Юрий Почанин – Применение солнечных коллекторов (страница 3)

• входных и выходных патрубков подсоединения к магистрали системы отопления и ГВС;

• элементы крепления оборудования.

Рис.8 Конструкция плоского солнечного коллектора

Корпус плоского солнечного коллектора обычно изготовляют из листового или анодированного алюминия, и предназначенный для защиты главного оборудования от внешнего воздействия и крепления к основанию скатной кровли или реже к стене дома.

Абсорбер – основной элемент плоского коллектора. Абсорбер представляет собой обычно медную пластину с теплопоглощающим покрытием. К адсорберу припаян проточный трубопровод, для отвода тепла, который может располагаться по двум схемам: «меандр» и «арфа». Абсорбер помещается в стеклянный корпус. Одна поверхность, что покрыта теплопоглощающим слоем принимает солнечное излучение, а вторая сторона (противоположная) для снижения тепло потерь утепляется специальным материалом. Отвод теплоты от теплопоглощающего покрытия осуществляется через медный или алюминиевый теплообменник, внутри которого в качестве теплоносителя помещена вода или антифриз.

В разных моделях плоских солнечных коллекторах могут быть:

– абсорбер из меди лирообразной формы, поверхность которого покрыта высокоселективным черным хромом, что дает возможность к параллельному подключению коллекторов;

– абсорбер из меди, меандров с высокоселективным покрытием «Sunselect»;

– абсорбер из меди двойной лирообразной формы с высокоселективным покрытием «Eta plus».

В плоских солнечных коллекторах используют следующие виды стекол:

– обычное стекло;

– специальное закаленное стекло. Особенностью является повышенная прочность на удар и высокая рассеянность;

– антирефлексное стекло – это стекло, на обеих поверхностях которого нанесен специальный слой, элиминирующий отражение солнечного света и поэтому максимальное количество этого излучения попадает на абсорбер (до 96%);

– полярное стекло (самоочищающееся стекло); поверхность такого стекла покрыта специальным слоем диоксид титана, что приводит к выгоранию на солнце всего органического мусора, который оседает на поверхность коллектора, а дождь смывает его остатки, оставляя стекло чистым.

В более дорогих версиях плоского солнечного коллектора вместо обычного защитного стекла применяется стекло из поликарбоната, которое также хорошо пропускает солнечные лучи, но является более стойким к ударам.

Очень важно, чтобы плоские коллекторы имели хорошую теплоизоляцию, которая снижает потери тепла. Обычно теплоизоляция плоских коллекторов устанавливается толщиной 20…60мм изготовленной из минеральной ваты и светоотражающей алюминиевой пленки

Плоские солнечные коллекторы располагаются непосредственно на склонах крыш, направленных по направлению к югу, или на специальных рамах для установки на плоских крышах или площадках.

Принцип работы данных устройств заключается в следующем. Солнечные лучи проходят через переднее плоское прозрачное защитное стекло, способное выдержать снеговые нагрузки, град и другие механические воздействия, через воздушную прослойку в несколько сантиметров, которая является теплоизолятором, и нагревают поверхность абсорбера. Для лучшего поглощения солнечных лучей, поверхность абсорбера покрыта селективным покрытием. К абсорберу прикреплены трубки из теплопроводного материала, по которым циркулирует теплоноситель. Абсорбер нагревает трубки, которые передают тепло теплоносителю. Движение теплоносителя в системе создается циркуляционным насосом. Вся конструкция смонтирована на прочной раме. Конкретные значения размеров элементов плоских солнечных коллекторов определяются их производителями и являются решениями проектировщиков, но типовыми значениями можно признать следующие:

– защитное прозрачное стекло – 3–3,5 мм. При меньшей толщине, трудно обеспечить прочность, при большей – возрастает вес и снижается КПД;

– воздушный зазор между стеклом и абсорбером – 25–35 мм. При меньшем размете растут тепло потери, при большем- габариты и вес;

– толщина нижнего теплоизоляционного слоя – 35–50 мм. При меньшем значении, плохая термоизоляция, при большем, растут габариты и вес.

Абсорберы плоских коллекторов бывают цельно листовыми и перьевыми. В перьевых абсорберах к отдельным пластинам прикреплена или приварена трубка, в которой циркулирует теплоноситель. Трубки в таких абсорберах соединяются между собой в виде «арфы» (коллекторный тип).

В цельно листовых абсорберах система распределения теплоносителя бывает в виде «меандра» или же трубки, соединенные коллекторным типом. На рис. 9 представлены перьевые и цельно листовые абсорберы плоских коллекторов.

Рис.9 Перьевые и цельно листовые абсорберы плоских коллекторов

На рис.10 представлены варианты соединения трубок в плоских коллекторах.

Рис.10.Варианты соединение трубок в плоских коллекторах

В первом варианте соединения трубок, возникает вопрос равномерного распределения жидкостей по каналам. Обычно это достигается увеличением диаметра горизонтальных участков труб коллектора. Во втором варианте, необходимо предусмотреть уклоны для обеспечения вытеснения воздуха при его заполнении.

Самым высокотехнологичным элементом в конструкции абсорбера является специальное поглощающее покрытие. Очевидно, что для повышения эффективности работы необходимо, чтобы это покрытие могло поглощать максимально большую часть тепловой энергии от падающих на поверхность гелиоколлектора солнечных лучей, а при нагреве излучало минимальную долю поглощенной энергии в инфракрасном спектре. При отсутствии теплового разбора плоские коллекторы способны нагреть теплоноситель до 190–200°С.

Абсорбирующая пластина (абсорбер) покрывается специальным селективным покрытием (обычно черный хром, чёрный никель или напыление оксида титана) для повышения эффективности. Абсорбер может быть изготовлен из различных материалов, таких как медь, алюминий, стекло и может иметь различную форму. Неизменным является то, что абсорбер находится на освещенной солнечным излучением части солнечного коллектора. Для максимального поглощения солнечного излучения на абсорбер наносят специальное поглощающее селективное покрытие. Это покрытие обеспечивает максимально возможное поглощение солнечной энергии, попадающей на абсорбер, при этом препятствует обратному излучению.

В перьевых абсорберах к отдельным пластинам прикреплена или приварена трубка. Трубки в таких абсорберах соединяются между собой в виде арфы или еще это соединение называют коллекторным типом. В цельно листовых абсорберах система распределения теплоносителя может быть различной. Это могут быть трубка в виде меандра или же трубки коллекторного типа, а также может быть применен метод штамповки. Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность.

Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре, эффективность которого может составлять около 95%. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности. Также высокая эффективность достигается увеличением площади контакта трубки и медного листа: у формованного листа и паянного соединение она максимальна, у соединения ультразвуковой сваркой – меньше. Используется также алюминиевый экран. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметикам. Повысить эффективность гелиоколлектора можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре, эффективность которого может составлять около 95%.

Поглощающая способность обозначается символом альфа «α». Излучающая способность – символ эпсилон «ε». Свойства некоторых селективных покрытий представлены в таблице 1.

Оптический КПД солнечного коллектора определяет, какой процент излучения, попадает через прозрачное покрытие на коллектор и поглощается абсорбером. Данный показатель полностью характеризует применяемые материалы защитного прозрачного, материала и покрытия абсорбера, не зависит от климатических факторов и конструктивных и тепловых параметров гелиосистемы. Наилучшие показатели оптического КПД современных солнечных коллекторов составляют 0,92–0,94.

Мгновенный КПД можно определить по формуле:

Параметры, влияющие на КПД солнечного коллектора:

–интенсивность солнечной энергии;

–температура наружного воздуха;

–конструктивные характеристики солнечного коллектора;

–свойства поверхности абсорбера;

–материал и толщина листа;

–толщина,

–коэффициент теплопроводности тепловой изоляции,

–шаг труб;

–рабочие параметры всей гелиосистемы (расход теплоносителя и его температура на входе).

При сравнении различных материалов, используемых для изготовления абсорбера, – меди, алюминия, стали, пластмассы – установлено, что с увеличением произведения толщины листа на его коэффициент теплопроводности, значение КПД коллектора возрастает.

Расстояние между трубками в плоском абсорбере обычно меняется от 50 до 150 миллиметров, при этом, его КПД меняется от 0,989 до 0,948 если он выполнен из меди, от 0,88 до 0,934, для алюминия и 0.984 до 0,819 для стали. Уменьшение диаметра трубок снижает эффективность на 2–4 %.

Расстояние между трубками в плоском абсорбере обычно меняется от 50 до 150 миллиметров, при этом, его КПД меняется от 0,989 до 0,948 если он выполнен из меди, от 0,88 до 0,934, для алюминия и 0.984 до 0,819 для стали. Уменьшение диаметра трубок снижает эффективность на 2–4 %.