Устройство плоский солнечный коллектор

Устройство плоский солнечный коллектор

УСТРОЙСТВО ПЛОСКОГО СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА

Плоские солнечные коллекторы

Плоский солнечный коллектор – это устройство, предназначенное для нагрева воды с использованием энергии солнца, которая преобразовывается в тепловую энергию жидкого теплоносителя.

Плоские солнечные коллекторы используются для нагрева воды для бытовых нужд, подогрева воды в бассейне или отопления в доме. Коллекторы позволяют эффективно использовать солнечную энергию даже осенью и зимой .

Устройство плоского солнечного коллектора

Плоские солнечные коллекторы представляют собой металлическую раму, на которой, если смотреть снизу-вверх, закреплены:

  • пластина корпуса;
  • слой термоизоляции;
  • светоотражающий слой (присутствует не во всех моделях) ;
  • пластина теплосборника (теплопоглотителя или еще называют адсорбирующая пластина), к которой припаяны теплообменные трубки;
  • прозрачная светопропускающая крышка (закаленное стекло с 95% коэффициентом пропускания света или не менее прозрачный поликарбонат).

Также на корпусе имеется выпускной и впускной патрубок — через них циркулирует теплоноситель.

Основой такого коллектора является абсорбер, в котором и происходит нагрев теплоносителя. В качестве теплоносителя может использоваться вода или другие жидкости, например Экосол.

Абсорбер представляет собой тонколистовую металлическую пластину, которая нагревается, превращая солнечную радиацию в тепловую энергию. Это тепло передается теплоносителю — воздуху или жидкости, циркулирующей по трубкам. Поскольку большинство черных поверхностей все же отражает около 10% радиации, некоторые пластины-поглотители обрабатывают специальным селективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет и служит дольше, чем обычная черная краска.

Селективное покрытие, которое используется в коллекторах, состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическую основу. Селективные покрытия отличаются высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области. Поглощающие пластины обычно изготавливают из металла, хорошо проводящего тепло (например, меди или алюминия).

Медь дороже, но лучше проводит тепло и меньше подвержена коррозии, чем алюминий. Пластина-поглотитель солнечного коллектора должна иметь высокую теплопроводность, чтобы с минимальными теплопотерями передавать воде накопленную энергию.

Снизу, к абсорберу плотно прилегает (приваривается) змеевидная трубка малого сечения. По этой трубке и циркулирует теплоноситель, нагреваясь в ходе прохождения под пластиной металла. Размещается абсорбер внутри корпуса (деревянного или металлического), причем стенки и дно его в обязательном порядке теплоизолируются.

Это делается для предотвращения теплопотерь, которые неминуемо возникнут, если абсорбер будет контактировать с корпусом. Лицевая часть корпуса закрывается закаленным стеклом с особыми оптическими свойствами. Остекление может быть прозрачным или матовым. В плоских солнечных коллекторах обычно используют матовое стекло с низким содержанием железа (оно пропускает значительную часть солнечного света, поступающего на коллектор).

Есть модели открытые — без крышки. Единственное их достоинство — низкая цена, но они очень неэффективны и совершенно неработоспособны при отрицательных температурах. Из-за того, что крышки нет, абсорбционное покрытие быстро разрушается, так что служат открытые коллекторы несколько сезонов, а из-за своих особенностей могут использоваться для подогрева воды в бассейне или в душе. Для отопления они бесполезны.

Разогретая вода поднимается из коллектора и поступает в накопительный бак, холодная вода из бака подается в коллектор. Из этого накопителя вода расходуется на бытовые нужды, доливаясь холодной по мере надобности. Причем возможны два варианта устройства: вода-теплоноситель поступает непосредственно в бак, смешиваясь с холодной (одноконтурная система) или же она проходит сквозь жидкость в баке по тонкой трубке, прогревая его объем, как кипятильник. По мере прохождения теплоноситель остывает и возвращается в коллектор, не смешиваясь с водой в баке (двухконтурная система).

Особенности плоских коллекторов

  • Простота конструкции;
  • Малая стоимость;
  • Высокая степень надежности;
  • Высокая производительность (особенно – летом);
  • Возможность сэкономить до 70% затрат на подогрев воды;
  • Идеальное соотношение цены/качества для теплого климата и южных широт;
  • Возможность самостоятельного изготовления;
  • Способность самоочистки от снега и опавших листьев (за счет гладкой поверхности);
  • Длительный эксплуатационный период.
  • Возможность использования системы как основного (для регионов с достаточной солнечной активности) и дополнительного источника энергии для отопления;
  • Эффективны для умеренного и холодного климата, работающих при температуре до -50° С и низкой интенсивности потока солнечной радиации;
  • Большое количество схем подключения для удовлетворения различных потребностей;
  • Их легко встроить в существующие системы горячего водоснабжения и отопления;
  • Расположение бака и оборудования не требует больших площадей;

Однако при низких температурах (зимой, в межсезонье) производительность таких коллекторов ощутимо падает, что связано с резко возрастающими тепловыми потерями. Кроме того, эти изделия обладают достаточно высокой парусностью, это обязательно надо учесть при установке, иначе коллектор может быть сорван сильным порывом ветра. Также при установке на крыше можно столкнуться с целым рядом сложностей, поскольку панель надо поднимать целиком. При этом она должна быть ориентирована строго на юг, иначе ее производительность будет меньше задуманной.

