Гелиосистема. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Гелиосистема. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Гелиосистема представляет собой устройство, которое используется с целью преобразования энергии солнца в иной вид, к примеру, в электрическую или тепловую. Главная особенность такой системы в том, что для ее получения не нужно что-то добывать или сжигать природные ископаемые, ведь это экологически чистая установка. Для возможности ее работы достаточно только солнечной погоды. Именно данный фактор ограничивает применение данного оборудования и ставит его эффективность в прямую зависимость от климатической зоны и времени года. Зимой такая установка поможет только подогревать воду, а летом ее энергии с лихвой хватит на удовлетворение всех нужд.

Сегодня гелиоустановки производятся серийно, ведь доказана их эффективность и имеется спрос на них. К тому же в ряде стран предусмотрены различные льготы и поощрения за их использование. Вызвано это тем, что затраты на эксплуатацию подобных установок минимальны и нет вреда экологии. Такие устройства можно использовать в любых сферах жизни. При помощи них можно нагревать или охлаждать воду, воздух в помещении, вырабатывать электрическую энергию и т.п.

Виды

Гелиосистема по способу применения может быть:

  • Которые используются для теплоснабжения. Их также называют солнечными.
  • Используемые для выработки электрического тока. Данное оборудование работает на фотоэлектрическом принципе.
  • Используемые для охлаждения, то есть для абсорбции и адсорбции.

Больше всего на данный момент используются системы теплоснабжения, так как они больше всего востребованы. На текущий момент времени подобное оборудование применяется с целью снабжения горячей водой и поддержания необходимой температуры в помещениях. В первую очередь это касается загородных домов, коттеджей, пансионатов и гостиниц. К тому же подобные установки могут применяться в различных областях промышленности и при выполнении ряда технологических процессов. Также данное оборудование может быть комбинированным и выполнять сразу несколько функций.

Системы солнечного теплоснабжения можно поделить по типу циркуляции теплового носителя:

  • Оборудование с принудительной циркуляцией.

S prinuditelnoi tsirkuliatsiei

  • Оборудование с естественной циркуляцией, то есть термосифонные.

S estestvennoi tsirkuliatsiei

По количеству контуров теплоносителя система может быть:
  • Одноконтурной.
  • Двухконтурной.
Одноконтурное оборудование
  • Вода по трубопроводной системе направляется от бака аккумулятора в солнечный коллектор.
  • Она нагревается и далее поступает в тепловую систему.
  • В помещении вода отдает свою тепловую энергию воздуху и постепенно остывает.
  • Далее вода направляется в бак, и цикл повторяется вновь.
У такого метода много плюсов:
  • Простота устройства.
  • Высокий коэффициент полезного действия.
Однако имеются и недостатки:
  • Вода вызывает коррозию металлов.
  • Сложность в условиях работы низких температур, ведь солнце не производит нагрев ночью и в плохую погоду. Это значит, что вода в системе может замерзнуть, расшириться и привести к поломке оборудования.
Двухконтурные системы

Предполагают использование специального теплоносителя в виде незамерзающей жидкости. При этом энергия тепла передается с помощью теплообменника, который часто имеет форму «змеевика».

К плюсам подобных систем можно отнести:
  • Надежность.
  • Безопасность и сохранность системы даже в зимний период.
  • Продолжительная эксплуатация, достигающая полсотни лет.
Однако имеются и недостатки:
  • Низкая эффективность функционирования.
  • Необходимость частой замены теплоносителя.
Циркуляция теплоносителя может быть:
  • Естественной.
  • Принудительной.

Гелиосистема естественной циркуляции базируется на том, что разогретый теплоноситель перемещается в вверх коллекторной системы, что приводит к появлению разности давления. Коллектор соединяется с баком, который находится выше него, что и приводит к появлению эффекта самопроизвольной циркуляции. Гелиосистема с принудительной циркуляцией предполагает применение специального насоса, который подключается к трубопроводной системе коллектора.

Устройство
Гелиосистема в большинстве случаев включает следующие основные элементы:

Geliosistema ustroistvo

  • Солнечный коллектор или так называемый гелиоколлектор. Данный элемент является основополагающим, ведь именно он улавливает солнечные лучи и преобразует световую энергию в тепловую или электрическую. Так инфракрасная составляющая излучения, попадая на коллектор превращается в тепловую энергию. Это приводит к разогреванию панелей. В результате этого жидкий теплоноситель в виде воды или незамерзающей жидкости нагревается.
  • Система трубопроводов, по которым перемещается жидкость от коллектора в бак и наоборот.
  • Бак-аккумулятор, в котором накапливается теплоноситель.
  • Контур нагрева воздушных масс или воды. Это могут быть трубы отопления.
  • Насос, который гоняет теплоноситель по системе.
  • Устройства регуляции температуры и контроля.
  • Дублирующий источник энергии. Он необходим, если на улице непогода или ночь.

