В настоящее время все большее количество людей переходят на пользование так называемыми альтернативными источниками энергии, один из которых — солнце. В предлагаемой статье будет рассказано об устройстве и принципе работы солнечного коллектора, его правильном размещении и тонкостях монтажа.
Как работают солнечные коллекторы
Гелиоколлектор – это функциональная конструкция, используемая для получения энергии. Ее фоточувствительные элементы поглощают свет для нагрева жидкости или воздуха внутри трубок.
Принцип работы солнечного коллектора (СК): лучи солнца нагревают пластины черного цвета, и энергия аккумулируется для бытовых нужд. Способ ее получения – экологически чистый и экономичный.
Выделяют следующие виды бытовых коллекторов:
- плоские;
- вакуумные;
- воздушные.
Расскажем подробнее о каждом из этих типов ниже.
Плоские
Популярные и бюджетные по расценкам устройства. Состоят из плоскостной светочувствительной пластины, соединенной с теплопроводящими трубами, стеклянного покрытия, теплоизоляции и металлической рамы.
Пластина поглощает солнечный свет и аккумулирует тепловую энергию, которая нагревает жидкость-теплоноситель. В отличие от других типов, теряют много поглощенного тепла. Неэффективны в пасмурную погоду.
Повышенная влажность плохо сказывается на конструктивных деталях.
Вакуумные
Выделяют 2 типа вакуумных коллекторов: прямоточные и с косвенной передачей тепла. Первые применяются в теплое время года, вторые – всесезонно. В основе конструкции – вакуумная система трубок с металлическим стержнем внутри, в котором находится жидкость-теплоноситель. Такая установка работает по принципу термоса. Характеризуется оптимальным КПД.
Воздушные
По принципу работы похожи на плоские. Но в воздушных коллекторах в качестве теплоносителя используют воздух. Устанавливают для отопления домов. Прогретый воздух заполняет помещение при помощи воздуховодов и вентилятора.
Тип устройства выбирают, ориентируясь на цель использования. Конструкции подходят для дачных участков, коттеджей, деревенских домов и дуплексов.
Принципы и тонкости рабочего процесса
Прежде чем начать изготовление солнечного теплоносителя самостоятельно, необходимо внимательно изучить основные правила его функционирования и составляющие всей конструкции.
Как не выглядело бы парадоксальным, но конструкция солнечного коллектора устроена довольно просто – в основу принципа его работы заложены обычные физические законы, в соответствии с которыми жидкость, обладающая более высокой плотностью, вытесняет жидкость с более низкой плотностью.
В принципе, такая же схема работы заложена в функционирование отопительной системы при естественном движении теплоносителя: более тёплая вода поднимается кверху за счёт более прохладной воды. Основным различием между естественным отоплением и солнечным теплоносителем является только способ нагрева воды – при коллекторе вода нагревается за счет солнца.
Солнечные панели, встроенные в крышу дома
Исходя из такого принципа, можно сделать вывод, что конструкция солнечного теплоносителя весьма простая: вертикально находящийся змеевик, в котором вода постепенно поднимает по мере нагревания кверху, а затем поступает в накопительную ёмкость, из которой и набирают уже подогретую жидкость. Чтобы солнечные коллекторы для дома, изготовленные своими руками, работали более эффективно, необходимо установить естественное перемещение жидкости.
Исходя из вышеперечисленных тонкостей и нюансов работы коллекторов, складывается принцип установки многочисленных узлов альтернативных солнечных обогревателей.
Чтобы жизненно важная циркуляция жидкости была грамотно обеспечена без использования насоса, солнечный коллектор для отопления должен находиться на самой высокой части здания (зачастую, на крыше), а накопительная ёмкость – чуть ниже теплоносителя (к примеру, на чердаке).
Схемы подключения солнечного коллектора
При установке солнечного водонагревателя или системы отопления к устройству обязательно подключают накопительный бак. Он нужен из-за непропорционального расхода энергии и распределения генерируемого тепла. Со временем бак заполняется водой, которой владельцы системы используют по своему усмотрению.
Рекомендуется устанавливать стандартный бойлер или буферную емкость. Рационально построенная конструкция представляет собой соединение коллектора с теплопроводником, который сообщается с бойлером.
