На настоящий момент тепловые приемники, использующие в качестве теплоносителя жидкость, являются наиболее совершенными. Это обусловлено относительно большой теплоемкостью жидкости при достаточно хорошей ее подвижности. Наиболее распространенным типом коллекторов в низкотемпературных гелиоустановках является плоский коллектор солнечной энергии (рис.2.1). Жидкостный плоский коллектор состоит из следующих элементов: 1 — остекление; 2 — лучепоглощающая поверхность с трубками для нагреваемой жидкости (абсорбер); 3 — корпус; 4 — теплоизоляция; 5 — подача теплоносителя.

Плоский коллектор солнечной энергии работает на принципе тепличного эффекта. Физическая суть этого эффекта заключается в том, что солнечное излучение, падающее на поверхность теплового коллектора, покрытого прозрачным для солнечных лучей материалом, практически без потерь проникает внутрь теплового коллектора и, попадая на теплоприемник, нагревает его, а процесс рассеивания тепловой энергии теплоприемника минимизирован. Так как основная интенсивность солнечного излучения в наземных условиях находится в спектральном интервале 0.4мкм -1.8мкм, то в качестве прозрачного верхнего слоя используется обычное стекло, имеющее коэффициент пропускания в этом спектральном диапазоне до 95% . Расположенный в нижней части коллектора теплоприемник представляет собой абсорбирующее покрытие с коэффициентом поглощения солнечного излучения до 90%. Стекло обладает низким коэффициентом пропускания. Это и приводит к тепличному эффекту, заключающемуся в накоплении энергии под стеклом и увеличении температуры теплоприемника. Если преобразованная энергия не выводится из коллектора теплоносителем, эта температура может достигнуть 160 градусов.

В рабочем режиме накопленное тепло расходуется на нагрев воздуха или воды, которые циркулируют через коллектор. Работа солнечной водонагревательной установки происходит следующим образом: вода из водопровода подается в солнечные коллекторы, где происходит ее нагрев солнечной энергией до заданной температуры 45-55 оС, горячая вода из коллекторов поступает в бак горячей воды, а затем уже под давлением созданным высотой установки подается на душевые сетки и мойки. Регулирование температуры происходит через изменение расхода воды в системе.

К числу принципиальных преимуществ плоского коллектора по сравнению с коллекторами других типов относится его способность улавливать как прямую (лучистую), так и рассеянную солнечную энергию и как следствие этого — возможность его стационарной установки без необходимости слежения за Солнцем.

В средней полосе Европы в летний период производительность таких коллекторов может достигать 50-60 литров воды, нагретой до 60 — 70оС с каждого квадратного метра в день. КПД солнечного коллектора составляет порядка 70% и зависит от температуры окружающей среды, плотности потока солнечной энергии и температуры, до которой необходимо нагревать воду в коллекторе. С уменьшением температуры, до которой необходимо нагреть воду, циркулирующую через коллектор, КПД коллектора увеличивается. Однако стандартная температура нагреваемой воды составляет 50о С. Для солнечного коллектора основной технической характеристикой является объем воды или воздуха, нагретых до заданной температуры в течение светового дня квадратным метром коллектора. Этот параметр зависит от времени года и географического положения места, в котором устанавливаются коллекторы. Эффективность солнечного коллектора может быть увеличена примерно на 20% при использовании на теплоприемной поверхности селективно поглощающих покрытий, которые обладают свойством хорошо поглощать видимую часть солнечного спектра и практически не излучать в инфракрасной области спектра.

Срок службы коллектора составляет не менее 10 лет. Такие коллекторы обладают низкой материалоемкостью (вес материала, затраченного на изготовление 1м2 поверхности) и низкой инерционностью (время нагрева воды до заданной температуры при заданном давлении воды).

В систему получения низкотемпературного тепла также входят накопители тепла, которые в простейшем случае представляют собой термоизолированные емкости (термосы) для хранения горячей воды. Объем накопителя и необходимая площадь коллекторов определяются суточным потреблением тепла и средним числом солнечных дней в году в данной местности. Если солнечный коллектор использует не воду, а незамерзающую жидкость, то с помощью теплообменника в накопительном теплоизолированном баке и дополнительного нагревателя (газ, электричество и т. п.) можно в течение года экономить до 50-70% энергии, необходимой для обогрева дома и других тепловых домашних нужд, что практически широко используется в промышленно развитых странах. В этом случае солнечные коллекторы работают круглогодично в автоматическом режиме параллельно с обычными топливными или электрическими нагревателями воды.

На сегодняшний день известно более 200 видов

гелиоприемников, у которых прозрачное покрытие выполняется из одного из перечисленных ниже материалов: оконное стекло,

силикатное стекло, специальные пленочные полимерные материалы повышенной термо — и светостойкости, светостабилизированные упрочненные прозрачные пластины.

Материал абсорбера выполняется преимущественно из конструкционной стали, реже из нержавеющей стали, из алюминиевых сплавов, меди и ее сплавов, используются и комбинированные варианты. Жидкостные плоские гелиоприемники различаются по типу прозрачного покрытия, материала и конструкции абсорбера, его покрытия, материала корпуса и теплоизоляции, а также по типу теплоносителя, который может быть использован в виде химически очищенной воды, антифризов, солевых растворов минеральных вод. Применение того или иного вида теплоносителя определяет период работы гелиоустановок. Так гелиоустановки с водяным теплоносителем являются сезонными, т. е. работают в не зимний период. Остальные с круглогодовым периодом работы. С целью достижения заданного температурного уровня, особенно в зимний период, применяют дублеры, роль которых выполняют топливные или электрические котельные. Такие системы имеют замкнутую систему непрямого действия, которая обладает высокими показателями теплопередачи. Теплоноситель на основе гликоля нагревается панелью абсорбера и поднимается в теплоаккумулирующую емкость, где он отдает тепло воде. Так как данный теплоноситель является антифризом, отсутствует риск повреждения установки во время заморозков.

В целом водонагреватели состоят из теплоаккумулирующей емкости, имеющей устойчивую с атмосферным явлениям наружную оболочку, слоя теплоизоляции, нержавеющего резервуара с теплообменной поверхностью, автоматического электронагревателя и солнечной панели, состоящей из теплоизолированного корпуса с остеклением и абсорбера с каналами для теплоносителя. Такой солнечный водонагреватель является термосифоном и, имея встроенный автоматический электрический нагреватель, поддерживает требуемую температуру, когда солнце зашло либо его недостаточно. В итоге — это автономная система, не требующая обслуживания. Как уверяют производители (Крымская тепловая компания, фирма «Афрос»), исследования, проведенные специалистами в 2002 — 2006 годах в южных регионах Украины, в частности в Крыму показали, что средняя высота солнца, усредненное значение общей солнечной радиации, количество солнечных дней в году абсолютно удовлетворяют требованиям надежной работы этих установок.

Двойной контур с антифризом позволяет работать зимой при температуре воздуха до -25 градусов Цельсия. Применение легких конструкционных материалов позволяет легко монтировать даже самую мощную из наших установок без риска повреждения кровли дома при монтаже. Наличие автоматики позволяет установить требуемую температуру, не вмешиваясь в работу установки практически весь период эксплуатации.