80%.
Výkonnostné charakteristiky:
- pracovná teplota - do -21 ° C;
- spätné tepelné žiarenie - 3-5%;
- vrchná vrstva je kalené sklo (4 mm).
Zberateľ SVK-A (Alten). Vákuová solárna elektráreň s absorpčnou plochou 0, 8-2, 41 m2 (v závislosti od modelu). Tepelný nosič - propylénglykol, tepelná izolácia z medeného tepelného výmenníka 75 mm minimalizuje tepelné straty.
Ďalšie parametre:
- teleso - eloxovaný hliník;
- priemer výmenníka tepla - 38 mm;
- izolácia - minerálna vlna s antihygroskopickou úpravou;
- povlak - borosilikátové sklo 3, 3 mm;
- Účinnosť - 98%.
Vitosol 100-F - plochý heliokológ horizontálnej alebo vertikálnej inštalácie. Absorbér medi s rúrkovým serpentínom v tvare harfy a helio-titánovým povlakom. Prenos svetla - 81%.

Závery a užitočné video na túto tému
Princíp činnosti solárnych kolektorov a ich typy: \ t
Posúdenie výkonu plochého kolektora pri mínusovej teplote:
Technológia montáže panelového solárneho kolektora na príklade modelu Buderus:
Solárna energia je obnoviteľný zdroj tepla. S prihliadnutím na rast cien tradičných energetických zdrojov, zavedenie solárnych systémov odôvodňuje kapitálové investície a vyplatí sa v priebehu nasledujúcich piatich rokov, ak sa bude dodržiavať technológia inštalácie.
Ak máte cenné informácie, ktoré chcete zdieľať s návštevníkmi našich stránok, zanechajte svoje poznámky v poli pod článkom. Môžete sa tiež pýtať na tému článku alebo zdieľať skúsenosti s používaním slnečných kolektorov.