Поговорим про солнечные коллекторы для отопления дома. Коллектор солнечный своими руками: виды, принцип работы и фото Как работает солнечный коллектор ночью

Что такое солнечный коллектор?

Как он устроен?

Бак-накопитель.

Антифриз.

Типы гелиоколлекторов

Плюсы и минусы гелиоколлекторов

Плоский коллектор:

Плоский солнечный коллектор

Плоский солнечный коллектор

Преимущества:

Бюджетные цены;

Недостатки:

Вакуумный коллектор:

Вакуумный солнечный коллектор

Вакуумный солнечный коллектор

Преимущества:

Низкие потери тепла;

Недостатки:

Воздушный коллектор:

Воздушный солнечный коллектор

Воздушный солнечный коллектор

Преимущества:

Минимальная цена.

Недостатки:

Низкий КПД.

Цена: от 1000 рублей.

Достоинства гелиоколлекторов

Экологичность;

Удобство эксплуатации;

Высокая долговечность.

Сколько это стоит?

Как выбрать солнечный коллектор?

Где купить?

Рост цен на энергоносители стал причиной повышения интереса к альтернативным и возобновляемым источникам энергии. Одно из первых мест в этом списке занимает энергия Солнца, которая используется для производства электрической и тепловой энергии.

Что такое солнечный коллектор?

Коллектор представляет собой устройство, в котором за счет солнечной энергии нагревается теплоноситель, в качестве которого чаще всего выступает вода. В дальнейшем она может использоваться для бытовых нужд, обогрева помещения или в технологических процессах. Также солнечный коллектор для бассейна может подогревать воду до комфортной температуры.

Недавно были разработаны и запущены в производство гибридные гелиоколлекторы, которые вместе с тепловой способны вырабатывать и электрическую энергию.

Как он устроен?

Как устроен солнечный коллектор

Принцип работы солнечного коллектора

Простейший солнечный водонагреватель состоит из таких элементов:

Плита-абсорбер, поглощающая солнечную энергию;

Теплопроводящая система, в которой циркулирует теплоноситель;

Бак-накопитель.

Учитывая, что такое устройство намного проще, чем солнечная батарея, цена солнечного коллектора значительно ниже.

В качестве теплоносителя могут использоваться:

Антифриз.

Средняя температура нагрева теплоносителя составляет 180-300 °C, в зависимости от режима работы.

Типы гелиоколлекторов

Солнечные водонагреватели различают по режиму работы: круглогодичные и сезонные, а также по принципу устройства: плоские, вакуумные и воздушные.

Плоский гелиоколлектор обеспечивает меньший нагрев теплоносителя - не более 200 °C. Повысить КПД его работы можно за счет использования в качестве абсорбера материала с высокой теплопроводностью, например меди или алюминия.

Вакуумный коллектор работает по принципу термоса, а более высокая температура носителя, 250—300 °C, достигается за счет сокращения потерь тепла путем полной герметизации системы. Купить вакуумный солнечный коллектор - значит получить возможность использовать 95% энергии светила.

Сфера применения воздушных гелиоколлекторов, которые в качестве теплоносителя используют воздух, ограничена отоплением помещений или сушкой различной продукции промышленного и сельскохозяйственного назначения.

Плюсы и минусы гелиоколлекторов

Использование солнечных нагревателей имеет как свои преимущества, так и ряд недостатков, в зависимости от особенностей конструкции.

Плоский солнечный коллектор

Преимущества:

Бюджетные цены;

Не требует очистки от инея, снега и других осадков;

Высокая эффективность в регионах с повышенной инсоляцией.

Недостатки:

Большие потери тепла, низкий КПД;

Форма и размер абсорбирующего элемента делают его неустойчивым при сильных порывах ветра на покатых кровлях.

Цена: от 10000 — 15000 рублей.

Вакуумный солнечный коллектор

Преимущества:

Высокий коэффициент полезного действия даже при низких температурах;

Возможность монтажа под любым углом;

Низкие потери тепла;

Модульная система облегчает ремонт и замену запчастей.

Недостатки:

По сравнению с плоским, цена солнечного вакуумного коллектора намного выше;

Нуждается в очистке от осадков.

Цена: от 15000 — 50000 рублей.

Воздушный солнечный коллектор

Преимущества:

Простота конструкции. При наличии определенных навыков Вы легко можете собрать воздушный солнечный коллектор своими руками.

Минимальная цена.

Недостатки:

Ограниченная сфера применения;

Низкий КПД.

Цена: от 1000 рублей.

Таким образом, достоинства и недостатки гелиоколлектора зависят от вида циркулирующего в нем теплоносителя и типа конструкции.

Достоинства гелиоколлекторов

Неоспоримыми преимуществами использования солнечного коллектора любого типа являются:

Автономность снабжения теплом и горячей водой независимо от централизованных поставщиков;

Сокращение затрат на оплату коммунальных услуг;

Экологичность;

Использование возобновляемого энергоносителя;

Удобство эксплуатации;

Минимальная потребность в сервисном обслуживании;

Высокая долговечность.

Солнечные коллекторы позволят Вам экономить семейный бюджет и обеспечат теплом и горячей водой даже в тех районах, где отсутствуют магистральные коммуникации.