Система плоского солнечного коллектора на крыше

Некоторые модели плоских солнечных коллекторов можно встраивать в крышу дома, образуя единую конструкцию с кровельным покрытием.

Плоский солнечный коллектор устанавливают на крыше, а аккумулирующий бак с водой устанавливают в помещении, удобном для разведения сети горячей воды (котельная, санузел и т.п.). Бак и коллектор соединены трубами, циркуляцию обеспечивает комплексная гелиостанция, в баке можно установить электрический нагреватель (моновалентный бак) или использовать дублирующий нагревательный контур (бивалентный бак) от имеющегося теплогенератора, за температурой воды следит электронный контроллер. Солнечный коллектор накапливает солнечное излучение в любую погоду, независимо от внешней температуры, коэффициент поглощения энергии составляет 96%. Коллектор монтируют под углом 30-50° непосредственно на крыше зданий так, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для накопления энергии.

Для поддержания отопления в системе применяют буферный бак — автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также от других источников энергии (например, традиционный котел, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые поддерживают систему при недостаточном количества солнечного излучения. Нагретую от доступных источников теплую воду используют в качестве теплоносителя для существующей системы отопления. Контроллер автоматически поддерживает оптимальные параметры циркуляции и обеспечивает комфортную заданную температуру. При отсутствии достаточной солнечной активности или в ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения. Система имеет малую инерционность, быстро выходит на рабочий режим и позволяет обеспечить среднегодовую экономию энергоносителей до 50%.

Плоский солнечный коллектор

Солнечный коллектор в независимости от типа конструкции представляет собой устройство для «захвата» тепловой энергии солнца и преобразования ее для нужд конкретного потребителя. Один из самых простых и часто встречающихся типов солнечных коллекторов – плоский коллектор, в основе работы которого использован парниковый эффект.

Конструкция плоского коллектора солнечной энергии

  • Для плоского солнечного коллектора возможно применение как обычного, так и закаленного стекла с максимально высоким коэффициентом пропускания спектрального и высокоселективное теплопоглощающее покрытие.
  • Поверхность стекла должна быть матовой, для уменьшения отражения.
  • Плоский коллектор состоит из корпуса, как правило алюминиевого, при помощи которого и крепится к стене дома или крыше. Основной элемент коллектора — это абсорбер с теплопоглощающим покрытием, как правило, изготовленный из меди.
  • К абсорберу припаивается трубопровод, использующийся для отвода тепла. Сама конструкция находится в стеклянном корпусе, одна поверхность которого принимает излучение, а другая утеплена для снижения потерь при нагреве. Отвод тепла производится посредством теплообменника из меди или алюминия, заполненного водой или антифризом.

Особенности выбора и покупки плоского солнечного коллектора:

    • Следует более подробно остановится на выборе стекла для солнечного коллектора. Самое низкое по продуктивности – обычное стекло, поэтому его использование не целесообразно. Лучшим вариантом считается антирефлексирующее стекло. Его особенность заключается в специальном рисунке, нанесенном на обе поверхности материала. Таким образом достигается максимально возможный коэффициент поглощения (до 96%).
  • Еще один нюанс в использовании солнечных коллекторов – это поддержание чистоты стекла. В этом случае используются самоочищающиеся или полярные стекла. Выгорание всего органического мусора происходит за счет нанесенного слоя диоксида титана и стекло намного дольше остается чистым. Также важно селективное покрытия для солнечного коллектора.
  • Одним из самых важных моментов является хорошая теплоизоляция, для снижения тепловых потерь. Как правило теплоизоляция плоских коллекторов устанавливается толщиной около 40 мм и изготавливается из материалов с низкой теплопроводностью, таких как минеральная вата или светоотражающая алюминиевая пленка.

Преимущества и недостатки плоских солнечных коллекторов для отопления:

  • Подытоживая все вышесказанное, плюсы плоских солнечных коллекторов следующие: высокая производительность, простота и надежность конструкции, долговечность, возможность работы в течение всего года при определенных погодных условиях. Наиболее эффективно применять рассматриваемый тип коллекторов для нагрева воды выше на 20…40°С выше температуры окружающей среды.
  • Но и нельзя не остановится на недостатках такой конструкции: низкая производительность в холодное время года и в пасмурную погоду, сложность монтажа, необходимо попадание солнечных лучей под прямым углом для достижения максимальной эффективности, требует регулярной очистки от загрязнений, слабая ремонтопригодность, так как конструкция не подлежит блочному ремонту (только полная замена).

Как было отмечено выше, плоские коллекторы как правило устанавливают на крышу или стены домов. Наиболее рационально установить солнечные коллекторы еще при строительстве здания, т.к. это значительно снизит расходы на кровельные материалы.

Как устроен солнечный коллектор?

Солнечный коллектор – это особое устройство, предназначенное для превращения энергии солнца в тепло. В отличие от солнечных батарей, работающих на принципе фотоэффекта и вырабатывающих ток, коллекторы предназначены для нагрева жидкости-теплоносителя. Поэтому их широко применяют в системах ГВС и отопительных коммуникациях частных домов. Существует две разновидности данных агрегатов, таким образом, устройство солнечного коллектора и особенности работы напрямую зависят от его типа.

