Ремонт
Плитка для фасада постройки 8-11-2012, 10:05

Плитка для фасада постройки

Владельцы недвижимости за городом часто задаются вопросом защиты и украшения различных строений от внешних негативных факторов. Сп...

Установить солнечные коллекторы


Солнечный коллектор — инструкция как сделать, установить и подключить своими руками с максимальным КПД для отопления частного дома

Солнце является неиссякаемым источником энергии. Весьма заманчивым является его использование для нагрева воды и отопления помещений, так как при этом нет необходимости платить за энергоносители. В этом обзоре подробно описано то, как работают различные конструкции солнечных коллекторов, их достоинства и недостатки и области применения.

Назначение

Солнечные коллекторы предназначены для улавливания энергии солнца. Принцип их действия достаточно прост. Он заключается в том, что поступающее излучение нагревает теплоноситель. Посмотрев на фото солнечных коллекторов можно увидеть, что все они имеют внешнее сходство. Они состоят из панелей с трубками, которые под действием солнца нагреваются.

Полученное тепло может использоваться для нагрева воды в хозяйственных нуждах или для отопления помещений. Нагретый теплоноситель поступает в накопительный бак. В нем может быть установлен дополнительный нагреватель, который повышает температуру теплоносителя до необходимого значения при недостаточной интенсивности солнечного излучения.

Нагрев может быть осуществлен с помощью электронагревателя или с использованием более совершенного теплового насоса. Кроме того, этот аппарат может передавать тепло в систему отопления, дополняя её с целью экономии.

Использование коллекторов позволяет или полностью отказаться от нагревательных приборов или существенно сократить их использование и дать дополнительную экономию электроэнергии или газа.

Принцип действия

В большинстве случаев такие солнечные коллекторы используются для нагрева воды в теплое время года. Они собираются из металлических трубок, которые нагреваются на солнце и передают его тепло воде. Такие приборы могут быть разной формы и размера, но по сути представляют собой систему из металлических труб, по которым движется теплоноситель, а сами трубки нагреваются солнцем. Нагретая вода поступает в накопитель.

Более сложными являются устройства, которые предназначены для использования в холодное время года. Их особенностью является способность улавливать и сохранять тепло при низких температурах окружающей среды. При этом внутренняя часть системы должна разогреваться достаточно сильно, чтобы была возможность отапливать помещение.

В таких приборах необходимо одновременно изолировать теплоноситель от окружающей среды для сохранения полученного тепла и оставлять его прозрачным для солнечных лучей. Поэтому приборы, предназначенные для зимнего периода, имеют более сложную конструкцию.

Трубки представляют собой стеклянные термосы из достаточно толстого стекла. Внешняя поверхность трубки прозрачна. Внутренняя стенка покрыта черной краской. Из пространства между двух стенок полностью откачан воздух. В вакууме солнечные лучи без препятствий достигают внутренней темной стенки. Энергия не может выйти наружу в виде тепловых лучей, так как вакуум обладает крайне низкой теплопроводностью.

Солнечные коллекторы для отопления дома существенно дороже обычных солнечных водонагревателей, используемых в летнее время на даче. Используются они в дополнение с действующей отопительной системой для того, чтобы снизить нагрузку на неё и дать дополнительную экономию денежных средств.

Недостатки

Основными недостатками этого оборудования является зависимость от погодных условий. В ночное время эти устройства естественно не работают. В это время можно только использовать накопленное за день тепло. Также работоспособность зависит от температуры окружающей среды и наличия яркого солнца. Чем выше температура и ярче солнце, тем лучше работает оборудование.

Для холодного времени года используются специальные инновационные устройства. Главным недостатком таких приборов является их крайне высокая стоимость и хрупкость. Кроме того, такие солнечные коллекторы нельзя сделать своими руками.

Выпускаемые модели обладают разной ремонтопригодностью. Большинство моделей легко ремонтируется с помощью простой замены вышедшей из строя стеклянной колбы.

Классические металлические солнечные коллекторы широко используются для нагрева воды в теплое время года в регионах с высокой температурой и большим числом солнечных дней в году. В этом случае их конструкция может быть максимально простой и обладать низкой ценой. Вакуумные нагреватели используются значительно реже.

Эффективность

В первую очередь следует разграничить два понятия: эффективность и окупаемость. Эффективность характеризует то, какая доля тепла превращается в тепло, которое можно с пользой использовать. Рассматриваемые приборы никогда не обладают абсолютной эффективностью, потому что часть тепла рассеивается в атмосферу.

В независимости от конструкции эффективность солнечных коллекторов снижается с усилением ветра и понижением температуры окружающей среды. Ветер и низкие температуры сильно увеличивают отвод тепла в атмосферу.

Для того чтобы снизить потерю тепла на оборудование устанавливают дополнительную прозрачную защиту от ветра, выполненную из стекла или пластика. Для компенсации возможных потерь требуется устанавливать оборудование с большей производительностью по теплу.

