Ориентация солнечного коллектора

Правильная ориентация солнечных коллекторов (направление и угол наклона) увеличивает их производительность. Земная атмосфера поглощает и отражает значительную часть солнечной радиации. Поэтому максимальное количество энергии поступает в полдень, когда прямой поток лучей меньше всего задерживается атмосферой. В северном полушарии оптимальным направлением в полдень является географический юг. Хотя для максимальной производительности коллекторов их нужно направлять на географический юг, допускается отклонение на 20 градусов к востоку или западу без увеличения площади поверхности коллекторов.

"Следящий" (поворачивающийся) за солнцем коллектор собирает на 20% солнечной радиации больше, чем ориентированный строго на юг. Однако этот выигрыш в производительности не окупает затрат на сооружение следящего устройства. Обычно выгоднее бывает увеличить площадь коллектора на 20%.

Местные особенности погоды (например, утренние туманы либо преобладающая облачность после обеда) должны также учитываться при размещении коллектора. Если местные погодные условия не играют особой роли, а коллектор невозможно повернуть к югу, рекомендуется обратить его к западу, чтобы воспользоваться более теплым послеобеденным временем (тепловые потери коллектора снижаются при высокой внешней температуре).

Поскольку высота Солнца над горизонтом в течение года значительно меняется в зависимости от географической широты, угол наклона коллекторов по отношению к высоте Солнца зависит от конкретной установки. В целом, сезонные изменения количества радиации должны приниматься в расчет для всех солнечных энергоустановок. Наклон поверхности коллектора на 30-50 градусов к югу в Северном полушарии либо к северу - в Южном приносит лучшие результаты в зимнее время и некоторые потери летом. Установки для отопления помещений размещают так, чтобы получить максимум от зимнего Солнца. В тропиках, где Солнце стоит высоко, наиболее выгодно устанавливать поверхность коллектора почти горизонтально. Оптимальный угол наклона солнечного коллектора равен широте местности. Положительная разность между широтой и углом наклона крыши приводит к лучшим эксплуатационным качествам системы зимой. Угол наклона коллектора меньший, чем значение местной широты, способствует лучшей работе системы летом. Отклонения угла наклона коллекторов из архитектурных соображений можно компенсировать дополнительной площадью коллектора.

Аккумулирующий бак

Солнечное тепло аккумулируется в баке за счет того, что в нем хранится горячая вода. Баки бывают разные по объему. Все они подсоединены к впускной трубе для холодной воды и выпускной - для горячей, а также к циркуляционным трубам. Наиболее эффективен вертикальный бак с градиентом температуры по высоте, при этом холодная вода на входе не смешивается с горячей водой в верхней части бака. При наличии горизонтального бака производительность системы снижается на 10-20%.

Тепло из солнечного коллектора передается воде в баке с помощью теплообменника. В качестве теплообменника обычно используется змеевик на дне бака либо оболочка вокруг бака с жидкостью-теплоносителем. В системах с естественной циркуляцией и малыми потоками жидкости обычно используется оболочка. В случае малых потоков жидкость-теплоноситель медленно протекает через оболочку бака-накопителя, что позволяет добиться градиента температуры жидкости в оболочке в соответствии с распределением в баке. Благодаря этому улучшается теплообмен, а значит, возрастает эффективность по сравнению с традиционными системами.

Бак-накопитель обязательно должен быть хорошо теплоизолирован, чтобы ночью вода в нем не остывала. Потери тепла зависят от множества факторов (температура воздуха, ветер, время года и т.д.) и составляют около 0,5-1 градуса Цельсия в час в течение ночи. Изоляция бака должна быть настолько надежной, чтобы вода, нагретая за солнечный день, оставалась горячей в течение двух дней. Особенное внимание нужно обращать на изоляцию верхней части бака и отсутствие тепловых мостиков. Опыт показывает, что минимальная толщина слоя изоляционного материала должна составлять 100 мм.

Нужно следить за тем, чтобы система труб, подведенных к баку, не допускала самопроизвольной циркуляции, из-за которой он может опустеть, даже если горячая вода не использовалась. Трубка для слива горячей воды должна подводиться к трубам с холодной водой, а к верхней части бака. Выходное отверстие бака-накопителя снабжается регулятором максимальной температуры, чтобы к потребителю поступала вода с температурой не выше, например, 60 оС независимо от температуры воды в баке.

Объем бака-накопителя солнечной установки должен составлять 80 литров на человека, при уровне потребления горячей воды 50 литров в день. Это средние значения. Если в доме имеется посудомоечная или стиральная машина, если есть несколько детей, ежедневно принимающих ванну, эти нужды также должны учитываться при расчете общего расхода воды.