Принцип работы же всех коллекторов, по сути, одинаков. Солнечные лучи падают на внешнюю поверхность коллектора, нагревая находящийся в нем теплоноситель. Разогретый теплоноситель по тонким трубкам поступает в накопительный бак, заполненный водой. Причем трубки для теплоносителя проходят через весь объем бака, за счет чего обеспечивается равномерный прогрев жидкости. По мере протекания через бак теплоноситель остывает и подается обратно в коллектор уже в холодном состоянии, где вновь нагревается. Таким образом гарантируется постоянная циркуляция горячего теплоносителя через накопительный бак с водой. Вода из бака может использоваться для купания, мытья посуды и прочих бытовых нужд или же подаваться в отопительные радиторы.

Плоские коллекторы

Основной элемент такого коллектора – плоский абсорбер (теплопоглотитель) со змеевидной трубкой для теплоносителя. Абсорбер имеет вид металлической пластины, верхняя часть которой обязательно выкрашена в черный цвет (для максимально полного поглощения солнечных лучей). К нижней плоскости пластины приварена тонкая металлическая трубка, изогнутая в виде змеевика. Именно по этой трубке и циркулирует теплоноситель (обычно это вода, реже – антифриз). Сварочные швы проходят по всей длине змеевика для обеспечения полного теплового контакта.

Такой абсорбер помещается в корпус, изготовленный из тонких алюминиевых профилей. Верхняя часть корпуса закрывается особо прочным закаленным стеклом с максимальной светопроницаемостью (иногда для этих целей используется сотовый поликарбонат). Обязательное условие – наличие надежной теплоизоляции между абсорбером и стенками корпуса. Это необходимо для предотвращения теплопотерь в окружающую среду.

Вакуумные коллекторы

Отличие вакуумного солнечного коллектора от плоского только одно, но принципиальное. Это отличие – устройство абсорбера. В вакуумных моделях он представляет собой системы вакуумированных трубок из особого стекла. Внутри каждой трубки находится медный стержень с теплопередающей жидкостью.

Причем трубки такого солнечного коллектора различаются по конструктивным особенностям:

  • Коаксиальные. Больше всего они напоминают классические термосы. Стеклянные колбы с двойными стенками (между ними – вакуум), внутри которых запаяна трубка из меди с легко вскипающей жидкостью. Теплопередача идет непосредственно от самой колбы, ее стенки имеют теплопоглощающее покрытие. При нагревании жидкость испаряется, передавая тепло далее в систему. Затем пар в виде конднесата оседает на дно трубки, после чего циклический процесс возобновляется.
  • Перьевые. Это колбы с одной, но толстой и прочной стенкой. Внутри — теплопоглощающая трубка (также из меди), снабженная гофропластиной с абсорбционным слоем. За счет такого устройства вакуум формируется в тепловом канале, причем сам канал (равно как и абсорбер) частично интегрирован в колбу.

Очевидно, что у вакуумного вида солнечного коллектора гораздо более сложное устройство, чем у плоского аналога. Более того, помимо разных типов стеклянных трубок для них используют и разные теплоканалы (трубки из меди, в которых проходит теплоноситель).

Так, теплоканалы вида «heat pipe» («горячая труба») представляют собой герметичные трубки с легко вскипающей жидкостью. При нагревании она испаряется, движется вверх канала и отдает там набранную тепловую энергию, конденсируясь в особом теплосборном узле. Остыв, жидкость стекает в нижнюю часть канала, повторяя цикл. А теплоноситель самого солнечного коллектора забирает отданное тепло, передавая его дальше в систему.

Очень востребованы и прямоточные каналы. Во внутренней части колбы располагаются две объединенные трубки из меди. Одна из них служит для подачи жидкости в колбу, другая – для выхода жидкости. В процессе прохода через колбу жидкость нагревается.

Виды теплоканалов и трубок могут комбинироваться между собой в различных вариациях. Причем каждое такое сочетание трубки/канала обладает своими эксплуатационными особенностями, достоинствами и недостатками.

Видео про солнечные коллекторы:

Воздушные коллекторы

Воздушные варианты солнечного коллектора известны гораздо меньше, чем вакуумные или плоские модели. Тем не менее, они достаточно неплохо зарекомендовали себя в осушительных установках, в комплексах воздушного отопления и в системах рекуперации воздуха. Схема работы и устройство такого коллектора очень просты.

Теплоносителем, как ясно из названия, является не жидкость, а обычный воздух. Конструктивно воздушный коллектор представляет собой плоскую панель с ребристой (иногда – дополнительно перфорированной) поверхностью или же систему трубок из металла хорошей теплопроводности. Воздух в коллекторе нагревается благодаря непосредственному контакту с металлом (который прогревается под солнечными лучами). С помещением коллектор соединяется через воздуховоды (один – для забора воздуха, второй – для подачи), в которых установлены вентиляторы для обеспечения циркуляции воздушных масс.

Солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы превращают солнечную энергию в тепло. Они являются составной частью термической солнечной установки, применяемой для нагрева хозяйственно-питьевой воды и отопления.

Строение солнечного коллектора

Коллектор поглощает солнечное излучение и превращает его благодаря поглотителю (например, темный листовой металл) в тепло.

Тепло поглощается жидкостью-теплоносителем (солнечной жидкостью), которая течет по медным трубам в поглотитель. Затем тепло по теплообменнику передается хозяйственно-питьевой воде.

Виды солнечных коллекторов.