Сколько это стоит?

Цена на гелиоколлектор зависит от его типа и источника теплоносителя.

Наиболее дешевые - воздушные. Если Вы собрали его своими руками, то его стоимость может приблизиться к нулю.

Цена солнечного коллектора для дома плоского типа находится в интервале 10 000-15 000 рублей.

Стоимость вакуумного коллектора составляет 15 000-50 000 рублей в зависимости от конструкции и фирмы производителя.

Как выбрать солнечный коллектор?

Выбор гелиоколлектора подходящего типа нужно делать, исходя из сравнения достоинств и недостатков каждого отдельного типа и тех задач, которые Вы планируете решить с его помощью.

Где купить?

Солнечные коллекторы любых типов легко приобрести в профильных магазинах, компаниях, которые занимаются автономным тепло- и водоснабжением, а также непосредственно у фирм-изготовителей и их дилеров.

Каждый день солнце поставляет человеку неограниченный энергетический потенциал. При этом он будет доступен для человечества еще на протяжении многих лет. Это толкает человека придумывать и воплощать в реальность новые устройства, способные трансформировать солнечное излучение в полезную для человека энергию. Последняя может и электрическую лампочку питать, а может обогревать помещение.

Примером устройства, которое способно превращать солнечную энергию в тепло, является солнечный коллектор – отзывы о нем доказывают эффективность системы. После того, как энергия, полученная от солнца, превращается в тепловую энергию, она передается теплоносителю. Все это делает возможным использование солнца для обогрева помещения, подогрева воды, а также подогрева бассейнов и прочих конструкций.

Нагрев воды и солнце

Для того чтобы солнце могло нагреть воду, имеются некоторые предпосылки. В течение года расход остается практически на одном и том же уровне. Поэтому именно энергию солнца эффективнее всего использовать в качестве источника энергии для нагрева воды. Если установить солнечные коллекторы правильно, то они способны поднимать температуру воды процентов на 50, а то и 65. Если же заводить речь о летних месяцах, тогда показатели подогрева могут достигать 100 процентов.

Это все говорит о том, что традиционные системы, которые используют электричество или газ, можно будет вовсе не включать. Это, естественно, будет плюсом, ведь в летние месяцы обогрев помещений не нужен, а посему традиционные системы будут иметь низкий КПД. Это еще одно доказательство эффективности использования солнечных коллекторов. Кроме всего прочего, от такой системы может питаться посудомоечная машина, работающая на теплой воде.

Современные солнечные водонагревательные установки отличаются своей простотой и технологическим новшеством, которые позволяют жить комфортно, не принося вред окружающей среде.

Принцип работы термических солнечных установок

В качестве сердца термических солнечных установок выступает коллектор. Наиболее распространена его плоская форма. Состоит коллектор из покрытого избирательного абсорбера, который в свою очередь поглощает солнечные лучи, трансформируя их в тепловую энергию. Для того чтобы свести к минимуму термические потери, такой коллектор помещается в термоизолированный ящик с прозрачными стенками.

Теплоноситель, роль которого в основном выполняет смесь воды и антифриза, протекает через абсорбер. Циркуляция производится между резервуаром с горячей водой и коллектором. Запуск в действие термической солнечной установки производится посредством специального регулятора. Когда в коллекторе температура превышает температуру жидкости в резервуаре, включается насос, и теплоноситель переносит тепловую энергию в резервуар из коллектора.

Чаще всего абсорберы создают из большого количества металлических пластинок. Теплоноситель передается по трубкам к этим пластинкам, где и происходит процесс теплообмена. Если заводить речь о листовом абсорбере, то здесь два металлических листа сваривают между собой таким образом, чтобы между ними мог циркулировать теплоноситель. Обычно в таком случае в качестве исходного материала используют алюминий и медь.

Если нужны солнечные коллекторы для бассейнов, то применяют искусственные материалы, ведь параметры термостойкости здесь несколько ниже. Существуют и комбинированные аппараты, которые не нуждаются в циркуляционных насосах. В таком случае вода нагревается прямо в коллекторе.

Из чего состоит солнечная установка

Вообще конструкция солнечной установки, используемой для нагрева воды, является достаточно сложной. Сюда входят:

• датчики температуры в накопителе и коллекторе;
• подключение системы к холодной воде;
• расширительный бак;
• солнечный регулятор;
• циркуляционный насос;
• водосток горячих вод;
• датчики температуры для подогрева воды.

Обыкновенное отопление способно таким образом обеспечить первичную цель, что человек получит в свое распоряжение достаточные объемы горячей воды. Что касается солнечных установок, то они либо вовсе не производят никакой полезной энергии, либо ее количество недостаточное для удовлетворения потребностей. Но такую установку, работающую от солнца, без проблем можно интегрировать в техническое оснащение практически любого здания. Это позволит дополнить традиционную систему отопления резервным источником как минимум на 20 лет.

С точки зрения биологии оптимальными принято считать технологии, в которых комбинировано потребление современных котлов и солнечной энергии. Период энергетической амортизации в таком случае, будет составлять около двух лет.

Это существенно отличает такую технологию от традиционных методов отопления, в которой для работы всей системы нужно запитать ее определенным количеством энергии. При этом, если говорить о традиционном отоплении, то период амортизации можно и не ждать, поскольку он не наступит никогда.