Окупаемость характеризует период времени, за который вернутся потраченные средства по сравнению с альтернативными способами. Например, нагревать воду для душа можно вместо электронагревателя с помощью коллектора. При этом нужно оценить годовые расходы на электроэнергию. Если поделить цену коллектора на годовую стоимость сэкономленной электроэнергии, то будет получен срок окупаемости.

Если его использовать в регионе с теплым климатом, то окупаемость наступит очень быстро. При использовании в регионе с умеренным климатом окупаемость будет более долгой, так как для того чтобы получить такое же количество горячей воды, необходимо будет приобрести аппарат большего размера и соответственно большей стоимости, либо применять дополнительный нагрев электричеством. Либо окупаемость может вообще не наступить, так как этим аппаратом будет неудобно пользоваться.

Простые и недорогие аппараты для нагрева воды в летний сезон для мытья окупаются достаточно быстро. Окупаемость инновационных вакуумных приборов для отопления может достигать десятков лет особенно в сравнении с современными отопителями, работающими по принципу теплового насоса.

Именно от окупаемости зависит распространенность этих изделий. Солнечные коллекторы со сложным устройством стоят существенно дороже и поэтому существенно менее распространены. Очень популярны простые летние водонагреватели и очень редки такие системы для зимнего обогрева помещений.

Фото солнечных коллекторов

electrikmaster.ru

Выбор и монтаж солнечных коллекторов

Все чаще современные строители и дизайнеры обращаются к энергосберегающим конструкциям, экологически чистым материалам и альтернативным источникам энергии. Особенно важным является именно последний пункт, поскольку отопление частного дома и нагрев воды при использовании традиционных способов обходится совсем не дешево.

Одним из вариантов таких источников является солнечный свет, а оборудование, которое превращает солнечную энергию в тепловую, называется коллектором. На современном рынке представлено несколько видов солнечных коллекторов, которые отличаются между собой мощностью, габаритами, КПД, сферой применения и т.д.

Какие бываю солнечные коллекторы?

Условно всех их можно поделить на вакуумные трубчатые и плоские.

Плоские коллекторы используются чаще трубчатых, что в большинстве случаев можно объяснить более доступной ценой. Обычно они служат для нагрева воды, потому что для отопительного оборудования у них слишком низкий КПД, особенно зимой.

Плоские коллекторы в свою очередь делятся на 3 типа:

  • коллекторы с абсорбером с селективной оболочкой;
  • вакуумные коллекторы;
  • коллекторы с абсорбером, имеющим оболочку из черного лака.

Первый тип используется только для нагрева воды преимущественно в теплое время года. КПД таких коллекторов довольно низкий – всего 25-35%, к тому же есть опасность образования конденсата на их поверхности. Монтируются они над кровельным материалом или вровень с ним.

Второй тип – вакуумные коллекторы – обладает более высоким КПД, достигающим 45%. Вакуумные коллекторы надежно защищены от образования конденсата и попадания в них пыли. Правда, некачественные изделия могут довольно быстро разгерметизироваться, что скажется на их работе. Чтобы они снова заработали на полную мощность, нужно будет восстановить вакуум, что своими силами достичь практически невозможно. Стоят вакуумные коллекторы дороже, чем коллекторы с селективной оболочкой, но поскольку они более мощные, их площадь меньше.

Третий тип – коллекторы с абсорбером, покрытым черным лаком – имеет теплопотери, на 50% превышающие теплопотери первого типа.

Монтаж солнечных коллекторов

Монтаж солнечных коллекторов может осуществляться над кровельным материалом, вровень с ним или же на специальной конструкции. Выбор места расположения зависит от типа крыши, ее конструкции, наклона скатов, а также их ориентации относительно сторон света.

Над кровельным материалом коллекторы можно устанавливать, если крыша скатная, а угол наклона ската достаточно большой. В этом случае они монтируются с помощью специальных профилей или кронштейнов, которые крепятся к доскам контробрешетки или стропилам. Вся конструкция должна выступать за края черепицы, чтобы не нарушать герметичности кровельного слоя. Коллектор может закрепляться как непосредственно на кронштейнах, так и на монтажных профилях, прикрепленных к кронштейнам. Для защиты от ветра могут использоваться также дополнительные накладки или специальные элементы. Если коллекторов несколько, между собой они соединяются гофрированными трубками. Чтобы избежать накопления воздуха внутри коллекторов, они слегка наклоняются в сторону, противоположную подсоединению. К системе отопления или нагрева воды коллекторы подключаются с помощью гофрированных труб, выполненных из нержавеющей стали. Трубы эти подводятся к коллекторам через вентиляционные каналы. Преимуществами такого монтажа является его быстрота, небольшая стоимость работ и вывод соединительных патрубков наружу. К недостаткам можно отнести значительные теплопотери.

