Сонячна енергія є найчистішою і найбільш невичерпною з усіх відомих джерел енергії. Сонячна енергія поділяється на дві категорії: термальну і світлову. Фотогальванічні елементи використовують технологію, що базується на напівпровідниках, для перетворення енергії сонця на електричний струм і може використовуватись як відразу, так і зберігатись (накопичуватись) в батареї для наступного використання. Вони можуть забезпечити чистий, відновлюваний ресурс (джерело) енергії, який може додати і зменшити використання основного (головного) електропостачання.
Термальна енергія, отримана від сонця, може бути використана для різних потреб, включаючи гарячу воду, обігрів приміщень (територій) і навіть охолодження шляхом використання технології охолодження поглинанням.
Сонячний колектор - устаткування призначене для перетворення сонячної енергії в теплову енергію з метою підігріву води для побутових потреб та підсилення опалення. Завдяки високому коефіцієнту абсорбції (95%) сонячний колектор ефективний практично 9 місяців в рік. Незамерзаюча рідина (розчин гліколю) забезпечує роботу сонячних колекторів при температурі повітря до -5 - 10*С.
Серцевиною колектора є скляні трубки Девара (двостінні скляні трубки). Між стінками цих трубок – вакуум. Внутрішня скляна трубка має селективну поглинальну оболонку. Тут поглинається сонячне випромінювання. Ізоляція, яку гарантує вакуум, дозволяє усунути небажані втрати тепла у наслідок трансмісії та конвекції. Тому вакуумні колектори працюють навіть при хмарній та холодній погоді (на відміну від традиційних).
Колектор стійкий до граду. У випадку механічного пошкодження скляні трубки можна замінювати без переривання роботи цілої установки.
Колектори відзначаються високою продуктивністю протягом цілого року. Значною їх перевагою є можливість використання незначного сонячного випромінювання.
Проте у холодну пору року вода, яка споживається, потребує догрівання традиційними джерелами тепла.
Сонячний колектор можна монтувати на даху, на фасаді будинку, на спеціальній конструкції, що прикріплена на даху чи на землі. Колектори повинні бути спрямовані на південь, південний захід; найоптимальнішим кутом нахилу є кут 40-45 ˚. У випадку монтажу на фасаді доцільно збільшити площу поверхні сонячного колектора на 25 %.
У наші дні сонячні водонагрівальні системи використовуються в приватних будинках, багатоквартирних будівлях, школах, мийках, лікарнях, ресторанах, в сільському господарстві і промисловості. Для всіх перерахованих закладів є щось загальне: в них використовується гаряча вода. Власники будинків і керівники підприємств вже змогли переконатися в тому, що сонячні системи для нагріву води є економічно вигідними і здатні задовольнити потребу в гарячій воді в будь-якому регіоні світу.
Загальний ефект використання сонячних колекторів:
- Отримання альтернативного джерела необмеженої, екологічно чистої безкоштовної енергії.
- Повне забезпечення потреб у гарячій воді для побутових потреб (навіть у місцях де відсутній магістральнй водопровід).
- Часткове забезпечення потреб опалювання (осінній-весняний період – до 90 %) (зимовий – до 40 %).
- Зниження рівня споживання традиційних енергоресурсів, а отже, і фінансових витрат.
Вакуумні сонячні колектори є ефективними не залежно від температури зовнішнього середовища, навіть у морозну та сніжну погоду.
Використовуючи енергію сонця, можна заощадити до 75% традиційного палива, яке необхідно для нагрівання гарячої води, і до 50% необхідного для цілей опалення. Системи сонячного теплопостачання вважаються одними із найбільш 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. Тому при виборі фірми яка буде проектувати та встановлювати для Вас таке устаткування обирайте надійного партнера з досвідом робіт у даній галузі.
