Как работает солнечный коллектор?

Солнечный коллектор - устройство для нагрева воды, за счет бесплатной солнечной энергии. Средняя мощность солнечного излучения составляет 1000 Вт/м2 . Солнечный коллектор способен поглощать до 90% излучения. В целом же КПД не превышает 75%.
Существует три основных типа солнечных водонагревателей: плоские солнечные коллекторы, вакуумные солнечные коллекторы типа "hit pipe" и вакуумные солнечные коллекторы типа "мокрая трубка". Рассмотрим принцип действия каждого из них.


Плоский солнечный коллетор

Плоский солнечный коллекторВнешне похож на толстое черное стекло. Коструктивно коллектор собирается на алюминиевой раме. На дне коллектора размещен теплоизолятор (обычно стекловата) для сохраннения поглощенного тепла. Поверх стекловаты расположены медные трубки припаяные к вышележащему слою абсорбирующего покрытия. Сверху конструкция плотно закрыта закаленным стеклом с высоким коэфициентом пропускания солнечного света.

Верхнее стекло имеет высокую пропускною способность для солнечного света (рис. б) (коэффициент пропускания 95%).



а) Спектр солнечного света




б) Спектр поглощения-пропускания стекла



в) Спектр излучения адсорбента



Адсорбирующее покрытие под лучами солнца нагревается и начинает излучать тепло (Рис. в) спектр которго на 95% стеклом не пропускается. Таким образом поглощенная энергия не рассеивается в пространстве, а передается медным трубкам, по которым циркулирует теплоноситель.
Плоские коллетора могут быть как всесезонными, та и сезонными. Все зависит от типа системы (открытая-закрытая) и типа теплоносителя(вода или антифриз).


Вакуумные солнечные коллеторы

Имеют наибольшую эффективность. Конструктивно коллектор состоит из рамы и вакуумных трубок. Вакуумная тепловая трубка сделана из прочного боросиликатного стекла.  Состоит из двух стеклянных трубок между которыми создан вакуум для предотвращения теплопотерь. Наружная трубка полностью прозрачная, а на внутреннюю нанесено специальное поглощающее покрытие. Для поддержания высокой степени вакуума в трубке нанесен слой бариевого газопоглотителя. Он поглощает выделяемые при эксплуатации различные виды газов, а так же показывает испраность трубки. При разгерметизации, слой бария меняет цвет с серебристого на белый.

Внутри вакуумной трубки находится запаянная медная трубка, внутри которой находится теплоноситель под низким давлением. Передача тепла от абсорбента осуществляется с помощью теплопроводящих ребер. Конец медной трубки (конденсатор тепловой трубки) имеет расширение, которое помещается в теплообменник с жидкостью (корпус коллектора). Жикость - вода или антифриз.

При попадании солнечных лучей происходит следущее: абсорбент нагревается и передает тепло по ребрам медной трубке. Жидкость внутри медной трубки закипает, пар подымается вверх к конденсатору тепловой трубки. В конденсаторе пар отдает энергию холодным стенкам медной трубки, конденсируется, охлаждается и стекает назад в горячюю область медной трубки. Стенки трубки конденсатора нагреваются и отдают тепло жидкости протекающей через коллектор. Далее процес повторяется.


Солнечные коллекторы типа "мокрая трубка"

Конструктивно состоят из рамы, на которой монтируются вауумные трубки и бак для горяей воды. Вакуумная "мокрая" трубка имеет более простуюю конструкцию. Она состоит и внешней и внутренней стеклянной трубок между которыми создан вакуум. Внутрення трубка покрыта слоем абсорбента. Теплопередача от слоя абсорбента осуществляется водой которой эти трубки заполнены. Горячая вода из трубок подымается в бак, а холодная из бака опускается в трубки для нагрева.