Двумя самыми распространенными видами солнечных коллекторов являются плоский коллектор и коллектор, состоящий из вакуумных труб. Плоский коллектор состоит из плоского слоя поглотителя, стеклянного покрытия, рамы и изоляционного материала. В коллекторе, состоящем из вакуумных труб, поглотитель располагается в вакуумной стеклянной трубке, что сокращает потерю тепла. Коллекторы, состоящие из вакуумных труб, более мощные, но и стоят дороже, чем плоские коллекторы. Коллекторы, состоящие из вакуумных труб, особенно хорошо подходят, если место для установки небольшое. Другим видом являются воздушные коллекторы, которые размещаются в помещениях и нагревают поступающий воздух. Так как в большинстве случаев для производства тепла используется циркуляция воды, то воздушные коллекторы до сих пор не получили широкого распространения.

Жидкость – теплоноситель.

Жидкости, которые применяются для теплопереноса, называются жидкостью – теплоносителем. Они являются основной составной частью солнечных тепловых установок.

В солнечных тепловых установках в качестве жидкости-теплоносителя используется морозоустойчивая смесь воды и пропиленгликоля, которая протекает по коллектору и отдает полученное солнечное тепло по теплообменнику хозяйственно-питьевой воде. Используемая в солнечных тепловых установках жидкость должна быть, с одной стороны, морозоустойчивой зимой, чтобы не нанести вред обледенением коллектору или трубопроводу, а, с другой стороны, она не должна испаряться при высокой температуре. Кроме того, следует обратить внимание на то, что эта жидкость биологически расщепляема. Согласно DIN 4757 T 1 жидкость помимо этого не должна быть токсичной, едкой или раздражающей. Между тем, в большинстве случаев применяется смесь из 60% воды и 40% пропиленгликоля. Она является морозоустойчивой до температуры -23 градуса и ее температура кипения составляет150градусов.

Теплообменник.

Теплообменник перемещает тепло из одной среды в другую. Теплообменники используются в солнечных тепловых установках для того, чтобы перемещать тепло из солнечной установки в содержащуюся в аккумуляторе хозяйственно-питьевую воду и поддерживать ее температуру. Внутренние теплообменники располагаются непосредственно в солнечном аккумуляторе, внешние теплообменники, напротив, расположены не в аккумуляторе, а встроены в систему управления. Внутренние теплообменники делятся на состоящие из гладких труб, которые обычно поставляются уже вмонтированными в систему, и из ребристых труб, которые устанавливаются непосредственно у потребителя. Внешние теплообменники используются чаще всего в больших установках. У них есть преимущество: от одного теплообменника можно зарядить несколько аккумуляторов, их пропускная мощность выше и они почти не покрываются известью. Но они дороже, чем внутренние теплообменники, и требуют дополнительного насоса.

Плоский коллектор.

Одним из самых распространенных видов солнечного коллектора является плоский коллектор. Его производство стоит недорого, но в сравнении с коллекторами, состоящими из вакуумных труб, плоские коллекторы теряют больше тепла. Плоские коллекторы состоят из плоскостного поглотителя, прозрачного не дающего бликов стеклянного покрытия, теплоизоляции с оборотной стороны и рамы (чаще всего из алюминия или листовой стали).

Поглотитель чаще всего представляет собой покрытый темной краской стальной лист (например, медь, алюминий), который соединен с теплопроводящими трубами. Слой поглотителя «собирает» солнечные лучи и превращает их в тепло, которое потом передается жидкой среде (жидкости-теплоносителю, чаще всего смесь воды и гликоля). А она уже передает тепло в солнечный аккумулятор. Стеклянное покрытие коллектора защищает его поглотитель от влияния окружающей среды и должно минимизировать потерю тепла (парниковый эффект). Подавление бликов защищает от отражения солнечных лучей и увеличивает, таким образом, получение тепла коллектором. Теплоизоляция (чаще всего изоляционный материал из минерального волокна) минимизирует потерю тепла боковыми и задней стенкой коллектора.

Коллектор, состоящий из вакуумных труб.

Коллектор, состоящий из вакуумных труб, также как плоский коллектор, собирает солнечные лучи и превращает их в тепло. В коллекторе, состоящем из вакуумных труб, множество труб соединено в один коллектор.

Трубы сделаны из стекла и эвакуированы, чтобы предотвратить потерю тепла, то есть, в них содержится вакуум. Поглотитель в виде полосы стального листа вставляется в каждую трубу. В большинстве случаев он легко вращается, что позволяет идеально выровнять его по солнцу. Это увеличивает поступление тепла в коллектор.

Виды.

Существует два вида коллекторов, состоящих из вакуумных труб, которые отличаются по принципу действия: вакуумные трубы, по которым жидкость протекает напрямую, и так называемые «жаротрубные». В вакуумных трубах, по которым жидкость протекает напрямую, жидкость-теплоноситель течет по тепловой трубе (которая располагается в стеклянной трубе) и при этом забирает тепло из поглотителя. Этот вид коллектора монтируется на южной стороне под углом, либо горизонтально на плоской крыше. В «жаротрубной» системе тепловая труба при помощи вакуума заполняется водой или спиртом. Он испаряется уже при низкой температура (около 25 градусов). Возникший пар конденсируется в верхнем конце тепловой трубы и по конденсатору передается жидкости-теплоносителю. Конденсат стекает обратно в трубу. В это м случае «жаротрубные» коллекторы должны располагаться под углом 25градусов.

