Солнечный коллектор для отопления

В статье будет рассмотрен наиболее простой метод расчета количества энергии, которую можно получить путем применения солнечного коллектора. Статистика гласит, что в среднем в домашнем хозяйстве для использования горячей воды требуется от 2 до 4 кВт. Тепловой энергии в день на 1 человека.

Конструкция плоского коллектора

Для самостоятельного изготовления наибольший интерес представляют плоские солнечные коллекторы, предназначенные для нагрева воды. В корпусе из металла или алюминиевого сплава прямоугольной формы размещен тепловой приемник — пластина с запрессованным в ней змеевиком из медной трубки. Приемник выполняется из алюминия или меди, покрытой абсорбционным слоем черного цвета. Как и в предыдущем варианте, снизу пластина отделена от дна слоем теплоизоляционного материала, а роль крышки играет прочное стекло или поликарбонат. Ниже на рисунке изображено устройство солнечного коллектора:

Пластина черного цвета поглощает тепло и передает его теплоносителю, движущемуся по трубкам (вода или антифриз). Стекло выполняет 2 функции: пропускает к теплообменнику солнечную радиацию и служит защитой от осадков и ветра, снижающих производительность нагревателя. Все соединения выполнены герметично, чтобы внутрь не попадала пыль и стекло не теряло прозрачности. Опять же, тепло солнечных лучей не должно выветриваться наружным воздухом через щели, от этого зависит эффективная работа солнечного коллектора.

Данный вид – самый популярный среди покупателей из-за оптимального соотношения цена — качество, а среди домашних мастеров — по причине относительно несложной конструкции. Но применять такой коллектор для отопления можно лишь в южных регионах, с понижением температуры наружного воздуха его производительность значительно падает из-за высоких тепловых потерь через корпус.

Система без давления и под давлением

Покупая солнечный коллектор для дома, дачи, базы отдыха или другого объекта, придется выбирать между системами без давления и под давлением.

Оптимальный вариант для дачи

Если вам нужно купить недорогой солнечный коллектор для нагрева воды на даче, для бани, кемпинга и пр., можно рассмотреть модель без давления. Это – самый простой вариант по относительно невысокой цене.

Вода здесь подается к крану (душу) самотеком. Ее нагрев в системах без давления осуществляется непосредственно в трубках. Они сообщаются с накопительным резервуаром, образуя цельную систему. Циркуляция воды происходит за счет нагрева и температурного расширения.

Практика показывает, что такие коллекторы эффективны при температуре окружающего воздуха до -5oC. Для сезонных нужд дачи этого вполне достаточно.

На зиму солнечные коллекторы без давления консервируются. Делается это довольно просто – сливается вода, а ее остатки выпариваются естественным способом, под воздействием солнечных лучей.

Солнечный коллектор для отопления дома и горячего водоснабжения

Если же вам нужен солнечный коллектор не только для подогрева воды, но и для отопления, следует рассмотреть систему под давлением (пример – «Универсал»). Такие установки способны эффективно работать при температуре окружающего воздуха до -40 oC (что даже в центральной полосе РФ – редкость).

Принцип работы таких систем практически аналогичен предыдущим. Но нагрев воды происходит не в колбах, а в накопительном резервуаре. В качестве теплоносителя используется специальная жидкость, которая циркулирует по системе. Она находится внутри медной тепловой трубки (Heat Pipe), которая отделена от внешнего слоя колбы вакуумной камерой. Как известно, вакуум – лучший проводник тепла, за счет чего обеспечивается высокая интенсивность нагрева теплоносителя. Нагретая рабочая жидкость (теплоноситель) отдает тепло воде через рабочий контур.

Используемая в системах под давлением жидкость абсолютно безопасна для окружающей среды и человека: можете не бояться каких-то последствий в случае повреждения трубки. Давление в системе создается и поддерживается от водопроводной сети, либо при помощи собственного компрессора.

Управление такими установками осуществляется при помощи контроллера. Он следит за степенью нагрева воды, давлением в системе и другими параметрами. Все автоматизировано, и вам не нужно предпринимать никаких дополнительных действий.

Читайте также:  Какие камни для бани лучше выбрать: обзор видов камней + рекомендации опытных банщиков

Производительность работы гелиосистем зимой

Использование экосистем летом ни у кого не вызывает сомнений. А вот как работают солнечные батареи зимой, остаётся больным вопросом у пользователей.

Можно с уверенностью сказать, что солнечные коллекторы зимой работают. Разумеется, эффективность их снижается, и требуется дополнительный источник обогрева. Ведь зимой солнце тоже ясно светит, а в пасмурные дни абсорбер собирает отражённый солнечный свет, проходящий сквозь тучи.