Эффективные абсорберы

Абсорберы в основном делают черного цвета, ведь именно данный цвет располагает самым большим коэффициентом поглощения солнечных лучей. Последний показатель отображает, какое количество коротковолновых лучей абсорбер поглощает, а какое отражает. Поскольку при этом устройство нагревается, то это является признаком отдачи абсорбером в виде длинноволновых лучей большой части принятой энергии. Все данные об этом можно найти в коэффициенте излучения.

Для минимизации потерь тепловой энергии используют абсорберы, конструкция которых имеет органическое покрытие. Такое оборудование позволяет получить наибольшее количество энергии из лучей солнца, после чего трансформировать его в тепло. Вдобавок в процессе работы сокращается эмиссия теплового излучения. Как правило, у обычного покрытия коэффициент абсорбции составляет 90 процентов.

В процессе производства абсорберы покрывают специальным лаком, который наносится не на всю поверхность из-за высокого уровня эмиссии. Элементы, выполненные из оксида алюминия, окрашенного никелем, черного никеля или хрома, указывают на частичное покрытие. Достаточно новым принято считать технологию с использованием слоя, состоящего из титана-оксида-нитрида, напыляемого в вакуумном коллекторе. Данный слой позволяет не только сократить уровень эмиссии, а в некоторых случаях вовсе ее ликвидировать.

Плоские коллекторы

Конструкция плоского коллектора предполагает наличие абсорбера, корпуса, прозрачного покрытия и теплоизоляции. Для прозрачного покрытия чаще всего используют безосколочное стекло, обладающее высоким коэффициентом пропуска коротковолновых солнечных лучей. Одновременно с этим снижается отражение с поверхности стеклянного слоя. Ко всему прозрачное покрытие коллектора способствует отводу тепла через процесс конвекцию.

Таким образом, прозрачное покрытие вместе с корпусом способно защитить абсорбер от неблагоприятных погодных и природных условий. Достаточно часто в производстве корпусов применяют оцинкованную сталь или алюминий, а в некоторых случаях – даже синтетические материалы. За счет наличия на обратной стороне и стенках абсорбера теплоизоляционного слоя существенно сокращаются потери тепла. В основном роль изоляционного материала играет минеральная вата или пена из полиуретана, изредка можно встретить минеральное волокно, куда относят стеклопластик, стекловату, стекловолокно и т.д.

Плоские солнечные коллекторы для отопления дома всегда отличались прекрасными показателями соотношения мощности и цены. Кроме этого, они предлагают большой выбор способа установки, ведь можно заказать себе отдельно стоящие коллекторы, можно встроенные в крышу, а можно и расположенные над кровлей.

Для сокращения потерь от процесса конвекции внутри корпуса коллектора используется множество способов, один из которых предполагает откачку теплого воздуха из коллектора в помещение. Такой коллектор называется вакуумным, и особенностью его является то, что процедуру вакуумирования он должен проходить регулярно каждые 1-3 года.

Трубные вакуумные коллекторы

Данный вид вакуумных коллекторов предполагает расположение полос абсорбера в стеклянных вакуумных ударопрочных трубках. Теплоноситель в таком случае проходит через абсорбер по принципу труба в трубе, или же по трубе U-образной формы. В таком случае солнечный коллектор будет состоять из множества небольших труб, соединенных между собой в единую систему. В таком коллекторе жидкость начинает испаряться при достаточно низких температурах, когда она находится в тепловой трубе.

В процессе нагрева жидкость испаряется. Получившийся пар, поднимаясь по тепловым трубам, подает в сборную трубу через теплообменник большое количество тепла, в результате, теплоноситель стекает вниз. Та жидкость, которая образовалась в результате конденсата, обратно попадает в тепловую трубу. Чтобы происходило испарение и конденсация, трубки должны располагаться под небольшим углом.

Различают два вида соединения коллектора с солнечным циклом. Либо процесс протекает в теплообменнике, к которому подходят все трубы, либо все сосредотачивается в сборной трубе. В первом случае соединение называют сырым, а в последнем – сухим. Сухое соединение дает возможность осуществления процесса только в части труб, не используя на полную мощность солнечный цикл. Преимуществом такого вакуумного коллектора считается возможность работы системы с высоким коэффициентом полезного действия, низким излучением и при высоких температурах абсорбера.

Как насчет цены и выбора?

Достаточно часто недостатком использования подобных систем принято считать низкий уровень рентабельности, или полное ее отсутствие. Это же является причиной отказа от использования в процессе жизнедеятельности человека возобновляемого источника энергии. Но ведь и работа котла, технология которого была разработана в 70-е годы прошлого века, подвергается некоторым сомнениям со стороны экономической выгоды.

Кроме всего прочего, нужно помнить большущий вклад солнечных установок в состояние окружающей среды всей планеты. Приемлемая стоимость использования традиционных источников энергии только скрывает реальную картину. В цену такого оборудования также можно вносить отсутствие вреда для человека и окружающей среды. А вдобавок, традиционная энергия со временем будет дорожать, поскольку она располагает таким свойством, как исчерпаемость .

