СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР

Предлагаемая полезная модель относится к гелиоэнергетическим установкам с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя и может быть использована в различных областях хозяйственной деятельности для нагрева воды или промежуточного теплоносителя.
Известна гелиоэнергетическая установка, содержащая солнечный коллектор, который преобразует энергию солнечного излучения в тепловую энергию и передает ее теплоносителю, состоящая из теплопоглощающей панели, прозрачной теплоизоляции, внутренней теплоизоляции, корпуса и соединительных элементов. (Д.Мак-Вейг «Применение солнечной энергии». Энергоиздат М. 1981 г. стр.27.)
Эта установка обладает рядом существенных недостатков. Применение в конструкции металла и стекла ведет к повышенному весу такой установки, что создает проблемы с размещением таких установок на слабо укрепленных поверхностях или приводит к дополнительным затратам на повышение прочности опорных конструкций. Наличие в таких установках стекла в качестве прозрачной теплоизоляции снижает их вандалоустойчивость и требует осторожного обращения с установкой при монтаже и техническом обслуживании. В результате высокое соотношение цена/качество и следовательно повышенная стоимость вырабатываемой солнечной установкой тепловой энергии отрицательно сказывается на продвижение таких установок на потребительском рынке.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является солнечный коллектор, основным элементом которого является теплопоглощающая панель, которая выполнена в виде ряда продольных
трубок, к которым присоединены плоские пластины и с торцевых сторон приварены коллекторные трубы для подачи и забора воды. Солнечный коллектор с нижней и торцевых сторон теплопоглощающей панели снабжен теплоизоляцией. В качестве прозрачной теплоизоляции используется упрочненное стекло с низким содержанием железа. Корпус, представляющий собой прямоугольный короб, сделан из алюминиевого профиля. Недостатком этой установки является достаточно сложная и трудоемкая технология изготовления и сборки, большой вес конструкции, низкая фронтальная выносливость прозрачной изоляции к силовым, в том числе ударным нагрузкам и высокое соотношение цена/качество изделия. (Патент РФ №2003100291, МПК F 24 J 2/42, прототип).
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу создания солнечных коллекторов из современных полимерных материалов с упрощенной технологией изготовления и сборки и снижения стоимости вырабатываемой тепловой энергии.
Поставленная техническая задача решается тем, что в солнечном коллекторе, содержащем корпус, в котором размещены теплопоглощающая панель и над ней прозрачная теплоизоляция, внутри корпуса размещена теплоизоляция нижней и боковых сторон теплопоглощающей панели, теплопоглощающая панель выполнена из непрозрачного или полупрозрачного теплостойкого и стойкого к ультрафиолету полимерного материала в виде плоской пластины с внутренними продольными каналами, причем теплопоглощающая панель с двух торцевых сторон, содержащих каналы, присоединена через продольные щели к коллекторным трубам, выполненным из теплостойкого пластика, с помощью клеевого или сварного соединения с возможностью сквозной прокачки теплоносителя, прозрачная теплоизоляция выполнена из листового или сотового теплостойкого и стойкого к ультрафиолету прозрачного полимерного материала, а теплоизоляция внутри корпуса выполнена из вспененного материала с низкой теплопроводностью покрытого со стороны, обращенной к
теплопоглощающей панели, отражающей солнечное излучение фольгой, корпус и крепежные элементы выполнены из стойкого к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям полимерного материала, внутренняя воздушная полость солнечного коллектора, образованная в результате герметичного клеевого или сварного соединения прозрачной теплоизоляции и корпуса, сообщена с окружающей атмосферой с помощью перфорированных отверстий в корпусе солнечного коллектора.