Коллекторы, смонтированные вровень с кровельным материалом, смотрятся более привлекательно, кроме того, в этом случае под ними не нужно укладывать сам кровельный материал, что сокращает расходы на него. Крепятся они к доскам обрешетки специальными зажимами. Здесь нужно проследить, чтобы стыки коллекторов и кровли не имели зазоров, а были герметичными. Угол наклона ската при этом должен быть не менее 25°. Стоимость монтажа коллектора вровень с кровлей стоит дороже, чем его монтаж над кровлей.

Коллекторы на специальных конструкциях обычно устанавливаются на плоских крышах. Плюсом таких установок является наиболее простой и быстрый монтаж, а также возможность изменения угла их наклона в соответствии с климатическими условиями и ориентацией относительно сторон света. Оптимальным углом наклона считается угол в 45°. Если на одной крыше устанавливаются несколько коллекторов, причем располагаются они один за другим, то нужно соблюдать дистанцию между ними, при которой передние коллекторы не будут затемнять задние. Минимальное расстояние между ними зависит от угла наклона и должна превышать высоту не менее чем в 1,5 раза. Для лучшей фиксации конструкции и защиты от ветра она монтируется на бетонных плитах или ящиках со щебнем. Герметичность кровельного слоя в этом случае не нарушается, зато увеличивается нагрузка на крышу и несущие элементы, поэтому перед установкой нужно проконсультироваться с архитекторами и выяснить, вынесет ли конструкция дома такие дополнительные нагрузки.

Каким должен быть угол наклона коллектора?

Угол наклона коллектора – еще одна немаловажная его характеристика. Этот параметр определяет количество солнечных лучей, которые падают на поверхность коллектора на протяжении светового дня, от чего напрямую зависит его эффективность. Конечно, солнце на протяжении суток и в разное время года меняет свое положение, так что улавливать постоянно максимальное количество солнечной энергии коллектор не может. Здесь нужно подбирать такой его наклон, который бы обеспечил максимально возможное его освещение в любое время. Для примера, коллекторы для нагрева воды должны устанавливаться под углом 45°, что составляет среднее значения между оптимальными углами наклона в летнее (30°) и зимнее (60°) время года. Регулировать наклон можно только у коллекторов, смонтированных на плоских крышах – на скатных крышах этот параметр определяется конструкцией кровли. Но это не значит, что такие коллекторы неэффективны. При наклоне в диапазоне 35-50° их КПД незначительно отклоняется от максимального значения.

Для наиболее эффективной работы коллекторы желательно ориентировать на юг, если позволяет конструкция крыши (особенно это касается скатных крыш). В противном случае их КПД значительно уменьшится, что особенно ощутимо зимой, и не поможет даже увеличение площади коллекторов. Если коллекторы используются только для нагрева воды, их можно ориентировать между юго-западным и юго-восточным направлением.

При использовании нескольких коллекторов, соединенных между собой, все они должны быть направлены в одну сторону. Если же разместить их под разными углами и развернуть в разные стороны, каждый из них будет регулировать отдельный поток теплоносителя, то есть такая система не будет работать, как одно целое, а поделится на несколько самостоятельных систем.

Какой должна быть площадь коллектора? Формула расчета

Площадь солнечных коллекторов зависит от необходимой для нагрева воды или отопления мощности, интенсивности солнечного излучения для данной территории, КПД каждого коллектора, входящего в состав системы, доли энергии солнца в покрытии потребности в тепле, а также теплопотерь. Производители солнечных коллекторов рассчитывают их площадь и количество с помощью специальных программ, используя различные графики и диаграммы. Но для вычисления площади коллекторов небольшого для частного дома не обязательно углубляться в сложные и малопонятные расчеты, достаточно использовать формулу:

A=K•F•SF/(G•η), AW=1/(G•η),

A=K•F•SF•AW,

А – площадь коллекторов, м2;

AW – приведенная площадь, которая способна генерировать 1кВт•час за один день, м2•день/(кВт•час);

Η – КПД одного коллектора, %;

G – полное излучение солнца за один день, характерное для данной местности, кВт•час/(м2•день);

К – коэффициент, учитывающий величину угла наклона коллекторов и их ориентацию относительно сторон света (выбирается из таблицы);

F – энергия, необходимая для нагрева воды или отопления дома на одни сутки, кВт•час/день;

SF – доля энергии солнца в покрытии потребности в тепле, %.

Доля солнечной энергии – это та часть энергии, которую производит солярная установка, от общей энергии, затрачиваемой на обогрев или нагрев воды. Обычно ее значение составляет от 60 до 70% от годового потребления энергии. Солярные установки с большей долей солнечной энергии используются в паре с вспомогательными газовыми котлами, работающими на низком уровне.

Данные, необходимые для проведения расчета площади, могут значительно отличаться между собой в зависимости от типов коллекторов, их моделей и производителей.

Установка солнечных коллекторов. Видео

postroy-sam.com

Схемы подключения солнечного коллектора к системе отопления

Альтернативные источники энергии становятся сегодня широко востребованными в частном секторе. При этом наибольший интерес для владельцев загородных коттеджей и небольших дачных домиков представляет солнечная энергия, которая доступна для использования круглый год. На фоне стремительного роста цен на традиционные энергоресурсы («голубое» топливо, электричество, нефтепродукты) использование современных гелиосистем вполне оправданно. Тем более, что период окупаемости оборудования составляет не более 3-5 лет. Желательно предусмотреть интеграцию коллектора в индивидуальную систему ГВС и отопления еще на стадии разработки проекта дома — в этом случае получится существенно сэкономить.

Гелиосистема бытового назначения представляет собой контур, в котором последовательно расположены главные элементы конструкции, обеспечивающие «сбор» солнечного излучения, аккумуляцию тепла и последующую передачу полученной энергии конечному потребителю. В качестве всесезонных автономных энергосистем гелиоустановки используют только в южных регионах России. В северо-восточных районах страны солярные устройства являются частью стационарного отопительного оборудования. Но и в этом случае их использование позволяет значительно сократить расходы на обслуживание дома в холодное время года.

Принцип работы современных гелиосистем

Понятие «солнечные коллекторы» объединяет в себе несколько вариантов конструкций для домашнего пользования, но схема работы принципиально не отличается. Все коллекторы, «питающиеся» от Солнца, оснащены системой трубок, которые в зависимости от конструкции оборудования, могут быть смонтированы в виде змеевика или последовательно подключены к выходной и входной магистрали. В самих трубках циркулирует жидкостный теплоноситель для гелиосистем — вода, масло или антифриз. Поглощение и последующая аккумуляция тепловой энергии от Солнца осуществляются абсорберами. В техническом плане конструкция достаточно проста. Высокая стоимость таких установок обусловлена использованием дорогих материалов.

Для внешней поверхности конструкции применяют износоустойчивые материалы, обладающие отличными светопропускными характеристиками — органическое стекло, полимерные составы и другие. Но поскольку полимерные «синтетики» не выдерживают продолжительного воздействия УФ-лучей (они имеют высокий коэффициент теплового расширения, что приводит к разгерметизации гелиосистемы), то в качестве альтернативного варианта производители используют каленое или органическое стекло. А сами трубки чаще всего изготавливают из боросиликатного стекла, которое характеризуется минимальным коэффициентом теплового расширения (в 8 раз меньше, по сравнению с кварцевым стеклом). Именно поэтому материал не трескается при резких колебаниях температуры.

Отличие солнечных батарей от коллекторов

Прежде чем продолжить описание основных характеристик и сферы применения гелиосистем для нагрева воды, нужно разобраться, чем отличаются солнечные батареи от коллекторов.

1) Солнечная батарея — устройство, которое генерирует электричество из энергии Солнца при помощи высокочувствительных фотоэлементов, объединенных в единую автономную систему. Поскольку фотоэлектрические преобразователи производят постоянный ток, дополнительно используется инвертор, который позволяет получить переменный ток, пригодный для бытовых нужд: электроснабжения и освещения.

2) Солнечный коллектор — функциональная сплит-система, главной задачей которой является поглощение ближнего инфракрасного излучения и видимого солнечного света. Батареи генерируют ток, а коллекторы нагревают жидкость внутри трубок. В этом их главное отличие.

Теплоноситель для солнечных коллекторов подбирается с учетом времени года, а также особенностей эксплуатации. Для многофункциональных конструкций обычно используют антифриз (незамерзающая жидкость), а системы сезонного типа заполняют водой. Сегодня можно купить и более универсальный вариант — гибридный солнечный коллектор. Это устройство привлекательно тем, что одновременно производит электроэнергию и нагревает воду. Преимущества его использования очевидны: фотоэлектрические модули охлаждаются активной системой отвода тепла, благодаря чему генерируется вдвое больше электроэнергии, а излишки теплоресурсов расходуются на нагрев воды.

Солнечное оборудование для дома часто классифицируют по типу теплоносителя. Сегодня на мировом рынке можно встретить жидкостные и воздушные системы. Кроме этого, коллекторы разделяют по температурному режиму работы, то есть применяется классификация по максимальной температуре нагрева рабочих элементов. Выделяют следующие типы систем:

  • низкотемпературные — теплоноситель для солнечных коллекторов разогревается до 50℃;
  • среднетемпературные — температура циркулирующей жидкости не превышает 80℃;
  • высокотемпературные — максимальная температура материала-теплоносителя может подниматься до 300 градусов.