Что касается солнечной энергии, то ее поставки происходят абсолютно бесплатно. Но человек при первом знакомстве с данными технологиями может посчитать, что первичные затраты на установку такого оборудования могут быть чрезмерно высокими. После установки все, что нужно будет от потребителя, – это мизерные затраты на работу и обслуживание насоса.

Можно с уверенностью говорить, что люди, вкладывающие сегодня свои средства в солнечные установки, являются инвесторами в будущее.

Для правильного выбора коллектора главное – ориентироваться на температурную зону. Таким образом, для производства тепла не подойдет незакрытый коллектор. Иногда важно и расположение здания, что существенно будет сказываться на выборе типа коллектора. Наверное, самым важным фактором является стоимость установок.

Цена является наиболее высокой среди представленных на рынке. После вакуумного следует плоский, цена которого ниже предыдущего типа в три раза. Поэтому каждый выбирает для себя что-то наиболее подходящее. Даже с хорошим коллектором система может работать неэффективно. Главным критерием является качество всех составных частей системы и правильный ее монтаж.

О чем говорят отзывы

«Год назад приобрел себе такое оборудование с монтажом у хорошей компании. Результатами вполне удовлетворен. Заплатить, правда, пришлось немалую сумму, зато горд за сохранение окружающей среды».

«Поскольку средств на установку подобной системы не было, было принято решение сделать все своими руками. Результатами вполне доволен. По сравнению с услугами профессиональной компании расходы были ниже как минимум в два раза».

Любой владелец частного дома сталкивался с проблемой выбора системы отопления. Особенно данный вопрос актуален для удаленных от городов зон. Экономное отопление теплиц, бытовых помещений также часто вызывает много раздумий. Печи с котлами нагревания, электрические батареи, дровяные камины – распространенные, но не самые выгодные под итоговый расчет варианты. Носители энергии (дерево, уголь, газ, электричество) обходятся дорого. При этом расход ресурсов, особенно для помещений больших площадей, отличается немалым показателем.

В ответ на существующий спрос технический прогресс продвинулся до создания энергетических коллекторов, действующих за счет поглощения солнечного света . Изобретение является довольно молодым, но уже активно используется для нагревания воды, воздушных масс внутри разных теплоносителей. Особенно широко для отопления такой комплект включается в «эко» дома.

Солнечные коллекторы – инновационные системы, постепенно набирающие популярность. Технология относится к дорогостоящим, но при этом предлагает качественный альтернативный способ получения энергии. Некоторые фирмы могут изготовить коллектор или их комплект на заказ в соответствии с нужными размерами, мощностью. Большинство предлагают универсальные экземпляры.

Любой солнечный коллектор является климатической техникой с возобновляемым ресурсом энергии . Источником тепла для данного случая выступает сама природа. Таким образом, расходы требуются только на оборудование. Результативный расчет показывает значительное снижение общих затрат на отопление дома.

Коллекторы каждым своим квадратным метром экономят в среднем 800 кВт в год. Это покрывает практически половину потребности типового частного дома в тепле. Зимой солнечный комплект способен обогреть до 30-40% жилых помещений. Автоматизированные экземпляры улавливают и перерабатывают на отопление до 75% дневного света.

Солнечные коллекторы работают по тому же принципу, что и бытовые водонагреватели – энергия действует на тепловой элемент, повышая температуру воды, воздуха или антифриза в полостях отопительных приборов. Руководящим элементом выступает сам корпус коллектора – плоская пластина площадью несколько квадратных метров.

Погодная нестабильность породила идею совмещения энергий солнца и электричества у некоторых приборов такого класса. При низкой освещенности и прохладной погоде площадь устройства только впитывает доступное тепло, нагревая комплект. Дальнейшее прогревание системы частного отопления проводится уже при участии электричества. Подобный подход позволяет выжать из установки максимум, хотя расчет затрат останется скромным. Технология получила название «принудительной циркуляции». Как правило, она характерна крупномасштабным коллекторам.

Созависимое функционирование в умеренных поясах планеты используются чаще автономного. Но в условиях преобладания годового активного солнца возможно использовать исключительно природную энергию. Для этого понадобиться только рациональный расчет с правильной теплоизоляцией постройки.

Способ включения коллектора в отопительный комплект частного дома напрямую зависит от выбранного типа циркуляции. При естественной форме бак накопления ставится выше основной пластины, верхний вывод подключается ко входу горячего содержимого, а нижний – в обратном направлении. Такой способ более дешев, но рискован появлением воздушных пробок.

Читайте так же: Рассказываем про эфирный магнитоэлектрический генератор

Использование дополнительных насосов для принудительной работы подразумевает иной монтаж. На бак, выход и обратный ход таких коллекторов обязательно ставятся температурные датчики. Показания автоматики дают дальнейшие команды контроллеру и управляют движениями насоса. При таком способе частыми вспомогательными источниками энергии выступают газовые котлы и котлы на твердом топливе.

Для обоих вариантов важно установить коллектор таким образом, чтобы уровень наклона позволял улавливать максимум прямого солнечного света за сутки. В противном случае система не станет функционировать как следует, особенно при пасмурной погоде.

Видео на эту тему, рассказ о готовом примере применения

Эффективность работы

Солнечные коллекторы, или гелиосистемы, способны работать круглый год без перерыва.

Даже в условиях облачности до поверхности земли доходит больше половины излучения. Кроме того, их эксплуатация абсолютно безопасна для человека и окружающей среды. Любой гелио комплект прост в обслуживании, выглядит эстетично, облагораживает внешний облик частного дома. К плюсам устройств также можно отнести:

• автономность горячего водоснабжения зимой, летом, при перебоях и ремонтных работах;
• срок службы до 30 лет, окупаемость с выгодой от трат на отопление через 3-5 лет;
• отсутствие тарификации, ежемесячный расчет независим от повышения цен на электричество;
• возможность одновременного использования для обогрева бассейнов, теплиц, хозяйственных помещений;
• легкая интеграция в существующий комплект отопления;
• отсутствие грязи, отходов;
• снижение суммарной нагрузки на электро- и теплосеть дома;
• оптимизация под собственные нужды.

Отрицательные моменты использования солнечных коллекторов не столь многочисленны:

• высокая стоимость первичной покупки и установки. В зависимости от производителя, масштабности и комплектации вся гелиосистема может обойтись до 10 тысяч долларов. Даже модели попроще обходятся в крупную сумму, которую необходимо заплатить единовременно;
• на эффективность работы коллекторов могут влиять не только климатические условия, но и особенности ландшафта, форма крыши, типичная длина светового дня и прочие факторы. От подобных показателей зависит период окупаемости.

Пассивная циркуляция внутри солнечного коллектора обусловит меньшую производную эффективность. При принудительном управлении вода и энергия расходуются более продуктивно. Второй вариант требует усложненного обслуживания, но больше подходит для условия средней полосы проживания. Для южных регионов введение в обиход гелиосистемы нередко сокращает расчет за электроэнергию вдвое.

КПД солнечного коллектора достигает 95%. Края с суровым климатом проявляют показатель пониже, но также оправдывают использование. Чтобы произвести расчет годовой эффективности коллектора, требуется перемножить величину инсоляции в регионе за год (существуют специальные таблицы), площадь поглощения системы и его КПД. Расчет дневной выгоды проводится таким же образом, но с учетом соответственного (дневного) показателя инсоляции.

Рассказ о коллекторе зимой

Типы солнечных коллекторов

Конструкция солнечного коллектора может соответствовать одному из классов, описанных ниже.

Представляет собой темный алюминиевый ящик с медными трубками внутри. Снизу ограничен слоем теплоизоляции. Сверху закрыт закаленным стеклом и пропилен-гликолем, выполняющим работу поглотителя солнечных лучей. Функционален в любое время года, популярен ввиду доступной себестоимости.

Вакуумные коллекторы состоят из многочисленных медных трубок. Элементы уложены ровными рядами. Каждая трубка с поглощающим и отражающим веществами расположена внутри еще одной стеклянной колбы аналогичной формы, но большего диаметра. Между стенками емкостей образуется вакуум, выступающий теплоизолятором и проводником. Главным достоинством класса является большая принимающая площадь, а значит, высокий КПД.

Читайте так же: Рассмотрим устройство винтового компрессора

Основан на принципе «парникового эффекта». Лучи попадают на поглощающее покрытие и полностью впитываются им. Заряженный приемник обогревает воздушные массы внутри себя. Горячий воздух заполняет помещения, поступая в дом с помощью естественной конвекции или вентилятора.

Все классы подходят для отопления частных домов в равном соотношении. Конкретный тип выбирается исходя из собственных нужд, платежеспособности, площади крыши (или иной поверхности) для установки.

Критерии выбора

Все виды коллекторов солнечного типа обладают недостатками и достоинствами.

Выбирая устройство по своим нуждам, следует обращать внимание на некоторые нюансы:

• Плоские разновидности прочнее остальных, однако, не выгодны при ремонте. Поломка выводит из строя всю систему адсорбции, что увеличивает траты. Экземпляры данного класса способны нагревать воду на 20-40 градусов выше температуры окружающей среды.
• Вакуумные виды коллекторов чувствительны к внешним действиям, быстрее поддаются повреждениям из-за хрупких полых трубок. Между тем, ремонт может быть произведен в виде замены конкретной колбы. Зимой эффективнее плоского типа, поскольку нагревает теплоноситель в более широком диапазоне и дольше поддерживает температуру.
• Воздушные виды просты по конструкции, редко требуют ремонтных вмешательств. Стойко выдерживают очень низкие температуры, служат дольше остальных. В целом же, они слабее прогревают помещения.
• Преобразование солнечной энергии на тепло внутри вакуумного коллектора прямо пропорционально размеру трубок. Короткая трубка мелкого диаметра снизит расчет выработки нагрева. Вакуумные коллекторы оптимальны при наличии нескольких колб длиной до 2 метров и шириной около 6 см. Внутри должна иметься U-образная или прямая вставка для эффективного термогенеза.
• Мощность гелиотехники измеряется в кВт и является номинальной. Т.е. показатель говорит о количестве тепла, которое будет производиться за период пребывания яркого солнца на уровне зенита. Для раннего утра и вечера такой расчет не актуален. Ночью в режиме поддержания используется накопленная днем энергия. По этой причине необходимо учитывать мощность сопрягаемой с коллектором системы и проверять возможность длительного сохранения тепла. Устройства с низким сбережением температур не подойдут для морозного времени года. Особенно данный фактор важен для моделей с водным проводником.
• Перед приобретением коллектора требуется составить проект полной системы отопления и крепления к крыше. Во многих случаях будет оправданно использование дополнительных каркасов. Замеры, расчет предпочтительно делать при участии специалиста данной сферы деятельности.
• Выбор вертикального расположения коллектора избавит от проблем с зачисткой снега, но может снизить КПД. В любом случае, нужно предусмотреть под установкой место для схода осадков зимой.
• Самым выгодным будет размещение системы «лицом» на южную сторону или с отклонением от нее не более 30 градусов. Для функционирования 12 месяцев в год лучше брать угол установки равный широте местности.

