Термодинамические солнечные панели – эффективность, конструкция, принцип работы

Обновлено: 8 мая 2022.

Эффективность термодинамических солнечных панелей, их характеристики и окупаемость для многих остаются тайной за семью печатями. Это новая технология, которая только становится популярной. В этой публикации мы попробуем рассказать вам, как они работают и чего можно ожидать от такого источника тепла.

Термодинамические панели разработаны для обеспечения горячей водой и отопления дома. По принципу работы они являются симбиозом солнечного коллектора и теплового насоса. Они способны вырабатывать тепловую энергию как днем, так и ночью.

Конструкция термодинамического коллектора

Термодинамический коллектор является теплообменником, который нагревается и от воздуха, и от солнечного света. Он представляет собой плиту из алюминия, на поверхности которой расположены трубки со стенками высокой прочности.

Вся поверхность панели покрыта селективным покрытием. По трубам циркулирует хладагент с низкой точкой кипения, преимущественно фреоны R407c, R410.

Внутри здания установлен тепловой насос упрощенной конструкции, накопительная емкость, иногда теплоаккумулятор. Вся система управляется центральным контроллером.

Принцип работы

Абсорбент термодинамического солнечного коллектора поглощает солнечное излучение в широком диапазоне частот, от ультрафиолета до инфракрасного. Уровень излучающей способности селективного покрытия минимален и вся энергия передается хладагенту.

За счет площади и длины трубок хладагент также получает тепло из окружающего воздуха. В магистраль фреон попадает в жидком виде, его температура ниже -25 градусов, поэтому он нагревается даже в сильный мороз.

После прогрева в магистрали, фреон закипает и преобразуется в газ. Он попадает в тепловой насос, где сжимается и частично или полностью конденсируется в жидкость. Его температура существенно возрастает.

Далее хладагент поступает в контур, где отдает тепло воде в баке-накопителе или теплоаккумуляторе. После этого он попадает в испаритель, его давление падает до нормального, он снова переходит в жидкое состояние. Температура хладагента при конденсации снижается ниже -25 градусов. Затем фреон снова переходит в панель и цикл повторяется снова.

Эффективность термодинамической панели

Наибольший показатель COP солнечные панели показывают при солнечной теплой погоде. В светлое время суток их КПД сильно возрастает, но и ночью они вырабатывают больше тепловой энергии, чем поглощают электрической.

В конструкции системы панели выполняют одновременно роль теплового насоса и солнечного коллектора. В отличие от обычного воздушного теплового насоса, термодинамическая система не тратит электроэнергию на работу вентилятора, что снижает энергозатраты и повышает КПД.

Современные термодинамические системы и коллекторы отличаются по многим показателям. В среднем их COP составляет 2,6-2,9 единиц, но есть модели и сборки с другим КПД.

Большую роль в производительности теплового насоса играет компрессор. Чем он мощнее, тем более эффективно он сможет повышать температуру хладагента, но и потребление электроэнергии вырастет.

Особенности использования

Как обычные солнечные коллекторы, термодинамические панели целесообразнее устанавливать с ориентацией на юг. Лучше всего располагать их на крыше, чтобы возле них была свободная циркуляция воздуха.

Основное объем тепловой энергии коллекторы получают в светлое время суток. Ночью они не нагреваются от прямого или рассеянного солнечного света, а из-за падения температуры их производительность снижается.

Использование теплоаккумулятора поможет увеличить эффективность работы системы. Отопление и горячее водоснабжение в темное время будет производиться за счет накопленного днем тепла, а не производства низкоэффективной тепловой энергии.

Термодинамические коллекторы могут вырабатывать тепло даже в пасмурную погоду. Их эффективность не так высока, как хотелось бы, но общий КПД системы будет выще 100%.

Плюсы и минусы термодинамической системы

Позитивные стороны:

• Панели не требуют обслуживания, не содержат механических узлов;
• Тепловой насос поднимает температуру воды до необходимого уровня при низкой температуре даже ночью;
• Солнечные термодинамические панели более устойчивы к механическим повреждениям чем плоские или вакуумные коллекторы;
• Для работы теплового насоса не требуется монтаж наружного блока, укладки геотермального поля или бурения скважин;
• Панели можно использовать для рекуперации отработанного теплого воздуха;
• В работающую систему можно добавить одну или несколько панелей.

Минусы термодинамических солнечных панелей:

• Большая зависимость от прямого солнечного света;
• Термодинамические солнечные коллекторы не достигли пика развития и максимального COP;
• При большой нагрузке на систему зимой могут покрываться изморозью;
• Цены на оборудование сильно завышены из-за предвзятого отношения.

Как видим, термодинамические панели – отличная альтернатива солнечным коллекторам и тепловым насосам. Эти системы пока только развиваются и усовершенствуются, но уже сейчас показывают отличные результаты. В будущем они займут свое место в ряду энергосберегающих технологий для ГВС и отопления.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях