Разновидности солнечных коллекторов Как устроен солнечный коллектор? Хотя их конструктивных решений может быть очень много, но принципиально в каждом коллекторе есть так называемый абсорбер (или поглощающая панель). В самом простом варианте абсорбер — это плоский металлический лист с прикрепленной к нему (пайкой, сваркой, механически прижатой и т.д.) одной или несколькими трубками, в которых движется жидкость, воспринимающая тепло. Поверхность листа, облучаемая солнечной радиацией, окрашивается в черный цвет. Для уменьшения тепловых потерь этой конструкции в окружающую среду абсорбер устанавливается в корпус в виде плоской рамы. Сверху этот корпус закрывается стеклом, а снизу под абсорбером укладываются теплоизоляция и днище. Вакуумный коллектор является дальнейшим развитием этой конструкции. Он, как правило, состоит из отдельных трубок с ребрами, помещенными в толстостенные стеклянные трубы диаметром 100 мм. Теплоизоляцией в этом случае является вакуум внутри трубки, который обычно составляет 10–4–10–5 мм рт. ст. Эти коллекторы эффективнее плоских, но существенно дороже. За рубежом выпускаются десятки конструкций солнечных коллекторов, но все удачные конструкции имеют приблизительно одинаковые тепловые и эксплуатационные характеристики. Многие западные фирмы, работающие в России, производят и коллекторы, и все необходимое оборудование для систем, но не продают их в нашей стране из-за отсутствия спроса, а также изза того, что их стоимость значительно выше той, что может оплатить российский покупательэнтузиаст, не имеющий никакой государственной поддержки. В России в небольшом объеме идут работы по созданию как солнечных систем, так и оборудования для них. Сейчас в нашей стране все необходимое оборудование легко приобрести, поскольку в системах можно использовать типовые элементы, хотя в Европе для солнечных систем изготавливаются циркуляционные насосы, бойлеры и регуляторы со специальной приставкой в названии. Это не относится к солнечным коллекторам, поскольку предприятий, выпускающих коллекторы по более доступной, чем за рубежом, цене, в России мало. Конструкция гелиоколлектора с селективным покрытием Что же представляет собой солнечный коллектор с селективным покрытием поглощающей панели? Любое нагретое тело отдает тепло в окружающую среду конвекцией и излучением. Обычное черное покрытие абсорбера коллектора хорошо поглощает солнечное излучение, но при нагреве его потери растут. От конвективных потерь абсорбер защищает остекленный корпус с теплоизоляцией, а для резкого снижения потерь излучением и служит селективное покрытие. Так, коэффициент поглощения солнечного излучения обычным черным покрытием составляет до 96 %, но и коэффициент излучения (или, по-другому, степень черноты) нагретого тела с таким покрытием составляет почти такую же величину. Поверхность абсорбера с селективным покрытием также эффективно поглощает солнечное излучение, но ее степень черноты составляет 5–10 %, т.е. она излучает в тепловом диапазоне в 10–18 раз меньше, чем просто окрашенная черной краской. Именно этим объясняется снижение тепловых потерь коллектора на излучение и повышение его общей теплопроизводительности на 20–25 %.Конструкцию солнечного коллектора рассмотрим на примере коллектора «Сокол-А». Абсорбер коллектора изготовлен из прессованных алюминиевых профилей в виде оребренных труб и имеет селективное покрытие, выполненное напылением в вакуумной камере. Корпус коллектора из специально разработанных алюминиевых профилей с интегрированными в их конструкцию узлами крепления и прижима стекла выполнен в виде плоской прямоугольной рамы. Защитное покрытие профилей корпуса — порошковая эмаль. Нижняя теплоизоляция — плита 50 мм из базальтового волокна Rockwool с гидрофобной обработкой. Прозрачная изоляция — однослойная, из закаленного стекла толщиной 4 мм. Уплотнение стекла — П-образным профилем из EPDM-резины и уголковыми алюминиевыми прижимами. Коллектор имеет четыре внешних присоединительных патрубка с наружной трубной резьбой 3/4?. Характеристики солнечного коллектора «СоколА» приведены в табл. 1.Опыт использования солнечного коллектора в системе ГВСВ последнее время накоплен некоторый опыт использования коллекторов в системах теплоснабжения. Так, кроме нескольких систем ГВС для индивидуальных домов в 2004 г. была построена система ГВС одного из учебных корпусов Сочинского государственного университета туризма и курортного дела. Солнечные коллекторы были установлены на плоской крыше здания. Эта установка используется университетом не только для ГВС, но и в учебных целях. Опыт эксплуатации показал, что такая система в климатических условиях городе Сочи может работать даже в зимний период в солнечные дни. От университета были получены следующие данные по характеристикам системы: 24 коллектора обеспечивают производство до 4000 л горячей воды в день. Выработка тепла системой составляет 0,7 Гкал/м2 в год, а его стоимость равна 170–200 руб/Гкал при стоимости тепла в городских теплосетях 1130 руб/Гкал. В настоящее время заканчивается монтаж еще одной системы на втором корпусе университета. Какие же дальнейшие перспективы развития таких систем в нашей стране? Анализ внутреннего рынка гелиотехники Внутренний рынок России для этого вида продукции — солнечных коллекторов и систем на их основе — еще формируется. Исторически это объясняется тем, что солнечные коллекторы в больших объемах никогда в стране не производились из-за отсутствия потребностей в них при существовавшей ранее нереально низкой стоимости энергоресурсов, вялого выполнения принятых государственных и отраслевых программ и полного пренебрежения экологией. Все сохранившиеся в России и странах СНГ солнечные водонагревательные системы основаны на базе серийно выпускавшихся коллекторов завода «Сибтепломаш» (г. Братск) или на базе опытных и мелкосерийных коллекторов разных производителей (Киев-ЗНИИЭП, тбилисский трест «Спецгелиотепломонтаж» и пр.). Причем их качество не соответствовало ни отечественному, ни зарубежным стандартам. Выпуск таких коллекторов, по крайней мере в России, в настоящее время почти прекращен.