Вопрос выбора освещается в видео

В настоящее время производители предлагают гелиосистемы, позволяющие получать горячую воду и отапливать дом без привычных энергетических затрат - исключительно за счет солнечного излучения.

Единственный недостаток таких систем - зависимость от уровня инсоляции, и в ряде регионов они могут работать с полной эффективностью лишь в теплое время года, когда солнечного излучения достаточно.

Но даже это является существенным подспорьем для владельца загородного дома. Кроме того, на рынке уже имеются всесезонные гелиосистемы, которые способны как минимум наполовину закрыть проблему с отоплением в холодное время года - и это при условии довольно суровой зимы и не слишком высокого уровня инсоляции. Ниже мы рассмотрим классификацию гелиосистем и принцип работы солнечного коллектора.

Принцип работы гелиосистемы с солнечным коллектором, предназначенной для горячего водоснабжения и отопления: 1 - солнечный коллектор; 2 - гидроаккумулятор; 3 - бойлер; 4 - горячая вода

Классификация и виды гелиосистем для отопления

Современные гелиосистемы делятся на одно- и двухконтурные.

• В одноконтурной роль теплоносителя играет вода. Такая система используется только в теплое время года, при наступлении холодов воду из нее необходимо сливать.
• В двухконтурной роль теплоносителя выполняет антифриз, который способен выдерживать очень низкие температуры. Такая система может эксплуатироваться круглогодично.

Различают также термосифонные и циркулярные гелиосистемы.

В термосифонной используется естественное течение жидкости: теплая жидкость поднимается, а холодная - опускается. При этом накопительный бак должен располагаться над коллектором, что не всегда возможно.

К примеру, если речь идет об оснащении гелиосистемой существующего дома, приходится учитывать мощность перекрытий: не всякие способны выдержать дополнительный вес накопительного бака.

Опять же если коллектор размещается на скатах крыши, то накопительный бак, установленный над коллектором, может представлять собой слишком оригинальный архитектурный «изыск».

• Циркулярная система действует благодаря насосу, что очень удобно: накопительный бак может располагаться каким угодно образом.

Принцип работы и особенности солнечного коллектора

Основой гелиосистемы является гелиоустановка. Принцип работы солнечного коллектора известен давно.

Чуть ли не на каждой даче в жаркие летние дни для подогрева воды использовали металлический или пластиковый бак, выкрашенный черной краской и установленный на крыше душевой кабины.

Вода в нем прогревается под воздействием солнечных лучей и уже горячая поступает в систему водоснабжения. Подобные солнечные коллекторы по сей день применяют во многих арабских странах: уровень инсоляции в том регионе позволяет подогревать таким образом воду практически круглый год.

И в поселках нередко можно увидеть огромные черные баки, установленные на крышах домов.

Современному солнечному коллектору не нужен такой высокий уровень инсоляции. Более того, он может работать даже в пасмурный день, хотя, конечно, не столь эффективно, как при ясном небе.

А гелиоустановки с незамерзающей жидкостью (к примеру, такие, как на рис. 1.2, - с этанолом) способны работать и зимой. Единственное, что требуется, - счищать с них снег.

Рис. 1.2. Устройство солнечного коллектора с незамерзающей жидкостью: 1 - пары этанола; 2- вакуум (0,1 мбар); 3 - теплообменник; 4 - жидкий этанол




Конструкция нуждается в очистке не только в холодное время года. Любое загрязнение снижает эффективность коллектора, поэтому периодически его требуется промывать, удаляя пыль и грязь, которые мешают проникновению солнечных лучей.

Видео: работа солнечного коллектора зимой

Стоимость гелиоустановки, который можно эксплуатировать круглогодично, довольно высока. Но даже при недостаточной инсоляции (при большом количестве пасмурных дней и снежной зиме) он окупается в течение пяти лет.
А если уровень инсоляции немного выше, чем в среднерусской полосе, то период окупаемости сокращается до двух-трех лет.

Гарантийный же срок службы такого коллектора - до 30 лет, что делает подобную систему весьма привлекательной.

Устройство всесезонного солнечного коллектора



Всесезонная гелиоустановка устроена по принципу сосуда Дьюара или обычного бытового термоса: внутри одной трубы находится другая, а теплоизоляцией между ними служит вакуум.

Из таких труб, расположенных параллельно, и состоит устройство. Внутренняя труба имеет специальное покрытие (гелиотан), удерживающее солнечную энергию.