Для отопления дома
В северо-восточных регионах России осенью и зимой отсутствует максимальная солнечная активность. Гелиоустановки используются в качестве вспомогательного энергоисточника для подогрева. Схема подключения представлена на рисунке ниже.
Солнечный коллектор подключают к водопроводу и циркулярному насосу. Энергию используют для косвенного нагрева помещения.
Для горячего водоснабжения
Существует 2 варианта использования: для лета и зимы.
Зимой в качестве жидкости-теплоносителя используют антифриз, который вливают в аккумулирующую емкость со змеевиком. За счет его непрерывной циркуляции вода постоянно нагревается до оптимальной температуры.
Отопление + ГВС
Суть схемы подключения – объединение процессов отопления и ГВС. Применяется двухконтурная теплоаккумулирующая емкость с внутренним резервуаром. Это помогает отделить техническую воду от питьевой. Для автоматизации включают в схему контроллер СК для предупреждения перерасхода.
Для подогрева бассейна
Для прогрева переносного или стационарного бассейна используют погружную помпу. Ее можно заменить на автоматизированную насосную станцию, которая будет осуществлять циркуляцию холодной воды из бассейна, а нагретой – из СК.
Необходимые инструменты и материалы для монтажа солнечного коллектора
Установка солнечных коллекторов осуществляется под открытым небом. Следовательно, сама конструкция, трубопроводная система и все вспомогательные крепления со временем подвергаются разрушающему воздействию окружающей среды. На них могут появиться коррозии и деформации. Поэтому для установки используют только нержавеющие материалы.
Для монтажа солнечного коллектора используют следующие вспомогательные инструменты:
- кран или подъемник;
- строительные леса;
- кровельная лестница;
- страховочное оборудование – жилет, трос и т. д.;
- строительный уровень;
- вакуумный захват;
- изоляционный материал для труб.
От качества установки зависит надежность, эффективность и долговечность оборудования.
Как рассчитать площадь коллектора
Площадь рабочей поверхности системы рассчитывают, учитывая ее вид и особенности расположения. Следует помнить, что КПД коллектора зависит от температурного режима и количества солнечной энергии.
Примерные значения для лета в России на 1 м²: до 160 кВт*ч в месяц, в остальное время – от 20 до 80 кВт*ч.
Для горячего водоснабжения потребуется приблизительно 100*1,16*30=3,48 кВт*ч. При этом 1,16 Вт*ч – это та энергия, которая понадобится для нагрева 1 кг воды на 1 °C.
Для регулирования выработки энергии в жаркую погоду используют тепловые насосы. Также летом конструкции накрывают плотным тентом, если генерируют много энергии. План установки и площадь светочувствительных элементов определяются индивидуально.
Где устанавливать гелиоколлекторы
Основное условие для работы коллектора – открытое пространство, куда в любое время года свободно попадают прямые солнечные лучи. Устройство устанавливают на территориях частных домов, где нет тени от других построек и деревьев. Чаще светочувствительные пластины крепятся на крыше здания.
Распространенный способ – установка нескольких пластин, так называемых «геополей». Для монтажа подходят как скатные, так и плоские крыши. Из-за большого веса коллектора его закрепляют на несущих конструкциях – балках, стропилах и т. д.
Устройства устанавливают на балконах или горизонтальных поверхностях фасада. Чтобы оно работало эффективнее, светочувствительные элементы в России располагают строго на южной стороне. При их отклонении на запад или восток коэффициент поглощения солнечных лучей снизится.
Каким должен быть угол наклона коллектора
Угол установки плоского солнечного коллектора зависит от следующих факторов:
- Регион проживания. Для южных регионов – 30-35°, для средней полосы – от 40°.
- Время года, когда планируется использовать установку (летний или зимний сезон, круглогодично). Для всесезонного применения выбирают угол, которые примерно равен географической широте региона. Летом это значение уменьшают на 15°. Зимой, наоборот, увеличивают.
- Климатические условия и количество осадков. Если гелиосистема используется в зимой, угол наклона делают крутым, чтобы снег не скапливался на ее поверхности.
В сопроводительной инструкции производитель указывает оптимальные показатели угла наклона для каждого солнечного нагревателя. Соблюдение всех условий для определения значений углового наклона способствует максимально эффективной работе оборудования.