2
Такое выполнение плоского солнечного коллектора за счет применения легких полимерных материалов позволяет добиться снижения удельного веса солнечного коллектора и удельной в расчете на 1 м стоимости. Высокая эффективность преобразования энергии солнечного излучения в тепловую энергию теплоносителя в солнечном коллекторе обеспечивается применением высокопрозрачного для солнечного излучения и непрозрачного для теплового излучения теплопоглощающей панели пластика, светопрозрачного ограждения, например поликарбоната, а также за счет применения плоской теплопоглощающей панели с продольными каналами, разделенными между собой тонкими перегородками, с оптимальной толщиной панели, обеспечивающей оптимальный объем заполняющего панель теплоносителя. Фронтальная и тыльная стороны панели выполняются из непрозрачного или полупрозрачного материала, обеспечивающего эффективное поглощение солнечного излучения, как стенками панели, так и теплоносителем, протекающим внутри нее, что повышает эффективность передачи тепла к теплоносителю. Для повышения эффективности поглощения излучения панелью фронтальная поверхность донной теплоизоляции снабжается светоотражающей фольгой, отражающей и возвращающей на панель с нижней стороны прошедшую через панель часть солнечного излучения при использовании панели из полупрозрачного материала, В качестве панели может быть применен промышленно выпускаемый экструзионный сотовый поликарбонат или сотовый полипропилен необходимой толщины.
Применяемые в конструкции полимерные материалы должны быть теплостойкими, иметь рабочую температуру до 100°С и выше и стойкими к воздействию факторов окружающей среды, в том числе к солнечному ультрафиолету. Последнее достигается специальными наружными пленочными покрытиями и/или соответствующими наполнителями.
В отличие от стекла применение в качестве прозрачного ограждения ударостойких пластиков позволяет повысить вандалоустойчивость конструкции и другие эксплуатационные качества.
2
Легкость конструкции позволяет создавать солнечные коллекторы повышенной площади до 6 м, что ведет к дополнительному снижению удельной стоимости и упрощению монтажа.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, показанной на фиг.1.
Солнечный коллектор содержит корпус 1, теплопоглощающую панель 2 с внутренними продольными каналами 3 и коллекторными трубами 4, прозрачное ограждение 5, теплоизоляцию нижней и боковых сторон теплопоглощающей панели из вспененного материала 6 и покрытого фольгой 7, и систему подачи теплоносителя 8.
Предлагаемый солнечный коллектор работает следующим образом. Поток солнечного излучения падает на поверхность солнечного коллектора, ориентированного в южном направлении с оптимальным углом наклона к горизонту. Поток излучения проходит через прозрачное ограждение 5, имеющее защитное покрытие от ультрафиолетовых лучей и тем самым защищающее конструкцию от преждевременного старения, и попадает на теплопоглощающую панель 2. Непрозрачная или полупрозрачная теплопоглощающая панель 2 поглощает падающее солнечное излучение. Частично излучение через верхнюю поверхность панели при полупрозрачном исполнении проникает в теплоноситель и поглощается им. Непоглощенная доля солнечного излучения поглощается нижней поверхностью панели или отражается назад фольгой 7 покрывающей
обращенную к панели поверхность донной теплоизоляции. В конечном итоге, поглощение солнечного излучения приводит к нагреву теплоносителя, заполняющего внутренние каналы 3 теплопоглощающей панели 2 подаваемого в панель из системы подачи 8 через коллекторные трубы 4. Циркуляция теплоносителя через коллектор осуществляется либо с помощью насоса либо за счет гравитационных сил. Теплоноситель совершает несколько циклов из системы подачи 8 в солнечный коллектор и обратно, пока температура теплоносителя не достигнет максимального значения в зависимости от погодных условий.
Достоинством пластикового солнечного коллектора является его низкий коэффициент тепловых потерь, связанный с применением в конструкции только полимерных материалов, имеющих низкие коэффициенты теплопроводности. Применяемая новая конструкция теплопоглощающей панели позволяет существенно сократить трудозатраты на производство коллектора. Замена «классических» материалов, таких как металл, стекло, стекловолокно, применяемых в солнечных коллекторах, на полимерные позволяет избавиться от таких недостатков как высокий вес установки, хрупкость и низкие допустимые фронтовые нагрузки прозрачной изоляции и обеспечить благоприятное для потребителей соотношение цена/качество.
Применение солнечного коллектора можно найти в таких областях, как солнечные установки горячего водоснабжения и отопления индивидуального использования (частный дом, коттедж, дача и др.), солнечные системы горячего водоснабжения бытового, коммунального, производственного и сельскохозяйственного назначения (гостиницы, пансионаты, объекты общественного питания, прачечные, животноводческие фермы и т.д.).
Пластиковый солнечный коллектор является экологически чистым устройством преобразования падающего солнечного излучения в тепловую энергию.