Гелиосистема имеет замкнутый цикл работы, это значит, что теплоноситель отдает тепло и вновь перемещается к коллектору для нагревания.

Гелиосистема может иметь три основных вида гелиоколлекторов:
  • Открытые.
  • Плоские.
  • Вакуумные.

Все производители стремятся выпускать коллекторы, которые обеспечивали бы максимум поглощения энергии солнца с минимум потерь тепла.

В открытых установках используется поглощающая панель без корпуса. Она производится из резиновых или пластиковых материалов. Данные панели выделяются устойчивостью к ультрафиолету, поэтому их можно устанавливать непосредственно на крыше. Подобные коллекторы в большей части случаев применяются для подогрева воды в странах, которые выделяются теплым климатом и значительным числом солнечных дней в году.
Geliosistema otkrytyi kollektor

К плюсам подобных коллекторов можно отнести:
  • Простота устройства.
  • Легкий монтаж.
  • Большой коэффициент полезного действия устройства.
  • Небольшой вес.
К минусам относят:
  • Зависимость от погоды.
  • Ограниченность применения.
  • Небольшой эксплуатационный срок.

Плоские коллекторы наиболее распространены, ведь они предлагаются по лучшему соотношению эффективности, стоимости и надежности.
Geliosistema ploskii kollektor

К плюсам подобных коллекторов можно отнести:
  • Возможность эффективного применения круглый год.
  • Надежность и эффективность.
  • Универсальность.
  • Длительный эксплуатационный срок.

Однако в сравнении с вакуумными устройствами у них может наблюдаться снижение коэффициента полезного действия в период низкого излучения солнца.

Вакуумные гелиоколлекторы бывают плоскими и трубчатыми. Основная проблема использования данных устройств заключается в поддержании вакуума на необходимом уровне в период их службы. Поэтому в плоских вакуумных устройствах дополнительно устанавливают специальные насосы.
Geliosistema vakuumnyi kollektor

К плюсам подобных коллекторов можно отнести:
  • Высокая эффективность.
  • Универсальность.
  • Максимальный коэффициент полезного действия в зимний период.

Однако есть и минус — это низкая надежность, что вызвано большим риском побития градом или приведение в негодность другими погодными явлениями. К тому же любое небольшое повреждение приводит к исчезновению вакуума из панели.

Принцип действия
Главный принцип функционирования плоских солнечных коллекторов для отопления заключается в следующем:
  • Лучи солнца падают на плоский слой панели коллектора. В большей части случаев это пластины из специальных металлов, окрашенные в черный цвет и заключенные в стеклянный или пластиковый корпус. Панели устанавливаются на крышах или в других местах, где имеется прямой доступ к солнечным лучам. Они работают по принципу миниатюрной теплицы.
  • Полученная от солнца энергия нагревает воду, которая далее направляется к потребителю. Часть труб находится под пластинами.
  • Нагретая вода направляется в резервуар, где хранится до ее использования. В солнечный день температура нагретой воды достигает 70 градусов.

Совсем другой принцип работы имеет гелиосистема, которая рассчитана на выработку электрической энергии. Солнечные панели данной установки выполнены из фотоэлектрических ячеек, которые смонтированы в рамку. Ячейки производятся из полупроводникового материала, к примеру, кремния.

Работа таких панелей выглядит так:
  • Лучи попадают на полупроводник, что приводит к их нагреванию и частичному поглощению энергии.
  • Полученная энергия приводит к высвобождению электронов внутри полупроводника.
  • На фотоэлемент воздействует электрическое поле, приводящее к движению свободных электронов в требуемом направлении, что и приводит к образованию электрического тока.

Сила тока определяется мощностью фотоэлементов и напряжением ячеек. Эту электроэнергию можно использовать для работы различных электрических устройств. Для доставки электричества потребителю используются инверторы, контролеры и аккумуляторы.

Применение

Гелиосистема может применяться в следующих целях:

  • Горячее водоснабжение построек.
  • Горячее водоснабжение и отопление гостиниц и домов отдыха.
  • В системах горячего водоснабжения кафе и баров.
  • Подогревание воды в бассейнах.
  • Горячее водоснабжение и отопление промышленных объектов.
  • Для получения электрической энергии в частных домах и на промышленных объектах.

Похожие темы:

РубрикаЭЛЕКТРООБОГРЕВ