Солнечный коллектор: виды и подвиды теплоносителей
В зависимости от того, какую температуру могут достигать пластины коллектора, их можно разделить на следующие виды:
- Коллектор низкой температуры;
- Коллектор средней температуры;
- Коллектор высокой температуры.
Солнечный коллектор низкой температуры не сможет дать энергию с большой мощностью. Он сможет нагреть воду не теплее 500 С.
Коллекторы средней температуры могут прогреть воду уже до 850-900 С. Такие солнечные коллекторы для отопления дома и помещений подходят наиболее оптимально.
А коллекторы высокой температуры пользуются большим спросом в индустриальных предприятиях и крупных заводах, поэтому своими силами их сделать просто не представляется возможным.
Внешний вид солнечного коллектора
Все интегрированные солнечные энергоносители подразделяются на:
- Плоские солнечные коллекторы;
- Воздушные коллекторы;
- Жидкостные энергоносители;
- Накопительные интегрированные солнечные коллекторы.
Термосифонный солнечный теплоноситель
Накопительные интегрированные солнечные коллекторы по-другому называют термосифонными коллекторами. Его основное предназначение заключается не только в подогреве воды, но и для поддержания нужной температуры определённое время. Эти коллекторы не имеют насосов, поэтому они гораздо дешевле остальных разновидностей.
Термосифонный солнечный коллектор изготавливается в виде конструкции с одним баком, который заполнен водой и помещён в теплоизоляционный короб. Поверх бака находится стеклянная покрышка, через стекло которой проходит солнечная радиация и нагревает воду.
На приобретение такого солнечного коллектора не потребуются большие затраты, к тому же он не сложен в эксплуатации и прост в обслуживании.Единственным недостатком солнечного коллектора является то, что в зимнюю пору пользоваться в полную силу им вряд ли удастся.к меню ↑
Плоский теплоноситель
Схема нагрева воды в бойлере с помощью солнечного коллектора
Плоский солнечный коллектор внешне схож с обычным плоским металлическим ящиком, внутри которого находится чёрная пластинка, через которую проходит солнечная энергия.
Стеклянная покрышка ящика накапливает солнечную радиацию. Так как стекло обладает низким содержанием железа, вся скопившаяся энергия переходит на пластинку.
Ящик плоского коллектора теплоизолирован, а чёрная пластинка – термовоспринимающая, поэтому из такой конструкции и выделяется тепло. А так как КПД пластинки не больше 10-15%, её дополнительно покрывают аморфным полупроводником.
Плоские энергоносители предназначены для нагрева воды в саунах, бассейнах, а также для отопления жилых комнат и других бытовых нужд.
Жидкостный солнечный коллектор
Жидкостный солнечный коллектор может быть как остеклённым, так и неостеклённым. А также с замкнутой системой теплообмена или с разомкнутой. Но их всех объединяет принцип работы теплоносителя, в основе которого заложена жидкость.
Воздушный теплоноситель
Схема сушки зерна с помощью солнечного коллектора
Воздушный солнечный коллектор отдалённо напоминает работу жидкого коллектора. Но на его установку и приобретение уходит гораздо меньше денежных средств. Кроме того, воздушные теплоносители не замерзают при отрицательной температуре воздуха и не подтекают.
Воздушные солнечные коллекторы хороши при сушке сельскохозяйственной продукции.к меню ↑
Концентрат
Помимо всех вышеперечисленных видов и подвидом солнечных коллекторов выделяют также концентраторы. Главной отличительной чертой концентратов от коллекторов является концентрация солнечной радиации. Это представляется возможным за счёт зеркальной поверхности конструкции, благодаря которой солнечные лучи направляются на поглотители.
Наиболее существенным минусом такого типа коллектора является невозможность нормального функционирования в непогожие дни.
То есть концентраты подходят только для работы в странах, где постоянно поддерживается жаркий климат.
Солнечная печь и дистиллятор
И последней разновидностью солнечных коллекторов можно считать печи, работающие за счёт солнечной радиации и дистилляторы. Принцип работы дистилляторов заключается в испарении воды. Таким образом, они не только обеспечивают теплоэнергией, но и производят очистку воды. По такому же алгоритму работают и солнечные печи.
