Солнце является практически неисчерпаемым источником энергии для Земли. Однако человек используют лишь незначительную ее часть. Сегодня вопрос энергосбережения стоит особенно актуально.
Алгоритм функционирования солнечного коллектора основывается на трансформации энергии солнечного излучения в тепловую. Осуществляется это с помощью нагревающегося в коллекторе теплоносителя, который передает накопленную энергию в систему отопления или горячего водоснабжения. Обычно таким теплоносителям является вода, в некоторых случаях также используют антифриз.
Поэтому все более активно внедряются в эксплуатацию специальные устройства, позволяющие направлять солнечную энергию на решение практических задач. Одним из таких устройств является солнечный коллектор. Его можно эффективно использовать для целей отопления или получения горячей воды.
Чтобы правильно подобрать гелиосистему и максимально эффективно использовать ее возможности, нужно понимать принцип работы солнечного коллектора для отопления дома и горячего водоснабжения.
Преимущества солнечных коллекторов и гелиосистем Oventrop
Экономичность.
Солнечные коллекторы существенно снижают расходы на горячее водоснабжение и обогрев коттеджа в холодное время года. Использование гелиоустановок сокращает годовые затраты на нагрев воды до 60%, а на отопление здания – до 30%;
Экологическая чистота.
Гелиоколлектор абсолютно безопасен, т.к. не допускает загрязнения окружающей среды и не оказывает негативного влияния на здоровье человека. Кроме того, в воде, находящейся под действием высоких температур и вакуума, появление и распространение бактерий становится невозможным;
Длительный срок эксплуатации.
Надежность и долговечность солнечных коллекторов Oventrop обусловлена применением современных высококачественных материалов. Стеклянные и металлические элементы гелиоустановки отличаются ударопрочностью и устойчивостью к резкой смене погоды, в частности порывам ветра;
Автономность.
Гелиоустановка может отапливать здания даже в случае длительных перебоев в работе системы теплоснабжения. Аналогичная ситуация и при отключении горячей воды.
Специфика применения
В отличие от теплогенераторов и тепловых насосов, преобразующих энергию из согретых солнцем грунтовых вод и воздушных масс, солнечные коллекторы работают от прямых солнечных лучей, воздействующих на их поверхность. Единственный нюанс гелиоколлекторов заключается лишь в том, что ночью они находятся в пассивном режиме.
На суточную производительность гелиоустановки влияют такие факторы, как:
- Продолжительность светового дня, которая в свою очередь зависит от географической широты региона и времени года. Так, например, в Центральной части России летом солнечный коллектор будет функционировать по максимуму, а зимой – по минимуму. Это связано не только с длительностью дня, но и изменением угла падения солнечных лучей на гелиопанели;
- Климатические особенности региона. Как правило, на территории нашей страны имеется множество участков, над которыми больше 200 дней в году солнце скрывается за слоями туч или за пеленой тумана. Несмотря на то, что гелиоколлектор может улавливать даже рассеянные солнечные лучи, в пасмурную погоду его продуктивность значительно уменьшается.
Стагнация системы
Поговорим чуть подробнее о проблемах, связанных с переизбытком генерируемого тепла. Итак, предположим, что вы установили достаточно мощный гелиоколлектор, способный полностью обеспечить теплом отопительную систему вашего дома. Но наступило лето, и потребность в отоплении отпала. Если у электрического котла можно отключить электропитание, у газового – перекрыть подачу топлива, то над солнцем мы не властны – «выключить» его, когда стало слишком жарко, нам не под силу.
Стагнация системы – одна из главных потенциальных проблем солнечных коллекторов. Если из контура коллектора забирается недостаточно тепла, происходит перегрев теплоносителя. В определенный момент последний может закипеть, что приведет к прекращению его циркуляции по контуру. Когда теплоноситель остынет и конденсируется, работа системы возобновится. Однако далеко не все виды теплоносителей спокойно переносят переход из жидкого состояния в газообразное и обратно. Некоторые в результате перегрева приобретают желеобразную консистенцию, что делает невозможной дальнейшую эксплуатацию контура.