Производительность работы гелиосистем зимой

Производительность батареи зависит и от угла наклона её по отношению к горизонту. Его выставляют так, чтобы максимально использовать свет в течение короткого зимнего дня.

Снегопады значительно ухудшают работу коллектора, поэтому очистка его от налипания снега – главное условие эксплуатации зимой. Снег – враг для плоского устройства. Вакуумные батареи имеют свойство нагревать всю колбу и самоочищаться. Но иногда и их приходится чистить принудительно.

Итоги

Солнечные коллекторы из года в год обретают все большую популярность среди владельцев дачных участков. Очевидно, что это говорит о том, что данное устройство позволяет существенно сэкономить электроэнергию при нагреве воды, что подробно описано и доказано в вышеизложенных расчетных примерах.

Данный агрегат является актуальным практически для любого региона России. Но прежде чем купить солнечный коллектор, лучше посчитать рентабельности и сроки окупаемости этого оборудования, что позволит убедиться в актуальности представленного инновационного оборудования для применения в Вашем регионе.

Дата публикации: 30 мая 2014

Похожие новости Подсчитана мировая доля энергии, полученной с помощью ВИЭ за 2013 год

В отчете «The Renewables 2014 Global Status Report», который был опубликован в июле текущего года, были представлены крайне впечатляющие данные о …

Дом, питаемый ветрами – расчёт ветрогенератора

По мере того как растут потребительские цены на электроэнергию, а также на газ, бензин и дизельное топливо, владельцы собственных домов всё чаще …

Как рассчитать мощность солнечных батарей для дома

Солнечные батареи становятся с каждым годом все более востребованным видом автономных систем, являющихся альтернативой традиционного …

3 способа расчёта светодиодного освещения

Хорошее освещение является неотъемлемым фактором сохранения здорового зрения. Около 90% знаний человек получает посредством глаз. Поэтому к …

Оставить комментарий

Нажмите, чтобы отменить ответ.

Вы должны быть Войти, чтобы оставлять комментарии.

Виды вакуумных солнечных коллекторов

С прямой тепловой подачей

Вакуумные коллекторы с прямой подачей тепла имеют внутренние трубки с теплоносителем, которые присоединены к накопительному баку. То есть, здесь теплоноситель в трубках и общем контуре один и тот же. Схему можно посмотреть ниже.

Вакуумный солнечный коллектор с прямой тепловой подачей

Виды вакуумных солнечных коллекторов

Используя запорный клапан коллектор можно подключить к водопроводной системе. С помощью фиксирующего клапана можно выполнять контроль за уровнем воды в накопителе. Обычно в таких системах теплоносителем является вода, а значит, этот тип коллекторов является сезонным.

С косвенной тепловой подачей

Принцип работы здесь аналогичный, но теплоноситель не соприкасается с жидкостью внутри вакуумных трубок. Схему можно посмотреть на изображении ниже.

Вакуумный солнечный коллектор с косвенной тепловой подачей

Виды вакуумных солнечных коллекторов

Такой тип коллекторов может без проблем использоваться в зимнее время.

Плоские солнечные коллекторы для гелиосистем отопления и ГВС купить недорого

Гелиосистема отопления и ГВС с плоскими солнечными коллекторами

Энергия солнца для нагрева воды использовалась с незапамятных времен. Условно первым солнечным коллектором можно назвать ведро воды, поставленное на солнце. Такой способ не мог похвастаться особой эффективностью, поэтому постоянно предпринимались попытки придумать более совершенную систему.

Наконец, современные знания и технологии позволили ученым создать солнечный коллектор, достаточно эффективный для автономного нагрева воды в летний период.

Что из себя представляет коллектор?

Плоский солнечный коллектор — это бюджетная и эффективная альтернатива центральному водоснабжению в летние месяцы. Она может использоваться для поддержания комфортной температуры воды в бассейне, для душа в летнем домике или обеспечивать дом горячей водой летом, позволяя сэкономить на счетах.

Отопление дома на коллекторах эффективно при совместном использовании с газовыми и электрокотлами, тепловыми насосами — в этом случае клиент получает значительную экономию денежных средств.

Устройство плоского коллектора

Плоские солнечные коллекторы состоят из стального профиля (или алюминиевого, или гальванизированного материла) по периметру, закалённого стекла, абсорбера (металлический лист покрытый специальным покрытием эффективного поглощения солнечных лучей), медных (или алюминиевых) трубок внедрённых в абсорбер по которым циркулирует теплоноситель, теплоизолирующий лист из стекловолоконного композитного материала (такие материалы широко применяют для утепления стен домов — типа Rockwool), и подкладочного листа (пластик или металл).

Читайте также:  Выбираем циркуляционный насос для отопления: на что обратить внимание?

