солнечные коллекторы для чего

Принцип работы солнечного коллектора, как выбрать для дома

Солнечный коллектор, или гелиосистема, оборудование, предназначенное для использования в качестве альтернативных источников энергии. Такие системы давно используют во многих странах в промышленных масштабах, но в последнее время они стали популярны и в частном секторе для подогрева горячей воды, отопления домов и подогрева бассейнов.

Востребованы ли гелиосистемы

Уже сейчас установлено более 160 млн.м2 этих панелей во всем мире. Лидируют Китай и Япония. Не отстают и некоторые европейские страны, где выработка тепла такими системами составляет около 5% от всей необходимой.

Пройдет не много лет и многие страны откажутся от газа и угля совсем. К примеру, в Украине, где тарифы достаточно высокие, такие системы устанавливают в больших количествах. Единоразовое вложение денег позволит получить энергонезависимость, пусть даже и частичную. И дело не только в экономии, такие установки экологически чисты и не загрязняют окружающую среду.

Преимущества этих систем

Альтернативных источников энергии сейчас много, это и солнечные панели, ветрогенераторы, тепловые насосы и тд. Однако именно солнечные коллекторы набирают все большую популярность, этому есть ряд причин:

Немного о недостатках

У любой системы есть недостатки и солнечные коллекторы здесь не исключение. Они занимают значительную площадь, одна панель занимает в среднем 2-3 м2. Эффективность их работы зависит от климатической зоны где они используются.

Также они очень климатически зависимые, зимой их КПД минимально, при этом расходы энергии на обогрев максимально. Это делает солнечные коллекторы не очень эффективными для отопления. Как заявляют многие производители, они способны покрыть до 30% расходов на отопление.

Однако, это все относительно. Большее количество панелей и аккумулирующие баки большей емкости увеличат этот %. Но, дополнительное оборудование увеличит и стоимость системы.

Принцип работы солнечного коллектора

Он очень прост. Панели аккумулируют солнечное тепло и передают их теплоносителю. Он циркулирует через змеевик в накопительном резервуаре и отдает тепло воде, которую можно использовать для любых нужд. Весь процесс контролируется контроллером, который запускает насосную группу если теплообменник набрал необходимую температуру.

Как устроен солнечный коллектор в целом. Все система состоит из следующих элементов:

Убрать какой либо элемент из этой схемы нельзя, она не будет работать. Исключение только коллекторы с проточными нагревателями. О них немного позже.

Производительность, на что можно рассчитывать

Прежде чем устанавливать такое оборудование стоит учесть такой фактор как окупаемость. Ведь плох тот предприниматель, который не получает прибыль со своих инвестиций. Окупаемость коллектора зависит напрямую от его производительности.

Все компании, которые занимаются изготовлением этих систем, дают примерно одинаковые цифры:

Другими словами, эта система может полностью обеспечить дом горячей водой. Отопление дома может покрыть и больше заявленного процента, все зависит от самой системы и количества панелей, а также правильности их установки.

Абсорбер, самая важная часть системы

Часть солнечного коллектора, которая принимает, аккумулирует и передает тепло теплоносителю называется абсорбером. Именно от этого элемента зависит КПД всей системы.

Изготавливают этот элемент из меди, алюминия или стекла, с последующим покрытием. Как раз от покрытия больше зависит эффективность работы абсорбера, чем от материала, из которого он изготовлен. Ниже, на фото, вы можете посмотреть какие покрытия бывают и как эффективно они могут поглощать тепло.

В описании системы указано максимально возможное поглощение солнечной энергии попадающей на абсорбер. «α» — это максимально возможный процент поглощения. «ε» — это процент отражающегося тепла.

По типу строения

Абсорберы отличаются и по типу устройства, сейчас их всего два вида:

Перьевые — устроены следующим образом. Пластины соединяют между собой трубки с теплоносителем. Сами трубки могут быть соединены между собой в одну систему несколькими способами. Это простой тип абсорбера, который можно сделать своими руками.

Цилиндрические — в этом случае покрытие наносится на стеклянную поверхность колбы и применяется в вакуумных коллекторах. Благодаря этому устройству тепла концентрируется больше как раз в центре трубки где расположен тепло съемник, или стержень. Работает эта система с более высоким КПД, нежели перьевая.

Какие типы солнечных коллекторов существуют

Такие системы бывают двух видов: плоские и вакуумные. Но, по своей сути, их принцип работы схож. Они используют солнечное тепло для нагрева воды. Отличаются только устройством. Давайте рассмотрим принципы работы этих видов гелиосистем подробнее.

Плоские

Это самый простой и самый дешевый вид коллектора. Работает он следующим образом: В металлическом корпусе, который изнутри обработан высокоэффективным перьевым абсорбером для поглощения тепла, расположены медные трубки. По ним циркулирует теплоноситель (вода или антифриз), который поглощает тепло. Далее, этот теплоноситель проходит через теплообменник в накопительном баке, где передаю тепло уже непосредственно той воде, которую мы можем использовать, например для отопления дома.

Верхняя часть системы закрыты высокопрочным стеклом. Все остальные стороны корпуса утеплены изоляцией для уменьшения теплопотерь.

Достоинства

Недостатки

Низкая стоимость панелей

Низкой КПД, примерно на 20% ниже вакуумных

Большой количество теплопотерь через корпус

Из за своей простоты в изготовлении такими системы часто делают даже своими руками. Приобрести необходимые материалы можно строительных магазинах.

