2.3.Типи сонячних колекторів.

2.3.1.Плоский сонячний колектор.

Плоский колектор - найпоширеніший вид сонячних колекторів, що використовуються в побутових водонагрівальних і опалювальних системах.

Рис.2.4. Переріз плоского сонячного колектора.

Так як основна інтенсивність сонячного випромінювання в наземних умовах знаходиться в спектральному інтервалі 0.4 мкм-1.8мкм (малюнок 8 а), то в якості прозорого верхнього шару використовується звичайне або загартоване скло, що має коефіцієнт пропускання в цьому спектральному діапазоні до 95% (малюнок 8 б). Розташоване в нижній частині колектора теплопоглинаюче покриття має коефіцієнт поглинання сонячного випромінювання до 90%. Нагріваючись, покриття випромінює теплову енергію, основна потужність якої знаходиться в інфрачервоному діапазоні (Рис. 2.5.). Даний спектр випромінювання вже практично не пропускається склом.

Рис. 2.5. Залежність довжин хвилі від інтенсивності випромінювання

Таким чином, досягається акумуляція сонячної енергії всередині колектора.

Передача теплоти до теплоносія здійснюється за допомогою конструктивних елементів, виконаних, як правило, з алюмінію або міді.  Найчастіше використовують мідь, оскільки вона краще проводить тепло і менше схильна до корозії, ніж алюміній. Відведення теплоти здійснюється теплоносієм - водою або розчином незамерзаючої рідини.  Крім звичайного скла, в плоских сонячних колекторах також може використовуватися полікарбонат, скло з низьким вмістом заліза, яке добре пропускає сонячні промені, ударостійке скло. 

Рис. 2.6. Схема парникового ефекту і втрат.

Більш наочно схема парникового ефекту і втрат, які мають місце в плоскому колекторі, представлена на малюнку рис. 2.6.

Важливою характеристикою сонячних колекторів є виробництво гарячої води з 1 м2 поверхні. Для України, в літній сонячний день продуктивність плоских колекторів може досягати 50 літрів води, нагрітої до 50 - 60 оС з 1 м2 у день. 

Рис. 2.7. Розріз плоского колектора.

Пластина поглинача оброблена спеціальним високоселективним покриттям, яке краще утримує поглинене сонячне світло. Це покриття складається з дуже міцного тонкого шару аморфного напівпровідника, нанесеного на металеву підставу, і відрізняється високою поглинаючою здатністю у видимій області спектру і низьким коефіцієнтом випромінювання в довгохвильовій інфрачервоній області. Завдяки засклінню (у пласких колекторах зазвичай використовується матове скло, через яке проникає тільки світло, скло з низьким змістом заліза) знижуються втрати тепла. Дно і бокові стінки колектора покривають теплоізолюючим матеріалом, що ще більше скорочує теплові втрати.

Слід зазначити, що в результаті тривалого вдосконалення колектори даного типу практично досягли найбільш оптимальних показників ефективності терміну експлуатації та вартості.

Конструкція плоского сонячного колектора представлені на малюнках ?.

Рис 2.8. Конструкція плоского сонячного колектора.

Переваги:  - Висока ефективність; - Відносна простота конструкції;  - Надійність;  - Можливість ефективної експлуатації на протязі всього року;  - Тривалий термін експлуатації. 

- Висока екологічність: установки не виділяють в атмосферу забруднюючі речовини; - Тривалий термін експлуатації, часто перевищує 20 років; - Мінімальні витрати на утримання установок у процесі їх використання; - Окупність пристроїв за 2-3 роки; - Пристрої забезпечують задоволення потреби в гарячій воді та опаленні відповідно на 80% і 50%; - Сонячні колектори достатньо просто підключаються до вже встановленим опалювальним системам; - Пристроями забезпечується повне або чергове опалення приміщень будь-якої площі; - Їх потужність настільки велика, що дозволяє нагрівати воду навіть у відкритих басейнах; - В деяких пристроях вбудовані системи знезараження води та ін.

Але поряд з перевагами є і недоліки плоского сонячного колектора:

1. Плоский сонячний колектор поміщають в корпус із захисним склом для зниження теплових втрат. Повітряний простір між склом і поглинаючою панеллю плаского сонячного теплогенератора допускає значні теплові втрати, особливо в холодні і легковажні дні (до 80% від сумарного падаючого теплового потоку).

2. Плоский сонячний колектор володіє високим гідравлічним опором, оскільки теплоносій циркулює по розгалуженій довгій системі трубопроводів малого діаметру. Це приводить до підвищеного енергоспоживання на привід циркуляційного насоса плаского геліоколектора.

3. Без контролера, плоский сонячний водонагрівач може відбирати накопичену теплоту (тобто саморазряжаться), якщо його температура стане нижча за температуру води в баку-акумуляторі.

4. Плоский сонячний колектор, при монтажі геліосистеми, вимагає точної орієнтації на південь, а також певного кута нахилу відносно поверхні (наприклад, дахи будинку).

5. При руйнуванні скла різко падає ефективність роботи плоского сонячного нагрівача. Потрібний негайний його демонтаж і заміна скла в майстерні.

6. Складність транспортування і монтажу плоского сонячного колектора. Панель плоского сонячного колектора монолітно має бути піднята для установки на даху будинку.