Виды солнечных коллекторов

Солнечный коллектор — это специальное устройство, предназначенное для сбора энергии солнца, которая переносится ближним инфракрасным излучением и светом. Существует несколько видов солнечных коллекторов: вакуумные, плоские, воздушные.

Вакуумные коллекторы, имеющие прямую теплопередачу воде

Такие коллекторы называют также термосифонными. Вакуумные трубки в таких коллекторах соединяются с накопительным баком. Из контура теплообменника вода попадает непосредственно в трубки, где нагревается, а затем возвращается обратно. Преимуществом таких коллекторов является то, что тепло передается воде без посредничества каких-либо других элементов.

Работают эти устройства на принципе естественной конвекции (его суть в том, что теплая вода всегда стремится вверх), поэтому бак в них нужно располагать выше коллектора. Нагревшаяся в трубках вода становится легче и поднимается в верхнюю часть бака, а остывшая - опускается вниз, что обеспечивает циркуляцию. Если система маленькая, то бак в ней обычно объединен с коллектором и не рассчитан на наличие магистрального давления. Именно поэтому при их использовании воду нужно подавать из расположенной выше емкости или через редукторы, уменьшающие давление. Такая система обеспечивает минимум гидравлического сопротивления.

Вакуумные коллекторы, имеющие прямую теплопередачу воде и встроенный теплообменник

Этот коллектор имеет ряд преимуществ перед предыдущим типом. Его отличие - в наличии теплообменника, встроенного в бак, что дает возможность присоединить систему к напорной системе водоснабжения при почти полном отсутствии давления в трубках. Еще одно преимущество — то, что водонагревательный контур может заполняться незамерзающей жидкостью, а значит, его можно использовать и при морозе -10 °С. В коллекторах такого типа не происходит накопление солей и других загрязнений, т. к. при таком же объеме теплоносителя, как в коллекторах первого типа, вода проходит исключительно через внутренний медный теплообменник.

Вакуумный коллектор с термотрубками

Конструкция таких коллекторов отличается наличием термотрубки, которая представляет собой закрытую медную трубу, в которой находится небольшое количество легкокипящей жидкости. Вакуумные трубки работают по принципу тепловой трубы: внутри медного стержня, запаянного с двух сторон и расширяющегося в верхней части, находится иноргатик. Когда жидкость закипает, она в виде пара поднимается в верхнюю часть трубки (конденсатор), температура в котором достигает 250-380 °С. Там пар конденсируется и отдает тепло, а остывший конденсат стекает по стенкам вниз, и процесс повторяется вновь. Тепловая трубка встраивается в стеклянную, где фиксируется при помощи двух алюминиевых креплений. Площадь соприкасания этих креплений с вакуумной трубой и тепловой трубкой максимальна, благодаря чему обеспечивается максимальная передача тепла. Тепловая трубка имеет вакуумированную внутреннюю полость, поэтому жидкость в ней испаряется уже при температуре +30 °С, а если температура ниже, трубка автоматически закрывается, сохраняя внутри тепло.

От головки термотрубки тепло передается в основание коллектора (приемник). Приемник коллектора изготовлен из меди и покрыт полиуретановой изоляцией, закрыт он корпусом из нержавеющего металла или алюминиевого сплава. Теплопередача происходит через гильзу, изготовленную из меди, поэтому трубки и отопительный контур находятся отдельно. Если одна из трубок коллектора повреждена, система не прекращает работать. Заменить поврежденную трубку достаточно просто, при этом даже не нужно сливать из контура теплообменника незамерзающую жидкость. По конструкции вакуумная труба похожа на термос: две стеклянные трубы, одна из которых встроена в другую. Обе трубы сделаны из очень прочного боросиликатного стекла, а внутренняя покрыта сверху силиконовым нанопокрытием, обеспечивающим максимум поглощения тепла при минимуме отражения. В пространстве между трубками образован вакуум, для поддержания которого используют бариевый газопоглотитель. В процессе работы коллектора на газопоглотитель воздействуют высокие температуры, в результате чего на нижнем конце вакуумной трубы образуется слой чистого бария, который поглощает вырабатываемые из трубы вещества и поддерживает таким образом уровень вакуума. Если вакуум исчезает, слой бария из серебристого становится белым. Это позвляет легко проверить исправность трубки.

Вакуумные трубки поглощают энергию инфракрасных лучей даже в облачные дни, что дает таким коллекторам существенные преимущества. А изоляция, которую дает вакуум, обеспечивает защиту от внешних воздействий (ветра, дождя и т. п.).

Плоский коллектор

Самым распространенным видом коллекторов являются плоские солнечные коллекторы. Их используют в бытовых отопительных и водонагревательных системах. Плоский коллектор представляет собой остекленную теплоизолированную панель, в которой находится пластина поглотителя. Пластина изготавливается из металла, хорошо проводящего тепло. Иногда это алюминий, но чаще всего — медь, т. к. она менее подвержена коррозии и лучше проводит тепло. Поверхность пластины обработана смесью, которая удерживает солнечный свет. Эта смесь представляет собой тонкий слой аморфного полупроводника, который наносится на металлическое основание. Она имеет очень высокую поглощающую способность. Благодаря стеклянному покрытию в плоских коллекторах снижаются потери тепла. Снижению теплопотерь также способствует покрытие дна и стенок коллектора теплоизолирующим материалом.