Повышаем эффективность работы солнечного коллектора в холодную пору
Использование простой системы для отопления и горячего водоснабжения в зимнее время возможно, если в качестве теплоносителя применяется антифриз, а бак-накопитель дополнен вспомогательным обогревательным элементом (например, ТЭНом).
При использовании антифриза изменяется конструкция бака – в него монтируется змеевик (чаще всего медный), благодаря которому происходит циркуляции теплоносителя в баке.
Хорошая проводимость металла позволяет отдавать тепло антифриза воде в баке.
В конструкцию рекомендуется включить циркуляционный насос и расширительный бак. Иногда для разделения воды, которая используется для отопления (техническая) и личного использования (питьевая) в бак монтируют внутренний резервуар.
Он располагается в верхней части бака (где собирается горячая вода) и подключен к системе водоснабжения (с помощью вентиля забирается горячая вода, а резервуар заполняется холодной жидкостью).
При этом система отопления подключена к основному баку.
В зависимости от внешней температуры, площади коллектора, географической точки, времени года, типа коллектора, и множества других факторов колеблется и эффективность работы системы (т.е. стабильность вырабатываемого уровня энергии).
Кроме более привычных пользователям устройств, существует и воздушный солнечный коллектор, схема работы которого предполагает, что теплоносителем в системе является воздух, который нагревается от абсорбера и подается в отапливаемое помещение с помощью вентилятора.
Используемые источники:
invertory.ru, solar-energ.ru, techforhome.ru, prootoplenie.com, du-alex.ru
Вакуумный солнечный коллектор
Максимально задействовать в повседневной жизни альтернативные источники энергии – ключевая задача, над которой постоянно работают инженерные умы.
И в этом вопросе они достигли весомых результатов, регулярно представляя все новые устройства, позволяющие организовать комфортное существование при условии значительного сокращения потребления традиционной электроэнергии.
Одной из таких интересных разработок является вакуумный солнечный коллектор. Ознакомление с устройством и принципом работы оборудования поможет лучше узнать его достоинства и определиться с назначением в быту.
Назначение и устройство оборудования
Конструкция солнечных коллекторов весьма различна. Это могут быть плоские или вакуумные нагреватели, а также оборудование, где в качестве теплоносителя вместо воды задействован воздух. Подробно мы остановимся на вакуумной модификации, так как именно этот тип солнечных коллекторов обладает высоким КПД и массой других неоспоримых достоинств.
Назначение вакуумного коллектора, работа которого основана на преобразовании солнечного излучения в тепловую энергию, имеет широкий вариативный ряд. Наибольшая востребованность наблюдается при необходимости нагрева воды в значительных объемах.
Ступенькой ниже стоит цель организовать отопление помещения за счет установки солнечного оборудования в форме вакуумного коллектора. Ему под силу подогреть в воду в бассейне или обеспечить теплый пол в холодный сезон.
Важным аспектом эксплуатации солнечного коллектора является его экологическая безвредность и безопасность.
Главным отличием вакуумных нагревателей от других конструкций солнечных коллекторов – это наличие на базовой панели закрепленных стеклянных трубок.
В качестве материала применяется боросиликатное стекло, характеризующееся повышенной прочностью и сохраняющее оптические свойства на протяжении длительного периода. Для покрытия применяется специальное вещество, которое обеспечивает притяжение солнечных лучей.
Внутри большей трубки расположено меньшее по диаметру изделие, пространство между ними заполнено вакуумом.
Внизу трубки находится специальная жидкость, которая под действием солнечной энергии преобразуется в пар и поднимается вверх, обеспечивая тем самым равномерный прогрев воды в вакуумном коллекторе. Устройство оборудования представлено на схеме ниже:
Принцип работы
Наличие в конструкции вакуумного отсека обеспечивает работу солнечного коллектора по принципу термоса. Базовые элементы оборудования в основном включают следующие части:
- коллектор;
- тепловой аккумулятор, в его роли зачастую выступает водяной бак;
- контур для теплообменника;
- температурные датчики;
- приемник.
Разберем функции каждой детали подробно. Приемник выполняется из меди, изолированной полиуретановым способом. Дополнительная защита представлена покрытием из анодированного алюминия. Через него осуществляется подача тепловой энергии. При выявлении неисправности в приемнике, процедура замены проходит беспроблемно, для этого не требуется слив жидкости из теплообменника.