Трубы изготавливаются из ситала (стеклокристаллический материал с пониженным содержанием железа, что значительно уменьшает теплопотери) и стали. В них находится медная пластина с гелиотановым покрытием.

Подобный вакуумный коллектор с тепловой трубой стоит дороже остальных моделей, зато суровой зимой коллектору всё нипочем: он сохраняет работоспособность при температурах до -45 °С.

Все, что ему требуется, - немного солнечного света, пусть даже рассеянного. За счет высокоселективного покрытия внутренней трубы вода в системе может прогреваться до +48 °С при морозе на улице.

Плоские солнечные коллекторы




Нередко применяются и плоские солнечные коллекторы, которые привлекают потребителей умеренной ценой и высоким КПД (98 %). В них поглотителем тепла служат металлические пластины (обычно из меди, так как она отлично проводит тепло и устойчива к коррозии).

Поверхность пластин имеет специальное покрытие, как и внутренние трубы «термосовидных» коллекторов. Пластины расположены в ситаловых панелях, а дно и боковые стенки коллектора защищены от теплопотерь с помощью различных теплоизоляционных материалов.

Плоские коллекторы используются в прямоточных гелиосистемах, то есть в таких где тепло передается от солнца к теплоносителю напрямую.

В качестве рабочей жидкости (теплоносителя) в коллекторах используется антифриз или вода.

Теплоноситель, циркулирующий в коллекторе, прогревается под воздействием солнечных лучей и передает тепло воде (или другой рабочей жидкости) в теплообменнике.

В вакуумном коллекторе с тепловой трубой теплоносителем служит жидкость с низкой температурой кипения. Закипая под воздействием солнечных лучей, эта жидкость испаряется, пар поднимается вверх, нагревает воду (или другую рабочую жидкость) в теплообменнике и, охлаждаясь, преобразуется в конденсат, стекающий обратно в трубу

Воздушный солнечный коллектор

Cхема устройства воздушного коллектора: 1 - перфорированные пластины; 2 - окружающий воздух; 3 - воздушное пространство; 4 - вентилятор; 5 - подогретый воздух.




Для поддержания в доме комфортной температуры в прохладное время года (весной и осенью) подходит воздушный солнечный коллектор. Это очень простое устройство, предназначенное для сезонной работы. Оно может служить отличным подспорьем при организации отопительной системы, не зависящей от внешних ресурсов.

Воздух в системе циркулирует за счет вентилятора, который может быть подключен к солнечной батарее для электропитания. Сам коллектор представляет собой ящик, в котором содержится нагревательный элемент - перфорированные пластины, выкрашенные в черный цвет для лучшего поглощения солнечного излучения.

Сверху ящик закрывается прозрачной панелью из стекла или оргстекла, снизу находится слой теплоизоляционного материала, предотвращающий теплопотери.

Подобную систему можно приобрести относительно недорого, а можно без особого труда изготовить самостоятельно.

Работа воздушного солнечного коллектора характеризуется низким КПД. Однако в качестве дополнительной (вспомогательной) системы отопления для межсезонья он отлично подходит.

Ежедневно солнце является поставщиком неограниченного энергетического потенциала, которое будет доступно для человеческого пользования на протяжении еще многих лет. Такие возможности природы являются главными движителями для человека придумывать и воплощать в реальность более новые возможности и устройства, которые способны перерабатывать солнечное излучении в полезную для человечества энергию.

Вакуумный солнечный коллектор – эффективное устройство, способное питать не только электрическую лампочку, но и целую отопительную систему для помещений.

Переработанная солнечная энергия превращается в тепловую, и передается теплоносителю. Такое применение современных установок используется для обогрева помещения, подогрева жидкости, архитектурных конструкций.

Процесс нагревания воды от солнца

Для того, чтоб солнечное светило могло осуществить нагрев воды, должны быть осуществлены некоторые предпосылки. На протяжении всего года расход остается практически на одном и том же уровне. Именно по этой причине в роли энергетического источника для нагрева жидкости эффективнее всего использовать энергию большого светила – Солнца.

Если правильно осуществить установку солнечных коллекторов, то они способны увеличить температуру воды на 50- 65% в холодное время и до 100% в летнее.

Такие условия работы системы свидетельствуют о том, что в теплое время года можно будет отказаться от использования традиционных систем обогревания при помощи газа или электричества. Использование такой системы в летнее время является крайне выгодным еще и по той причине, что выработанной энергии хватает даже на питание некоторых бытовых электрических машин, работающих на благо домашнего хозяйства.

Важным достоинством современных солнечных водонагревательных установок является простота технологического новшества, использование которого дает возможность жить комфортно, экономно, без нанесения вреда для окружающей среды.

Конструктивные отличия

Главным конструктивным отличием вакуумных коллекторов являются стеклянные трубки, которые надежно закреплены на базовой панели. Такие трубки покрыты специальным веществом, которое способно притягивать солнечное тепло. Помимо этого, внутри такой трубки находится еще одна, меньшим диаметром.

Следует отметить, что между ними находится вакуум. Именно благодаря этой вакуумной прослойке удается сохранить большую часть тепла и повысить эффективность коллектора более чем на 30%, по сравнению с плоскими моделями. В таких коллекторах вода способна нагреться до 300 °C.

