Arten von Sonnenkollektoren
Es gibt verschiedene Arten von Solarkollektoren, aber alle sind so konzipiert, dass sie die Energie der Wärme der Sonnenstrahlen sammeln, die zusammen mit dem sichtbaren und angrenzenden Infrarotspektrum kommen. Sie führen die Erwärmung des Kühlmittels durch und werden für die Heizung, die Bereitstellung von heißem Wasser und die Belüftung von Gebäuden für verschiedene Zwecke verwendet.
Flachkollektoren
Die Struktur von Flachkollektoren umfasst:
- Den Absorber – ein Element, das für die Aufnahme von Sonnenlicht verantwortlich ist und mit der wärmeleitfähigen Struktur kombiniert wird. Dies ist der technologisch anspruchsvollste Teil des Systems. Um seine Effektivität zu erhöhen, wird eine selektive Nickelschicht aufgetragen, und es wird mit Titandioxid besprüht, das schwarz oder schwarz lackiert ist.
- Die thermische Isolierschicht wird verwendet, um die Rückseite des Heliopanels zu verarbeiten. Meistens besteht es aus Polyisocyanurat, einem starren, thermoreaktiven Polymermaterial mit geschlossenen Zellen.
- Eine transparente Schicht aus Polycarbonatplatten mit gewelltem oder gehärtetem Glas mit geringem Eisenanteil.
- Polymerrohre aus Ethylenpolymer mit quer vernähten Molekülen (gestepptes Polyethylen) oder Kupfer.
Das grundlegende Funktionsprinzip eines Flachkollektors beruht auf dem Treibhauseffekt. Das Glas lässt die Sonnenstrahlen nach innen passieren und ermöglicht es, Solarenergie zu sammeln und sie dann an das Kühlmittel (Wasser oder frostfreie Lösung) mithilfe anderer Teile (in der Regel aus Aluminium oder Kupfer) zu übertragen. Heliopanels dieses Typs werden auch mit Silikondichtungsmasse behandelt, um eine vollständige Luftdurchlässigkeit zu erreichen.
Die Effizienz der Erwärmung des Kühlmittels hängt von der Anzahl der in den Kollektor einfallenden Sonnenstrahlen ab. Je mehr Energie an das Kühlmittel übertragen wird, desto höher ist die Effektivität der Einheit. Diese kann auch durch den Einsatz spezialisierter optischer Beschichtungen erhöht werden, die die Wärmeabgabe verhindern.
Die Effektivität der Funktion des Heliopanels wird durch die Produktion einer erhitzten Flüssigkeit pro 1 m² der Geräteoberfläche charakterisiert. Flache Varianten können das Kühlmittel auf 200ºC erhitzen.
Vakuumkollektoren
In einem Kollektor dieses Typs ist das Element, das die Sonnenstrahlen absorbiert, von der Umgebung getrennt, wo das Vakuum erzeugt wird. Dadurch wird der Wärmeverlust nahezu vollständig eliminiert. Die Verwendung einer selektiven Beschichtung reduziert wiederum den Energiebedarf für die Strahlung erheblich.
Auf dem Foto eines Vakuum-Solarkollektors ist klar zu erkennen, dass die Wärmeträger, die verwendet werden, Röhren sind, die nach dem Prinzip der Thermosflasche ausgestattet sind. Details sind ineinander gesteckt, und in der Lücke zwischen ihnen wird ein Vakuum erzeugt. Die schmale, zylindrische Form der Geräte bestimmt den Fall der Strahlen im Winkel von 90º zur Achse, was die Menge an Energie, die von einer Einheitsfläche empfangen wird, selbst am Morgen und Abend des Tages erhöht.
Röhrensysteme sind in der Lage, die Energie mehrerer Sonnenstrahlen effektiv zu sammeln. Tatsächlich funktionieren sie in diesem Fall wie flache Modelle, ausgestattet mit der Möglichkeit, sich nach der Sonne zu drehen. Die Verwendung von Reflektoren kann auch den Arbeitsbereich des Vakuumkollektors erheblich erhöhen.
Die nahezu vollständige Abwesenheit von Leerlaufenergieverbrauch bei der Funktion des Vakuumkollektors macht ihn unverzichtbar für den Einsatz bei Frost und gibt ihm Vorrang vor flachen Heliopanels bei Temperaturen unter 15°C.
