Плоский солнечный коллектор: особенности конструкции

Плоский солнечный коллектор представляет собой устройство, которое преобразует солнечную энергию в тепловую путем нагрева воды. Такие изделия часто применяются при организации частных систем отопления. Плоские солнечные коллекторы отличаются высокой доступностью, обеспечиваемой относительно невысокой ценой. Эти устройства можно изготовить самостоятельно, имея под рукой необходимые материалы.

Особенности устройств

Подобные конструкции применяются для:

• обогрева помещений различной площади (дома, теплицы и другое);
• нагрева воды для бытовых нужд;
• организации вспомогательных источников нагрева воды, идущей в систему отопления.

Выделяют два вида солнечных коллекторов:

1. Воздушные. В качестве теплоносителя в них выступает воздух.
2. Жидкостные. Они применяются для нагрева воды. Жидкостные коллекторы подразделяются на вакуумные и плоские.

Особенности конструкции плоского солнечного коллектора обеспечивают:

1. Хорошую прочность. Современные коллекторы обладают повышенной стойкостью к механическим повреждениям.
2. Противодействие образованию наледи и скоплению снега. Коллекторы устанавливаются под определенным углом к земле (вакуумные – 55–60°, плоские – 45°). Кроме того, солнечные лучи постоянно прогревают их поверхность. В результате зимой отпадает необходимость в постоянной уборке снега с коллектора.
3. Высокий КПД, который превышает 50%.
4. Длительный срок эксплуатации. Подобные устройства способны бесперебойно работать на протяжении 50 лет.
5. Быстрый нагрев воды до 20–40°С.

Плоские коллекторы в основном монтируются на крышах жилых домов. Нередко их внедряют непосредственно в каркас кровли.

Конструкция

Плоский коллектор является одним из наиболее популярных изделий подобного типа. Работая, он создает парниковый эффект, посредством которого осуществляется нагрев жидкости.

Конструкция плоского коллектора включает в себя следующие элементы:

• внешнюю часть или корпус;
• закаленное стекло, которое выполняет роль защитного покрытия;
• абсорбер;
• сочетание минеральной ваты и алюминиевой фольги, которое обеспечивает термоизоляцию всей конструкции;
• крепление.

Корпус отвечает за защиту внутренних компонентов коллектора от негативного воздействия внешней среды. Для его изготовления в основном применяется листовой либо анодированный алюминий.

Основу любого коллектора вне зависимости от его типа составляет абсорбер. Он представляет собой пластину из меди, дополнительно покрытую теплопоглощающим материалом. Абсорбер соединяется с трубкой (медной или алюминиевой), по которой проходит носитель тепловой энергии (вода). Данный элемент конструкции закрыт стеклянным корпусом. С внешней стороны абсорбер поглощает солнечную энергию. Стеклянный корпус, в свою очередь, снижает объем теплопотерь при работе изделия.

Все абсорбенты в основном изготавливаются из меди. Внешняя часть, обращенная в сторону солнца, покрывается высокоселективными материалами. Это:

• черный хром;
• Sunselect;
• Eta plus.

К коллекторам, в которых абсорбенты приобретают лирообразную форму, можно путем параллельного подключения присоединить несколько подобных изделий.

Производители в основном используют обычное или закаленное стекло с пропускной способностью в 0,4–1,8 мкм. Причем ее поверхность должна быть матовой. На рынке представлены модели, имеющие:

• антирефлексное стекло, обе стороны которого покрыты специальным элиминирующим веществом, за счет чего до 96% солнечного света достигает абсорбента;
• полярное стекло с покрытием из диоксида титана, который обеспечивает выгорание на солнце оседающих на поверхности коллектора частиц.

Ряд моделей дополняется стеклом из поликарбоната. Этот материал отличается повышенной стойкостью к ударам.

Толщина теплоизоляционного слоя, состоящего из алюминиевой пленки со светоотражающими свойствами и минеральной ваты, составляет 20–60 мм.

Что выбрать: вакуумный или плоский коллектор

Вакуумные коллекторы отличаются от других аналогов тем, что внутри их конструкции создается пространство с вакуумом. За счет этой особенности повышается производительность всей системы нагрева.

Вакуумные коллекторы лучше плоских аналогов. Первые обладают следующими преимуществами:

1. Высокий КПД на протяжении всего года. В сравнении с другими устройствами подобного рода вакуумные конструкции генерируют на 30–40% больше тепловой энергии.
2. Некоторые модели сохраняют работоспособность даже при отрицательных температурах.
3. Меньшие требования к углу и направлению падения солнечных лучей. У других коллекторов отклонение от допустимых параметров на 20° приводит к 10-процентному снижению производительности. Вакуумные конструкции генерируют тепло даже при условии, если угол падения солнечных лучей равен 90°.
4. Ряд моделей оснащается высокопрочным стеклом, которое выдерживает удары града диаметром до 2 см.
5. Низкие теплопотери.

Плоские коллекторы предпочтительнее вакуумных по следующим причинам:

• низкая стоимость;
• наличие способности к самоочистке от снега.

У вакуумных конструкций трубка, в которой поддерживается разряженный воздух, легко ломается. В особенности это касается китайских изделий. При выходе из строя данной трубки вся система нагрева перестает работать.

Особенности эксплуатации

Правила эксплуатации плоских конструкций требуют от их владельцев соблюдения двух важных условий:

1. Выбирая место для монтажа, необходимо исключить вероятность затенения конструкции.
2. После сильных атмосферных осадков следует осматривать поверхность стекла на предмет обнаружения на нем сколов.

Наличие повреждений на поверхности стекла приводит к резкому снижению производительности всей тепловой системы.

Плоские конструкции целесообразно эксплуатировать в течение теплого времени года, когда количество солнечных дней увеличивается. Перед приобретением таких устройств необходимо учесть, что 1 кв. м поверхности коллектора позволяет нагреть не более 55 литров воды.

Важно понимать, что такие конструкции не способны удовлетворить потребности дома в теплоснабжении. Они применяются в основном для организации подачи теплой воды на уличный душ или иные цели.

Изготовление в домашних условиях

Солнечные коллекторы можно изготовить самостоятельно.

В домашних условиях абсорбент изготавливается из:

• медного или алюминиевого листа (наиболее предпочтительный вариант);
• алюминиевых банок;
• сотового полипропилена;
• черного садового шланга из резины или полиэтилена.

В последнем случае шланг наматывается на деревянную бухту.

Вне зависимости от материала внешняя поверхность абсорбента должна быть выкрашена в черный цвет. В качестве змеевика можно использовать уже готовые изделия из медных трубок либо создать конструкцию, внешне напоминающую лестницу. Корпус коллектора обычно изготавливают из листа фанеры. Во избежание потерь тепловой энергии под абсорбентом и сбоку от него прокладывается слой вспененной теплоизоляции.

Плоские коллекторы – это изделие, предназначенное для нагрева воды. Такие конструкции достаточно эффективно преобразуют солнечную энергию в тепловую. Они способны удовлетворить потребности в подогретой воде небольшого дома в течение лета.