Солнечные водонагреватели (СВ) являются, по сути, солнечными коллекторами, которые преимущественно применяются для нагрева воды в системе отопления и в разных резервуарах.
Смонтированый солнечный водонагреватель на крыше здания
По подсчету ученых солнечная энергия, поступающая на Землю, превышает энергопотребление населения планеты за год на 30000 раз и намного раз больше запасов топлива на земном шаре. Но поток солнечного излучения поступает рассеяно и имеет низкую концентрацию. Даже в солнечную погоду на юге страны плотность солнечной энергии за год 1400 – 1600 кВт.ч, а в полдень не превышает 1800 Вт/м2. А на севере этот показатель за год составляет 550 — 1200 кВт.ч, а в полдень 1000 Вт/м2.
Хотя человечество тысячелетиями использовало энергию Солнца для разных своих нужд, в том числе, для нагрева воды, все эти действия были малоэффективными и человек никогда добивался желаемого результата. Поэтому возникает необходимость использовать этот дешевый и неисчерпаемый источник энергии более эффективно.
На этой почве появилась новая отрасль энергетики – гелиоэнергетика , задачей которой является более эффективное использование тепловой энергии Солнца для человеческих нужд. Она особо развивается в странах, где невозможно или трудно воспользоваться энергиями воды и ветра, отсутствуют запасы каменного угля и нефти. Основными объектами гелиоэнергетики являются гелиоустановки , которые рассчитаны на преобразование солнечной энергии в другой вид энергии и разделяются на 2 основных типа:
Солнечные коллекторы – для производства тепловой энергии
Солнечные батареи — для выработки электроэнергии
Примитивная схема работы солнечных водонагревателей
Солнечный водонагреватель состоит из наружной части – солнечный коллектор и внутренней части, называемой резервуаром-теплообменником. Например, солнечные водонагреватели для дома работают по такому принципу: Резервуар-теплообменник с помощью внешнего коллектора нагревает воду, которая поступает на систему отопления. Воду в резервуаре можно использовать и как горячую воду для других нужд. Но тут нужно принимать дополнительные меры, чтобы резервуар-теплообменник наряду с солнечной энергией, также смог работать от других источников домашнего отопления, когда солнечной энергии будет недостаточно.
Различают следующие типы солнечных водонагревателей исходя из вида коллектора:
плоские
вакуумные
пластиковые
По способу монтажа и комплектации различают активные и пассивные системы солнечных водонагревателей.
Солнечные водонагреватели с плоскими коллекторами.
Плоский солнечный нагреватель
Плоский простой солнечный коллектор (СК) представляет собой прямой абсорбер (поглотитель) солнечного излучения для нагрева воды. Абсорбер в коллекторе – это металлическая пластина или отлитая резина высокого качества с собирательными и распределительными трубками, которые должны быть устойчивыми к перепаду температуры от -50 ° С до +120° С и сохраняющими при этом эластичность и гибкость. Падающий поток солнечной энергии повышает температуру поглотителя. Чтобы избежать потери тепла, коллекторы покрываются стеклом толщиной не менее 4мм с высоким коэффициентом пропускания света K >92%. Плоские солнечные коллекторы имеют большую площадь, которая пропорциональна площади поверхности нагреваемой воды в отношениях 0,5 — 0,8 к одному.
Плоский вакуумный солнечный коллектор – разновидность СК, где вакуум позволяет увеличить теплоизоляцию коллектора. Используемые медные трубки со стенками, стойкие к высокому давлению изготавливаются в форме меандра и имеют клапаны для сохранения и создания разрежения в них.
Солнечные водонагреватели с вакуумными коллекторами.
