Сонячний колектор в незалежності від типу конструкції являє собою пристрій для «захоплення» теплової енергії сонця і перетворення її для потреб конкретного споживача. Один з найпростіших і найпоширеніших типів сонячних колекторів - газова плита, в основі роботи якого використаний парниковий ефект.
Конструкція плоского колектора сонячної енергії
- Для плоского сонячного колектора можливе застосування як звичайного, так і загартованого скла з максимально високим коефіцієнтом пропускання спектрального та високоселективне теплопоглинальне покриття.
- Поверхня скла повинна бути матовою. для зменшення відображення.
- Плоский колектор складається з корпусу, як правило алюмінієвого. за допомогою якого і кріпиться до стіни будинку або даху. Основний елемент колектора - це абсорбер з теплопоглинальних покриттям, як правило, виготовлений з міді.
- До абсорберу припаивается трубопровід. використовується для відводу тепла. Сама конструкція знаходиться в скляному корпусі, одна поверхня якого приймає випромінювання, а інша утеплена для зниження втрат при нагріванні. Відведення тепла здійснюється за допомогою теплообмінника з міді або алюмінію, заповненого водою або антифризом.
Особливості вибору і покупки плоского сонячного колектора:
- Слід більш детально зупиниться на виборі скла для сонячного колектора. Найнижче за продуктивністю - звичайне скло, тому його використання не доцільно. Кращим варіантом вважається антірефлексірующее скло. Його особливість полягає в спеціальному малюнку, нанесеному на обидві поверхні матеріалу. Таким чином досягається максимально можливий коефіцієнт поглинання (до 96%).
- Ще один нюанс у використанні сонячних колекторів - це підтримання чистоти скла. В цьому випадку використовуються самоочищаються або полярні скла. Вигорання всього органічного сміття відбувається за рахунок нанесеного шару діоксиду титану і скло набагато довше залишається чистим. Також важливо селективне покриття для сонячного колектора.
- Одним з найважливіших моментів є хороша теплоізоляція, для зниження теплових втрат. Як правило теплоізоляція плоских колекторів встановлюється товщиною близько 40 мм і виготовляється з матеріалів з низькою теплопровідністю, таких як мінеральна вата або светоотражающая алюмінієва плівка.
Переваги та недоліки плоских сонячних колекторів для опалення:
- Підсумовуючи все вищесказане, плюси плоских сонячних колекторів наступні. висока продуктивність, простота і надійність конструкції, довговічність, можливість роботи протягом усього року при певних погодних умовах. Найбільш ефективно застосовувати розглянутий тип колекторів для нагріву води вище на 20 ... 40 ° С вище температури навколишнього середовища.
- Але і не можна не зупиниться на недоліки такої конструкції: низька продуктивність в холодну пору року і в похмуру погоду, складність монтажу, необхідно потрапляння сонячних променів під прямим кутом для досягнення максимальної ефективності, вимагає регулярного очищення від забруднень, слабка ремонтопридатність, так як конструкція не підлягає блочному ремонту (тільки повна заміна).
Як було зазначено вище, плоскі колектори як правило встановлюють на дах або стіни будинків. Найбільш раціонально встановити сонячні колектори ще при будівництві будинку, тому що це значно знизить витрати на покрівельні матеріали.
Незважаючи на те, що сонячні батареї екологічно чисті і по суті забезпечують Вас безкоштовною електроенергією, після терміну окупності, у них є головний недолік - вони дуже дорогі. Щоб прибрати цей самий негативний чинник для споживача, останнім часом проводиться все більше розробок в сфері здешевлення вартості сонячних батарей. Результатом таких розробок є полімерні сонячні панелі. Незважаючи на свій низький ККД, вони мають масу позитивних якостей, які і розглядаються в цій статті.
полімерні сонячні панелі
Що з себе представляють полімерні сонячні панелі в порівнянні з кремнієвими?