При помощи коллектора, состоящего из вакуумных труб, можно достичь более высоких температур, чем при помощи плоского коллектора. Минусом коллектора, состоящего из вакуумных труб, является более высокая цена в сравнении с плоским коллектором. Кроме того, большинство коллекторов, состоящих из вакуумных труб, нельзя монтировать в крышу. Однако, они очень удобны, если место для установки небольшое.

Монтаж в крышу.

При монтаже в крышу солнечной установки солнечный коллектор или солнечный модуль встраивается в крышу. Этот вид монтажа больше всего подходит для наклонных крыш. Тем временем некоторые фирмы предлагают коллекторы и модули, которые механически и оптически монтируются в крыши. «Солнечная» черепица соответствует последнему слову техники, она покрывает всю площадь крыши коллекторами и модулями. Монтаж в крышу с оптической точки зрения является самым привлекательным вариантом. Минусом является плохое проветривание задней стенки солнечных модулей, что может привести к плохой производительности модуля (Чем выше КПД модуля, тем он холоднее).

При установке солнечной системы на здание с наклонной крышей установка модулей на крыше обойдется дешевле, чем их монтаж в крышу, так как в этом случае кровля нарушается только в нескольких местах и это не нарушает герметичность крыши.

«Солнечная» черепица.

«Солнечная» черепица – это оптически очень хорошее решение установки солнечной системы на крыше. Преимуществом этого вида монтажа является простота управления. Однако, в сравнении с обычными системами его цена выше.

Существуют различные виды «солнечной» черепицы для установок, производящих электричество из солнечной энергии, и для установок, производящих тепло из солнечной энергии. Для установок, производящих электричество, солнечные модули могут быть встроены в черепицу, специальной формы. При этом солнечные модули будут крепиться на крыше так, что не потребуется дополнительная система монтажа, а благодаря специальным штекерным соединениям они будут прочно крепиться друг к другу.

В будущем эту систему можно будет легко расширить. Другой вариант, который подходит также для установок, производящих тепло, — это специальное кровельное покрытие, в которое встроены солнечные коллекторы или модули, что оптически и технически дополняет традиционную крышу. Сейчас существует множество производителей данного продукта. «Солнечную» черепицу сейчас предпочитают использовать и на зданиях, которые являются памятниками архитектуры.

Солнечный накопитель.

Солнечный накопитель хранит подогретую солнечной системой воду для дальнейшего использования. Он является основной составной частью солнечной нагревательной установки. В верхней части накопителя находится самая теплая вода, а в нижней — самая холодная.

Расслоение обеспечивается природным принципом: теплая вода легче, поэтому она поднимается наверх. В этой системе теплая вода берется из верхней части, а в нижнюю добавляется холодная вода. Хорошие солнечные накопители отличаются низкой потерей тепла, хорошим температурным расслоением и коррозионной стойкостью. Солнечный накопитель может подключаться как к солнечному коллектору, так еще и к системе дополнительного подогрева (например, к газовому бойлеру), что позволяет в случае необходимости подогреть воду. Поэтому традиционные накопители хозяйственно-питьевой воды нельзя использовать как солнечные накопители.

Установка солнечной системы.

Оптимально расположить солнечную установку так, чтобы коллектор или модуль находились на южной стороне. Но даже при отклонении от оптимального расположения производительность установки падает минимально. Отклонения на юго-запад / юго-восток не более чем на 50 градусов не влекут за собой потерю производительности.

При отклонении на юго-запад /юго-восток потери производительности составляют лишь 5%. А расположение установки на восток или запад сокращает производительность лишь на 20% в сравнении с оптимальным расположением. В обоих случаях потерю производительности можно сократить приподняв коллектор или модуль.

Угол наклона, под которым солнечная система устанавливается на крышу или фасад, играет важную роль для потери производительности. Угол наклона для установок, производящих тепло, должен составлять 45 градусов, для установок, производящих электричество, — 30 градусов.

Азимутальный угол.

Азимутальный угол позволяет расположить солнечный коллектор или солнечный модуль строго на юг. Наряду с азимутальным углом важную роль играет угол наклона и сезонное положение солнца.

Угол наклона указывает, на сколько градусов от горизонтальной поверхности должен быть отклонен солнечный коллектор или солнечный модуль.

Монтаж на плоской крыше.

Солнечные коллекторы и солнечные модули располагаются на плоской крыше под углом. При установке солнечных коллекторов и солнечных модулей следует обратить внимание на некоторые моменты. Чтобы произвести установку на плоскую крышу сначала надо выяснить, допускает ли статика крыши монтаж, то есть, способна ли площадь крыши, сама крыша и стены нести дополнительную нагрузку. Это не само собой разумеется, так как плоская крыша должна выдерживать собственный вес, а также ветровую и снеговую нагрузку.

Специалист должен проверить не только нагрузочную способность крыши, но и дополнительную нагрузку от ветра и снега на солнечный коллектор или модуль. Кроме того, площадь крыши должна быть достаточно большой и не должна быть сильно разделена (каминными трубами, надстройками на крыше и тому подобным), чтобы необходимая для коллектора или модуля площадь была по возможности большой и элементы установки не были бы затемнены.

