Монтаж сонячних колекторів (геліосистеми)

            ВАРІАНТИ МОНТАЖУ СОВЕННОГО КОЛЕКТОРА

Сонячний колектор — це основний пристрій для отримання теплової енергії в геліосистемах Тому дуже важливо правильно змонтувати колектор, у поєднанні з оптимальним режимом роботи системи, колектор може слугувати понад 25 років.

 
Основний чинник, який впливає на термін експлуатації та надійність сонячних колекторів — це те, що колектор постійно зазнає впливу довкілля. До кріплення колекторів пред'являються високі вимоги:  добра корозійна стійкість, міцність і надійність з'єднань.
Є безліч варіантів монтажу колекторів. Колектори можуть встановлюватися на  скатних і плоских дахів будівель, можуть монтуватися на стіні або встановлюватися в довільному місці на землі.

Зазвичай під час монтажу на похилому даху, кріплення колектора встановлюються паралельно до покрівельного покриття. Монтаж може бути здійснений як над покрівельним покриттям, так і впровадженням у нього.  Під час планування місця монтажу необхідно пам'ятати, що місце встановлення сонячних колекторів орієнтоване в південному напрямку не має затінюватися, щоб не перешкоджати потраплянню на колектор  сонячного випромінювання

Усі отвори в даху мають бути надійно загерметизовані після проведення робіт.

Плоска покрівля.
 
Під час монтажу на плоских покрівлях колектори можуть бути оптимально встановлені з урахуванням найкращої орієнтації та кута нахилу сонячних колекторів, це дасть змогу підвищити ефективність сонячного колектора. Під час монтажу на плоскій поверхні у два або більше рядів необхідно розрахувати відстань між рядами так, щоб ряди не затівали один одного. Для розрахунку необхідно знати кут висоти стояння сонця над горизонтом у полудень 21 грудня, у найкоротший день року. У ранні ранкові години та пізніше вечірній час затінення уникнути неможливо, але цими втратами продуктивності можна знехтувати.

Формула розрахунку:
монтаж сонячного колектора
 
z — відстань між рядами колектора;
h — висота колектора;
α — кут нахилу колектора;
β — кут висоти стояння Сонця над горизонтом.
 
 Під час розставлення сонячних колекторів відстань між рядами або блоками сонячних колекторів по горизонталі слід, зазвичай, приймати рівні 1,7 висоти ряду або блока сонячних колекторів за цілорічної дії встановлення та рівної 1,2 висоти ряди — під час сезонної роботи встановлення.

Орієнтація й кут нахилу сонячного колектора.

Щоб продуктивність сонячного колектора була максимальною, дуже важлива орієнтація й кут нахилу колектора. Щоб поглинати максимальну кількість сонячної енергії, площину сонячного колектора має бути завжди перпендикулярна сонячним променям. Однак сонце світить на Земну поверхню залежно від пори доби та року завжди під різним кутом. Тому для монтажу сонячних колекторів необхідно знати оптимальну орієнтацію в просторі абсорбера сонячного колектора. Для оцінки оптимального орієнтування колекторів враховується обертання Землі навколо Сонця та навколо своєї осі, а також зміна відстані від Сонця. Для визначення положення сонячного колектора або сонячної батареї необхідно враховувати основні кутові параметри:

широта місця встановлення ↑;
годинниковий кут ÷;
куток сонячного нахилу ÷;
кут нахилу до горизонту β;
азимут α;
 
Широта місця встановлення (↑) вказує, наскільки місце є північніше або південніше від латаття, і становить кут від 0° до 90°, що відраховується від площини латава до одного з полюсів — північного або південного.
 
Часовий кут ( секунда) переводить місцевий сонячний час у число градусів, яке сонце проходить по небу. За визначенням годинникового кута дорівнює нулю в полудень. Земля повертається на 15° за одну годину. Вранці кут сонця негативний, ввечері — позитивний.
 
Кут схилення Сонця (94) залежить від обертання Землі навколо Сонця, оскільки орбіта обертання має еліптичну форму та сама вісь обертання теж нахилена, то кут змінюється впродовж року від значення 23.45° до -23.45°. Кут схилу стає рівним нулю двічі на рік у дні весняного та осіннього рівнодення.

Нахил сонця для конкретного обраного дня визначається за формулою:

формула  

Де n — порядковий номер дня в році, відрахований від 1 січня.

Нахил до горизонту (β) утворюється між горизонтальною площиною й сонячною панеллю. Наприклад, під час монтажу на похилому даху кут нахилу колектора визначається крутизним скануванням даху.

Азимут (α) характеризує відхилення поглинальної площини колектора від південного напрямку, під час орієнтування сонячного колектора точно на південь азимут = 0°.

Азимутний кут

Кут падіння сонячних променів на довільно орієнтовану поверхню, що має певне значення азимута α та кут нахилу β, визначається за формулою:

Якщо в цій формулі замінити значення кута β на 0, тоді вийде вираз для визначення кута падіння сонячних променів на горизонтальну поверхню:

Інтенсивність потоку сонячного випромінювання для певного положення поглинальної панелі в просторі обчислюється за формулою:

Де Js і Jd інтенсивність потоків прямого та розсіяного сонячного випромінювання  Потрапляючи на горизонтальну поверхню, відповідно

 - коефіцієнти положення сонячного колектора для прямого та розсіяного сонячного випромінювання.

Для забезпечення потрапляння на абсорбер максимального (за розрахунковий період) кількості сонячної енергії колектор монтують у похилому положенні з оптимальним кутом нахилу до горизонту β, який визначається розрахунковим методом і залежить від періоду використання геліосистеми. У разі південного орієнтування колектора  для цілорічного геліосистем β = Ω, для сезонних геліосистем  β = φ–15°.

Тоді формула набуде вигляду, для сезонних геліосистем:

для цілорічного ножа:

Сонячні колектори, орієнтовані в південному напрямку та змонтовані під кутом від 30° до 65° відносно горизонту, дають змогу досягти максимального значення поглинання сонячного випромінювання. Але навіть за певних відхилень від цих умов геліосистема може виробляти достатню кількість енергії. Встановлення з невеликим кутом нахилу ефективніше в разі, якщо сонячні колектори або сонячні батареї не можна орієнтувати на південь.

Еслі сонячні панелі орієнтовані на південно-запад, з азимутом 45° і кутом нахилу 30°, то така система зможе поглинати до 95% від максимальної кількості сонячного випромінювання. Або під час орієнтування в східному або західній напрямку можна забезпечити до 85% потрапляння енергії на колектор під час встановлення панелей під кутом 25-35°. Якщо кут нахилу колектора більший, то кількість енергії, що надходить на поверхню колектора, буде рівномірнішою, для підтримки опалення такий варіант встановлення ефективніший.  

 
Найчастіше орієнтування сонячного колектора залежить від варіанту монтажу сонячних колекторів, встановлення колектора відбувається на даху будівлі, тому дуже важливо на стадії проєктування врахувати можливість оптимально встановлення колекторів.