Сонячні колектори

Сонячний колектор - це пристрій для збирання теплової енергії від Сонця (геліоустановка), що переноситься видимим світлом та ближнім інфрачервоним випромінюванням. На відміну від сонячних батарей, що виробляють електрику, сонячний колектор нагріває матеріал теплоносія води. Зазвичай застосовуються для потреб гарячого водопостачання та опалення приміщень.

Вакуумні сонячні колектори трубчасті:

• Можливе підвищення температури теплоносія аж до 250 - 300 °C в режимі обмеження відбору тепла. Домогтися цього можна рахунок зменшення теплових втрат у результаті використання багатошарового скляного покриття, герметизації чи створення колекторах вакууму.
• Фактично сонячна теплова труба має пристрій, схожий на побутові термоси. Тільки зовнішня частина труби прозора, а на внутрішній трубці нанесено високоселективне покриття, що вловлює сонячну енергію. Між зовнішньою та внутрішньою скляною трубкою знаходиться вакуум. Саме вакуумний прошарок дає можливість зберегти близько 95% теплової енергії, що вловлюється.
• Крім того, у вакуумних сонячних колекторах знайшли застосування теплові трубки, які виконують роль провідника тепла. При опроміненні установки сонячним світлом рідина, що знаходиться в нижній частині трубки, нагріваючись, перетворюється на пару. Пари піднімаються у верхню частину трубки (конденсатор), де конденсуючись передають тепло колектору. Використання даної схеми дозволяє досягти більшого ККД (порівняно з плоскими колекторами) при роботі в умовах низьких температур та слабкого освітлення.
• Сучасні побутові сонячні колектори здатні нагрівати воду аж до температури кипіння навіть при негативній температурі, що оточує.

Переваги вакуумних трубчастих сонячних колекторів:

• Низькі тепловтрати
• Працездатність в холодну пору року до -30 С
• Здатність генерувати високі температури
• Тривалий період роботи протягом доби
• Зручність монтажу
• Низька парусність
• Відмінне співвідношення ціна/продуктивність для помірних широт та холодного клімату

Недоліки вакуумних трубчастих сонячних колекторів:

• Нездатність до самоочищення від снігу
• Відносно висока початкова вартість проекту
• Робочий кут нахилу щонайменше 20°

Плоскі сонячні колектори:

• Плоский колектор складається з елемента, що поглинає сонячне випромінювання (абсорбер), прозорого покриття та термоізолюючого шару. Абсорбер пов'язаний із теплопровідною системою. Він покривається чорною фарбою або спеціальним селективним покриттям (як правило, чорний нікель або напилення оксиду титану) для підвищення ефективності. Прозорий елемент зазвичай виконується із загартованого скла зі зниженим вмістом металів або особливого рифленого полікарбонату. Задня частина панелі покрита теплоізоляційним матеріалом (наприклад поліізоціанурат). Трубки, якими поширюється теплоносій, виготовляються зі зшитого поліетилену чи міді. Сама панель є повітронепроникною, для чого отвори в ній закриваються силіконовим герметиком.
• Чим більше падучої енергії передається теплоносія, що протікає в колекторі, тим вища його ефективність. Підвищити її можна, застосовуючи спеціальні оптичні покриття, що не випромінюють тепло в інфрачервоному спектрі.

Переваги плоских сонячних колекторів:

• Плоскі високоселективні
• Здатність очищатися від снігу та інею
• Висока продуктивність влітку
• Відмінне співвідношення ціна, продуктивність для південних широт та теплого клімату
• Можливість встановлення під будь-яким кутом
• Найменша початкова вартість

Недоліки плоских сонячних колекторів:

• Високі тепловтрати
• Низька працездатність у холодну пору року
• Складність монтажу пов'язана з необхідністю доставки на дах зібраного колектора
• Висока парусність

Сонячний водонагрівач:

• Теплоносій (вода, повітря, масло або антифриз) нагрівається, циркулюючи через колектор, а потім передає теплову енергію бак-акумулятор, що накопичує гарячу воду для споживача.
• Влаштування побутового колектора - у простому варіанті циркуляція води відбувається природно через різницю температур в колекторі. Таке рішення дозволяє підвищити ефективність сонячної установки, оскільки ККД сонячного колектора знижується зі зростанням температури теплоносія.
• Бувають і сонячні водонагрівальні установки акумуляційного типу, в яких немає окремого бак-акумулятора, а нагріта вода зберігається безпосередньо в сонячному колекторі. У цьому випадку установка є близьким до прямокутної форми бак.

Сонячні колектори-концентратори:

• Підвищення експлуатаційних температур до 120 - 250 °C можливе шляхом введення в сонячні колектори концентраторів за допомогою параболоциліндричних відбивачів, прокладених під поглинаючими елементами. Для отримання більш високих експлуатаційних температур потрібні пристрої стеження за сонцем.

Сонячні повітряні колектори - Сонячний нагрівач повітря:

• Сонячні повітряні колектори - це прилади, що працюють на енергії Сонця та нагрівають повітря. Сонячні повітряні колектори найчастіше використовуються для опалення приміщень, сушіння сільськогосподарської продукції. Повітря проходить через поглинач завдяки природній конвекції або під впливом вентилятора.
• У деяких сонячних повітронагрівачах до поглинаючої пластини приєднані вентилятори, які покращують теплопередачу. Недоліком цієї конструкції є те, що вона витрачає енергію на роботу вентиляторів, таким чином збільшуючи витрати на експлуатацію системи. У холодному кліматі повітря прямує у проміжок між пластиною-поглиначем і задньою стінкою колектора, що утеплює: таким чином уникають втрат тепла крізь скління. Однак, якщо повітря нагрівається не більше, ніж на 17 °С вище за температуру зовнішнього повітря, теплоносій може циркулювати по обидва боки від пластини-поглинача без великих втрат ефективності.
• Основними перевагами повітряних колекторів є їхня простота і надійність. При належному догляді якісний колектор може прослужити 10-30 років, а керування ним дуже нескладно. Теплообмінник не потрібний, оскільки повітря не замерзає.