Первые два варианта больше всего пригодны для домашнего использования, тогда как модели коллекторов с высокотемпературным режимом работы чаще применяют в производственной и промышленной отрасли хозяйства. Это обусловлено тем, что в высокотемпературных системах нагрева воды сам процесс трансформации солнечной энергии в тепло достаточно сложный. При этом такие гелиоустановки занимают большие площади. Не каждый собственник «дачной» недвижимости может позволить себе подобную роскошь.

Схемы установки солнечного коллектора

В автономных системах обогрева и горячего водоснабжения обязательно нужно использовать накопительный бак для аккумуляции тепловой энергии. Связано это с тем, что распределение тепла, которое генерирует гелиоустановка, не пропорционально расходу энергии. Поэтому полученные ресурсы сначала аккумулируют в специальной емкости, а потом только потребляют по мере необходимости.

Специалисты рекомендуют использовать для этой цели стандартный накопительный бак для системы горячего водоснабжения или, как альтернативный вариант, — буферную емкость из автономной отопительной системы. Грамотно построенная конструкция подразумевает соединение коллектора с дополнительным теплообменником, который напрямую контактирует с накопительным баком. Существует пять проверенных на практике схем подключения оборудования.

№1. ГВС с естественной циркуляцией материала-теплоносителя

Данная схема используется преимущественно на малых площадях (например, для летнего душа), но вполне применима и для небольших строений — бани или дачного домика. Солнечный коллектор нужно установить ниже уровня накопительного бака не более, чем на 1 метр. Благодаря этому будет обеспечена естественная циркуляция жидкости в системе. Для соединения аккумулирующей емкости и коллектора желательно использовать трубы на ¾ дюйма.

Если вы планируете использовать горячую воду в вечернее время, накопительный бак нужно утеплить или купить готовую емкость, функционирующую по аналогии с термосом. Обратите внимание, что слой утеплителя не должен быть меньше 10 см. Это самая доступная схема подключения солнечного коллектора, однако она имеет один недостаток — минимальную инерционность. При минусовой температуре окружающей среды воду придется сливать, чтобы не допустить разгерметизации водопроводных труб.

№2. Зимний вариант установки солярного коллектора для ГВС

В данном случае теплоноситель для солнечных коллекторов — антифриз. Это позволяет избежать замерзания воды в трубах зимой. Но здесь нужно использовать аккумулирующую емкость косвенного нагрева с медным змеевиком. Непрерывная циркуляция жидкости происходит непосредственно между внутренними магистралями гелиосистемы и змеевиком, установленным в накопительном баке.

Данная схема монтажа рассчитана на естественную циркуляцию, но желательно «прогонять» теплоноситель для гелиосистем принудительно, используя циркуляционный насос. Дополнительно нужно установить расширительный бак.

№3. Схема подключения коллектора для отопления дома

Этот вариант подразумевает использование емкости косвенного нагрева, которая работает на твердом или «голубом» топливе. Поздней весной и летом котел можно отключать, поскольку воду будет нагревать коллектор. А вот зимой эффективность гелиосистем в северо-восточных регионах России не очень велика, так как интенсивность солнечного излучения минимальна. По этой причине коллектор используют в качестве источника дополнительного подогрева к отопительным системам.

Но даже в этом случае владелец дома получает возможность более рационально расходовать традиционные энергоресурсы. Чтобы обеспечить отопление дома в зимний период при помощи только одного солнечного коллектора, габариты всей конструкции должны составлять не менее 30–40% от площади здания.

№4. Монтаж гелиосистемы для отопления и ГВС

Типовая схема подключения объединяет сразу два варианта, то есть подходит одновременно для организации автономного отопления и горячего водоснабжения. Здесь применяется двухконтурная теплоаккумулирующая емкость— помимо медного змеевика, монтируется также дополнительный внутренний резервуар.

Такая схема установки дает возможность отделить техническую жидкость от питьевой воды. Для автоматизации процесса нагрева теплоносителя в систему интегрируют специальный контроллер солнечного коллектора, который позволяет избежать перерасхода энергоресурсов за счет контроля над температурой теплоносителя в гелиосистеме и температурой воды в буфере.

№5. Установка коллектора для подогрева бассейна

Данная схема не подходит к системе отопления, а используется, когда необходимо нагреть воду в открытом бассейне переносного типа. Чтобы обеспечить циркуляцию жидкости, допускается использовать стандартную погружную помпу. Если на вашем участке находится стационарный бассейн, для большего удобства оборудование лучше подключить к бытовой автоматизированной насосной станции.

