Солнечные коллекторы

Солнечный коллектор - это устройство для сбора тепловой энергии от Солнца (гелиоустановка), переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала теплоносителя или воды. Обычно применяются для нужд горячего водоснабжения и отопления помещений.

Вакуумные солнечные коллекторы трубчатые:

• Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250 - 300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.
• Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.
• Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При облучении установки солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.
• Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Преимущества вакуумных трубчатых солнечных коллекторов:

• Низкие тепло потери
• Работоспособность в холодное время года до −30 С
• Способность генерировать высокие температуры
• Длительный период работы в течение суток
• Удобство монтажа
• Низкая парусность
• Отличное соотношение цена/производительность для умеренных широт и холодного климата

Недостатки вакуумных трубчатых солнечных коллекторов: 

• Неспособность к самоочистке от снега
• Относительно высокая начальная стоимость проекта
• Рабочий угол наклона не менее 20°

Плоские солнечные коллекторы:

• Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя.
• Абсорбер связан с тепло-проводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель или напыление оксида титана) для повышения эффективности. 
• Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната.
• Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурат).
• Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди.
• Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней закрываются силиконовым герметиком.
• Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность.
• Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре.

Преимущества плоских солнечных коллекторов: 

• Плоские высоко-селективные
• Способность очищаться от снега и инея
• Высокая производительность летом
• Отличное соотношение цена, производительность для южных широт и тёплого климата
• Возможность установки под любым углом
• Меньшая начальная стоимость

Недостатки плоских солнечных коллекторов: 

• Высокие тепло потери
• Низкая работоспособность в холодное время года
• Сложность монтажа, связанная с необходимостью доставки на крышу собранного коллектора
• Высокая парусность

Солнечный водонагреватель:

• Теплоноситель (вода, воздух, масло или антифриз) нагревается, циркулируя через коллектор, а затем передает тепловую энергию в бак-аккумулятор, накапливающий горячую воду для потребителя.
• Устройство бытового коллектора солнечного водонагревателя - в простом варианте циркуляция воды происходит естественно из-за разности температур в коллекторе. Такое решение позволяет повысить эффективность солнечной установки, поскольку КПД солнечного коллектора снижается с ростом температуры теплоносителя.
• Бывают и солнечные водонагревательные установки аккумуляционного типа, в которых отсутствует отдельный бак-аккумулятор, а нагретая вода сохраняется непосредственно в солнечном коллекторе. В этом случае установка представляет собой близкий к прямоугольной форме бак.

Солнечные коллекторы-концентраторы:

• Повышение эксплуатационных температур до 120 - 250 °C возможно путём введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.

Солнечные воздушные коллекторы - Солнечный нагреватель воздуха:

• Солнечные воздушные коллекторы - это приборы, работающие на энергии Солнца и нагревающие воздух. Солнечные воздушные коллекторы чаще всего используются для отопления помещений, сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора.
• В некоторых солнечных воздухонагревателях к поглощающей пластине присоединены вентиляторы, которые улучшают теплопередачу. Недостаток этой конструкции в том, что она расходует энергию на работу вентиляторов, таким образом увеличивая затраты на эксплуатацию системы. В холодном климате воздух направляется в промежуток между пластиной-поглотителем и утеплённой задней стенкой коллектора: таким образом избегают потерь тепла сквозь остекление. Однако, если воздух нагревается не более, чем на 17 °С выше температуры наружного воздуха, теплоноситель может циркулировать по обе стороны от пластины-поглотителя без больших потерь эффективности.
• Основными достоинствами воздушных коллекторов являются их простота и надёжность. При надлежащем уходе качественный коллектор может прослужить 10-30 лет, а управление им весьма несложно. Теплообменник не требуется, так как воздух не замерзает.