Избежать стагнации поможет лишь стабильный отвод производимого коллектором тепла. Если расчет мощности оборудования сделан правильно, вероятность возникновения проблем практически нулевая.
Однако даже в этом случае не исключено возникновение форс-мажорных обстоятельств, поэтому следует заранее предусмотреть способы защиты от перегрева:
1. Установка резервной емкости для накопления горячей воды. Если вода в основном баке системы горячего водоснабжения достигла установленного максимума, а гелиоколлектор продолжает поставлять тепло, автоматически произойдет переключение, и вода начнет греться уже в резервной емкости. Созданный запас теплой воды можно будет использовать для бытовых нужд позже, в пасмурную погоду.
2. Подогрев воды в бассейне. У владельцев домов с бассейном (не важно, крытым или размещенным под открытым небом) имеется прекрасная возможность отводить излишки тепловой энергии. Объем бассейна несравнимо больше объема любого бытового накопителя, из чего следует, что вода в нем не нагреется так сильно, что уже не сможет поглощать тепло.
3. Слив горячей воды. При отсутствии возможности тратить избыток тепла с пользой можно попросту сливать небольшими порциями нагретую воду из накопительного резервуара для ГВС в канализацию. Поступающая при этом в емкость холодная вода будет понижать температуру всего объема, что позволит продолжать отводить тепло от контура.
4. Внешний теплообменник с вентилятором. Если гелиоколлектор обладает большой производительностью, избыток тепла может быть тоже очень велик. В этом случае система оборудуется дополнительным контуром, заполненным хладагентом. Этот дополнительный контур сопряжен с системой посредством теплообменника, оснащенного вентилятором и монтируемого за пределами здания. При возникновении риска перегрева избыточное тепло поступает в дополнительный контур и через теплообменник «выбрасывается» в воздух.
5. Сброс тепла в грунт. Если помимо солнечного коллектора в доме имеется грунтовый тепловой насос, избыток тепла можно направить в скважину. При этом вы решаете сразу две задачи: с одной стороны, защищаете контур коллектора от перегрева, с другой – восстанавливаете истощенный за зиму запас тепла в грунте.
6. Изоляция гелиоколлектора от прямых солнечных лучей. Этот способ с технической точки зрения один из самых простых. Конечно, забираться на крышу и занавешивать коллектор вручную не стоит – это тяжело и небезопасно. Гораздо рациональнее установить дистанционно управляемый заслон, наподобие рольставень. Можно даже подключить блок управления заслоном к контроллеру – при опасном повышении температуры в контуре коллектор будет закрываться автоматически.
7. Слив теплоносителя. Этот способ можно считать кардинальным, но в то же время он довольно прост. При возникновении риска перегрева теплоноситель посредством насоса сливается в специальную емкость, интегрированную в контур системы. Когда условия вновь станут благоприятными, насос вернет теплоноситель в контур, и работа коллектора будет восстановлена.
Принцип работы и особенности устройства
Главным элементом гелиоколлектора является адсорбер. Он представляет собой медную пластину с присоединенной к ней трубой. При поглощении энергии воздействующих на гелиосистему прямых солнечных лучей, адсорбирующий элемент моментально нагревается, передавая тепло циркулирующему по трубопроводу теплоносителю.
От типа поверхности коллектора зависит его способность отражать или поглощать солнечные лучи. Так, например, устройство с зеркальной поверхностью превосходно отражает свет и тепло, в то время как черная пластина полностью поглощает их. Следовательно, для наибольшей эффективности медную пластину адсорбера чаще всего покрывают черной краской.
Чтобы также повысить количество излучаемой от солнца тепловой энергии, необходимо грамотно выбрать прикрывающее адсорбер стекло. Для солнечных коллекторов применяют специальное стекло с антибликовым покрытием и минимальным процентом содержащегося в нем железа. Такое стекло отличается от обыкновенного не только сниженной долей отражаемого света, но и увеличивает прозрачность.
