Сонячний колектор – це пристрій для перетворення енергії сонця в теплову енергію.

У середньому по році, в залежності від кліматичних умов і широти місцевості, потік сонячного випромінювання на земну поверхню складає від 100 до 250 Вт/м2, досягаючи пікових значень опівдні при ясном небі, практично в будь-якому (незалежно від широти) місці, близько 1 000 Вт/м2. В умовах України сонячне випромінювання “приносить” на поверхню землі енергію, еквівалентну приблизно 100-150 кг у.п./м2 на рік. Практична задача, що стоїть перед розробниками і творцями різного виду сонячних установок, полягає в тому, щоб найбільш ефективно “зібрати” цей потік енергії і перетворити його в потрібний вид енергії (теплоту, електроенергію) при найменших витратах на установку. Найпростішим і найбільш дешевим способом використання сонячної енергії є нагрів побутової води в так званих плоских сонячних колекторах.

Сонячні колектори різного типу дозволяють отримати теплову енергію, яка в першу чергу використовується для приготування гарячої води, що особливо актуально в літній період року, коли спостерігається максимальна сонячна активність та максимальне споживання гарячої води. Крім цього в окремих випадках при побудові комбінованих котельних установок тепло від сонячних колекторів частково можна використовувати в різних системах опалення, наприклад, при роботі котельної установки в перехідні періоди року, в районах з високою сонячною активністю.Такий підхід дозволяє істотно підвищити ефективність котельної установки в цілому.

Використовуючи енергію сонця, геліосистеми дозволяють щорічно економити традиційне паливо:

- До 75% – для гарячого водопостачання (ГВП) при цілорічному використанні;

- До 95% – для ГВП при сезонному використанні;

- До 50% – для цілей опалення.

Слід враховувати, що кожна система індивідуальна, і відсоток економії енергоресурсів при використанні геліосистеми необхідно розраховувати.

Сонячні колектори бувають трьох типів: плоскі, вакуумні і колектори-концентратори.

Плоский колектор складається з елементу, що поглинає сонячне випромінювання, прозорого покриття та термоізолюючого шару. Поглинаючий елемент називається абсорбентом; він з’єднаний з теплопровідною системою. Прозорий елемент зазвичай виконується з загартованого скла з пониженим вмістом металів. При відсутності відбору тепла (застої) плоскі колектори здатні нагрівати воду до 190—200 °C. Чим більше енергії випромінювання передається теплоносію, що протікає в колекторі, тим вище його ефективність. Підвищити її можна, застосовуючи спеціальне оптичне покриття, яке не випромінює тепла в інфрачервоному спектрі. Стандартним способом підвищення ефективності колектора стало застосування абсорбенту з листової міді через її високу теплопровідність

Вакуумник колектор є фактично більш ускладненим плоским колектором для зменшення тепловтрат. Можливе підвищення температури теплоносія аж до 250—300 °C в режимі обмеження відбору тепла. Домогтися цього можна за рахунок зменшення теплових втрат в результаті використання багатошарового скляного покриття, герметизації або створення в колекторах вакууму. Фактично сонячна теплова труба схожа за будовою з побутовими термосами. Тільки зовнішня частина труби прозора, а на внутрішній трубці нанесено високоселективне покриття, що вловлює сонячну енергію. Між зовнішньою та внутрішньою трубками знаходиться вакуум. Саме вакуумний прошарок дає можливість зберегти близько 95% уловлюваної теплової енергії. Окрім того, у вакуумних сонячних колекторах знайшли застосування теплові трубки, що виконують роль провідника тепла. При опроміненні установки сонячним світлом, рідина, що знаходиться в нижній частині трубки, нагріваючись перетворюється на пару. Пари піднімаються у верхню частину трубки (конденсатор), де конденсуючись передають тепло колектору. Використання даної схеми дозволяє досягти більшого ККД (у порівнянні з плоскими колекторами) при роботі в умовах низьких температур і слабкої освітленості. Сучасні побутові сонячні колектори здатні нагрівати воду до температури кипіння навіть при негативній навколишній температурі.

