Солнечный коллектор Сокол

история

конструкция

расчёт окупаемости

технические характеристики

системы без насоса

Солнечный коллектор "Сокол" разработан и производится с 1990 года на российском оборонном предприятии. Конструкция "Сокол", в котором использются самые современные утеплители и средства герметизации, постояно модифицируется и улучшается. Специально для коллектора "Сокол" был разработан и запатентован прижим стекла и алюминиевый профиль солнечного водонагревателя. После улучшений начальный КПД "Сокол" составил 80%, что на порядок больше всех российских и большинства импортных аналогов (включая вакуумные). По показателем теплопотерь, при низких температурах солнечный коллектор "Сокол" близок к вакуумным водонагревателям, при этом при положительных температурах и около нуля его КПД выше. Отношение поглощающего слоя (абсорбера) к габаритам больше и зимой снег не мешает его нормальной работе.

Главной особенностью солнечного коллектора "Сокол" является многослойное оптическое селективное покрытие. Слой выполняется методом магнитронного напыления в специальной вакуумной камере и состоит из нескольких покрытий толщиной 50 мкм, различных по своему составу и физичиским свойствам. Данный метод был отмечен серебряными медалями на международных выставках в Брюсселе (1999 г.) и Женеве (2000 г.). Поглощающий слой солнечного коллектора "Сокол", в отличие от "псевдо селективных" покрытий других производителей, обладает высокой степенью поглощения как видимых солнечных лучей, так и солнечной радиации в облачную погоду. Из-за низкого коэффициента черноты обратное излучение тепла в инфракрасном спектре минимально (3-5%). Благодаря этому солнечная энергия эффективно используется в системах нагрева воды и отопления, а не излучается с поверхности коллектора. Получается "солнечная ловушка" с высокими показателями эффективности в условиях низких температур и малой солнечной инсоляции.

Основной элемент коллектора - листотрубная панель. Данная панель выполнена из 10 отдельных алюминиевых труб с плоскими рёбрами, на которые нанесено в вакуумной камере срециальное поглощающее покытие.

В коллекторе используется однослойное прозрачное покрытие из закаленного стекла толщенной 4 мм с уменьшенным содержанием металлов. Для уплотнения стекла применяется П-образный профиль из атмосферостойкой EPDM резины. Полная герметизация достигается специальным высокотемпературным герметиком.

Нижняя теплоизоляция представляет собой мат Rockwool из базальтового волокна толщенной 50 мм, покрытый со стороны поглощающей панели алюминиевой фольгой. Боковой изоляцией служит пространство, определенного сечения, между стенками корпуса.

Для этого коллектора специально разработаны два типа алюминиевых профилей (стенка и прижим стекла), которые покрываются стойкой и долговечной порошковой эмалью. Цвет эмали может быть различным, в зависимости от партии и желания заказчика. В нижней части стенки корпуса имеется встроенное крепление для установки коллектора на монтажные опоры. Стекло устанавливается в корпус сверху на полки профиля и уплотняется прижимами без применения винтов. Замена повреждённого остекления при эксплуатации производится без демонтажа коллектора.

Известно, что в солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, установленный перпендикулярно солнечным лучам, падает от 600 до 1000 Ватт солнечной тепловой энергии (в зависимости от состояния атмосферы).Возьмем среднюю цифру в 900 Вт/м2.

Солнечный коллектор "Сокол" имеет площадь в 2 кв.м. Сторона, обращенная к солнцу, покрыта специальным светопоглащющим слоем и имеет практически 95%-е поглощение тепла. Обратная (теневая сторона) имеет утепление из 5 см минеральной ваты. Подсчитаем потери тепла, происходящие на теневой стороне. Коэффициент теплопередачи минеральной ваты равен 0,035 Вт/м*град. С учетом толщины и перепада температуры, например, в 50 градусов, получим потери равные 0,035/0,05 * 50 = 35 Вт. Примерно столько же будут излучать и торцы солнечного коллектора, трубы и пр. Из-за специального селективного покрытия и правильно подобранного расстояния между стеклом и абсорбером излучение тепла и конвекция воздуха будут минимальны. Итого примем теплопотери двухметрового солнечного коллектора равными 120 Вт.

Атмосфера не всегда бывает прозрачной, а коллектор не всегда идеально чистым. Поэтому для расчета будет брать поток энергии равным 800 Вт/м2, вычитаем теплопотери и получаем величину 680 Вт/м2.

Теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг*град. Соотношение между тепловыми Ваттами и Джоулями таково: 1 Ватт*час = 3600 Дж. Т.е. на нагревание 1 кг воды (1 литра) на один градус требуется примерно 1,16 Вт. Исходя из этих величин, мы можем вывести условную величину для нашего солнечного коллектора солнечного коллектора "Сокол", площадью в 2 кв.м.

1360 / 1,16 = 1172. Для удобства будет ее считать = 1150 /кг*град. Формально, это соотношение, сколько килограммов воды на сколько градусов можно нагреть за 1 час в солнечном коллекторе площадью в 2 м2. Конечно, тут не учтены все теплопотери коллектора. Ведь по мере его разогревания, он начинает излучать конвекционное тепло и со своей лицевой поверхности. Цифру 1200 можно считать действительной только для температур в пределах 10-70 градусов. Итак, давайте посмотрим, что значат эти 1200 /кг*град . Это значит, что солнечный водонагреватель "Сокол" нагреет за 1 час : 230 литров на 5 градусов, 2 коллектора - на 10 градусов; 190 литров на 6 градусов, 2 коллектора - на 12 градусов; 100 литров на 11,5 градуса; 50 литров на 23 градуса.

Средняя продолжительность активного светового дня составляет 6 часов в сутки. Летом это величина больше, зимой, соответственно, меньше. Поэтому в зимний период производительность солнечных коллекторов ЛЮБОЙ конструкции падает. Летом солнечный коллектор "Сокол" нагревает бойлер объемом 125 литров до 60-70 градусов. Это подтверждается многолетним опытом его эксплуатации.

За один сезон коллектор "Сокол" в Московском регионе нагреет воду, преобразуя солнечную энергию в количестве 1500 кВт при средних годовых значениях 2358кВт на 2 м2. Из рыночной цены на электричество 3,80 рубля за кВт выходит, что за сезон экономится около 5700 рублей. Коллектор может нормально функционировать и эксплуатироваться минимум 15 лет. При стоимости коллектора "Сокол" в нашей компании "Новый полюс" 15000 рублей, коллектор окупится полностью за 3-4 года. При этом Вы получаете от 120-150 литров горячей воды в день удобным надёжным автономным способом, улучшая экологическую ситуацию и уменьшая нагрузку на сети.

За один сезон коллектор "Сокол" в Московском регионе нагреет воду, преобразуя солнечную энергию в количестве 1500 кВт при средних годовых значениях 2358кВт на 2 м2. Из рыночной цены на электричество 3,80 рубля за кВт выходит, что за сезон экономится около 5700 рублей. Коллектор может нормально функционировать и эксплуатироваться минимум 15 лет. При стоимости коллектора "Сокол" в нашей компании "Новый полюс" 15000 рублей, коллектор окупится полностью за 3-4 года. При этом Вы получаете от 120-150 литров горячей воды в день удобным надёжным автономным способом, улучшая экологическую ситуацию и уменьшая нагрузку на сети.

Коллекторы "Сокол", бак-аккумулятор и соединительные трубы системы заполняются холодной водой. Солнечное излучение, проходя через прозрачное остекление коллектора нагревает его поглощающую панель и воду в её каналах. При нагреве плотность воды уменьшается и нагретая жидкость начинает перемещаться в верхнюю часть коллектора "Сокол" и далее по трубопроводу в бак-аккумулятор. В баке нагретая вода перемещается в верхнюю точку, а более холодная вода размещается в нижней части бака, т.е. наблюдается расслоение воды в зависимости от температуры. Более холодная вода из нижней части бака по трубопроводу далее поступает в нижнюю часть коллектора. Таким образом в коллекторном контуре устанавливается постоянная циркуляция, скорость и интенсивность которой зависят от плотности потока солнечного излучения. Постепенно происходит полный прогрев всего бака, при этом отбор теплой воды из верхней части бака для использования может производиться и до полного прогрева бака. На место горячей воды в бак снизу под давлением подаётся холодная вода, которая вытесняет нагретую воду. Рекомендуется применять бойлер со встроенным теплообменником (змеевиком).

Нагрев воды в загородных домах и дачах для бытовых нужд и отопления , обогрев больших бассейнов и теплиц, без использования электрического насоса и автоматики.