Кроме того, для предотвращения загрязнения стекла, что тоже снижает эффективность работы гелиоустановки, корпус коллектора полностью герметизируют, либо наполняют инертным газом.
При всем этом часть получаемой тепловой энергии пластина адсорбера отдает в окружающую среду, нагревая взаимодействующий с гелиосистемой воздух. Для снижения теплопотерь адсорбирующий элемент следует изолировать. Поиски максимально эффективных способов теплоизоляции и привели к появлению множества разновидностей солнечных коллекторов. Одними из распространенных видов являются плоские и трубчатые, или вакуумные.
Абсорбер своими руками
Сделать плоский абсорбер для гелиосистемы своими руками можно в домашних условиях. Для начала из медной трубы нужно сделать коллектор, по которому будет циркулировать жидкость. Можно согнуть трубу змейкой или же спаять коллектор в виде лестницы.
По цене стальные трубчатые радиаторы отопления дешевле биметаллических и чугунных.
О том, какое должно быть расстояние между кронштейнами радиатора читайте здесь.
Затем нужно вырезать из жести лист необходимых размеров. На этот лист кладется коллектор и припаивается. Таких элементов нужно изготовить несколько (3-4 штуки) и соединить их между собой. Получается, что в абсорбере будет 4 патрубка для подачи теплоносителя и 4 для обратки. Собрать все слои абсорбера в единую конструкцию, можно соединив патрубки последовательно или параллельно. При последовательном соединении вода будет больше времени проводить в коллекторе, соответственно, лучше нагреется.
Абсорбер нужно покрасить черной матовой краской и поместить в корпус. Чтобы уменьшить теплопотери на дно корпуса укладывается пенопласт. Все стыки должны быть герметичными, а материалы устойчивы к влаге. Не стоит забывать, что гелиосистема всегда будет находиться на улице.
Плоские солнечные коллекторы: устройство
Гелиоколлектор плоского типа состоит из алюминиевого короба, сверху которого установлено защитное стекло с абсорбционным слоем. Внутри корпуса расположены медные трубки, впускной и выпускной патрубки. Дно и стенки короба защищены самым надежным теплоизолирующим элементом – минеральной ватой.
Некоторые модели плоских коллекторов могут также иметь под стеклом слой пропиленгликоля, который выполняет функцию поглотителя солнечных лучей. Это увеличивает его КПД, обеспечивая оборудованию максимальную производительность вне зависимости от сезона.
Достоинства и недостатки плоских гелиоколлекторов
К главным преимуществам плоских солнечных коллекторов относят:
- Способность к самоочищению в случае выпадения осадков в виде снега или инея;
- Высокие показатели в соотношении «цена/качество», что характерно для южных регионов с теплым климатом;
- Высокий КПД при эксплуатации в летний сезон;
- Сравнительно невысокая стоимость в отличие от других гелиоконструкций.
Основными недостатками таких систем являются:
- Высокие теплопотери, обусловленные конструктивными признаками установок;
- Небольшой КПД при функционировании осенью и зимой;
- Сложности в ходе перевозки и монтажа гелиосистем;
- Максимальные затраты в случае выполнения ремонтных работ;
- Повышенная парусность гелиоустановки.
Сфера применения плоских солнечных коллекторов
Несмотря на недостатки, данный тип гелиосистем используется для сезонного нагрева горячей воды. Плоские гелиоколлекторы используются:
- Для горячего водоснабжения летнего душа;
- Для подогрева воды в бассейне до нужной температуры;
- Для обогрева теплиц.
Частые вопросы
Нужно ли получать разрешение на установку в доме солнечного коллектора?
Нет. На монтаж гелиосистем разрешение от контролирующих организаций не требуется. Однако установку лучше доверить профессионалам.
Можно ли использовать коллектор с естественной циркуляцией теплоносителя в Средней полосе?
Устройства с пассивной циркуляцией больше подходят для юга. В регионах с суровым климатом целесообразнее использовать системы с принудительной циркуляцией.