На конце вакуумных трубок солнечного коллектора и на обратной стороне отопительного устройства установлены температурные датчики. На основе их показателей осуществляется работа циркуляционного насоса.
Принцип работы солнечного нагревателя заключается в следующем:
- В роли теплоносителя выступает незамерзающая жидкость, которая проходя через верхнюю зону оборудования, поглощает тепловую энергию, выдаваемую специальными наконечниками из медных сплавов.
- В результате применения механизма змеевика в накопителе вакуумного солнечного коллектора происходит нагрев жидкости.
- Передача тепла по замкнутому циклу осуществляется до тех пор, пока градус самой жидкости не будет выше температуры воды в накопительном баке.
Факторами, определяющими период работы подобной системы, являются температурные показатели атмосферы и продолжительность светового дня.
Вакуумные накопители, использующие энергию солнечного света, бывают с прямой и косвенной тепловой подачей. Первый вариант вакуумных коллекторов характеризуется использованием воды в качестве теплоносителя, поэтому его относят к сезонному оборудованию, работающему от солнечной энергии. Во втором случае возможна круглогодичная эксплуатация устройства.
Особенности установки
Соблюдение рекомендаций по установке вакуумного коллектора – залог высокоэффективной работы солнечного нагревателя. Правильное расположение обеспечивает нагрев жидкости в холодный сезон на 50-60%, для летнего периода этот показатель составляет 100%.
Предупреждение! Жаркая погода может спровоцировать нагрев воды в коллекторе до 300оС, поэтому необходимо предусмотреть теплоизоляцию горячего контура трубной обвязки.
Для этих целей не годятся оцинкованные стальные или полимерные трубопроводы. Нержавеющая сталь или медь – оптимальный материал. Итак, на что следует обратить внимание:
- При креплении на крыше сооружений, угол наклона вакуумного коллектора к горизонту равняется географической широте местности.
- Размещение на открытых пространствах солнечного нагревателя должно осуществляться вблизи строений, потребляющих тепло.
- Затеняющие факторы следует исключить.
- Максимальной эффективности в работе солнечные коллекторы достигают, когда угол падения лучей солнца составляет 90о.
Однако добиться соблюдения этого условия сложно ввиду постоянного движения вакуумного нагревателя относительно солнечных лучей.
Идеальное решение проблемы – установка мобильного коллектора, который поддерживает требуемый угол наклона благодаря функции поворота за солнцем.
Но стоимость такого оборудования непомерно высока, поэтому гораздо выгодней эксплуатировать более простые в техническом плане вакуумные коллекторы.
При выборе угла наклона ориентируются на основное предназначение солнечного нагревателя, при этом выбирается направление в южную сторону. Максимальное отклонение не должно превышать 30о.
В северных регионах установка вакуумного коллектора осуществляется практически вертикально. Такие устройства эффективны в зимний сезон, так как используют свет, отраженный от снежного покрова.
Иногда солнечные коллекторы фиксируют на стенах домостроений, получая следующие выгоды:
- простота в обслуживании;
- меньшее скопление пыли, соответственно облегчается уход;
- риск получения повреждений при граде сведен к минимуму;
- низкое крепление вакуумного коллектора относительно бака с нагреваемой жидкостью способствует увеличению скорости конвекции, потребность в активной системе отпадает.
- настенный солнечный коллектор вакуумного типа снижает тепловые потери помещения, сокращая потребность в дополнительной энергии для отопления.
Совет! Установка электрического или газового подогревателя осуществляется после солнечного вакуумного коллектора, параллельное подключение следует исключить. В этом случае дополнительные источники тепла будут работать в экономном режиме, осуществляя доведение жидкости до требуемой температуры после основного нагрева от солнечных лучей.
Достоинства вакуумных коллекторов
Бесперебойную работу солнечного вакуумного оборудования обеспечивают изолированные приспособления. Это позволяет функционировать всей системе при температурах до -40оС. В этом случае прибор с накопительным баком располагают отдельно, соединяя с основной частью вакуумного коллектора при помощи металлопрокатных изделий.
Автоматизированную работу косвенных устройств вакуумного коллектора обеспечивают контролеры, насос осуществляет бесперебойную циркуляцию жидкости в системе. Среди преимуществ солнечных коллекторов вакуумного типа отмечаются следующие позиции:
- высокая эффективность в условиях пасмурной погоды или минусовых температурах;
- монтаж конструкции вакуумного оборудования не требует специальных навыков;
- устойчивость солнечного нагревателя к негативным воздействиям окружающей среды;
- длительный период эксплуатации.