Во второй половине 1990х гг. в Краснодарском крае был создан ряд систем солнечного горячего водоснабжения на базе коллекторов Ковровского машиностроительного завода и фирмы «Радуга-Ц» (г. Жуковский).Существует два сектора рынка солнечных коллекторов: промышленные системы (как крупные, так и мелкие) и солнечные бытовые водонагреватели. Сегодня в связи с постоянным ростом стоимости энергоресурсов, на предполагаемом рынке сбыта наблюдается некоторое оживление. В ряде регионов, испытывающих особенно острый дефицит энергоресурсов, принимаются местные программы по энергосбережению и использованию возобновляемых источников энергии, в т.ч. и солнечной. В этих регионах отмечаются попытки разрабатывать солнечные коллекторы собственными силами, но при отсутствии опыта и солидных капиталовложений на НИР и ОКР они пока не привели к появлению ни одного коллектора современного технического уровня, который можно было бы сравнивать с коллекторами, разработанными за рубежом или лучшими российскими образцами. Потребительскому сектору рынка этот вид продукции вообще незнаком. Выпускаемые рядом предприятий летние души типа «черная бочка» по своим эксплуатационным характеристикам и теплопроизводительности не идут ни в какое сравнение с современными конструкциями, но представления покупателей об их возможностях уже сформированы и переносятся на весь класс солнечных водонагревателей и систем. Главными причинами медленной организации и расширения рынков сбыта солнечных коллекторов являются недостаток информации о коллекторах и стоимость, слишком высокая для формирующегося рынка. Потребители из-за отсутствия опыта и доступной информации, рассказывающей о возможностях солнечных систем, их разработчиках и изготовителях оборудования, не могут достоверно оценить экономическую эффективность применения солнечных систем теплоснабжения. Солнечный коллектор сам по себе не является конечным продуктом, имеющим потребительскую ценность. Для получения конечного продукта — горячей воды — необходимо создать систему солнечного горячего водоснабжения с обязательным выполнением комплекса работ: выбором объекта, где эта система будет наиболее эффективна, разработкой проектной документации, строительно-монтажными и пусконаладочными работами, а также гарантийным и послегарантийным обслуживанием. Если в случае солнечных бытовых водонагревателей эти проблемы практически не возникают или решаются очень просто, то для промышленных систем с разной тепловой нагрузкой возможен только этот путь. Любое его нарушение в условиях неустоявшегося рынка приводит к плохой работе системы. В России с вопросами выбора оборудования и принципами проектирования солнечных систем знакомы или сами производители коллекторов, или очень ограниченный круг специалистов, имеющих опыт еще советских времен. (Большинство солнечных систем в те годы создавалось на юге страны, и этот опыт практически полностью утрачен.) К сожалению, территориальные размеры России не позволяют осуществлять весь комплекс работ по созданию таких систем силами одного предприятия-производителя и требуют участия региональных исполнителей. Исследования рынка, проведенные в 1999–2002 гг., выявили несколько фирм (в основном в Краснодарском крае), имеющих опыт проектных и строительно-монтажных работ по солнечным системам, но в этом направлении сделано еще очень мало. Опыт показывает, что создание солнечных систем практически ничуть не сложнее, чем обычных систем теплоснабжения, а этими работами в нашей стране занимается множество фирм, накопивших богатый опыт их разработки и монтажа с использованием самого современного оборудования. Почему же развитие систем солнечного теплоснабжения идет столь медленно? Отметим, что интерес к солнечным установкам носит ярко выраженный региональный и сезонный характер. Сезонность спроса может быть оправдана только для бытовых установок, не требующих значительных работ по вводу в эксплуатацию. Но промышленные системы имеют больший срок подготовки, и зимний период должен являться временем наиболее напряженной работы. Оценивая общие перспективы развития российского рынка для солнечных систем ГВС, основной элемент которых — коллектор, на ближайшее будущее можно сделать вывод о том, что солнечные коллекторы являются совершенно новой, почти никем не проработанной позицией для нашего рынка. ? 1. Тарнижевский Б.В. Оценка эффективности применения солнечного теплоснабжения в России // Теплоэнергетика, №5/1996. 2. Бекман У., Клейн С., Даффи Дж. Расчет систем солнечного теплоснабжения. — М.: Энергоиздат, 1982. 3. ВСН 52–86. Установки солнечного горячего водоснабжения. Нормы проектирования. — М.: Госгражданстрой СССР, 1987. 4. ГОСТ Р 51595–2000. Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Общие технические условия.