Слънчевите колектори се използват във все по-голям брой немски домакинства. Те абсорбират слънчевата енергия и я преобразуват в топлина. Независимо дали се използва за генериране на топла вода или за подпомагане на отоплението - областите на приложение са разнообразни и стъпка към устойчив начин на живот.
Слънчевите колектори (слънчева топлина) и слънчевите клетки (фотоволтаици) могат да съхраняват слънчевата енергия и да я преобразуват в топлина (слънчева топлина) или електричество (фотоволтаици). Това е голямо постижение, защото звездата в центъра на Слънчевата система е огромен източник на енергия: Всеки ден около 1,8 х 1014 киловата удрят земята. Ние, хората, дори не се нуждаем от толкова много енергия - енергийната мощност от 1010 киловата вече покрива глобалните изисквания и всеки ден получаваме около 10 000 пъти повече енергия.
Въпреки че използването на слънчева енергия започва в древността и предшественикът на днешните слънчеви колектори е изобретен през 19 век, реалното използване на слънчевите топлинни технологии в Европа започва едва по време на петролната криза от 1973 г. тогава първите слънчеви панели излязоха на пазара. Повечето от тях бяха твърде скъпи и технически ненадеждни.
Но през последните 45 години се случи много. Слънчеви колектори вече могат да бъдат намерени на много покриви на къщи и те са добър начин за генериране на допълнителна топлина.
Благодарение на дискретния си външен вид слънчевите колектори вече са подходящи за всяко архитектурно решение. Интеграцията на покрива се е доказала в продължение на много години и предлага защита от вятър и атмосферни влияния.
Структура и функция на слънчевия колектор
За да се използва слънчевата енергия за нагряване на вода или за отопление, е необходима слънчева термична система. Но бъдете внимателни: винаги е необходим втори топлинен генератор, тъй като енергията, генерирана от слънчевата топлинна система, не е достатъчна, особено през зимата. Скъпа, но единствена алтернатива: Спестявате слънчевата топлина с огромни резервоари през зимата.
Сърцето на слънчевата система е колекторът. Вътре има абсорбер, който улавя слънчевата радиация и се загрява в процеса. Това създава топлина, която от своя страна се прехвърля към топлоносител. Топлоносителят е течност (слънчева течност), обикновено състояща се от вода и пропилей гликол. Основната цел на пропиленгликола е да предотврати замръзването на водата през зимата и да стане твърде горещо през лятото. Нагрятата течност се изпомпва през тръбите през абсорбера и след това в соларния резервоар. По-голямата част от времето абсорбаторът е изолиран отстрани и отдолу, за да предотврати загубата на топлина.
Видове слънчеви панели
В зависимост от инсталационното пространство и бюджета можете да избирате между два основни модела: плосък колектор и тръбен колектор.
Колектор с плоска плоча
- абсорбатор
Колекторът с плоска плоча се използва много често. Съдържа плосък, непрекъснат абсорбатор, например от почернен метал, на гърба на който са закрепени водопроводните тръби, така че да провеждат топлина. Колко слънчеви лъчи абсорбира абсорбатора, зависи от материала, формата, разположението на тръбите и покритието. Панелите поглъщат най-добре слънчевите лъчи, когато материалът е възможно най-черен, тънък и топлопроводим.
- Средство за пренос на топлина
Циркулиращата вода е обогатена с антифризи като пропилен или етилен гликол, така че температурите на замръзване да не разрушат тръбите. Въпреки това, добавките трябва да бъдат екологично неутрални.
- Корпус на колектора
Абсорбаторът лежи в плътно затворена кутия, която предпазва от влага и прах. Корпусът трябва да бъде изработен от устойчив на корозия материал.
- Изолационен слой
Корпусът е облицован с лек, но здрав материал. Той трябва да има ниска U-стойност и да издържа на високите температури в колектора. Широко разпространени са панелите от твърда пяна във връзка с постелки от минерална вата, но също и овча и каменна вата. Внимавайте с газообразните съставки: Те образуват отлагания от вътрешната страна на стъклопакета и намаляват разпространението на светлина.
- Стъкленият капак
Колекторната кутия е покрита със стъклена плоча. Така наречената степен на предаване е важна за избора на стъклото. Той показва колко светлинна радиация пропуска стъклото. Стъклото трябва да достигне стойност 0,9. За тази цел се използва закалено стъкло с ниско съдържание на желязо. Обикновено е структуриран така, че да не заслепява. В продължение на няколко години има антирефлексни очила, които имат по-висока пропускливост от структурираните стъкла. Те обаче струват малко повече.