Так как работы по ремонту крыши после установки солнечной системы требуют больших затрат труда, и в зависимости от обстоятельств, демонтажа установки, то следует уплотнить крышу во время монтажных работ, чтобы во время эксплуатации солнечного коллектора или модуля (срок их эксплуатации 20 лет и больше) свести ремонтные работы к минимуму. Исключением являются коллектор, состоящий из вакуумных труб. Обычно модули располагаются под углом так, чтобы получить максимальную производительность. Но их можно располагать на крыше и горизонтально. Поглотитель в них можно повернуть так, чтобы он находился под оптимальным углом к солнцу.

Затемнение.

Затемнение играет особо важную роль для солнечных установок, так как самый слабый элемент солнечной батареи определяет общую производительность всего модуля. В тепловых солнечных установках влияние частичного затемнения коллектора является менее существенным, однако, все же сокращает его производительность.

Существуют различные виды затемнения солнечных установок. Временное затемнение из-за зелени, снега, экскрементов птиц, пыли и тому подобное, обычно устраняются благодаря самоочистке коллектора или модуля (смываются дождевой водой). Чем больше наклон установки, тем лучше работает самоочистка. Проблематичным является затемнение, вызванное местоположением, особенно тенью от дымовых труб, соседних зданий, деревьев или антенн. При монтаже следует обратить внимание на то, чтобы на установку не падала тень. Сама по себе маленькая тень может повлечь серьезные потери производительности, так как самый слабый элемент солнечной батареи задает силу тока. Если он затемнен, то общая производительность установки заметно падает. Так тень от антенны может снизить производительность системы на 10-50%. При оптимальном расположении модуля можно сократить потери производительности, вызванные затемнением. Поэтому прежде, чем монтировать установку, имеет смысл провести исследование зон затемнения. Так же следует обратить внимание на то, что модули должны располагаться на расстоянии, чтобы не мешать работе друг друга.

Элемент солнечной батареи.

Солнечные модули установки, производящей энергию, состоят из элементов солнечной батареи. Существуют следующие виды элементов: монокристаллические, мультикристаллические и тонкослойные. Элементы состоят из полупроводников, чаще всего из кремния. Они бывают круглой или квадратной формы.

Множество элементов составляют модуль, в котором элементы солнечной батареи соединены таким образом, что по ним может течь постоянный ток. Для этого физического процесса не требуется никакого материала, то есть, элементы солнечной батареи почти производят ток. В монокристаллических элементах материал (кремний) на атомном уровне размещается в обычных кристаллах. Эти элементы долговечны и имеют высокий КПД.

В мультикристаллических элементах материал при изготовлении состоит из множества отдельных кристаллов, которые выглядят как ледяной узор. В тонкослойных элементах тонкий слой полупроводника наносится непосредственно на стекло или фольгу их высококачественной стали. Для этого используется совсем мало материала, таким образом, их стоимость изготовления ниже, чем при других методах изготовления. Но и КПД и срок эксплуатации тонкослойных элементов ниже и меньше. В качестве материала используются, например, аморфный кремний, арсенид галлия, кадмий-теллурид, медь-индий-селенид.

Кремний (обзор).

Кремний является вторым после кислорода самым распространенным элементом на земле. Путем химической очистки его добывают из кварцевого песка. Очищенный он используется как в электронной промышленности, так и для производства элементов солнечных батарей.

В технике, работающей на энергии солнца, большая часть элементов производится на основе монокристаллического и поликристаллического кремния. также солнечная индустрия использует отходы электронной промышленности. Используемый там материал имеет высокую степень очистки, а для производства элементов солнечной батареи напротив достаточно кремния низкого качества. При производстве элемента солнечной батареи готовые слитки кремния режутся на пластинки. Эти пластинки должны быть очень тонкими, и в зависимости от формы исходного материала напоминают облатки. Так как производство монокристаллической пластинки кремния очень дорого, то при производстве в больших масштабах чаще всего прибегают к использованию поликристаллического кремния, чей энергетический КПД однако является ниже. Произведенные таким образом тонкие полосы полупроводников являются основой для производства элемента солнечной батареи. Чтобы избежать возможных проблем, связанных с нехваткой материала, и связанного с этим повышения цены, солнечная индустрия намеревается сейчас открыть свое производство кремния. В последние годы исследуется использование так называемого «грязного» кремния. Расходы на изготовление пластинок кремния составляют небольшую часть расходов на использование кремния высокой чистоты.

Аморфный кремний.

Элементы солнечной батареи из аморфного кремния не требуют больших затрат при производстве, так как оно является безотходным. Но его КПД составляет, однако, лишь 6-8% где-то у половины кристаллических элементов солнечной батареи.

С другой стороны, аморфные элементы используют рассеянный солнечный свет эффективней и выход энергии при повышении температуры элементов больше. Аморфный кремний не обладает кристаллической структурой (если сравнивать с монокристаллическим или поликристаллическим кремнием). Исходным материалом для производства фотоэлемента является силан (кремневодород), который наносится на материал основания (например, стекло или металлическую фольгу). Возникший подобным образом кремневый слой в 100 раз тоньше кристаллического кремневого фотоэлемента. Поэтому он и называется тонкослойный.

Система установки (обзор).

