Разновидности солнечных коллекторов

Простейшим способом утилизации солнечной энергии является использование ее для нагрева. Все знают, как нагреваются на солнце раз­личные предметы. И чем темнее поверхность, тем больше нагрев. Именно на этом и основан принцип работы солнечного коллектора — солнеч­ное тепло поглощается темной поверхностью (абсорбером) и передается теплоносителю. Далее полученное тепло либо накапливается:

♦ либо в специальном теплоаккумуляторе;

♦ либо сразу используется для нагрева.

Определение.

Солнечный коллектор — установка для прямого преобразования энергии Солнца в тепловую энергию.

Принципы солнечного отопления известны на протяжении тыся­челетий. Люди нагревали воду при помощи Солнца до того, как иско­паемое топливо заняло лидирующее место в мировой энергетике. Солнечный коллектор — наиболее известное приспособление, непо­средственно использующее энергию Солнца, они были разработаны около двухсот лет назад.

Немного истории. Самый известный из коллекторов — плоский — был изготовлен в 1767 году швейцарским ученым по имени Гораций де Соссюр. Позднее им воспользовался для приготовления пищи сэр Джон Гершель во время своей экспедиции в Южную Африку в 30-х годах XIX века.

Совет.

Чтобы коллектор отдавал основную часть поглощенного тепла теплоносителю, его надо, по возможности, изолировать от окру­жающей среды.

Можно выделить несколько основных типов солнечных коллекто­ров: плоские, вакуумные, концентраторы.

В плоских солнечных коллекторах за плоским абсорбером (чаще всего это металлическая пластина с темным поглощающим покры­тием) находится система трубок, по которым пропускается теплоно­ситель. Чтобы предотвратить потери энергии в окружающую среду обратная сторона и торцы такого коллектора закрываются теплоизо­лирующим материалом.

Фронтальная часть накрывается стеклом. Солнечный свет прак­тически беспрепятственно проходит через стекло, а вот инфракрас­ное излучение от нагретого абсорбера назад не проникает. Тепло как бы запирается внутри коллектора, работает парниковый эффект. Фронтальное стекло также в некоторой степени препятствует охлаж­дению коллектора за счет тепловой конвекции воздуха.

Примечание.

Изредка в плоских коллекторах применяют двойное остекление (как в оконных рамах), что еще больше увеличивает КПД (двойное остекление лучше «держит» тепло), но и несколько утяжеляет и удорожает конструкцию.

Самые качественные плоские солнечные коллекторы могут нагре­вать теплоноситель до температуры более 150 °С, но в большинстве конструкций температура не поднимается выше точки кипения воды. Поэтому считается, что плоские коллекторы можно оставлять на дол­гое время без присмотра.

Вакуумные коллекторы обязаны своим названием способу нако­пления тепла. В них теплопоглощающие элементы запаяны в стеклян­ные трубки, в которых создан вакуум. Стекло препятствует выходу инфракрасного излучения от нагретых элементов, а вакуум идеальная среда для теплоизоляции, т. к. в нем охлаждение из-за конвекции про­сто отсутствует.

Вакуумные коллекторы эффективно работают даже в сильные морозы и в пасмурную погоду, а на солнце они способны нагревать

теплоноситель до 300 градусов. Именно из-за этого системы с ваку­умным коллектором обычно гораздо сложнее. Они включают в себя специальные контроллеры и клапаны, обеспечивающие сброс избы­точного тепла при перегреве.

И, наконец, коллекторы-концентраторы представляют собой отдель­ный класс устройств, которые чаще всего используют, когда необходимо получить очень высокую температуру. Простейшим примером кон­центратора может служить обычная линза. Наверное, все мы, будучи детьми, выжигали с ее помощью узоры на лавочках во дворе. Правда, в современных концентраторах линзы практически не используются. Там, в основном, применяют зеркала. Принцип тот же — солнечные лучи сводятся в одну точку параболическим зеркалом. В фокусе концен­тратора температура составляет несколько сотен градусов. Нагретый до такой высокой температуры теплоноситель используется для получе­ния пара, который вырабатывает энергию уже в паровой турбине.