Підвищення експлуатаційних температур до 120—250 °C можливе шляхом введення в сонячні колектори концентраторів з допомогою параболоциліндричних відбивачів, прокладених під поглинаючими елементами. Для отримання більш високих експлуатаційних температур потрібні пристрої стеження за сонцем

Схема сонячної водонагрівальної установки

Сонячна водонагрівальна установка СВУ складається з сонячного колектора та теплообмінника-акумулятора. Через сонячний колектор циркулює теплоносій (антифриз). Теплоносій нагрівається в сонячному колекторі енергією сонця і віддає потім теплову енергію воді через теплообмінник, вмонтований в бак-акумулятор. В баці-акумуляторі зберігається гаряча вода до моменту її використання, тому він повинен мати добру теплоізоляцію. У першому контурі, де розташований сонячний колектор, може використовуватися природна або примусова циркуляція теплоносія. У баці-акумуляторі може встановлюватися електричний або який-небудь інший автоматичний нагрівач-дублер. У разі зниження температури в баці акумуляторі нижче встановленої (тривала похмура погода чи мала кількість годин сонячного сяйва взимку) нагрівач-дублер автоматично вмикається і догріває воду до заданої температури.

Сонячні установки сезонної дії з використанням сонячних колекторів можуть безпосередньо нагрівати воду в баці-акумуляторі.

Вакуумний сонячний колекторздатний практично повністю брати на себе обов’язки гарячого водопостачання та підігріву води для басейнів протягом усього літнього півріччя, а в зимовий період він здатний досить відчутно зменшити навантаження на котел, або бойлер. Скорочення часу роботи котла або бойлера здатне збільшити термін служби цього обладнання до двох і більше разів. Таким чином, встановлюючи в контурі котла або бойлера вакуумні сонячні колектори, Ви ,як би, безкоштовно отримуєте другий котел, монтаж якого сплачено і вже зроблений.

Спліт-системи

У цій системі сонячний колектор встановлюється на даху, а акумулюючий бак з водою встановлюється в приміщенні у зручному для монтування мережі гарячої води (котельня, санвузол та ін.) Бак і колектор з’єднані трубами, циркуляцію забезпечує насос, в баці встановлено електричний нагрівач, за температурою води стежить електронний блок. Сонячний колектор забезпечує збір сонячного випромінювання в будь-яку погоду, Незалежно від зовнішньої температури. Коефіцієнт поглинання енергії становить 98%. Установка відбувається безпосередньо на даху будівель таким чином, щоб найбільш ефективно використовувати площу даху для збору енергії. Колектори монтуються під будь-яким кутом від 0 до 90 градусів. Резервуар-теплообмінник (бак) являє собою автоматизовану систему перетворення, підтримки та збереження тепла, отриманого від енергії сонця, а також і від інших джерел енергії (наприклад, традиційний котел, який працює на електроенергії, газі або дизпаливі), які страхують систему при недостатній кількості сонячного випромінювання. Підігріта таким чином вода надходить з теплообмінника внутрішнього блоку в радіатори системи опалення, а вода з резервуару використовується для гарячого водопостачання. Контролер автоматично підтримує найбільш оптимальні параметри циркуляції і забезпечує комфортну задану температуру. За відсутності достатньої сонячної активності контролер може включати електронагрівач, встановлений в баці. В нічний час автоматика системи забезпечує мінімально необхідне залучення додаткової енергії для підтримки заданої температури усередині приміщення. Система має малоінерційність, швидко виходить на робочий режим і дозволяє забезпечити середньорічну економію енергоносіїв на водопостачання та опалення до 50%.

• можливість використання системи як додаткового джерела енергії для опалення;

• найбільш ефективні установки для помірного і холодного клімату, витримють температури до -50 ° С і низьку інтенсивність потоку сонячної радіації;

• мають велику кількість схем підключення;

• легко вбудовуються в існуючі системи гарячого водопостачання та опалення;

• розташування бака не вимагає строгого розміщення, тому системи легше модифікуються ніж пасивні;

• велика продуктивність за рахунок акти