Нагрів води або повітря за допомогою сонячного випромінювання – найбільш ефективний спосіб використання енергії сонця. Сонячний колектор – один з альтернативних і перспективних джерел використання відновлюваної енергії. Основним недоліком сонячної енергетики і перешкодою до її широкому розповсюдженню є залежність систем перетворення від безлічі факторів.
Так протягом року і навіть одного світлового дня кількість потрапляє на земну поверхню сонячного світла постійно змінюється. Відповідно і показник потужності сонячного випромінювання на одиницю площі, постійно коливається і сильно залежить від пори року, широти, часу доби, хмарності, метеоумов, ступеня запиленості повітря і т. д.
У літні місяці і при ясній погоді потужність сонячного випромінювання може досягати 1 кВт / ч на 1 метр квадратний земної поверхні. У зимовий же день і при похмурій погоді цей же показник може бути вже в 10 раз менше.
Сонячна енергія надходить на нашу планету постійно і безкоштовно, тому розвиток перетворювачів цієї енергії залишається перспективним напрямком альтернативної енергетики. У свою чергу одним з перспективних напрямків сонячної енергетики (геліоенергетики) є використання сонячних колекторів.
Сонячний колектор – принцип роботи
Сучасні сонячні колектори працюють за принципом теплиці, нагріваючи повітря або рідину всередині себе. Темний елемент (абсорбер) знаходиться під плівкою або склом і нагріваючись створює ефект парника. Нагрітий теплоносій, в ролі якого може виступати антифриз, вода або просто повітря, в свою чергу нагрівають приміщення або резервуар з водою. Таким чином можна використовувати перетворену сонячну енергію для опалення будівлі або приготування гарячої води.
Класифікація сонячних колекторів
Сонячні колектори можна класифікувати по ряду ознак. Розрізняють стаціонарні і ті, які стежать за сонцем колектори. Залежно від форми світлопоглинаючих елементів і характеру виконання можна виділити колектори-конденсатори, плоскі і трубчасті колектори. Також їх можна розрізняти залежно від матеріалу використовуваного при виготовленні абсорбера, за способом циркуляції теплоносія (природна або примусова), за кількістю контурів і т.д. Попри всю різноманітність основне поширення для приватного використання, з невеликими варіаціями отримали плоскі і вакуумно-трубчасті колектори.
- Плоскі колектори зазвичай представляють собою теплоізольований каркас з укладеною в якості змійовика суцільнотягненої трубкою, по якій циркулює антифриз. По всій площі змійовика приварений власне теплопоглинальних (зазвичай мідний) лист. Зверху конструкція захищена склом. Основний мінус плоских колекторів їх низька ефективність при малих кутах орієнтування до сонця.
- У конструкції вакуумних трубчастих колекторів закладений той же принцип що і в плоскому колекторі. Антифриз циркулює по трубочках прокладених всередині прозорої, захищеної ударостійким склом, труби. Проходячи через абсорбуючу трубку, рідина нагрівається. Для зменшення теплових втрат всередині скляної труби створений вакуум. Блок з декількох таких труб з’єднують і монтують над відбивачем. Завдяки своїй формі і наявності відбиваючої підкладки, колектори трубчастого типу, на відміну від плоских колекторів, менш чутливі до кута падіння сонячного світла і відповідно довше протягом доби використовують сонячне випромінювання. Однак і площа контакту з навколишнім середовищем у таких колекторів більше, що веде до більш інтенсивного теплообміну з холодним повітрям при негативних температурах.
Виробники застосовують при виготовленні сонячних колекторів широкий спектр всіляких напилених, сплавів, покриттів, форм і складів скла і т.д. Однак ступінь ефективності даних заходів зазвичай можна визначається тільки індивідуально для кожного виробу.
Розміщуються сонячні колектори на відкритих, бажано незатінених протягом усього світлового дня, площах. Для цих цілей найчастіше використовується даху будівель. Система зазвичай закольцована через накопичувальну ємність, гаряча вода з якої використовується для побутових потреб і опалювання.
Переваги сонячних колекторів
- відносна автономність системи;
- тривалий термін експлуатації, обмежений тільки якістю застосовуваних при виготовленні колектора матеріалів;
- зниження енергетичного навантаження на систему опалення;
- ефективний метод використання альтернативних джерел тепла;
- надійність в роботі;
- екологічна безпека.
Однак, незважаючи на всі переваги сонячних колекторів на сьогоднішній день говорити про їх повної автономності не доводиться. Дані геліосистеми добре справляються з такими завданнями як гаряче водопостачання, підігрів води для басейну або системи теплої підлоги, часткове забезпечення опалення і т.д. Для стовідсоткового ж забезпечення будівлі необхідною кількістю гарячої води актуальні комбіновані системи опалення.