СВК состоит из трех обязательных элементов (вакуумный коллектор, накопительный резервуар и центр управления), обеспечивающих её эффективное функционирование.

Схема солнечного коллектора: 1 – солнечные лучи, 2 – вакуумный коллектор, 3 – датчик температуры № 1, 4 – бак сброса излишнего давления, 5 – центр управления, 6 – контроллер, 7 – электронагреватель, 8 – датчик температуры № 2, 9 – предохранительный клапан, 10 – входное отверстие (холодная вода),11 – выходное отверстие (горячая вода), 12 – накопительный резервуар с двумя теплообменниками, 13 – основной контур отопления.

Вакуумный коллектор – комплекс вакуумных трубок, преобразующих поток солнечного излучения в тепловую энергию, где осуществляется первичная передача полученного тепла в накопительный резервуар через циркулирующий в системе теплоноситель(незамерзающая жидкость).

Вакуумный коллектор комплектуется 10-30 вакуумными трубками, располагающимися параллельно друг другу. Количество коллекторов СВУ зависит от потребностей, но обычно достаточно 1-2, в отдельных случаях – 4-6 и более (в зависимости от направления использования тепла и нагрузки).

Элементарной единицей преобразования энергии солнечного излучения в тепло являются вакуумные трубки, которые улавливают наиболее ценное с точки зрения получения тепла излучение, а полученное тепло – передают воде, которая непосредственно используется в быту или теплоносителю, посредством которого осуществляется нагрев воды для горячего водоснабжения или отопления.

Накопительный резервуар – бак заданного объёма (как правило, 100-500 л) в котором накапливается тёплая вода, полученная от вакуумных коллекторов. Конструктивно выполнен в виде электрического бойлера с одним или двумя внутренними теплообменными спиралями. Функции накопительного резервуара: 1) накопление горячей воды, 2) сохранение полученного тепла, 3) дополнительный подогрев воды (при необходимости). По умолчанию резервуар комплектуется электронагревателем, но дополнительный подогрев (в случае необходимости) может осуществляться за счёт любой системы энергогенерирования (газ, дизель, уголь, дрова и тд.).

Центр управления (рабочая станция) – комплекс автоматического контроля функционирования вакуумного коллектора и накопительного резервуара, включающий контроллер, датчики температуры и давления, насос и запорные элементы. Позволяет полностью автоматизировать процесс и установить наиболее эффективный режим работы системы в течение суток в зависимости от заданных Вами параметров, что реализуется при помощи микропроцессорного контроллера обеспечивающего следующие функции:

· Индикация температуры коллектора, резервуара, обратного потока теплоносителя
· Выбор температуры активации принудительной циркуляции теплоносителя и дополнительного подогрева;
· Выбор временных параметров включения-выключения системы отопления и дополнительного подогрева;
· Выбор температуры режима антизамерзания;
· Индикация повреждения датчиков.

Принцип работы

В основу функционирования СВК положено четыре базовых процесса: 1) улавливание солнечного излучения; 2) теплообмен; 3) консервация полученного тепла; 4) автоматизированный контроль системы.

При этом инженерное решение по реализации этих процессов чётко распределяется в соответствии с элементами СВК. Так, солнечное излучение, попадая на коллектор, проходит через его вакуумную зону и достигает специального покрытия, которое улавливает те волны солнечного излучения, которые несут наибольшую энергию – в первую очередь инфракрасный спектр. В результате чего происходит интенсивный разогрев вакуумного коллектора. В зависимости от типа вакуумных трубок коллектора, полученная энергия передаётся: воде (непосредственно используемой), теплоносителю (вода или антифриз) или металлической пластине. В первом случае полученное тепло непосредственно передаётся воде для её нагрева. Во втором и третьем – используется теплоноситель или теплопередатчик. В качестве теплоносителя может использоваться обычная вода или антифриз (как правило, водный раствор гликоля), а в качестве теплопередатчика медная трубка или алюминиевая пластина.

Далее теплоноситель или теплопередатчик отдаёт полученное тепло воде, используемой для бытовых нужд (горячая вода и/или отопление). Обычно, теплоноситель или теплопередатчик пространственно соприкасаются с медной трубкой (спиральной, U-образной или головчатого типа), которая характеризуется повышенным коэффициентом теплообмена. Именно через медную трубку и осуществляется процесс теплообмена между теплоносителем (теплопередатчиком) и нагреваемой водой. В наиболее простых системах медные трубки отсутствуют, в таком случае процесс теплообмена происходит непосредственно между теплоносителем и нагреваемой водой.