Vakuumkollektor mit direkter Übertragung von Flüssigkeit Wärme
Die Strukturen von Röhren in einem Vakuumverteiler mit direktem Wärmetransfer der Flüssigkeit sind in einem bestimmten Winkel angeordnet. Sie sind mit dem Tank verbunden, aus dem das Wasser direkt in die Röhren fließt, wo es sich erwärmt und dann zurückfließt. Das Fehlen anderer Elemente ist ein wichtiger Vorteil der Einheit. Sammler dieser Art können auch ohne einen Tankantrieb arbeiten.
Vakuumkollektor mit direkter Übertragung der Flüssigkeitswärme und eingebautem Wärmetauscher
Die Kollektoren dieser Art sind im Allgemeinen ähnlich wie Geräte mit direkter Übertragung der Flüssigkeitswärme angeordnet, verfügen jedoch über einen effektiven Wärmetauscher, der von innen an den Tank angeschlossen ist. Ein solches Gerät kann in das Drucksystem der Wasserversorgung eingebettet werden.
Zur Verwendung der Ausrüstung bei niedrigen Temperaturen (bis zu -10ºC) wird eine Frostschutzlösung in den Wasserheizkreislauf eingegossen. Ablagerungen im Inneren des Kollektors bilden sich nicht, da das Wasser ausschließlich innerhalb des Kupfer-Wärmetauschers fließt und sein Maß unverändert bleibt.
Vakuumkollektoren mit Heizröhren
Für die Herstellung von teuren Vakuumkollektoren werden Kupfer-Heizröhren verwendet, die versiegelt und mit einer leicht siedenden Lösung gefüllt sind. Ihr Funktionsprinzip besteht darin, dass die erhitzte Flüssigkeit beim Verdampfen die Energie aufnimmt und sie zum Kühlmittel transportiert, wo sie oben kondensiert. Das Kondensat fließt dann zurück und der Vorgang wird wiederholt.
Die Wärmeübertragung erfolgt durch die “Manschette” des Empfängers aus Kupfer. Der Heizkreislauf des Kollektors ist durch Rohre physisch getrennt, so dass Schäden an einem oder mehreren Teilen seine Leistung nicht beeinträchtigen. Der Austausch der Elemente erfordert nicht die vollständige Entfernung der nicht gefrierenden Lösung aus dem Kontur des Wärmetauschers. Der Kollektor, der eine thermische Leitungslinie verwendet, wird bei Frost bis -35ºC (für Glasmodelle mit Heizröhren) oder -50ºC (Produkte mit Metall-Heizröhren) hergestellt.
Sonnenkollektoren mit Konzentratoren
Die Anordnung von Solarkollektoren mit Konzentratoren erfolgt über parabolisch-zylindrische Reflektoren, die direkt unter den Details platziert sind, die die Strahlung der Sonne absorbieren. Das Verfahren ermöglicht es, Betriebsparameter des Kühlmediums von 120-250ºC und mehr zu erreichen (wenn gleichzeitig Tracking-Geräte für die Lichtquelle verwendet werden).
Solar-Luftkollektoren
Die Hauptcharakteristik von Luft-Sonnenkollektoren ist ihre Fähigkeit, die Luftmasse zu erwärmen. Typischerweise gehören diese Geräte zum Typ einfacher flacher Heliopaneele. Für ihre Arbeit ist kein Wärmeaustauscher erforderlich, da die Luft nicht einfriert.
Die Luft strömt durch den Absorber zwangsweise oder auf natürliche Weise. Sie führt die Wärme nicht so gut wie flüssige Kühlmittel ab, daher erhöht der Einsatz von Ventilatoren zur Verbesserung des Wärmeübergangs und zur Verstärkung der Wirbelbildung in der atmosphärischen Masse die Effektivität des Geräts.
Luft-Sonnenkollektoren haben eine einfache Struktur und eine hohe Ausfalltoleranz, ihre Arbeit ist leicht zu kontrollieren. Bei Einhaltung der Betriebsregeln können sie regelmäßig mehr als 15-20 Jahre lang funktionieren, ohne dass Reparaturen und Wartung erforderlich sind.
Typen von Sonnenkollektoren zur Erwärmung von Luft können in die Dächer oder Wände von Gebäuden integriert werden. Sie dienen oft als Haupt- oder Zusatzsystem zur Heizung und Belüftung von Gebäuden, wo der Zugang zu anderen Energiequellen schwierig oder unmöglich ist.