Звичайні сонячні панелі представлені великою кількістю фотоелементів. Ці фотоелементи об'єднані в єдину мережу, яка в свою чергу закріплюється на спеціальній поверхні, яка покрита селективним покриттям для сонячних батарей. Що таке фотоелемент? Фотоелемент - це напівпровідник, що перетворює сонячну енергію в електричний струм. Звичайно необхідний ще ряд пристроїв в сонячної мережі, які б накопичували енергію, стабілізували її і перетворювали в постійний струм в змінний, але все ж основним в отриманні енергії є фотоелемент.
Ось в них то і різниця: в звичайних батареях такі напівпровідники виготовлені з кремнію. Саме через кремнію процес виготовлення складним і дорогим за ціною. Кремнію, як викопного на планеті Земля, досить. Але процес переробки і очищення кремнію дуже складний. Ну і звичайно ніхто не відміняв утилізацію після використання сонячних батарей, коли вони виходять з ладу, після тривалої експлуатації. Це теж коштує грошей, адже в сонячних панелях міститься кадмій. Ще один мінус полягає в тому, як працюють кремнієві батареї. При великому нагріванні, продуктивність знижується. Це накладає необхідність використання спеціальних систем охолодження, що знову зводить питання до грошей.
Отже, сонячні полімерні елементи складаються з послідовно з'єднаних шарів-плівок, кожен з яких відповідає за певну функцію. Це і визначає товщину панелі. На полімерну основу накладають фотоактивного шару, які в свою чергу складаються з акцептора і донора.
Також по конструкції батареї бувають двох типів: пряма і реверсна (зворотна, перевернута). Назва походить від роботи електричних зарядів всередині. У зворотному будові, заряди екстрагуються протилежними по заряду електродами. Є свої плюси і мінуси: звичайне будова забезпечує більшу ефективність, а зворотне велику стабільність.
Як не крути, дуже багато чинників у використанні традиційних сонячних батарей зводяться до грошей. Тому гостро постало питання пошуку альтернативи. Саме в якості такої альтернативи виступають сьогодні полімерні сонячні батареї.
У чому відмінність полімерних сонячних батарей?
Сьогодні ця тема дуже жива і тому багато фірм зайняті розробкою саме полімерних СК панелей. По суті це плівка, що складається з декількох конструктивних елементів:
Отже полімерний напівпровідник або полімерний фотоелемент складається з внутрішніх елементів, які розташовані на гнучкій підкладці і захищені зверху шаром. Це дозволяє робити гнучкі сонячні батареї.
- Можливість робити гнучкі сонячні елементи
- Модульність конструкції дозволяє об'єднувати між собою нескінченну кількість окремих гнучких панелей, повторюючи будь-які форми поверхні, на якій розташовуються батареї
- Легкість за вагою і легкість в експлуатації
- Компактність. Найчастіше такі батареї можна згорнути в рулон
- Дешевизна виробництва в порівнянні з традиційними батареями
- Екологічність виробництва, навіть в порівнянні з кремнієвими батареями
Звичайно, не все так вже райдужно і у полімерних панелей є один великий недолік: низько малоефективне перетворення енергії сонця. Це зумовлює низьку зацікавленість у споживанні з боку користувачів. Найостанніші дослідження дозволили видати всього лише 6,5% ККД з урахуванням освітленості на квадратний сантиметр в 0,2 Вт. Звичайно кремнієві батареї з рівнем ККД в 40% куди більш цікаві для споживачів. Але тим не менше полімерні батареї все ж перспективні в своєму розвитку.
У промислових розмірах полімерні батареї випускає датська компанія Mekoprint A / S. Цікаво, що сонячні панелі цього виробника у вигляді плівки, можна розрізати, згортати і надавати їм будь-яку форму. Можна наклеїти плівку на будь-яку поверхню і при цьому виробляти електрику, нехай і невеликих обсягів. Це відкриває широкі перспективи у використанні і застосуванні наприклад, для транспортних засобів. Тільки уявіть електромобіль, повністю обклеєний такою плівкою. При чому без шкоди для дизайну, адже така плівка зможе повністю повторити форму авто. Полімерна сонячна батарея легко інтегрується навіть в одяг. Наприклад, цей же датський виробник вмонтував батарею в шапку, що дозволило живити невеликий радіоприймач. Словом, зерно майбутнього посіяно, тепер тільки почекати коли такі джерела зможуть видавати більш-менш пристойний ККД.
При цьому виробництво таких батарей в середньому в два рази дешевше виробництва звичних кремнієвих батарей. І ще більш екологічно ніж виробництво кремнієвих панелей. Випускати полімерні сонячні панелі не шкідливіше, ніж пластиковий посуд, наприклад. При цьому кремнієві, у виробництві викидають досить серйозне кількість відходів в атмосферу.
Загалом розвиток полімерних сонячних панелей дає можливість говорити про швидку заміну традиційних джерел електроенергії і навіть сонячних кремнієвих батарей. А завдяки гнучкості таких джерел, їх застосування можливе практично скрізь.
І нарешті, не можна не згадати і про чистоту процесу виробництва таких батарей. Виявляється таке виробництво не шкідливіше, ніж виробництво звичайної пластикового посуду і про шкідливі викиди в атмосферу, що відбуваються при виробництві звичайних батарей з кремнію скоро можна забути.
Цілком можливо, що через якийсь час ми забудемо про газі та вугіллі, так як при подальшому розвитку цієї технології цілком можливо що виробляється електроенергія з використанням полімерних СК батарей виявиться дешевше процесу отримання електроенергії шляхом спалювання традиційних енергоносіїв.
Мова в цій статті піде не стільки про сам колекторі, як про селективному покритті для сонячного колектора. Що це взагалі таке, навіщо застосовується і як зробити своїми руками селективне нанесення.
Для чого застосовується селективне покриття?
Шар такого типу в сонячних батареях є чи не найважливішим елементом в системі. Сенс в тому, щоб поглинати якомога більше сонячного світла, випромінювання. Таке покриття не тільки притягує повний спектр освітлення, але і перетворює в тепло і допомагає робити це більш ефективно. Назва селективного покриття відбувається з того сенсу, що правильний склад напилення або нанесення, дозволяє накопичувати і поглинати тепло, прямо як це роблять в сонячної панелі спеціальні діоди.
Як правило, хімікат для нанесення селективного покриття купити можна плюс-мінус за 1 $ на один квадратний метр. в общем-то таку процедуру збільшення ККД сонячного колектора можна виконати самому, своїми руками. Але важливо знати як. Якщо правильно підійти до справи, можна не тільки заощадити кошти, але і домогтися більшого спрямування від вашої системи нагріву теплоносія.
Селективне покриття для сонячного колектора - як зробити своїми руками?
По-перше давайте розберемося що таке коефіцієнт селективності. По суті це співвідношення поглиненої енергії і відданої енергії сонця. Саме цей показник важливий при виборі готової продукції для нанесення селективного покриття. Що можна вибрати в якості такого покриття:
- Готовий спеціальний хімікат, який продається у відповідних магазинах
- оксид міді
- Оксиди різних металів
- Спеціальний утеплювальний тонкий матеріал
- Чорний хром
- Можна просто пофарбувати приймаючу поверхню чорною фарбою (матовою) або накрити чорною плівкою або просто використовувати газову сажу. Але толку від такого нанесення буде в рази менше, ніж від спеціального напилення
- Також є спеціальна селективна фарба для сонячних колекторів
- Спеціальне селективне покриття з антіконвекціонним ефектом. Таке нанесення зменшує конвективну тепловіддачу. Для того щоб покриття подібного типу працювало на максимум, необхідно підготувати поверхню, відполірувати її і виготовіть таким чином, щоб вона добре відображала сонячні промені.
Як би там не було, при виборі матеріалу покриття необхідно враховувати коефіцієнт селективності: від 8,5 до 16. Селективне покриття для сонячних колекторів володіє і іншими параметрами, але цей один з найважливіших.