Какво е слънчев колектор и как работи
Почти всеки е чувал за слънчеви колектори в наше време. В общи линии почти всеки разбира, че това е устройство, което помага за преобразуването на слънчевата енергия в топлина. Но всъщност, практически, практически, никой не знае „какво е и как работи“.
Националната строителна енциклопедия ProfiDom.com.ua публикува кратък курс - "образователна програма" за основите на теорията на слънчевите колектори.
Принципът на работа на слънчевите колектори е уникален. Ако в котлите нагряването на течността се дължи на енергията, отделена при изгарянето на горивото, а в термопомпите - топлината на почвата, въздуха или водата, тогава слънчевите колектори я получават директно от основния източник на топлина в слънчевата система - Слънцето. Този източник е неизчерпаем, екологичен, достъпен за всички на Земята и най-важното – безплатен. Вярно е, че за да го използвате ефективно за битови нужди за отопление на вода или охлаждаща течност, ще трябва да инвестирате не само в самите слънчеви колектори, но и в разнообразно оборудване, което ги обслужва. При което. е необходимо предварително да се вземат предвид редица специфични нюанси на работата на слънчевите колектори и да се осигурят опции за защита срещу някои от тях.
Характерна особеност на слънчевите колектори, която ги отличава от другите видове топлогенератори, е тяхната сезонност. Колекторът получава топлинна енергия от слънчевите лъчи, съответно няма слънце - няма топлина. Слънчевите колектори допринасят за системата за топлоснабдяване само през светлата част на деня, тоест през деня, но през нощта те са пасивни. Продължителността на дневните часове също играе роля: колкото по-кратко е, толкова по-малко колектор ще получи енергия на ден. Следователно един и същ слънчев колектор в различни периоди от годината ще получи различно количество топлина. Промяна в производителността на колектора в зависимост от сезона -един от най-важните фактори, които трябва да се вземат предвид при изчисленията.
Различни конструкции - различна ефективност На пазара най-често се срещат слънчеви колектори от два основни дизайна - плоски и вакуумно-тръбни, като последните също обикновено се разделят на директнопоточни и с ефект на "топлинна тръба". Тези различия са породени именно от търсенето на решения на проблемите с получаването и съхранението на топлина от слънчевата радиация. Тези проблеми се крият в самия принцип на колекторите.
Както знаете, слънчевите лъчи нагряват обектите по различен начин и в много отношения това зависи от повърхността. Някои покрития отразяват по-голямата част от светлинния поток, докато други, напротив, абсорбират. Повърхностите с черно покритие имат максималния коефициент на поглъщане на светлинното лъчение, който се използва в слънчевите колектори.
Основният работен елемент в техния дизайн е абсорбер (абсорбер), който обикновено е медна плоча със заварена тръба. Повърхността на абсорбера, обърната към слънцето, е със специално черно покритие, за да могат лъчите да му предадат възможно най-много топлинна енергия.
Плочата, а с нея и тръбата, бързо се нагряват и течността, циркулираща през тръбата, отнема тази топлина и я транспортира по-нататък в системата. Но самата гореща плоча на абсорбера започва да излъчва топлина в околната среда и да нагрява въздуха в контакт с него. За да не се случи това, абсорберът е изолиран от откритата атмосфера. Мерките, които увеличават количеството топлина, получена от слънцето, обикновено включват стъкло и абсорбер. Обикновените очила имат редица недостатъци - те могат да отблясват (т.е. да отразяват част от слънчевата светлина, вместо да я пропускат), освен това част от лъчите не влизат вътре поради липсата на прозрачност.
Що се отнася до абсорбера, всичко е туктехнологиите са насочени към увеличаване на неговия капацитет за усвояване. При евтините слънчеви колектори абсорбиращата плоча често е просто боядисана с черна боя. Ефектът от такова решение, разбира се, е, но незначителен, освен това боята може да блести и качеството на покритието се влошава с времето. По-скъпите технологични модели колектори са оборудвани с абсорбери със специално високоселективно покритие, което не заслепява, издържа дълго време и много добре поглъща слънчевата радиация.
Но основните разлики в дизайна на слънчевите колектори се крият в методите на топлоизолация. Плоският колектор е правоъгълна метална кутия, покрита със стъкло отгоре. Стените и дъното на кутията са топлоизолирани - обикновено с минерална вата. Такава изолация обаче е несъвършена, тъй като не изключва преноса на топлина от абсорбера към стъклото чрез газа, съдържащ се вътре в колектора, а минералната вата също не изключва напълно загубата на топлина през тялото.
Следователно при въпроса за запазване на топлината с плосък колектор е важна температурната разлика между вътрешната и външната страна на колектора. През лятото, когато въздухът навън е добре затоплен, топлинните загуби са малки, а колекторът насочва почти цялата енергия, получена от слънцето, в системата. Но веднага щом температурата на улицата падне, колекторът, който получава по-малко топлина в извън сезона и през зимата, започва да губи все повече събрана енергия.
В резултат на това плоските колектори са много ефективни през късната пролет и лятото, но събират много малко топлина при студено време. Вакуумно тръбните колектори имат по-добра топлоизолация. Техните абсорбери са разположени в стъклени тръби, между стените на които има вакуум. Предаването на топлина от газовата среда в такъв колектор е невъзможно, поради липсата на самия газ като такъв. Ето защо,топлинните загуби на вакуумните колектори са минимални дори при тежки студове.