Производительность солнечного коллектора

Одним из главных факторов, влияющих на уровень производительности гелиосистем, является интенсивность солярной радиации, излучаемой Солнцем на протяжении светового дня. Кроме уровня инсоляции (количество полезного солнечного излучения на единицу площади), на производительность солнечного коллектора влияют и второстепенные факторы: номинальный объем теплоаккумулирующей емкости, материал теплообменника и площадь абсорберов. При выборе солнечного коллектора для дома обращайте внимание на технические характеристики: коэффициенты теплопотерь, параметры оптического КПД, а также апертурную и общую площадь гелиоустановки. Исходя из этих параметров, можно провести анализ эффективности работы и рассчитать максимально допустимую мощность. Если использовать тепловой насос и солнечный коллектор, то можно добиться высокой производительности круглый год.

earthgenerator.ru

Как установить солнечные коллекторы для отопления – от выбора до монтажа гелиосистемы

Содержание:

Многие владельцы недвижимости задумываются о том, как можно сэкономить, поскольку из года в год растут цены на горячее водоснабжение и отопление. Дополнительное использование энергии солнца позволяет сокращать расходы, а иногда и свести их почти к нулю. Солнечные отопительные коллекторы являются источником экологически чистой энергии.

Что такое солнечные коллекторы

Данные приборы также называют гелиосистемами. Они предназначаются для аккумулирования энергии Солнца, используемой для подогрева воды. Применение солнечных коллекторов предоставляет возможность получения дополнительного обогрева. В результате их обладатели имеют горячее водоснабжение и теплоснабжение.

Солнечные коллекторы для отопления являются несложными установками, которые для нагрева воды задействуют видимый свет, и ИК излучение от небесного светила. Принцип их функционирования основан на поглощении тепловой энергии поверхностью, имеющей низкую отражающую способность.

Отличаются коллекторы от фотоэлектрических солнечных батарей более высокой эффективностью. Дело в том, что фотоэлектрические элементы способны преобразовать в электричество всего 15% энергии Солнца, а коллекторы утилизируют около 80%.

Главной проблемой, которая препятствует их использованию в качестве главного источника тепловой энергии для жилья, является непостоянная мощность данных устройств, что объясняется:

  1. Суточными изменениями степени освещенности, ведь в ночное время выработка тепловой энергии снижается до нулевой отметки. Кроме этого, для поддержания плюсовой температуры жидкости, перемещающейся через коллектор, нужны дополнительные затраты тепла.
  2. Различными погодными условиями. Если наблюдается плотная облачность, тепловая производительность устройств понижается.

В холодные месяцы, когда наступает отопительный сезон, погода в основном пасмурная. Даже в ясные дни зимой солнечный коллектор вырабатывает тепла меньше примерно на четверть, что объясняется изменением угла падения солнечного света.

Разновидности устройств

В продаже встречаются два вида установок, способных утилизировать солнечную энергию:

  1. Плоский прибор. Производится в форме прямоугольного предмета, имеющего защитное прозрачное стекло и подложку, зачерненную для обеспечения максимальной степени поглощения солнечной радиации.
  2. Вакуумное устройство. Внешне напоминает несколько колб, которые объединяет единый конденсатор.

Плоские приборы

Их конструктивное решение более простое, чем у вакуумных устройств, и одновременно они менее эффективны. Вода нагревается, когда циркулирует через трубки, прикрепленные к теплопроводной подложке, представляющей собой медный или алюминиевый лист - абсорбер.

Снизу подложку теплоизолируют, а сверху ее защищает прозрачный материал, пропускающий радиацию – поликарбонат или закаленное стекло с незначительным добавлением металла.

Наибольшей эффективностью отличается плоское устройство с медными трубками, которые припаяны к формованной подложке из меди. Коллектор, оборудованный трубками, изготовленными из шитого полиэтилена, поглощает меньше тепла, поскольку они имеют более низкую теплопроводность.

Плоские устройства обладают следующими характеристиками:

  1. Их рабочая среда нагревается максимум до 200 – 210 градусов.
  2. Поглощение солнечной энергии составляет до 70%.
  3. Минимальное снижение эффективности отопления зимой у солнечного коллектора в снежную погоду. Прозрачный лист, служащий защитой для подложки с трубками, в процессе функционирования нагревается, в результате чего снежный покров быстро тает.
  4. Имеют место теплопотери. Они возникают в результате контакта воздуха, нагретого в устройстве, с защитным стеклом, но они не превышают 30%. По мере снижения температуры на улице у прибора начинается увеличение потери тепла. Он прекращает функционировать при -20 °С и ниже.
  5. Высокая парусность. Это свойство может стать препятствием для монтажа плоского коллектора в регионах, где зимой дуют сильные ветра.
  6. Их устанавливают под углом к горизонту так, чтобы расположение обеспечивало им максимальную освещенность на протяжении светового дня.

Вакуумные устройства

Данный вид коллекторов состоит из нескольких трубок, которые называются термосами. В них имеется внутренняя колба с нанесенным высокоселективным покрытием, способствующим максимальному поглощению тепла. При этом внешняя колба абсолютна прозрачна. Поскольку между колбами присутствует вакуум, теплопотери в случае контакта с воздухом не превышают 5%.

