Солнечный коллектор — устройство для сбора энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением.

Плоские солнечные коллекторы

Плоский солнечный коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбером; он связан с теплопроводящей системой. Прозрачный элемент (стекло) обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов. При отсутствии разбора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—200 °C.

Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре. Стандартным решением повышения эффективности солнечного коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности.

Вакуумные солнечные коллекторы

Вакуумный коллектор с тепловой трубкой обязан своим названием тепловой трубке принцип работы которой показан на рисунке.

Тепловая трубка представляет собой медную трубку запаянную с обоих сторон на верхнем конце имеется утолщение. В трубке находится небольшое количество жидкости (дистиллированная вода, керосин или другая не токсичная жидкость), воздух из трубки выкачан. Из-за низкого давления жидкость начинает кипеть при низкой температуре (около 20 °С) пар поднимается вверх где конденсируется отдавая тепловую энергию. Для сбора тепловой энергии верхняя часть трубки помещается в коллектор по которому протекает специальный теплоноситель или вода. В качестве коллектора может использоваться как труба по которой протекает жидкость, так и бак с водой в системах с естественной циркуляцией. Место контакта тепловой трубки и коллектора как правило смазывается термопастой для улучшения передачи тепла.

Для передачи тепла используется сухой контакт что дает этому виду коллекторов ряд положительных качеств.

Вакуумный коллектор с тепловой трубкой не боится отрицательных температур, жидкость внутри трубки не замерзает. Тепловые трубки легко вставляются в коллектор непосредственно на месте установки, что значительно упрощает монтаж всей установки. Так же в случае необходимости трубки могут быть заменены без остановки системы. Повреждение одной или нескольких трубок не приводит к остановке системы, снижается только тепловая отдача коллектора.

На основе вакуумного коллектора с тепловой трубкой разработаны различные системы нагрева воды и отопления. Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Солнечные коллекторы-концентраторы

Повышение эксплуатационных температур до 120—250 °C возможно путём введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.

Применение

Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. Наибольшее количество производственных процессов, в которых используется тёплая и горячая вода (30—90 °C), проходят в пищевой и текстильной промышленности, которые таким образом имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов. В Европе в 2000 г. общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн м², а во всём мире — 71,341 млн м². Солнечные коллекторы — концентраторы могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга.