Плоские солнечные тепловые коллекторы: полное руководство по технологиям, применению и преимуществам

Узнайте, как современные плоские панели обеспечивают эффективное отопление

Жилое и коммерческое использование

В области использования солнечного тепла плоские солнечные тепловые коллекторы всегда занимали важное место на рынке благодаря своей многолетней истории, отработанным технологиям, высокой надежности и выдающимся возможностям интеграции в здания. Они являются ключевым устройством для эффективного преобразования энергии солнечного излучения в тепловую энергию, обеспечивая горячее водоснабжение, отопление и даже технологическую тепловую энергию для жилых, коммерческих и промышленных помещений. Они являются «сердцем» современных солнечных тепловых систем. 

В этой статье подробно рассматриваются принцип работы, техническая основа, преимущества и особенности, а также обширные варианты применения плоских коллекторов, что дает вам полное представление об этой классической и эффективной технологии.

I. Основная структура и принцип работы: просто, но не упрощенно

Стандартный плоский коллектор в основном состоит из следующих основных компонентов: 

Прозрачная крышка:

Обычно используется закалённое стекло с низким содержанием железа и высокой светопропускаемостью. Его функция заключается в том, чтобы пропускать как можно больше коротковолнового солнечного излучения, одновременно снижая потери длинноволнового излучения, вызванные выделением тепла внутренними теплопоглощающими пластинами (парниковый эффект), и защищая внутренние компоненты от воздействия окружающей среды, такой как ветер, дождь и град. 

Теплопоглощающая пластина (поглощающая пластина):

Это «душа» коллектора. Он обычно изготавливается из металла (меди, алюминиевого сплава или оцинкованной стали), а его поверхность покрыта тёмным селективным поглощающим покрытием. Это покрытие отличается чрезвычайно высоким коэффициентом поглощения солнечной энергии (α > 0,92) и крайне низким коэффициентом теплового излучения (ε < 0,10), что обеспечивает максимальный захват и сохранение тепла. 

Теплопоглощающая пластина имеет внутри каналы для потока жидкости, по которым протекает теплопроводящая среда (вода, антифриз или воздух), отводящая тепло. 

Изоляционный слой

Задняя и боковые стороны теплопоглощающей пластины обернуты высокоэффективными изоляционными материалами (обычно минеральной ватой или пенополиуретаном), которые используются для минимизации потерь тепла в окружающую среду, обеспечения прямой передачи тепла и повышения эффективности сбора тепла. 

Корпус:

Прочная рама из алюминиевого сплава или нержавеющей стали объединяет все вышеперечисленные компоненты в единый узел, обеспечивая прочность конструкции, герметичность и точки опоры для монтажа. 

Принцип работы: Солнечное излучение проходит через стеклянную крышку, улавливается селективным покрытием теплопоглощающей пластины и преобразуется в тепловую энергию. Тепло передается теплоносителю в проточном канале, вызывая повышение его температуры. Нагретая жидкость переносится в резервуар для хранения воды для последующего использования посредством насоса или естественной циркуляции, а изоляционный слой и крышка работают совместно, минимизируя теплопотери.

II. Основные преимущества: почему спустя десятилетия его все еще предпочитают?

Прочная конструкция и превосходная долговечность 

Интегральная пластинчатая конструкция обладает высокой механической прочностью, способной выдерживать суровые погодные условия, такие как град, сильный ветер и снегопад. Риск разрыва трубы исключен, а срок службы достигает 20–25 лет. 

Работа под давлением, стабильная производительность 

Металлический желоб выдерживает высокое давление в системе. В сочетании с напорным баком он обеспечивает достаточное давление воды, обеспечивая комфортное купание. Его также можно легко подключить к существующей системе холодного водоснабжения дома. 

Легко интегрируется, элегантный и стильный 

Плоская форма и модульная конструкция позволяют легко интегрировать его в наклонную крышу, балконные перила или внешние фасады зданий, достигая настоящей интеграции здания (BIPV-T), что соответствует современной архитектурной эстетике. 

Простота обслуживания и надежность эксплуатации 

Поверхность гладкая и ровная, не склонна к накоплению пыли и легко очищается дождевой водой. Она не имеет подвижных частей, имеет простую конструкцию, практически не требует ежедневного обслуживания и отличается крайне низким уровнем отказов. 

Отличные антифризные свойства (для систем с жидкими рабочими средами)

Заливка антифриза в замкнутый контур позволяет стабильно работать в экстремально холодных условиях (например, от -30 ℃ до -50 ℃), что полностью исключает риск замерзания и растрескивания.

III. Сравнение с вакуумными коллекторами

Особенности: плоский коллектор, вакуумный трубчатый коллектор

1. Конструкция/долговечность: в целом прочная, ударопрочная, без риска разрыва трубы. Изготовленная из стекла, она имеет очень низкую вероятность быть разбитой градом.

Отличается высокой комплексной эффективностью, хорошим использованием рассеянного света, быстрым начальным повышением температуры летом из-за перегрева и чрезвычайно высокой эффективностью в солнечные зимние дни.

2. Все системы, несущие давление, являются системами, несущими давление, тогда как большинство из них являются системами, несущими давление (тип прямого вставки).

3. Не требует ухода и легко очищается от пыли и снега. Необходимо регулярно очищать пространство между трубами.

4. Монтаж и эстетика имеют высокую степень интеграции со зданием, но внешний вид слишком бросается в глаза, а степень интеграции низкая.

5. Он обладает чрезвычайно высокой защитой от замерзания (система антифриза) и находится в хорошем состоянии (сама вакуумная трубка не замерзает), но трубопровод нуждается в защите.

6. Применимые сценарии: балконы высотных зданий, виллы, коммерческие проекты, крыши многоэтажных жилых домов в холодных регионах, дома, построенные собственными силами, и экономические приложения.

IV. Основные прикладные решения

Горячая вода для бытовых нужд - ГВС: 

1. Квартиры в высотных зданиях: При использовании настенной системы балкона коллектор устанавливается на внешней стене балкона, а напорный бак с водой размещается внутри помещения, что идеально решает проблемы пользователей высотных зданий. 

2. Виллы/малоэтажные дома: на крыше можно установить массивы коллекторов большой площади для удовлетворения потребностей в больших объемах горячей воды, подогрева пола и даже подогрева бассейна.

Бизнес и промышленные решения 

1. Гостиницы, больницы и школы: обеспечить централизованные солнечные водонагреватели для этих основных потребителей горячей воды, чтобы значительно сократить эксплуатационные расходы. 

2. Сельскохозяйственное разведение: используется для обогрева теплиц и поддержания постоянной температуры в прудах для аквакультуры, что снижает потребление энергии в сельскохозяйственном производстве. 

3. Промышленный предварительный нагрев: обеспечивает предварительную обработку технологического тепла для таких отраслей промышленности, как пищевая, текстильная и гальваническая, где требуется горячая вода низкой температуры.

Солнечные комбинированные системы 

В сочетании с системами конечного отопления, такими как подогрев пола и фанкойлы, он может частично или даже полностью удовлетворить потребности зданий в отоплении зимой, что является важным техническим путем к достижению «зданий с почти нулевым потреблением энергии».

V. Руководство по выбору и проектированию

Посмотрите на теплопоглощающую пластину сердечника 

Отдавайте предпочтение медным трубкам с алюминиевым оребрением или полностью медным теплопоглощающим пластинам, поскольку они обеспечивают наилучшую теплопроводность. Следите за тем, чтобы сварка сердцевины платы была равномерной и прочной. 

Посмотрите на селективные покрытия 

Узнайте о коэффициентах поглощения и излучательной способности покрытия. Чем выше коэффициент поглощения и ниже излучательная способность, тем лучше характеристики (например, чёрный хром, синяя плёнка и т. д.). 

Посмотрите на слой изоляции. 

Толщина слоя утеплителя должна быть не менее 40 мм, а для обеспечения теплоизоляционного эффекта следует использовать высокоэффективные утеплители (например, Rockwool) с высокой плотностью. 

Проверьте крышку и уплотнение.

Защитная крышка должна быть изготовлена ​​из закалённого стекла с высокой прозрачностью и низким содержанием железа. Материал уплотнительной резиновой ленты на корпусе должен быть качественным, чтобы гарантировать отсутствие протечек воды и скопления пыли при длительном использовании на открытом воздухе. 

Системный дизайн — это ключ 

Важно, чтобы расчет тепловой нагрузки и проектирование системы выполнялись профессионалами, которые смогут обоснованно определить площадь сбора тепла, емкость водяного бака, выбор насоса и клапана, а также схему системы управления.

Заключение

Плоские солнечные коллекторы — это зрелая технология, доказавшая свою надежность, эффективность и эстетичный внешний вид. Возможно, она не так изобретательна, как некоторые новые технологии, но её прочная конструкция, стабильная работа, высокая несущая способность и исключительная архитектурная гармония делают её привлекательной в современном мире, где всё больше внимания уделяется надёжности и комплексным решениям. 

Будь то снижение счетов за электроэнергию, уменьшение выбросов углекислого газа или повышение качества и комфорта зданий, выбор плоских солнечных коллекторов — это разумная долгосрочная инвестиция. Это не только инструмент для получения тепловой энергии, но и символ современного экологичного образа жизни.