Солнечные коллекторы составляют основу солнечной тепловой системы. Как следует из названия, они собирают солнечные лучи. Затем происходит преобразование в полезное тепло, которое может быть использовано для нагрева горячей воды или в качестве резервного источника центрального отопления в доме. Это позволяет экономить на энергозатратах и способствует сокращению выбросов CO₂ в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива.
Если отбросить несколько специальных технических решений, то в Германии в основном используются коллекторы с циркулирующим теплоносителем. Этот теплоноситель обычно состоит из смеси воды и гликолевого антифриза. Теплоноситель находится в трубе. В зависимости от способа установки различают трубчатые и плоские коллекторы. Однако их объединяет то, что абсорбер преобразует солнечное излучение в тепло. Теплоноситель поглощает тепло и отводит его от коллектора. Этот процесс одинаков в каждом коллекторе.
В трубчатых коллекторах абсорбер помещается в стеклянную трубку, находящуюся под вакуумом (вакуумированную), подобно колбе Термоса. Вакуум обладает очень хорошими теплоизоляционными свойствами и обеспечивает снижение потерь тепла. Это особенно выгодно в случае высоких температур коллектора, другими словами, в тех условиях эксплуатации, которые характерны для резервного солнечного центрального отопления.
В целом, трубчатые коллекторы можно различать в зависимости от их конструкции: в вакуумных трубчатых коллекторах с прямым потоком теплоноситель циркулирует по трубам абсорбера, расположенным внутри труб. В системах с тепловыми трубами теплоноситель не течет по трубам. Вместо этого теплоноситель (обычно вода) испаряется в медной трубе под абсорбером. Пар конденсируется в метко названном конденсаторе на верхнем конце трубок - именно здесь энергия передается теплоносителю в коллекторе. Преимуществом коллекторов с тепловыми трубами является надежное поглощение тепла.
Компания Viessmann предлагает следующие вакуумные трубчатые коллекторы, основанные на принципе тепловой трубы:
В коллекторах с плоскими пластинами абсорбер обычно защищен от внешних воздействий кожухом из листовой стали с покрытием, алюминия или нержавеющей стали и передней крышкой из низкопробного солнцезащитного стекла. Антибликовое (AR) покрытие на стекле может дополнительно уменьшить отражение. Теплоизоляция корпуса коллектора снижает потери тепла.
Труба абсорбера уложена в виде меандра, что обеспечивает надежное движение потока через коллектор. Труба абсорбера также сваривается на изгибах, обеспечивая оптимальную теплопередачу до самых краев. Пластина пола соединена по всему периметру с рамой коллектора. Уплотнение пластины бесшовное и изготовлено из гибкого, устойчивого к атмосферным воздействиям и ультрафиолетовому излучению уплотнительного материала.
Viessmann предлагает следующие продукты:
Благодаря разнообразию конструкций солнечные коллекторы могут быть установлены практически в любой концепции здания, как в новом строительстве, так и в проектах модернизации, как на самом здании, так и рядом с ним. Их можно устанавливать на скатных и плоских крышах, на стенах, а также отдельно на земле. Во всех случаях коллектор и монтаж образуют единый статический блок. Viessmann предлагает полностью проверенные на нагрузку системы для всех традиционных типов крыш и подходящие для всех коллекторов в рамках стандартного ассортимента продукции, что обеспечивает повышенную надежность и спокойствие на этапах планирования и установки.
Количество энергии, доступной для выработки тепла, наиболее велико, когда излучение попадает на поверхность коллектора под прямым углом. На нашей широте этого невозможно достичь при горизонтальной поверхности. Однако поверхность коллектора может быть соответствующим образом наклонена. Кроме того, ориентация также определяет правильное использование солнечной энергии. В северном полушарии идеальной является ориентация на юг.
Ключевая величина, которую необходимо учитывать перед покупкой солнечной тепловой системы, - это эффективность коллекторов. Это значение представляет собой долю солнечного излучения, которая преобразуется в полезную тепловую энергию. Это значение определяется в соответствии с европейским стандартом EN 12975, и вы можете найти его в технических паспортах на приборы.
При расчете эффективности солнечных коллекторов также учитываются потоки энергии и тепловые потери. Это означает, что не весь свет, попадающий на поверхности, может быть использован для выработки тепла (оптические потери). Кроме того, небольшая часть тепла, вырабатываемого коллекторами, также теряется (тепловые потери).
Потоки энергии в коллекторе: A Облучение на коллекторе E Поглотитель, нагретый излучением
Оптические потери: B Отражение на стеклопакете C Поглощение на стеклопакете D Отражение на абсорбере
Тепловые потери: F Теплопроводность материала коллектора G Тепловое излучение абсорбера H Конвекция
Если тепло из коллектора не отводится (поскольку насос остановлен и теплоноситель не циркулирует), коллектор нагревается до так называемой температуры застоя. Риск перегрева возрастает с увеличением разницы температур с окружающей средой. Застойные температуры в 200 градусов Цельсия и выше приводят к нежелательным последствиям. В этом случае солнечная среда будет испаряться и быстро расширяться в контуре солнечной батареи. Возникающая при этом высокая тепловая нагрузка на компоненты и сам теплоноситель приводит к повреждениям.
Viessmann противодействует этому явлению с помощью специального абсорбирующего покрытия - ThermProtect. В процессе работы абсорбер по мере нагревания излучает все больше и больше тепла. Это увеличивает тепловые потери коллектора, но в то же время температура коллектора повышается незначительно, а температура застоя остается значительно ниже обычных значений. Как именно это происходит?
ThermProtect изменяет кристаллическую структуру плоских коллекторов. Оптические свойства также изменяются при температуре 75 градусов Цельсия. Это означает, что внутренняя температура коллекторов не может подняться выше 145 градусов Цельсия. Когда температура снова снижается, кристаллическая структура возвращается в исходное состояние.
И наоборот, в вакуумных трубчатых коллекторах для защиты системы от перегрева используется принцип тепловой трубы. Если солнечная радиация слишком высока и теплопередача начинает снижаться, происходит поэтапное отключение в зависимости от температуры. Это блокирует конденсацию на теплообменнике. Теплоноситель больше не может сжижаться, и тепло больше не переносится. Теплопередача возобновляется только после снижения температуры внутри солнечного контура.