Единственным отягощающим моментом может стать высокая стоимость солнечного нагревателя, но благодаря длительному сроку службы, вложенные средства окупятся в ближайший период, обеспечивая в дальнейшем существенную экономию расходов на электроэнергию.
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.
Энергия солнца является экологически чистым, универсальным и
дешевым источником энергии, по сравнению с традиционными
источниками. Рост интереса к этому виду энергии обусловлен, с одной
стороны, постоянным ростом цен на топливо ( природный газ и нефть),
с другой стороны -ужесточением контроля и норм по выбросу вредных
веществ в окружающую среду.
Солнечные коллекторы, это, безусловно, самый зеленый способ
производства горячей воды. Солнечные водонагреватели, как правило,
используется в сочетании с традиционными нагревателями, так как
погода влияет на эффективность нагрева воды. Традиционные
нагреватели лишь подстраховывают солнечные водонагреватели, в
зимние и пасмурные дни.
Вакуумный солнечный коллектор (солнечный
водонагреватель) используется с целью сбора солнечной энергии и
преобразованием её в тепловую энергию. Солнечный коллектор состоит
из отдельных вакуумных трубок, которые располагаются параллельно
друг другу. Вместе с теплосборником, креплением и рамой они
формируют солнечный вакуумный коллектор.
Конструкция вакуумных трубок похожа на конструкцию термоса: одна
трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум,
который представляет совершенную термоизоляцию.
Внутренняя трубка
покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует
(поглощает) солнечную энергию а вакуум препятствует потерям тепла.
Медная трубка запаяна и содержит небольшой объем легкокипящей
жидкости.
Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло
вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник,
где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура
(незамерзающей жидкости). Конденсат стекает вниз, и процесс
«испарения–конденсации» повторяется.
Вакуумные трубки сделаны из высококачественного, сверхпрочного
боросиликатного стекла, что обеспечивает защиту их от града и
механических повреждений. Данная трубка устойчива к замораживанию и
работоспособна без повреждений до -50°С. Испарение жидкости
начинается при достижении температуры внутри трубки +30°С.
- Солнечные коллекторы с вакуумными трубками в зависимости от
давления и использования делятся на : - – Солнечный коллектор система без давления;
- – Солнечный коллектор система под давлением;
- – Солнечный коллектор одноконтурный;
- – Солнечный коллектор двухконтурный;
- – Солнечный водонагреватель, сплит-система;
- – Солнечный коллектор всесезонный.
Солнечный водонагреватель система без давления
За счёт солнечной энергии такая система способна обеспечивать до
100 % ежедневной потребности в ГВС в летний период. За счёт вакуума
потери тепла в атмосферу минимальные.
- Солнечный коллектор системы без давления является самой простой
системой ГСВ , не нуждается в постоянной подкачке воды
(заправляется периодически), так как расположен выше точки разбора
воды. - Внимание: солнечный коллектор с вакуумными
трубками системы без давления эксплуатируется только в теплое время
года (при положительной температуре окружающей среды), на зимний
период воду из системы необходимо сливать. - Такие коллекторы используются для обеспечения горячего
водоснабжения в загородных домах и дачах и пансионатах при условии
потребления воды только при положительных температурах наружного
воздуха. - Место установки солнечного коллектора -крыша дома и других
строений (плоская / скатная)
Емкостной бак для воды двухслойный. Внешний слой сделан из
нержавеющей или окрашенной стали, диаметр 460 мм. Внутренний слой –
из нержавеющей стали 0,41 мм толщиной, диаметром 360 мм. Между
стенками бака в качестве утеплителя используется полиуретан 50 мм
толщиной. Подпорная рама металлическая с гальваническим покрытием.
Электронагреватель установлен в баке для воды и включается, когда
для подогрева воды недостаточно солнечной энергии.
Контроллер
осуществляет интеллектуальный контроль и автоматическую работу
системы: регулирует уровень воды в баке (открывает клапан подачи
воды из водопровода), обеспечивает поддержание заданных параметров
температуры нагрева жидкости в баке (включает электронагреватель
при недостаточности нагрева воды).