Вакуумные гелиоколлекторы
Вакуумный солнечный коллектор – это высокотехнологичное комплексное устройство, предназначенное для сбора тепловой солнечной энергии и последующей ее переработки в тепловую энергию, которая используется в быту и промышленных сферах для обеспечения отопления, подогрева воды в системах водоснабжения. Солнечный вакуумный коллектор высокоэффективен и эргономичен, обладает высоким КПД даже в условиях слабой освещенности и низких температур, что дает возможность использовать систему в любое время года. Устройство позволяет перерабатывать в тепло инфракрасное излучение, проникающее сквозь облака и рассеянные лучи. Солнечные коллекторы Oventrop способны даже при отрицательных температурах окружающей среды нагреть воду до ста градусов Цельсия.
Сфера применения вакуумных солнечных коллекторов
Использование конструкции значительно снижает затраты на отопление в зимний период года и гарантирует бесплатный подогрев воды в летний период года. Солнечный коллектор активно поглощает солнечную энергию и улавливает 98% энергии, когда степень вакуума — 10-. Системы устанавливают на фасадах, плоских или скатных крышах. При расположении в произвольных местах угол наклона должен находиться в пределах 15-750. Срок эксплуатации – не менее двадцати лет.
Системы широко используются для:
- подогрева воды в бытовых и производственных водопроводах, бассейнах;
- работы отопительных индивидуальных систем;
- обогрев теплиц.
Коллекторы легко включаются в сети водо- и теплоснабжения. Для подключения системы используется станция Regusol X Duo с вмонтированным теплообменником и контроллером, которая благодаря послойному накоплению теплоносителя повышает эффективность всей энергосистемы.
Энергия солнца — альтернативный источник тепла
Идея использования солнечной энергии для отопления не нова. Более того, целесообразность ее применения доказана американцами, китайцами, испанцами, израильтянами и японцами.
Рынок изобилует предложениями различных установок по преобразованию энергии солнца и дальнейшего ее использования для хозяйственных нужд.
Гелиосистемы активно используют в качестве основного источника теплп во многих странах мира. В наших широтах оно пока применяется в качестве дополнения к системе отопления
Стоимость систем зависит от их типа, площади, материала, применяемого при изготовлении. Из года в год наблюдается устойчивая тенденция к снижению цен на все виды солнечных установок — гелиосистем.
Это делает их более доступными широким слоям населения. Вот только пока не каждый желающий готов совершить такую покупку.
Зато, при желании, можно соорудить эффективную систему солнечного отопления своими руками, потратив ощутимо меньше средств.
Галерея изображений
Фото из
Плюсы использования солнечной энергии
Функции и назначение солнечных коллекторов
Солнечная панель на фотоэлементах
Установка элементов солнечного отопления
Привычная система отопления, отлично выполняющая свои функции многие годы, становиться все дороже. Виной этому – глобальное подорожание энергоресурсов во всем мире. Естественное желание, возникающее у хозяина – сэкономить на отоплении, съедающим значительную долю семейного бюджета.
Так солнечная система отопления может полноценно заменить привычную твердотопливную, газовую или любую другую. Все зависит от типа и размера помещения, в котором она будет использоваться.
Вариант, подходящий для зернохранилища не подойдет для жилого дома, а система, удовлетворяющая потребности дачи, никак не справится с отоплением 2-этажного особняка.
Полная замена традиционного отопления солнечным иногда проблематична. Владелец опасается, что система может не справиться или физически не хватает места для монтажа нужного количества панелей.
Поэтому, часто используют комбинированную систему отопления, не отказываясь полностью от установленного газового (электрического или другого) оборудования. Уровень замещения привычного отопления солнечным может достигать 90%.
Также, важное значение имеет годовое количество солнечных дней местности, в которой располагается жилище. Причем, среднесуточная температура не столь важна. Многие установки эффективно поглощают свет в зимние морозные дни (солнечные коллекторы, использующие в качестве теплоносителя антифриз).
