Принципи дії колекторів

Основним елементом геліосистем є сонячний колектор (геліоколектор). Саме в поглинаючій панелі геліоколектора під впливом сонячного випромінювання (інфрачервоної складової) відбувається перетворення сонячної енергії в теплову, у результаті, панель розігрівається, а циркулюючий по каналах рідкий теплоносій - відбирає отримане тепло. Прозора ізоляція (скло) і теплоізоляційний шар зменшують втрати теплової енергії. У двоконтурних системах нагрітий у колекторі теплоносій надходить у внутрішній (чи зовнішній) теплообмінник бака-акумулятора, де передає отриману теплову енергію воді. Потім охлоджений теплоносій повертається в колектор і знову нагрівається - цикл замикається. Теплоносій безупинно циркулює між колекторами та баком до тих пір, доки не буде отримано досить сонячної енергії, щоб нагрівати воду.

Сонячний колектор – найбільш відоме пристосування, що безпосередньо використовує енергію Сонця, вони були розроблені близько двохсот років тому. Найвідоміший з них - плоский колектор - був виготовлений в 1767 році швейцарським вченим на ім’я Горацій де Соссюр. Пізніше ним скористався для приготування їжі сер Джон Гершель під час своєї експедиції до Південної Африки в 30-х роках ХIX століття.

Рисунок 2.12 Застосування сонячних колекторів у побуті

На практиці, сучасний ефективний плоский геліоколектор працює із середнім ККД у 50%, більш застарілі моделі працюють із ККД – 20-40%. ККД сонячного колектора нестабільний і може визначатися тільки для конкретних умов експлуатації в окремий момент часу. Чим нижче температура, до якої потрібно нагріти, тим вище ККД геліоколектора.

Рисунок 2.13 Втрати теплової енергії у плоскому сонячному колекторі

Геліоколектор практично ніколи не працює з максимальним ККД, тому що в цьому випадку температура, до якої потрібно нагріти, повинна бути не вище температури навколишнього повітря.

Використовуючи енергію сонця, геліосистеми дозволяють заощаджувати до 75% традиційного палива, яке необхідно для нагрівання гарячої води, і до 50% необхідного для цілей опалення. Принцип роботи такої геліосистеми зображений на рисунку 2.14.

Рисунок 2.14 – Умовне вироблення теплової енергії для нагрівання води в сонячний день, геліосистемою, що складається з 1 м2 ефективного геліоколектора і бака з гарячою водою на 80-100 л.

Системи сонячного теплопостачання вважаються одними із самих надійних і довговічних, за умови, якщо вони були правильно розраховані, використовувалося ефективне і якісне устаткування, а також були якісно змонтовані. Будь-яка помилка може призвести до того, що система не буде виробляти бажану кількість теплової енергії чи узагалі швидко вийде з ладу.