Вода нагревается быстро, так как тепло передается в соответствии с принципом тепловой трубки. Жидкость испаряется внизу колбы и далее в виде пара движется вверх в конденсатор. Там теплоноситель возвращается в рабочее состояние и одновременно отдает накопленную тепловую энергию, после чего самотеком стекает вниз.

Вакуумные приборы отличаются от плоских устройств:

  1. Температура жидкости достигает 300 градусов.
  2. Высокая степень эффективности объясняется максимальным поглощением (до 80%) тепловой энергии  адсорбирующим слоем, имеющимся на внутренних стенках колб, и наличием вакуума между стенками, исключающим конвекционный перенос энергии.
  3. В снежную погоду зимой у вакуумных солнечных коллекторов для отопления дома наблюдается падение эффективности. Объясняется это тем, что у этих устройств минимальные теплопотери и поверхность колб не нагревается.
  4. Их устанавливают под углом к горизонту, который равен не менее 15-20 градусов. Если сделать наклон меньше, колбы не будут выполнять функцию тепловых трубок по причине того, что конденсирующая жидкость прекратит самотеком перемещаться в их нижнюю часть.
  5. Минимальная парусность позволяет устанавливать их в регионах, где преобладают сильные ветра.

Характеристики некоторых моделей коллекторов

Эти устройства хорошо известны на отечественном рынке:

  1. ЯSOLAR (Россия). Абсорбер изготавливается из меди. Площадь поверхности поглощающей свет составляет два «квадрата» при габаритах 2065х1073х105 миллиметров. Внутренний объем равен 1,4 литра. Пустой коллектор весит 37 килограммов. Тепловая номинальная мощность - 1,5 кВт при условии интенсивности освещения 900 Вт/кв. м. и температуре на улице 20 °С. Применяется антибликовое стекло толщиной 3,2 миллиметра, имеющее светопрозрачность 92%. Высота теплоизоляционного слоя –60 миллиметров.
  2. СОКОЛ-ЭФФЕКТ-А. Материалом изготовления абсорбера является алюминий. Размер поглощающей поверхности 2,06 «квадрата». Тепловая мощность - 1,5 кВт при интенсивности освещения 900 Вт/кв.м. и температуре на улице 20 °С. Параметры прибора 1093 х 2008 х 76,7 миллиметра при внутреннем объеме, равном 1,4 литра. Масса пустого устройства – 32 килограмма. Используется антибликовое стекло толщиной 3,2 миллиметра.
  3. KAIROS VT 15B. Прибор размером 1910 х 1840 миллиметров весит 51 килограмм и насчитывает 15 трубок, у которых внешний диаметр 70 миллиметров. Рабочее давление равно 6 атмосферам. Внутренний объем составляет 4,6 литра. Нагрев прекращается при температуре 206 °С. Площадь поглощающей поверхности 1,5 «квадрата».

Изготовление устройств своими руками

Можно обустроить горячее водоснабжение и отопление при помощи солнечных коллекторов, сделанных собственноручно. Их простейшая конструкция будет состоять из полиэтиленовой трубы для водоснабжения, уложенной в форме спирали, которую помещают в деревянную раму и накрывают пленкой из полиэтилена.

Но такой самодельный коллектор имеет недостатки:

  • небольшой КПД по причине того, что теплообменник не имеет контакта по всей площади подложки, в результате чего много тепла тратится бесполезно;
  • энергозависимость;
  • недостаточная защищенность от воздействия ветра и механических повреждений.

Если имеется желание собрать прибор, который прослужит продолжительное время и обеспечит отопление дома солнечными коллекторами зимой, можно воспользоваться пошаговой инструкцией:

  1. Каналы для нагретой жидкости сваривают с нижним и верхним коллектором. Для этого желательно применять профильную трубную продукцию, имеющую размер от 20 х 20 миллиметров – она за счет плоской кромки способна обеспечить тепловой контакт с подложкой абсорбера. К коллекторам приваривают патрубки с резьбой 1/2-3/4 дюйма, предназначенные для вывода жидкости.
  2. К трубкам методом сварки прикрепляют подложку из стального 3-миллиметрового стального листа. Промежуток между прихватками не должен превышать 20 сантиметров. Такое расстояние позволяет исключить прогиб листа и избежать нарушения контакта с трубками.
  3. Вокруг абсорбера сооружают деревянную раму. Между листом абсорбера и краями рамки оставляют зазоры, необходимые для установки стекла и укладки теплоизоляционного материала. Древесину нужно предварительно обработать антисептиком.
  4. В раме просверливают отверстия под патрубки, выводящие теплоноситель.
  5. Абсорбер утепляют минватой с тыльной стороны. Потом теплоизоляционный материал зашивают досками, листами фанеры или ОСП.
  6. Далее абсорбер окрашивают черной кремнийорганической жароустойчивой краской, поскольку обычные красящие составы для наружного использования в данных условиях эксплуатации начинают шелушиться. Кромки рамы после этого проклеивают резиновым оконным уплотнителем и накрывают обычным 4-миллиметровым стеклом. Если остекление формируется из нескольких листов, тогда нужно герметизировать стыки при помощи силиконового герметика.
  7. Стекло прижимают к раме, используя алюминиевый или оцинкованный уголок, заранее проклеив его фронтальную сторону уплотнителем для окон.

