Солнечные коллекторы – эффективное использование солнечной энергии

Добрый день дорогие читатели, Зеленая планета вместе с вами продолжает открывать тему – альтернативные источники энергии, и сегодня мы расскажем об использовании солнечной энергии для получения тепла, с помощью солнечных тепловых коллекторов.

Что такое солнечные коллекторы?

Использование солнечной энергии начинается с тепловых коллекторов. Солнечными тепловыми коллекторами называют устройства, в которых происходит преобразование света в тепло с помощью специальных элементов – поглотителей излучения.
Такие коллекторы не способны непосредственно производить электроэнергию, как полупроводниковые солнечные батареи. Они предназначены лишь для нагрева жидкости – теплоносителя и с успехом используются в системах снабжения горячей водой и отопления жилья. Также они используются и в солнечных электростанциях как основные элементы.

Виды солнечных тепловых коллекторов

Коллекторы солнечные подразделяются на два вида:

1. Плоские
2. Вакуумные

1. Плоский солнечный коллектор

Плоский коллектор представляет собой обычный приёмник солнечного тепла, состоящий из плоского резервуара-поглотителя излучения, надёжно упакованного в теплоизолированный корпус с прозрачной поверхностью. Прозрачная сторона плоского коллектора должна быть обращена к солнцу, и чем перпендикулярнее направление хода световых лучей к его поверхности, тем эффективнее работает коллектор, выше его КПД.

Большую роль в устройстве плоского коллектора играет покрытие теплоприемника. Чем ближе оно по цвету к абсолютно чёрному телу, тем интенсивнее поглощение и преобразование солнечного излучения в тепло, меньше отражение. Технология производства этих покрытий постоянно совершенствуется, пройдя путь промышленной эволюции от обычных чёрных красителей до селективного покрытия – чёрного никеля. Также важен прозрачный экран солнечной стороны. Надёжнее его изготавливать или из прочного закалённого стекла, или поликарбоната.

Резервуар плоского коллектора связан трубчатыми подводами теплоносителя с системой отопления, циркуляция жидкости в которой обеспечивается насосом.

Как корпус теплоприемника, так и теплоотводящие трубки должны быть надёжно защищены от потерь тепла. Для этой цели можно с успехом использовать различные теплоизолирующие материалы, выпускаемые современной промышленностью.

Вакуумный солнечный коллектор

Вакуумные солнечные коллекторы – это вид коллекторов, которые представляют собой более сложное техническое устройство с высоким КПД. Основными элементами коллектора являются тепловые трубки, по конструкции схожие с бытовым термосом. Отличие лишь в том, что наружная сторона каждой колбы – трубки прозрачна, а на внутреннюю её поверхность нанесено светопоглощающее покрытие.

В пространстве между наружной и внутренней поверхностями создаётся неглубокий вакуум, который и предохраняет весь коллектор от возвратных потерь тепла за счёт конвекции. Такая конструкция теплоприемника позволяет снизить потери при преобразовании энергии до 5%. Это очень важно для тех случаев, когда тепловая система работает в условиях недостаточного освещения или низкой температуры окружающего воздуха.

Солнечные системы теплоснабжения.

Используя отдельные коллекторы, собирается тепловой блок требуемой мощности. При увеличении площади покрытия возможен практически бесконечный рост производительности таких солнечных батарей.
Нагретый теплоноситель из коллекторов закачивается в бак – гидроаккумулятор, из которого производится забор горячей воды потребителями. При коротком отопительном контуре возможна естественная циркуляция воды в магистрали, что дополнительно повышает общий КПД системы. В более сложных системах циркуляционные потоки создаёт насос.

Традиционное солнечное теплоснабжение реализуется в двух вариантах систем:
• Одноконтурные системы, в которых вода непосредственно из коллекторов поступает в тепловую магистраль;
• Двухконтурные системы, где в контуре коллекторов циркулирует теплоноситель, отдающий в теплообменнике энергию водяному контуру.

Двухконтурные системы солнечного теплоснабжения хороши тем, что в условиях низких температур расположенный вне здания первый контур с коллекторами может быть заполнен незамерзающей жидкостью. В этом случае ночные холода системе не страшны.

Преобразование энергии солнца в электроэнергию.

Используя солнечные коллекторы и параболические системы зеркал большой площади, можно производить нагрев теплоносителя до высокой температуры. Когда эта температура значительно превышает температуру кипения воды, возникают условия для работы паровой турбины. Так работают некоторые солнечные тепловые электростанции. Водяной пар под давлением вырывается из котла и, попадая в сопло турбины, вращает ротор электрогенератора.

Несколько по-иному устроены солнечные панели. За счёт внутреннего фотоэффекта в них излучение солнца непосредственно превращается в электроэнергию.

При наличии аккумуляторов большой накопительной способности электроэнергия может использоваться не только в дневное время, но и ночью. Устанавливать такие батареи можно везде, куда беспрепятственно проникает свет, но для средних широт в северном полушарии наилучшим местом является южная крыша дома.

Ещё одним видом является солнечная тепловая электростанция, использующая в своей конструкции двигатель Стирлинга. От двигателей внутреннего сгорания этот двигатель отличается простотой конструкции и всеядностью по отношению к источникам тепла. Экономичный, экологичный и долговечный, он имеет высокий КПД и вполне подходит для схем, использующих преобразование энергии солнца в механическую энергию, а затем уже и в электричество.

модель двигателя Стирлинга

Источником тепла для двигателя Стирлинга в солнечной электростанции может быть как горячий жидкий теплоноситель, так и разогретый в коллекторах воздух. Двигатель не имеет выхлопа, бесшумен и высокопроизводителен, как в генераторах с вращающимися элементами, так и с возвратно-поступательным движением магнитов.

• Читайте также: Самая огромная солнечная электростанция в мире