Солнечный водонагреватель система под давлением
Данная система отличается от рассмотренной выше конструкцией
бака солнечного проточного водонагревателя.
Бак проточного водонагревателя на солнечном коллекторе
двухконтурный, и является конструкцией бак в баке. Между стенками
внутреннего и внешнего баков находиться теплоизолятор.
В середине
внутреннего бака находится медный змеевик, через который проходит
подогреваемая вода из водопроводной сети. Концы этого змеевика
выведены наружу с разных сторон бака.
Внутренний бак заполняется
водой или антифризом, который подогревается всё теми же вакуумными
трубками с тепловыми стержнями. Уровень воды или теплоносителя в
баке поддерживается автоматически контроллером.
Принцип работы проточного водонагревателя:
Вакуумные трубки с тепловыми стержнями нагревают теплоноситель
внутри бака, вокруг змеевика. Эта вода используется только, как
внешний теплоноситель для змеевика. Когда потребитель открывает
кран горячей воды, то она, под давлением водопроводной сети,
проходит через множество витков змеевика и разогревается.
- Преимущества водонагревателя:
- 1) При нагреве воды внутри бака – система готова к работе
- 2) Горячая вода из бака не расходуется и постоянно подогревается
трубками коллектора (расходуется вода внутри змеевика), нет
перерывов в работе нагревателя - 3) Не требуется располагать водонагреватель выше точек
потребления горячей воды - 4) При использовании антифризов для заполнения внутреннего бака,
водонагреватель становится все сезонным.
Солнечный водонагреватель, сплит-система (всесизонная)
- Сплит-система состоит из:
- -солнечного коллектора с вакуумными трубками, внутри которых
находится медный нагревательный элемент, - -насосной станции,
- -контроллера,
- -расширительного бачка,
- -датчиков,
- -бака для воды с двумя теплообменниками, ТЭНом.
- Характеристика Солнечной водонагревательной Сплит-
системы : - 1. Солнечный коллектор отделен от водяного бака, бак может быть
установлен в любом месте; - 2. Солнечный коллектор может быть установлен на зданиях
различными способами и стилями; - 3. Применяет U-образные вакуумные трубы солнечного коллектора,
использует антифриз для преобразования тепла с высоким антифризным
эффектом; - 4. Интеллектуальная система контроля, надежная и удобная;
- 5. Хранение большого объема воды, достаточный поток воды;
6. Многофункциональный интерфейс отопительной системы может быть
соединен с дополнительным ресурсом отопления, работающий не на
солнечной энергии.
- 7. Возможность эксплуатации в любое время года;
- 8. Возможность работы в регионах с умеренным климатом, в том
числе в зимний период, при низких температурах; - Внимание: сплит-система не является полной
заменой традиционно применяемым системам отопления, а используется
для предварительного нагрева теплоносителя в системе отопления.
Монтаж солнечного коллектора
Количество вырабатываемой солнечным коллектором тепловой энергии
зависит в основном от угла наклона и ориентации установки.
Критерием ориентации является азимут.
Угол наклона – это угол между горизонталью и
батареей. При установке на скатной крыше угол наклона задается
скатом кровли.
Наибольшее количество энергии воспринимается панелью
коллектора при расположении его плоскости под прямым углом к
направлению инсоляции.
Поскольку угол инсоляции зависит от времени
суток и года, ориентацию плоскости коллектора следует выполнять в
соответствии с высотой Солнца в период поступления наибольшего
количества солнечной энергии.
На практике углы наклона принимаются между 30 и 45?.
Азимут описывает отклонение плоскости
коллектора от направления на юг; если плоскость коллектора
ориентирована на юг, то азимут = 0?.
Самого высокого коэффициента энергоотдачи (КПД) солнечной
установки в Санкт-Петербурге и Ленинградской области можно добиться
при ее расположении в южном направлении с наклоном 30-35? к
горизонтали.
Важной частью гелиоустановки является поддерживающая конструкция
для солнечных коллекторов. Она обеспечивает правильный угол
наклона, а также необходимую жесткость конструкции. Поддерживающие
конструкции с солнечными модулями должны выдерживать порывы ветра и
другие неблагоприятные воздействия окружающей среды.
Загрузка...