Кроме отопления солнечная установка способна обеспечить жилище теплой водой и электроэнергией
Установка солнечного коллектора
От правильности установки коллектора напрямую зависит эффективность конструкции. Для избегания риска поднятия давления вследствие перегрева воды расчет солнечного коллектора выполняются исключительно в специальных программах. Расчеты производятся с учетом погодных условий в точке размещения коллектора и среднегодового расхода тепла. Мощность солнечного корректора вычисляется исходя из данных о площади, значения инсоляции системы и КПД коллектора.
Перед началом расчетов определяется, будет система круглогодичной или сезонной.
- Солнечные корректоры сезонного типа предполагают использование в теплый период года (середина апреля – середина октября). Данная конструкция состоит из бака накопителя и коллектора. Теплоносителем служит вода, которая замерзает при отрицательных температурах, поэтому использование ее в холодную часть года невозможно.
- Круглогодичные системы могут эффективно использоваться вне зависимости от температурного режима окружающей среды. В конструкции используется незамерзающая эфирная жидкость, которая обеспечивает высокий КПД солнечного коллектора даже в самые холодные дни года.
Вакуумные солнечные коллекторы при грамотной установке и монтаже покрывают до 60% среднестатистической семьи в горячей воде и обеспечивают отопление в период от второй половины весны до середины осени. Например, при установке системы в средних широтах России коллектор площадью в два квадратных метра обеспечивает ежедневный нагрев ста литров воды до 40-600.
Эффективность установки в летний период года значительно выше. За один ясный световой день 1 м2 коллектора будет прогревать около восьмидесяти литров воды до температуры + 650. Среднегодовая производительность солнечного коллектора с поглощающей площадью в 3м2 будет состоять в диапазоне 500-700 кВт/ч на 1м2.
Обзор лучших моделей
Лучшие коллекторы
Среди плоских конструкций наилучшей считается FPC-2200. У этого устройства активная площадь составляет 2,1 квадратных метра. Коэффициент полезного действия, если правильно установить изделие, будет достигать 94%. С его помощью можно достичь температуры теплоносителя в 135 градусов, наибольшее давление в системе будет составлять 1МПа. Без каркаса устанавливать запрещено. Стоит порядка 30 тысяч рублем.
Лучшим воздушным коллектором считает SOLARVENTI SV3, он способен работать полностью в автономном режиме. Предназначен не только для жилых помещений, но и для складов, разного рода иных технических помещений. Максимальная площадь, которую он может обогревать составляет всего лишь 25 квадратных метров. Изделие отличается компактными габаритами, масса составляет около 6 см, его разрешается устанавливать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Стоит достаточно дорого – 40 тысяч рублей.
На сегодняшний день вакуумные модели на российском рынке не представлены. Такой коллектор будет хорошим дополнением к стандартной отопительной системе дома или квартиры.
Устройство вакуумного солнечного коллектора
Компания Oventrop предлагает вакуумные солнечные коллекторы с тепловой трубкой. Системы с тепловой трубкой конструктивно напоминают термос: в стеклянную/металлическую трубку большего диаметра вставлена другая, меньшего диаметра. Пространство между ними вакуумированно, что обеспечивает максимально эффективную теплоизоляцию от воздействия внешних температур и минимальные потери на излучение. Вакуумная прослойка позволяет сохранить до 95% поглощенной тепловой энергии.
Все вакуумированные трубки оборудованы внутри медными пластинами поглотителя с эффективно собирающим солнечную энергию гелиотитановым покрытием. Заполненная специальной эфирной жидкостью тепловая труба установлена под поглотителем и присоединена к расположенному в теплообменнике конденсатору. Полученная поглотителем солнечная энергия превращает жидкость в пары, которые поднимаются в конденсатор и отдают тепло коллектору, конденсируется и возвращается в нижнюю часть колбы. Благодаря цикличности создается непрерывный процесс теплообмена.
Система способна вырабатывать значительные температуры и обеспечивает высокий КПД даже при слабой освещенности и t -30 — -450С (в зависимости от вида коллектора с трубками из стекла или металла). Вакуумные солнечные коллекторы просты и недороги в эксплуатации. Специальные соединения конструкции позволяют заменять либо поворачивать трубки в заполненной находящейся под давлением установке.