Все применяемые материалы производятся специально для эксплуатации в условиях экстремальных температур — от минус 50°C до 250°C и воздействия ультрафиолета. Если применяемые материалы — качественные, то срок службы как правило превышает 10 лет, профилактических и ремонтных работ не требуется.

По трубам может циркулировать как вода непосредственно из емкости (прямая передача тепла), так и вода со специальными примесями (косвенная передача тепла).

В последнем случае трубы в виде нескольких колец заведены в саму емкость с водой.

Аккумулятором тепла может выступать любая емкость нужного объема.

Главное условие здесь: она должна выдержать давление системы водоснабжения.

Сейчас на рынке много готовых предложений , что позволяет купить плоский солнечный коллектор в комплекте с баком необходимого объема, а также со всеми комплектующими для подключения системы.

Плоские солнечные коллекторы для гелиосистем отопления и ГВС купить недорого

Как показала практика эксплуатации в 2011 году в Московской области — стекло выдерживает попадание града и резкие перепады температур в зимнее время. Чистка стекла владельцом коллектора в Московской области производилась один раз, после наступления весеннего периода.

Эффективность системы с панельным коллектором

Плоский (или панельный) водонагреватель имеет высокую производительность в теплую погоду.Фактически, чем выше температура окружающей среды, тем эффективнее работает коллектор. Зимой, при низких температурах, очень велики теплопотери в окружающую среду, что делает нерациональным использование плоского коллектора в эту пору года.

Также производительность напрямую зависит от расстояния между бойлером и коллектором. Чем оно меньше, тем меньшее количество тепла теряется при его передаче.

Если Вы планируете использовать гелиосистему отопления или горячего водоснабжения всесезонно, то необходима комплектация следующим оборудованием:

  1. Плоские солнечные коллекторы;
  2. Насосная станция;
  3. Расширительный бак;
  4. Контроллер;
  5. Буферный накопитель;
  6. Температурные датчики;
  7. Воздушный предохранительный клапан (сбросник);
  8. Электрический ТЭН или отопительный котел;
  9. Фильтрующий узел;
  10. Нержавеющая гофрированная труба со специальным утеплителем.

Использование плоского солнечного коллектора в летний период времени (на даче или в загородном доме)

Для эксплуатации на даче для горячего водоснабжения Вам достаточно одного плоского солнечного коллектора подсоединённого к баку двумя шлангами.

При нагреве вода по верхнему шлангу поступает в бак, а холодная вода из нижнего патрубка поступает в коллектор. Таким образом запускается есественная циркуляция и не трубуется никаких дополнительных элементов — достаточно плоского солнечного коллектора и бака.

Один плоский коллектор за летний световой день, способен нагреть воду до 90°C в течение 7-ми часов в объёме 250-300 литров. Что вполне достаточно для семьи из 4-х человек.

Характеристики плоского коллектора делают его идеальным для летнего использования. В теплую погоду он имеет такую же эффективность, как и вакуумный.

Но при этом цена плоского солнечного коллектора начинается с 16000-20000 рублей, что существенно ниже стоимости его аналогов.

Поэтому предпочтительнее для получения горячей воды на дачах устанавливать коллекторы именно такого типа.

Свойства

Общими свойствами, вне зависимости от конструкции, для всех типов вакуумных трубок, является наличие свет поглощающего слоя, адсорбера, помещенного в стеклянную трубку из прочного стекла. В зависимости от конструкции, различаются и свойства, свойственные определенному типу трубок.

Вакуумные трубки бывают:

  • Простые – используемые в водонагревательных установках с открытым контуром циркуляции. В подобной конструкции теплоноситель циркулирует непосредственно в «теле» стеклянной трубки.
  • U-образные – является усовершенствованным вариантом простой конструкции. В тело стеклянной колбы помещен медный канал U-образной формы и теплопоглощающая пластина. Данная конструкция может использоваться в сетях с избыточным давлением и позволяет выполнять ремонт коллектора (замену трубки), без останова работы системы, в которой он работает.
  • С тепловым стержнем «HEAT PIPE» — отличается от U-образной конструкции тем, что во внутренне пространство стеклянной колбы помещен медный стержень, внутри которого, в свою очередь, закачана легко кипящая жидкость, хладагент. Свойства и возможность использования аналогичны U-образным конструкциям.
Свойства

  • С увеличенной площадью поглощения («SUPER HEAT PIPE») – является цельной конструкцией, с увеличенной тепловой пластиной. Возможность использования и свойства, аналогичны свойствам выше рассмотренных конструкций.

Виды коллекторов

Линейный ряд коллекторов представлен плоскими и вакуумными моделями.