Для различных вариантов установки солнечных систем на зданиях или открытых площадях существуют различные фиксирующие конструкции. Важную роль при выборе фиксирующей системы играет вид коллектора или модуля (например, обрамленный и необрамленный). Сначала следует решить, будет ли солнечная система установлена на крыше или фасаде здания, либо она будет вмонтирована в крышу или фасад. При установке на крышах солнечных систем в случае, если крыша наклонная, используются множество крепежных систем, которые предназначены специально для установки солнечного коллектора или модуля. При этом речь идет, например, о системе реек из алюминия или высококачественной стали. Для вмонтирования в крышу, в случае, если крыша имеет наклон, существуют профили или специальная черепица, к которым уже прикрепляются маленькие солнечные модули. При этом виде установки важно не повредить саму крышу. При установке модуля или коллектора на плоской крыше используются, так же как и в случае наклонной крыши, металлические конструкции, бетонное основание или заполненные синтетическим материалом или цементом формы, которые под углом прикрепляются к кровле. При этом следует обратить внимание на статистическую характеристику плоской крыши. Система реек крепится либо на крышу, чтобы противостоять силе ветра, либо бетонными плитками (если конструкция металлическая), либо утяжеляется гравием (в случае использования форм), но не прилегает непосредственно к кровле. Крыша должна выдержать подобную нагрузку. При вмонтировании солнечных элементов в крышу, если она плоская, используются специальные полотнища, благодаря которым можно разматывать гибкие элементы солнечной системы. Солнечные системы при установке на фасады зданий различаются по своим функциям. Они могут размещаться перед фасадом, в этом случае они служат как производители энергии, оформление фасада и защита от ветра. Для этого существуют специальные рейки и скобы. В случае если солнечные модули или коллекторы интегрируются в фасад здания, то они берут на себя дополнительную функцию в качестве чехла для здания.

Монтаж на фасад

Интегрирование солнечных систем в фасад используется прежде всего если это большое офисное здание, либо большой многоквартирный дом. Некоторые производители солнечных модулей предлагают сделанные специально на заказ светопроницаемые модули, однако, они довольно дорого стоят. При использование этого метода различаются холодный и теплый фасады. Если фасад холодный, солнечные модули или коллекторы устанавливаются аддитивно, то есть, дополнительно перед фасадом и служат как производители энергии, отделка фасада и защита от ветра. Если фасад теплый, то солнечная система берет на себя дополнительную функцию в качестве чехла для здания. Существуют специальные модули из изоляционного стекла, которые также обладают звукоглушительным качеством.

Планирование солнечных систем при помощи компьютера.

Солнечные системы очень часто создаются при помощи симулирующих программ. Эти компьютерные программы дают сведения о размере всей установки и ее отдельных компонентов, о ее эффективности и экономичности.

При конструировании и дополнительном анализе эти программы могут сыграть важную роль. В то время как при конструировании стандартных систем используются обычные компьютерные программы, то в случае поиска ошибок в расчетах или при планировании или конструировании индивидуальных систем используются специальные программы – симуляторы. При этом данные программы используются в разных сферах, начиная с планирования больших солнечных систем, систем поддержания отопления, воздушных коллекторов до установок для бассейнов и даже солнечных электростанций. С их помощью также можно рассчитать влияние затемнения.

Большинство производителей элементов солнечных систем имеют в своем распоряжении компьютерные программы, которые настроены на их продукцию. Существуют также производители независимых программ – симуляторов. Преимущество симуляторов заключается в том, что покупатель получает солнечную систему, соответствующую его потребностям, и может рассчитать оптимальное сочетание цены и пользы.

Как солнечная система устанавливается на крышу?

При установке солнечной системы на крыше солнечный коллектор или модуль монтируется при помощи специальных комплектов для монтажа в 5-15см от кровли. Комплекты для монтажа делаются по большей части из оцинкованного железа, алюминия и высококачественной стали. Монтажные рейки цепляют за стропила. Особенно легко устанавливать системы, где коллекторы и модули вставлены непосредственно в рейки. Этот метод не требует дополнительных соединений. При установке солнечной системы на здание с наклонной крышей монтаж на крыше дешевле, нежели встраивание солнечной системы в крышу, так как черепица будет проломана лишь в нескольких местах, что не нанесет вреда герметичности крыши. Но встраивание модулей и коллекторов в крышу является самым оптически симпатичным вариантом, так как на крыше не будет никаких дополнительных конструкций.

«Островная» солнечная система.

«Островными» солнечными системами называются системы, которые не связаны с общей электросетью, и которые сохраняют в аккумуляторах электричество, произведенное солнечной установкой. Электричество, произведенное при помощи солнечной системы, сохраняется либо в виде постоянного тока, либо при помощи инвертора преобразуется в переменный ток. Эта система применяется в тех случаях, когда нет доступа к электричеству, соответственно, когда подключение к общей системе будет стоить столько же или дороже, чем использование «островной» солнечной системы, как, например, электричество для беседки или отдельно стоящего здания (хижина пастуха). «Островными» системами также считаются системы освещения дорог, строительных площадок, счетчики времени на платных стоянках, карманные калькуляторы, если они работают на солнечной энергии. В малозаселенных развивающихся странах «островные» солнечные системы зачастую являются единственной возможностью провести электричество в захолустные деревни (так называемые «сельские домашние системы). При хранении электричества, полученного из солнечной энергии, теряется от 10% до 30% произведенной энергии. «Островные» солнечные системы должны отвечать поставленным требованиям, так как расширение этих систем, как раз в области сохранения энергии, как правило проблематично.

