Как устроен и работает солнечный коллектор (гелиосистема)?

Обновлено: 17.03.2020
Солнечный коллектор (гелиоустановка) служит для горячего водоснабжения и отопления. Он нагревает теплоноситель за счет тепловой энергии солнца. Очевидно, что такое преобразование энергии солнца является очень эффективным, т.к. тепло преобразуется в тепло (в отличии от солнечных батарей, преобразующих световую энергию солнца в электрическую).

Современные солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Устройство солнечного коллектора

Солнечные коллекторы разделяют на плоские и вакуумные (в зависимости от устройства теплообменника).

Плоский коллектор



Плоский солнечный коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбера), медного змеевика (по которому течет теплоноситель), защитного стекла и термоизолирующего слоя.

Абсорбер покрывается чёрной краской для повышения эффективности. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметиком.

Вакуумный коллектор



Чтобы снизить потери на нагрев воздуха придумали вакуумные коллекторы. Вакуумный коллектор состоит из тепловых труб. Внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено абсорбирующее покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.

При облучении установки солнечным светом теплоноситель, находящийся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Бак-аккумулятор



Теплоноситель из коллектора поступает в теплообменник бака-аккумулятора, где передает тепло воде, накапливаемой для потребителя.

В простом варианте циркуляция воды происходит естественно из-за разности температур в коллекторе. Такое решение позволяет повысить эффективность солнечной установки, поскольку КПД солнечного коллектора снижается с ростом температуры теплоносителя.

Перед подачей потребителям, горячая вода из бака смешивается с холодной водой для достижения приемлемой температуры. Регулировку температуры теплоносителя в коллекторе, воды в баке и воды к потребителю осуществляет блок управления.

2020. Создан идеальный металл для солнечных коллекторов


Обычно поверхность металла блестящая и хорошо отражает свет, поэтому обычный солнечные панели и коллекторы - имеют КПД, далекий от 100%. Ученые из Рочестерского университета (при помощи фемтосекундного лазера) нанесли на поверхности металла наноструктуры, эффективно улавливающие солнечное излучение, то есть превратили металл в полностью черный. Также, они выяснили, что идеальным металлом с такой нано-гравировкой является вольфрам. Он улавливает на 130% больше солнечной энергии чем обычный металл. Новая технология позволит значительно увеличить КПД солнечных коллекторов.