Плоский коллектор представляет собой прямоугольную стальную оцинкованную или алюминиевую конструкцию, основным элементом которой служит перьевой или листовой абсорбер, поглощающий солнечные потоки. Защитную роль выполняет закаленное безосколочное стекло, содержащее минимальный процент металлических добавок и обладающее высоким светопропусным коэффициентом. Обратная сторона устройства укрыта полиуретаном, минеральной ватой или стекловолокном, предотвращающим утечку тепла. Плоские модели способны нагревать теплоноситель до +190-200°С, отдача тепла осуществляется через конвекцию. Недостатком служит тот факт, что по сравнению с вакуумными аналогами, зимой и в пасмурный период они вырабатывают гораздо меньше энергии.

Читайте также:  Бак для бани с теплообменником — практическое применение

Вакуумные образцы – это своеобразные бойлеры, имеющие множество медных нагревательных элементов heat pipe, вмонтированных в вакуумные сверхпрочные боросиликатные трубки, объединенных в общую систему. В их внутреннем контуре постоянно циркулирует теплоноситель, передающий тепловую энергию наружу. Основным достоинство подобного «термоса» служит высокий уровень энергосбережения.

Выгодно ли это?

Собиратели солнечного тепла обеспечивают колоссальную экономию энергоносителей и позволяют не беспокоиться о повышении коммунальных тарифов, гарантируя комфорт в доме в самые тяжелые времена. Эффективность и бесперебойность функционирования системы зависит от количества установок, изоляции, комплектующих и грамотного монтажа.

Существует мнение, что использование солнечных коллекторов нерентабельно, однако, учитывая постоянный рост тарифов на электроэнергию, этот аргумент уже не кажется веским.

Плюсы и минусы

В числе неоспоримых достоинств гелиосистем находится:

  • экономия средств, варьирующаяся в диапазоне 30-70%,
  • долговечность, достигаемая 25 лет;
  • экологичность,
  • безопасность, обусловленная надежностью и простотой конструкций;
  • относительная дешевизна по сравнению с другими альтернативными вариантами,
  • доступность, позволяющая монтировать установки абсолютно в любом месте.

В числе недостатков установок находится:

  • зависимость от правильности установки,
  • нестабильность функционирования, обусловленная погодными условиями;
  • недостаточность энергии в зимний период.

Выгодно ли это

Определить, выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей. Регион проживания – это важный критерий, при определении эффективности использования устройств, служащих для преобразования энергии солнца в другие виды энергии. Солнечная активность (продолжительность солнечного сияния), в разных регионах нашей страны разная, что видно на приведенной ниже схеме. Из данной схемы видно, что наиболее благоприятные регионы, для использования солнечной энергии, с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположены в южных районах страны. В этих районах также не бывает холодных и продолжительных зим, что определяет возможность успешного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения, именно в этих областях России.

Выгодно ли это

При необходимости создать абсолютно автономную систему, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что, установив только коллектор, создать подобную систему не получится, т. к. для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электрическая энергия. Поэтому, для полной автономии, необходимо проработать вопрос по независимому электроснабжению подключаемого объекта. Следовательно, для того, чтобы сделать абсолютно независимую систему, потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости оборудования.

Кремний

Добыча химического элемента кремний достигается путем химического очищения кварцевого песка. По количеству в природе он уступает лишь водороду. Тем не менее, его производство достаточно дорогостоящее. Основным его предназначением является использование в производстве различных деталей для электроники, а также солнечных батарей. Для технических устройств, которые работают на энергии солнца, преимущественно используется моно- и поликристаллический кремний.

В производственных мощностях электронных компонентов требуется относительная чистота данного химического элемента. Поэтому все отходы нашли применение в солнечных батареях. Использование материала низкого качества позволяет более рационально применять имеющиеся ресурсы.

Процесс производства солнечной батареи заключается в резке слитков кремния на очень тонкие пластины. Чтобы удешевить продукцию используют поликристаллический кремний. Несмотря на то, что показатель КПД немного ниже, солнечные батареи с такими облатками достаточно долговечны. Сейчас идет активное исследование кремния низкого качества с целью улучшения показателей и снижения стоимость производства.

Применение кремния аморфного типа позволило значительно удешевить производство. В нем отсутствует кристаллическая структура. Кремневодород (силан) оптимально подходит для изготовления, эффективно поглощающего солнечные лучи покрытия. Им покрывают фольгу или стекло очень тонким слоем, который тоньше кремниевого слоя примерно в 100 раз. Главной особенностью аморфных элементов является возможность использования рассеянного светового потока солнца. Это обеспечивает значительно больший выход при повышении температуры. Хотя показатель КПД и составляет всего около 8% лишь у половины кристаллических элементов.