Подключение коллектора к отопительной системе

Тепло накапливается за счет использования теплоаккумулятора или буферной емкости, представляющей собой большой теплоизолированный бак, наполненный водой. В теплоснабжающей системе обустраивают два контура:

  • между солнечным коллектором и буферной емкостью;
  • между аккумулятором тепла и радиаторами.

В течение дня тепло, получаемое гелиосистемой, применяется для нагрева теплоносителя в буферной емкости, а ночью или в пасмурную погоду его задействуют для поддержания температурного режима в доме. Для горячего водоснабжения задействуют бойлер косвенного нагрева.

Постепенно вода в теплоаккумуляторе начинает остывать и тогда в батарее снижается температура. Поддерживать ее постоянный температурный режим способен узел смешения, в состав которого входит трехходовой термостатический клапан и дополнительный циркуляционный насос.

Экономичность солнечных коллекторов для отопления

До того, как сделать окончательный выбор, необходимо выяснить насколько выгодным является обогрев солнечными коллекторами. Например, отапливаемая площадь дома, расположенного на юге страны, составляет 155 кв. м. С учетом теплого климата и качественного утепления для обогрева будет достаточно мощности отопительной системы, равной 15 кВт, а значит, суточное энергопотребление равно 15х24=360 кВт/ч.

Прежде всего, нужно узнать площадь коллекторов. Известно, что квадратный метр поверхности Земли на данной широте получает около 5 кВт/ч тепла в сутки. В холодные месяцы инсоляция понижается до 4 кВт·ч/кв.м.

Исходя из КПД коллектора с одного «квадрата» его площади можно получить в сутки максимум 4х0,8=3,2 кВт·ч энергии. Это означает, что площадь коллекторов не может быть меньше 360:3,2=112,5 кв. м.

Поскольку цена одного источника солнечной энергии довольно высокая, расчет солнечного коллектора для отопления показывает, что покупка такого оборудования обойдется в значительную сумму. Кроме этого, нужно помнить, что приобретение теплоаккумулятора, узла смешения и монтаж разводки также стоит денег.

Подобные системы теплоснабжения энергозависимы, ведь насосное оборудование постоянно расходует электричество. Помимо этого, в сильные холода в ночное время без дополнительных генераторов тепла, таких как, например, электро- или твердотопливный котел не обойтись. Они не дадут замерзнуть теплоносителю.

Период окупаемости гелиосистемы

Понять, как быстро окупаются дорогостоящие солнечные коллекторы, поможет несложный расчет. Например, это будет плоское устройство площадью 2 «квадрата» суточной производительностью 6,4 кВт·ч тепла.

Когда главным источником тепловой энергии является электрокотел, то выработанный им киловатт-час обойдется в 5 рублей (согласно ценам 2017 года), а это означает, что ежесуточно экономия на электропитании при эксплуатации плоского устройства составит 6,4х5=32 рубля, а срок окупаемости при цене устройства 20 тысяч – 625 дней (20000:32=625).

Когда основной источник тепла – газовый агрегат, киловатт-час энергии будет стоить 0,7 рубля, а суточная экономия - 6,4х0,7 = 4,48 рубля. Период окупаемости увеличится до 4464 дней или 12 лет. Если учесть, что средний срок эксплуатации коллектора составляет не больше 15 лет, то можно сделать вывод, что в данном случае гелиосистема не окупится никогда.

Подведение итогов

С учетом эффективности солнечных коллекторов становится ясно, что обогрев дома только с их использованием, будет стоить дорого по сравнению с другими способами теплоснабжения жилья. Более выгодным получится отопление с применением инверторных кондиционеров, таких как тепловые насосы, которые на каждый киловатт мощности способны перекачать в здание около 5 киловатт тепла.

Источниками энергии для них являются грунт, воздух на улице и вода из никогда не замерзающих водоемов. Можно задействовать солнечный коллектор в качестве отопительного оборудования при отсутствии магистрального газоснабжения.

teplospec.com


Смотрите также


 

Опрос
 

Кто вам делал ремонт в квартире?

Делал самостоятельно
Нанимал знакомых, друзей
Нашел по объявлению
Обращался в строй фирму

 
Все опросы
 
remnox.ru © 2012- Строительство и ремонт При копировании материалов ссылка на сайт обязательна!