Следующим не менее важным отличием вакуумных коллекторов является специальная жидкость внизу трубки, которая в результате нагревания превращается в пар, поднимаясь вверх, производит равномерное нагревание жидкости.

Отметим, что именно в регионах с небольшой продолжительностью светового дня и минусовой температурой реализация такой работы аппарата дает существенный выигрыш в количестве добытой тепловой энергии.

Относительно цены такие приборы имеют более высокую стоимость, нежели иные, однако, выходные характеристики оправдываются по истечении нескольких лет.

Принцип работы солнечных коллекторов

Если говорить доступным языком, то солнечные коллекторы направлены на оккупацию тепловой солнечной энергии, ее накапливание и последующее распределение по оборудованию для человеческих потребностей.

Для большего понимания работы системы, прежде всего, необходимо разобраться из чего она состоит. Зачастую такая система собрана из коллектора, контура для самого теплообменника, теплового аккумулятора, температурных датчиков, приемника. В качестве такого аккумулятора чаще всего используют водяной бак.

Теперь разберем особенности некоторых частей более подробно. Главной особенностью приемника является состав сплава – медь, изолированная полиуретановым типом, защищенная анодированным алюминиевым покрытием. Именно через него происходит подача тепловой энергии. В случае обнаружения неисправности в приемнике его процесс замены происходит без особых затруднений, без необходимости слива всей не замерзшей жидкости из теплообменника.

Температурные датчики расположены на выходе из вакуумного коллектора и на обратной стороне устройства отопления. На основе данных температурных датчиков происходит включение и выключение циркуляционного насоса.

В случае перегрева теплоносителя (жидкости) в системе может возникнуть так называемое избыточное давление, нейтрализовать которое поможет только расширительный бак.

Работа системы происходит следующим образом. В качестве теплоносителя вакуумного солнечного коллектора является незамерзшая жидкость, которая, продвигаясь через верхнюю зону устройства, осуществляет поглощение тепловой энергии со специальных наконечников из медных сплавов.

В результате использования змеевого механизма осуществляется нагревание жидкости в накопителе. Замкнутый цикл передачи тепла происходит до тех пор, пока температура самой жидкости будет превышать температурные показатели воды в накопительной емкости. Время работы такой системы напрямую зависит от продолжительности дня и температуры окружающей среды.

Вакуумные накопители с прямой тепловой подачей

В приборах с прямой подачей тепла вакуумные приспособления, изготовленные из стекла, и накопительный бак крепятся к единому рамному каркасу в наклоне от 40° до 60 °. Через резиновое соединительное кольцо соединены все вакуумные механизмы с накопительным баком.

При помощи запорного клапана устройство может быть подключено к водопроводным линиям, а специальный фиксирующий клапан осуществляет контроль за состоянием уровней водных масс в накопительной емкости.

Ввиду того, что носителем в таких системах является вода, то такие устройства относят к сезонным обменникам тепловой энергии.

Вакуумные коллекторы с косвенной подачей

Принцип работы оборудования, который имеет свойства косвенной передачи тепловых ресурсов, чем-то схож с процессом системных линий централизованной системы отопления. Работа в данных соединениях происходит благодаря давлению от водопроводных путей.

Достоинства вакуумных коллекторов

Для осуществления работы системы используются вакуумные изолированные приспособления. Главным достоинством таких тепловых соединений является постоянная работоспособность и при пониженных температурах (до - 40 °C) и усиленном давлении водопроводных каналов. Сам прибор с накопительным баком устанавливаются по отдельности, которые соединяются при помощи специальных металлопрокатных изделий.

Для получения максимального количества солнечной энергии стандартный вакуумный коллектор устанавливают на крыше дома, а накопительную емкость внутри помещения. Такие установки получили название всесезонных сплит-систем.

Работоспособность косвенных устройств автоматизирована при использовании контроллеров, а бесперебойная циркуляция носителя тепловой энергии в системе осуществляет насос.

Главными достоинствами коллекторов солнечного тепла являются:

1. Высокая эффективность процесса даже в условиях минусовой температуры.
2. Легкость установки всей конструкции.
3. Противоветровая устойчивость коллектора.
4. Продолжительность работы.

К недостаткам использования работы такой системы необходимо отнести высокую стоимость оборудования, окупаемого по истечении нескольких лет.

Распространенность солнечных коллекторов

На сегодняшний день ситуация распространения солнечных коллекторов претерпела небольших изменений. Ввиду изменения климата в некоторых областях использование солнечных коллекторов приобрело больше популярности.

Солнечные коллекторы с успехом используют как для реализации бытовых нужд, так и для обогрева жилых помещений, на предприятиях различных масштабов, на овощных плантациях. Такой способ получения энергии стал достаточно популярен в Европейских государствах, для которых экономия средств стоит на первом месте: США, Китай, Германия и так далее.

Для всего мира массовый переход на солнечную энергию означает прорыв в современных технологиях, которые обеспечивают большие возможности обеспечения населения планеты бесплатным электричеством, не оказывающим пагубное воздействие на атмосферу.

Использование такого рода коллекторов является прекрасной альтернативой электрического и газового отопления, так как является экологически чистым устройством, не осуществляющим выбросы в атмосферу. Помимо этого наибольшим достоинством использования такого рода устройств является экономическая выгода.