Колектор за вакуумна тръба
Колекторите за вакуумни тръби се състоят от голям брой вакуумни тръби, заобиколени от метални отражатели. По този начин слънчевата светлина се отразява от рефлекторите в тръбата. Те съдържат тъмен абсорбатор. Тъй като тръбите се евакуират, топлинните загуби са сведени до минимум. Освен това на по-малка площ се наблюдават по-високи температури. Колекторът работи ефективно и при дифузна слънчева светлина. Например тръбните колектори генерират толкова гореща вода на 3,5 квадратни метра, колкото плоските колектори на площ от пет квадратни метра. През лятото това е почти напълно достатъчно, за да загрее водата на четиричленно семейство. За една година 60 процента от нуждите на семейството от топла вода са задоволени. Недостатък: тръбният колектор струва два пъти повече от плоския колектор.
Що се отнася до тръбните колектори, трябва да се отбележи, че има два различни типа, които ще представим по-долу:
- Принцип на топлинната тръба
Всяка затворена тръба образува затворена верига. Лъчите на слънцето, които удрят абсорбера в тръбата, предизвикват изпаряване на специална течност. В горната част на тръбата парата се охлажда върху блок за топлообменник. Парата отново се втечнява. Течността в тръбата тече обратно надолу - изпарението започва отново. Топлината, отделена в процеса, загрява циркулационната течност, която тече покрай топлообменника. Топлопроводната система изисква минимален ъгъл на наклон от около 30 процента, за да функционира веригата.
- Тръби с директен поток
С тази система слънцето директно загрява течността за пренос на топлина в абсорбиращата тръба в средата на тръбата. Топлоносителят преминава през няколко тръби. Голямо предимство на тази система е, че тръбите могат да бъдат монтирани вертикално и хоризонтално.
Вакуумните колекторни колектори осигуряват оптимален добив на енергия, дори когато има малко слънчева радиация и през студения сезон.
От какви условия зависи добивът?
Годишният добив на слънчев колектор зависи от няколко фактора:
- Климатичните условия: Може да има значителни разлики между отделните местоположения в Германия. Има места с над 1000 киловат часа на квадратен метър годишно и места с по-малко от 900 киловат часа на квадратен метър годишно.
- Ориентацията: Най-добрата е ориентация на юг и ъгъл на наклон около 45 градуса.
- Сенки от други сгради или дървета.
- Замърсяване: Дъждът и снегът обикновено отнасят голяма част от мръсотията. Най-добре е да използвате нежни препарати и мека четка срещу упорити петна. Избягвайте да използвате почистващи машини под високо налягане.
Размерът на колекторите за отопление на вода
Всеки, който използва плоски колектори, се нуждае от 1,5 квадратни метра колекторна повърхност на човек в домакинството, за да загрее водата. За по-мощни тръбни колектори е достатъчен 1 квадратен метър на глава. Основно правило за размера на резервоара за съхранение на вода: Изчислете 40 литра топла вода от 45 градуса по Целзий на човек и ден по 2 пъти. Домакинство от 4 души може да се справи с 6 квадратни метра плоски или 4 квадратни метра тръбни колектори и резервоар за съхранение с 300 литра. Цена: около 3500 евро.
Отопление със слънчева топлина
За да използвате слънчева топлина за отопление на помещенията, изчислете 3 до 4 квадратни метра колекторна площ на човек в добре изолирани къщи. Резервоарът за съхранение трябва да побира около 60 литра на квадратен метър повърхност на колектора, малко по-голям за тръбни колектори. Цена: от около 6000 евро. В добре изолирана къща слънчевата отоплителна система може да осигури до 25 процента от енергията за отопление и топла вода.
Ефект от сняг
След като слънчевите панели са покрити със сняг, те обикновено вече не дават никакъв добив. Често обаче и в наши дни няма добив, тъй като слънчевата радиация обикновено е твърде ниска.
При тръбните колектори обаче все още е възможен добър добив в ясни, студени дни, така че премахването на снега може да бъде полезно.
Ако слънчевият колектор е покрит със сняг, той обикновено не поглъща никаква слънчева светлина и следователно не може да съхранява никаква енергия под формата на топлина.
Ефективността на слънчевите колектори и слънчевите клетки в сравнение
Нещо повече - слънчеви колектори или слънчеви клетки? Опитът показва, че слънчевите колектори са значително по-ефективни от фотоволтаичните модули. Слънчевите колектори постигат ефективност от около 90 процента, а топлинните загуби са малко под 50 процента. Това обаче все пак е по-добро от ефективността на фотоволтаична система с ефективност от само 20 процента. Причината за това е, че слънчевата светлина покрива широк спектър. Всякакъв вид радиация може да се превърне в топлина. Фотоволтаичните системи обаче могат да преобразуват само малка част от радиацията в електричество.