Постоянный ток.

Постоянным током называется электрический ток, который постоянно течет в одном направлении. В отличие от переменного тока, постоянный ток изображается графически как прямая линия, а не как синус (смотри рисунок). Электричество течет от плюса к минусу (техническое направление тока).

Солнечные установки производят постоянный ток, который затем преобразуется при помощи инвертора в переменный ток и подается в общую электросеть. Проводка для постоянного тока имеет больший диаметр, чем для переменного тока. Если солнечная система установлена, то ее уже тяжело перенести, и это влечет дополнительные затраты. Поэтому проводку для постоянного тока делают на сколько это возможно короче. Именно поэтому в солнечной системе инвертор располагают рядом с модулем. Постоянный ток используется по большей части в приборах с небольшой мощностью, например, в карманных фонарях или автомобильных аккумуляторных батареях.

Инвертор.

Произведенный солнечными модулями ток преобразуется при помощи инвертора из постоянного в переменный. Инвертор является связующим звеном между модулями, которые производят постоянный ток, и общей электросетью. Кроме того, этот прибор хранит эксплуатационные параметры и следит за подключением к сети солнечных систем. Размер инвертора зависит от мощности солнечной установки. Также инверторы отличаются по методу установки.

Модульные инверторы прикрепляются к модулю, производящему солнечное электричество, и непосредственно в нем и преобразуют постоянный ток в переменный. Это обеспечит работу модулей на максимальной мощности. Если несколько модулей соединено между собой (параллельно или в ряд), то самый слабый модуль определяет общую мощность установки. Использование модульных инверторов предпочтительно тогда, когда отдельные модули в течение дня находятся в тени или мощность постоянного тока должна накопляться. Если несколько солнечных систем связано в линию и ток подается в инвертор от всей системы, то этот инвертор называется линейным. Минусом этого метода является то, что проводка постоянного тока, связывающая модуль и инвертор, достаточно длинна. Проводка для постоянного тока из-за величины диаметра жесткая и поэтому ее очень тяжело прокладывать. К тому же, в сравнении с проводкой для переменного тока проводка для постоянного тока стоит дороже.

Солнечное электричество.

При генерировании солнечного тока солнечное излучение преобразуется при помощи солнечных модулей в электрическую энергию. Этот вид производства энергии называется фотоэлектричество. Солнечный модуль состоит из множества элементов. Эти элементы производят постоянный ток из солнечного света. Постоянный ток можно использовать, например, для зарядки батарей (аккумуляторов) и, таким образом, хранить ток. В этом случае речь идет о так называемой «островной» установке. Однако можно преобразовать постоянный ток в переменный и подключиться к общей электросети.

Еще по теме:

  • Правила по эргономике Основополагающие правила эргономики Высота поверхности рабочего стола должна соответствовать росту сотрудника. Стандартные рабочие места Рексрот рассчитаны на диапазон роста, охватывающий 95% мужчин и женщин. Также доступны рабочие места, специально разработанные с учетом особенностей […]
  • Условия проживания тигра Об амурском тигре Амурский тигр Panthera tigris altaica Отряд: Хищные (Carnivora) Семейство: Кошачьи (Felidae) В 1947 году тигр был взят под охрану — в России охота на него была полностью запрещена. Этот удивительный зверь занесён в Красный список Международного союза охраны природы и […]
  • Возврат за садик соцзащита Компенсация за детский сад. Сумма компенсации за первого, второго, третьего и последующих детей в 2018 году Посещение детского сада в наше время – платное удовольствие. Иногда родителям сложно оплачивать посещение ребенком дошкольного образовательного учреждения, однако это необходимая […]
  • Расчет единовременного пособия при увольнении НачФин.info " rel="nofollow"> Печать E-mail Подробности Категория: Консультация военного юриста Опубликовано: 30 января 2017 Автор: SobKor Просмотров: 9949 Вопрос: Облагается ли налогом единовременное пособие, выплачиваемое военнослужащим, при увольнении из рядов Вооруженных Сил […]
  • Пособия на новорожденных в спб Детские пособия в Санкт-Петербурге в 2018 году Санкт-Петербург является обособленным субъектом федерации. На жителей мегаполиса не распространяются областные социальные программы. Городские власти создают свои проекты с целью охвата все нуждающиеся в поддержке семейства. Всероссийские […]
  • Дотация к пенсии неработающим пенсионерам Социальная доплата к пенсии неработающим пенсионерам Государство оказывает материальную помощь гражданам различными способами. Неработающие пенсионеры должны получать социальную доплату. Это вид господдержки, который появился в 2010 году ввиду обращений малообеспеченных лиц, вышедших на […]
  • Выход на пенсию военнослужащих в 2018 году Последние новости в вопросе увеличения пенсионного возраста военнослужащим Вопрос об увеличении пенсионного возраста с каждым годом становиться все более актуальным. Конечно, многих граждан нашей станы интересует один и тот же вопрос – так будет увеличении пенсионного возраста или нет? В […]
  • Заявление на расторжение брака в загс образец Развод через ЗАГС: процедура, заявление, образец 2017 года По статистике, более половины российских семей разводятся в течение 3 лет после даты заключения брака, если рассматривать более продолжительные временные периоды, то цифра вырастет до 65-70%. Если переводить проценты в абсолютные […]