 |
|
Принцип роботи сонячного колектора
Сонячний колектор (геліоколектор) – це пристрій, який призначений для поглинання сонячної енергії, яка переноситься видимим та ближнім інфрачервоним випромінюванням та для подальшого її перетворення в теплову енергію, придатну для використання.
Насправді суть роботи сонячних колекторів доволі проста. Будь-який сонячний колектор, незалежно від його типу чи конструкції, перетворює енергію Сонця в теплову енергію для опалення, гарячого водопостачання, нагрівання басейну тощо. Втім, геліосистеми з використанням високоефективних вакуумних сонячних трубок здатні працювати цілий рік на відміну від плоских геліоколекторів [3]. Вакуумна теплова трубка виготовляється зі спеціального зміцненого боросилікатного скла. Зовнішня труба такого колектора є прозорою, а внутрішня - покрита високоякісним селективним покриттям, яке забезпечує максимальне поглинання сонячного тепла при мінімальному рівні рефлекції (тобто, мінімальному рівні відбиття сонячних променів назад у атмосферу). Для уникнення теплових втрат між зовнішньою та внутрішньою трубками передбачено вакуум. Для того, що підтримувати вакуум, застосовують барієвий газопоглинач, який в виробничих умовах підлягає впливу високих температур. Через це нижній край вакуумного термосу покривається шаром чистого барію, який поглинає СО, СО2, N2, O2, H2O та H2, що можуть виділятися з труби в процесі зберігання та експлуатації. Цей шар є дуже добрим візуальним детектором стану вакууму в трубі геліоколектора. Тобто, коли вакуум порушується, барієвий шар зі сріблястого робиться білим. Такий індикаторний механізм дає можливість легко визначити, чи ціла труба в вакуумному сонячному колекторі, а чи має тріщину.
Рис. 1.4. Теплообмін в тепловій трубці сонячного колектора.
Абсорбування сонячного тепла проходить у мідній трубці, яка розташована всередині вакуумної труби. Спосіб передачі тепла від мідної трубки до головного теплопроводу сонячного колектора також простий (рис. 1.4.). Мідна труба є порожнистою і містить всередині рідину. При нагріванні ця рідина закипає і починає випаровуватися. Це відбувається навіть при мінусових температурах, оскільки в трубці, як ви пам’ятаєте, створено вакуум. Нагріта пара піднімається до верхнього наконечника (конденсатора) теплової трубки, де передає тепло теплоносію (антифризу), що циркулює в трубі теплопроводу. Потім пара конденсується й стікає вниз - процес починається знову. Сонячний водонагрівач з вакуумними трубами показує задовільні результати навіть у хмарні дні, тому що труби сонячного колектора здатні поглинати енергію інфрачервоних променів, які проходять через хмари. Завдяки ізоляційним властивостям вакууму вплив вітру та низьких температур на роботу вакуумних трубчатих геліоколекторів (рис. 1.5.) абсолютно нівелюється у порівнянні з плоскими геліоколекторами. Системи на основі вакуумних сонячних колекторів успішно нагрівають воду, навіть коли на вулиці -35°С.
Рис. 1.5. Зовнішній вигляд вакуумних трубчастих геліоколекторів встановлених на даху ЧДУ імені Петра Могили.
Труби геліоколектора мають круглу форму, завдяки чому кількість сонячної енергії, яка падає на сонячний колектор практично не змінюється протягом дня. Саме тому загальна кількість сонячного випромінювання, яке поглинає геліоколектор є значно більшою, якщо порівнювати таку систему з пласким сонячним колектором. Така форма труб забезпечує чудове поглинання енергії оскільки сонячні промені завжди падають на поверхню вакуумного сонячного колектора строго під прямим кутом, при цьому відбивання зводиться до мінімуму. Труби розміщуються в колекторі паралельно одна одній, кут їх нахилу відносно горизонту залежить від географічної широти місцевості, де встановлюється сонячна система опалення. Правильно орієнтовані трубки протягом дня пасивно рухаються за сонцем. Такий сонячний водонагрівач зовсім не вимагає обслуговування під час експлуатації.
Сонячна система також є простою у ремонті: якщо виникне така потреба, вакуумну трубку можна легко поміняти, не зупиняючи при цьому сонячний колектор. При необхідності трубки можна додавати (при недостачі тепла) чи частково знімати (якщо тепло поглинається в надлишку), зменшуючи геліополе, що, зауважте, абсолютно неможливо в геліосистемах з пласкими колекторами.
Геліоколектори відмінно справляються з завданням забезпечення будинку гарячою водою, підігрівом басейнів, теплиць, працюють в системах вентиляції, кондиціювання та опалення будівель.