У загальному сонячні колектори мають наступні переваги:
| Перевага | характеристика |
|---|---|
| 1.Тривалий термін експлуатації | Термін експлуатації поглинаючої панелі від 25 до 50 років Селективне покриття поглинаючої панелі складається з матеріалів, стійких до атмосферних впливів, сонячного випромінювання, і температурах до +300°С. |
| 2. Висока ефективність | Високоселективне покриття поглинаючої панелі Завдяки цьому покриттю поглинаюча панель здобуває більше тепла від сонячного випромінювання з високою ефективністю: 95% поглинається та лише 5% енергії випромінюється (для порівняння, для чорної фарби 94% - поглинається, 88% - випромінюється). |
| 3. Ударостійкість, прозора ізоляція | У якості прозорої ізоляції застосовується боросилікатне скло. Це скло у 6 разів міцніше за звичайне скло та здатне витримати більшість можливих випадкових ударних впливів. Геометрія колектора забезпечує цілісність прозорої ізоляції (навіть якщо використовується звичайне скло). Співвідношення габаритних розмірів колектора 1:2 зменшує навантаження на скло і підвищує його міцність до ударних впливів. У конструкції колектора передбачена можливість легкої заміни скла без демонтажу системи. |
| 4. Просте і надійне з'єднання | З'єднання колекторів можливо здійснити двома способами: за допомогою спеціальної затискної муфти (рекомендується в невеликих системах) чи за допомогою пайки (рекомендується в системах з будь-якою площею сонячних колекторів). З'єднання пайкою більш надійне і не перешкоджає мідній трубі вільно переміщатися при температурних розширеннях. Патрубок колектора має розширення, тому пайка двох колекторів здійснюється тільки по одному стику. |
| 5. Просте і надійне кріплення | Колектор легко монтується на дахах будь-яких типів, стінах будинків і відкритих площадках. Усі кріпильні елементи виготовлені з анодованого алюмінію (крім конструкцій на плоский дах) і з нержавіючої сталі. Опорні конструкції і кріпильні елементи розраховані на вітрове навантаження 30 м/с. |
Системи як із природною (пасивною), так і з примусовою (активною) циркуляцією теплоносія одержали широке поширення, але ключовими факторами при виборі системи є: можлива температура повітря у найхолодніший період року і кількість ясних сонячних днів. Сонячні колектори класифікуються на 2 типи (активні і пасивні) в залежності від способу циркуляції рідини що нагрівається і мають 2 варіанти виконання (прямі та непрямі) в залежності від наявності або відсутності теплоносія.
Пасивні (термосифонні) - циркуляція рідини здійснюється за рахунок конвективних потоків. В основі цього процесу лежить явище природної конвекції - прагнення теплих мас води вгору. При нагріванні води її обсяг дещо збільшується, а щільність і питома маса знижуються - вода стає легше і висхідними потоками піднімається по колектору у верхню частину бака. У свою чергу холодна вода поступово перетікає в колектор, де також нагрівається. Так відбувається циркуляція водних мас в системі. З цим явищем ми стикаємося в спекотну погоду - коли волога випаровується з поверхні Землі, досягаючи верхніх шарів тропосфери, водні маси збираються в хмари, охолоджуються і випадають у вигляді опадів.
Термосифонні системи одержали поширення в країнах з теплим кліматом і великою кількістю ясних днів (Туреччина, Греція, Єгипет, Ізраїль і т.і.), і використовуються, в основному, як індивідуальні.
Активні - для циркуляції рідини через колектор використовують електричний насос, додатковим обладнанням є контролер та клапани. При цьому насос використовується у випадку необхідності інтенсифікації виробництва гарячої води, часто досить тільки природної конвекції.
На всій території України (у т.ч. і на ПБК) рекомендується використовувати системи з примусовою циркуляцією теплоносія, тому що досить велика кількість хмарних днів приводить до значного зниження ефективності термосифонних систем (на 30%), а низькі температури в зимовий період року, змушують впроваджувати заходи по захисту від замерзання, що буває неможливо з погляду надійності. Ті незначні додаткові витрати в системах з примусовою циркуляцією швидко окупаються своєю ефективністю і безпекою.
Варіанти виконання сонячних установок:
Прямі – в системі циркулює вода, використовувана безпосередньо для гарячого водопостачання (відкритий контур).
Непрямі – в системі циркулює теплоносій (вода або антифриз), який через теплообмінник нагріває воду, використовувану для гарячого водопостачання (закритий контур).
