В общем виде, солнечный коллектор представляет собой установку, предназначенную для сбора тепловой энергии Солнца, то есть солнечный коллектор — это разновидность гелиоустановки. Тепловая энергия, переносимая видимым солнечным светом и ближним инфракрасным излучением, нагревает теплоноситель, который затем передает тепло в систему, например, в систему отопления. Обычно такие решения применяются для нужд отопления и горячего водоснабжения в частных домов.
В основу работы одного из наиболее распространенных сегодня, пассивного солнечного коллектора, положены известные в технике простые принципы. Нагреватель использует в начале «парниковый эффект», при котором солнечные лучи свободно проникают сквозь прозрачное стекло и, передав энергию теплоносителю, уже не могут покинуть замкнутое пространство.
Далее, в гидравлической системе, реализуется термосифонный эффект, когда жидкость - теплоноситель при нагревании устремляется вверх, вытесняя более холодную, и перемещая ее вниз, к месту нагрева. Здесь не нужен насос. Кроме того, принятая таким образом солнечная энергия аккумулируется в накопительном баке, и сохраняется в устройстве в течение длительного времени.
Принципиально, типичный солнечный коллектор для нагрева воды устроен следующим образом. По вертикально расположенному змеевику вода поднимается вверх по мере нагрева, и поступает в хорошо теплоизолированный накопительный резервуар (бак - аккумулятор), из которого затем осуществляется забор жидкости. То есть здесь используется естественная циркуляция жидкости.
Остывшая жидкость из накопительного резервуара вновь поступает в коллектор, и проходит очередной цикл нагрева, после чего снова поступает в резервуар-аккумулятор, и так по кругу.
Для все сезонного применения солнечный коллектор должен обладать обширной поверхностью, иметь насос, два контура с антифризом, плюс дополнительные теплообменники. Так, благодаря грамотному использованию энергии солнца, в идеале можно добиться получения бесплатного тепла на протяжении 7 месяцев в году, причем независимо от того, светит солнце или нет. Но это активные коллекторы. Простые же, пассивные коллекторы, для отопления не подойдут.
Довольно распространенные сегодня плоские коллекторы в виде панелей включают в себя: теплоизолирующий слой, связанный с теплопроводящей системой абсорбер и прозрачное покрытие. Абсорбер покрывается особой черной краской, обычно это напыление оксида титана или черный никель, создающей селективное покрытие, обеспечивающее повышенную эффективность.
Прозрачное покрытие, как правило, это — рифленый поликарбонат или закаленное стекло с очень низким содержанием металлов. С задней стороны панель покрывается теплоизоляционным материалом, например полиизоциануритом. Трубки системы циркуляции теплоносителя изготавливаются из меди или сшитого полиэтилена. Корпус панели делается герметичным, полностью воздухонепроницаемым.
Если тепло не используется, то такие плоские коллекторы могут нагреть теплоноситель (обычно, смесь воды и гликоля) до 180-200°C. И чем больше энергии передается теплоносителю, перемещаемому в коллекторе, тем более высокой получается его эффективность. Для этого применяют особые оптические покрытия, не изолирующие инфракрасное тепло, с ними эффективность коллектора может достигать 95%.
Применение в качестве абсорбера листовой меди позволяет повысить эффективность, благодаря ее высокой теплопроводности, кроме того, высокая эффективность здесь связана с обширной площадью контакта трубки с теплоносителем и медного листа, посредством паяного соединения.
Накопительный теплоизолированный бак может иметь объем 200-300 литров, и располагается он выше панели коллектора. Для регулирования давления в системе используется расширительный бачок. Такие системы отлично подходят в качестве нагревателей воды, например, для душа.