Ваккумный солнечный водонагреватель
Вакуумные солнечные коллекторы или вакуумированные трубчатые коллекторы имеют тоже назначение, что и плоские. В них поток солнечного излучения попадает во внутреннюю поверхность стеклянных трубок. Трубки вакуумированы и их внутренняя поверхность покрыта поглотителем. Благодаря вакууму и внутреннему поглотителю потеря тепла не происходит. Тепло от коллектора передается в теплообменник. Жидкость в трубке теплообменника нагревается. Часть жидкости превращается в пар, который поступает в конденсатор, где вновь превращается в жидкость. Она опять возвращается в теплообменник. При процессе конденсации выделяется теплота, которая передается потоку обогреваемой воды.
Некоторые вакуумные коллекторы конструктивно созданы таким образом, что коллектор представляется в виде неглубокой коробки, и она заполнена стеклянными трубками. Эти трубки с двойной стенкой, создается эффект, что одна труба находится внутри другой. Воздух в пространстве между двумя откачивается и создается вакуум. Кроме того, внутренняя трубка имеет поверхность покрытую слоем абсорбера (поглотителя), и этот слой находится в вакууме между двумя трубками. Внутренняя трубка наполнена легкоиспаряемой жидкостью. Под воздействием потока солнечных излучений, жидкость на горячем конце трубки испаряется, и пар переходит на холодный конец трубки и конденсируется и превращается в жидкость. Этот замкнутый цикл жидкость – пар – конденсат – жидкость повторяется бесконечно, пока действует солнечная энергия. При каждом цикле тепловая энергия передается обогреваемой воде.
Солнечные водонагреватели с пластиковыми коллекторами.
Пластиковые солнечные коллекторы изготавливаются из полиэтилена марки ПЭВП методом заводской штамповки. Эти коллекторы дешевы и практичны. Их можно напрямую подключить к системе горячего водоснабжения. Не имеют теплоизоляционные покрытия, поэтому они не используются в холодное время года. Их невозможно установить в регионах с сильными ветрами.
Установка и применение солнечных нагревателей.
Установка солнечных водонагревателей производится с размещением солнечных коллекторов на крыше домов и других зданий, или на стенах в виде козырьков, или на поверхности земли на разных конструкциях. Лицевая сторона панелей и коробок коллекторов нужно установить в направление к югу. Угол наклона плоскости панелей выбирают дифференцированно для местности. Он зависит от географической широты.
На стенде схема работы солнечных водонагревателей
Активные и пассивные системы.
Пассивная система солнечных водонагревателей охарактеризуются тем, что абсорбция и аккумулирование происходит само собой элементами конструкции. Солнечные лучи прямо подаются на объект без их регулирования. Отсутствуют механизмы и другие движущие части. Это просто и дешево. Но такая система работает неравномерно и недостаточно полно. Примитивным примером такой системы может служить зачерненный бак над летным душем для обогрева воды.
В пассивном режиме работают одноконтурные гелиосистемы с естественной циркуляцией. При естественной циркуляции применяется термосифонная система: горячий теплоноситель под действием законов механики поднимается вверх на бак-накопитель. Следовательно, в этой системе бак-накопитель должен устанавливаться выше солнечного коллектора, что порой создает неудобство. Этот недостаток устраняется с применением активного режима.
Активная система солнечных водонагревателей – это, когда солнечные лучи поступают в специальные устройства и превращаются в тепловую энергию нужных параметров. Потребителю и баку-аккумулятору систематически передается тепловая энергия. Активный режим достигается применением принудительной циркуляции одноконтурных и двухконтурных гелиосистем. Будут использованы электродвигатели для поворота панелей и насосов подпитки, применяется аппаратура измерительная, контроля и управления.
Заключение
Солнечные водонагреватели нашли широкое применение в европейских странах, на Израиле, Саудовской Аравии, Мальте и других странах. На отечественном рынке наряду с продукцией известных фирм, как VIESMANN, SOLVIS, VAILANT и других, представлены и качественные изделия российских производителей. Солнечные водонагреватели экологически чистое оборудование, с малыми затратами и большой долговечностью. По сообщениям сети, панель солнечного коллектора российского производства с площадью абсорбера 188 м2, летом, на широте города Львова при угле наклона 35 нагревает до 55 градусов 141 литр воды.
batsol.ru/so...tml#more-144