С целью сохранения полученного тепла в СВК используются баки-резервуары, имеющие изоляционный слой, который обеспечивает как можно более продолжительное поддержание внутренней температуры. Для более эффективной координации функционирования наиболее сложные (и одновременно наиболее производительные) СВК комплектуются системой автоматического управления, где осуществляется контроль работы всей установки в соответствии с заданными параметрами, включая выбор оптимального режима работы системы в течение суток, при этом контроллер регулирует поток теплоносителя и определяетнаправление подачи тепла (горячее водоснабжение и/или отопление). Для бесперебойного функционирования СВК могут комплектоваться дополнительными источниками энергии, например: традиционный водонагреватель, работающий на электричестве, газе, жидком (дизель) или твёрдом (уголь) виде топлива, что обеспечивает наиболее высокую эффективность использования в зимнее время, когда нагрузки наиболее высоки, а также ночное время или облачную погоду, при этом альтернативный источник энергии используется лишь для поддержания заданных параметров.

Инсталяция

СВК могут устанавливаться на любом более или менее освещённом   пространстве: как горизонтальном – крыши зданий, техплощадки, так и  вертикальном – балконы. При этом экспозиция (север-юг) и угол  наклона (0-90˚) оказывают значение на эффективность работы всей  системы. Следует учесть, что функционирование системы возможно в  любое время года и погоду, однако наибольшая производительность  СВК приходится на период весна-осень. Поэтому при комплектации СВК  необходимо учитывать их минимальную производительность,  рассчитанную на холодный период года, когда количество солнечной  энергии снижается, а потребность в тепловой энергии – возрастает.

СВК могут работать в открытом автономном режиме (например: прямой  подогрев воды для пассивного горячего водоснабжения), но наиболее распространённые и эффективные типы установок – закрытые, двухконтурные, функционирующие при магистральном давлении водопровода и имеющие дополнительный источник энергообеспечения. Первый вариант – так называемые сезонные установки, функционирующие в тёплый период года, они популярны для применения в дачных посёлках. Второй вариант – всесезонные установки, обеспечивающие круглогодичное обеспечение теплом.

Классификация СВК

СВК классифицируются на 2 типа (активные и пассивные) в зависимости от способа циркуляции нагреваемой жидкости и имеют 2 варианта исполнения (прямые и косвенные) в зависимости от наличия или отсутствия теплоносителя.Типы СВК:

Пассивные – циркуляция жидкости осуществляется за счет конвективных потоков. В основе этого процесса лежит явление естественной конвекции – стремление тёплых масс воды вверх. При нагреве воды её объём несколько увеличивается, а плотность и удельная масса снижаются – вода становиться легче и восходящими потоками поднимается по коллектору в верхнюю часть бака. В свою очередь холодная вода постепенно перетекает в коллектор, где также нагревается. Так происходит циркуляция водных масс в системе. С этим явлением мы сталкиваемся в жаркую погоду – когда влага испаряется с поверхности Земли, достигая верхних слоёв тропосферы, водные массы собираются в облака, охлаждаются и выпадают в виде дождя.

Активные – для циркуляции жидкости через коллектор используют электрический насос, дополнительным оборудованием является контроллер и клапаны. При этом насос используется в случае необходимости интенсификации производства горячей воды, часто достаточно только естественной конвекции.

Варианты исполнения СВК:

Прямые – в системе циркулирует вода, используемая непосредственно для горячего водоснабжения (открытый контур).

Косвенные – в системе циркулирует теплоноситель (вода или антифриз), который через теплообменник нагревает воду, используемую для горячего водоснабжения (закрытый контур).

Общий эффект использования СВК:

1. Получение альтернативного источника неограниченной, экологически чистой бесплатной энергии.

2. Обеспечение потребностей в горячей воде для бытовых нужд (даже в местах отсутствия магистрального водопровода).

3. Полное или частичное обеспечение потребностей отопления (осенне-весенний период – до 80 %) (зимний – до 50 %).

4.Снижение уровня потребления традиционных энергоресурсов, а следовательно, и финансовых затрат.