Вакуумные

Эти системы работают немного по другому, это обусловлено их конструкцией. Панель состоит из двойных трубок. Наружная трубка играет защитную роль. Они изготовлена из высокопрочного стекла. Внутренняя труба имеет меньший диаметр и покрыта абсорбером, который аккумулирует солнечное тепло.

Далее это тепло передается тепло съемниками или стержням, изготовленным из меди (они бывают нескольких видов и имеют разный КПД, рассмотрим их чуть позже). Тепло съемники передают тепло с помощью теплоносителя, в аккумулирующий бак.

Между трубками вакуум, что сводит к нулю тепло потери и повышает эффективность системы.

Достоинства

Недостатки

Более высокая цена относительно плоских

Минимум тепло потерь

Невозможность ремонта самих трубок

Легкость в ремонте, трубки можно менять по одной единице

Большой выбор видов

Виды тепло съемных элементов (абсорберов), из всего 5

Давайте рассмотрим эффективность работы разных абсорберов, а также сравним их с плоскими коллекторами. Расчеты даны на 1 м2 панели.

В этой формуле используются следующие значения:

По этой формуле, используя данные, приведенные выше, вы можете сами провести расчеты.

Если не вникать в переменные, говоря проще, КПД зависит от количества тепла, которое поглощают медные теплосъемники и количества потерь системой.

Но, это только теоретические расчеты “на стенде”. Конечный результат зависит от многих факторов: климатической зоны, правильного выбора места для установки и тд.

Системы с проточными нагревателями или термосифонные

По своему строению они могут быть как плоские так и вакуумные. Используют такие же принципы работы. Однако они имеют одно значительное отличие в техническом устройстве.

Эта система может работать без дополнительного резервного аккумулирующего бака и насосной группы.

Принцип работы следующий. Нагретый теплоноситель аккумулируется в базовом баке, который расположен в верхней части системы, как правило на 300 литров. Через него проходит змеевик, по которому циркулирует вода от давления самой водопроводной системы дома. Она прогревается и поступает потребителю.

Достоинства

Недостатки

Низкая стоимость за счет отсутствия части оборудования.

Низкий КПД системы в зимний сезон и ночное время

Простота монтажа, требуется минимум усилий, так как система укомплектована всем необходимым

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

Как установить солнечный коллектор

Установить эту систему можно и самостоятельно. Для этого необходимо понимать главный принцип установки — максимум солнечного света.

Подробное видео установки

Немного из использование систем на практике

Решил добавить этот раздел так как появились данные реального использования. Мой хороший знакомый установил ее 3 года назад (Украина, Киевская область).

Используется гелиосистема для отопления дома 100 кв м и горячей воды на 6 человек. Расходы на газ составляли для отопления и горячей воды 33 400 грн в год. Было принято решение приобрести солнечный коллектор.

В комплекте собраны 6 плоских коллекторов и накопительный бак на 1000 литров. Результат:

Итоговая сумма экономии за год составила 11 300 грн (в пересчете на рубли сумму нужно умножить на 2.2).

Вся система стояла 94000 грн. При такой стоимости газа она окупится за 8.4 года. Производители дают гарантию 15 лет, так что 7 лет минимум будет идти чистая прибыль.

Эффективность системы можно было значительно увеличить, купив вакуумные модели. Также, низкотемпературные системы отопления, такие как теплые полы, которые работают на температуре 30-40 градусов, будут более производительные.

Источник

Солнечный коллектор — достоинства и недостатки, перспективы

С каждым годом люди все больше осваивают альтернативные источники потребления энергии. Это связано не только с тем, что запасы нефти и газа становится меньше, но и с минимизацией загрязнения окружающей среды. Одним из таких источников является солнце, которое вырабатывает большие объемы энергии. С помощью специальных установок это энергию можно использовать для различных нужд.

Что такое

Гелиоустановка — это современный экологичный способ получения и последующего применения тепловой энергии от солнца. Во многих странах установки уже давно используют в частном секторе и промышленных масштабах. Системы подходят для нагрева воды или отопления. Преимущества для владельца:

Как и у любой установки, у солнечного коллектора есть и свои минусы — результат работы зависит от погоды.

В нашей стране использование гелиосистем не так распространено, как в Европе и Америке, по причине низкой эффективности, связанной с погодными условиями. Лидеры по установке гелиоколлекторов сегодня Япония и Китай.

Из чего состоит и как работает солнечный коллектор

Каждый солнечный коллектор включает в себя следующие элементы:

Гелиоустановка совместима с водонагревателями и газовыми котлами. Дополнительно монтируют теплосчетчик, который помогает вычислить выработанную энергию и подсчитать реальную экономию киловатт.

1.Солнечный коллектор. 2. Буферный бак. 3. Горячая вода. 4. Холодная вода. 5. Котроллер. 6. Теплообменник. 7. Помпа. 8. Горячий поток. 9. Холодный поток.

Разновидности

Все устройства можно поделить на 2 категории: по принципу нагрева и способу хранения теплоносителя. При выборе гелиоустановки всегда необходимо выбирать исходя из параметров использования. В зависимости от конструкции, отличается способ эксплуатации и обслуживания оборудования.

Коллекторы с встроенным баком

Моноблочные установки предназначены для работы в период весна-осень. В зимние месяцы их отключают. Модели со встроенным баком легкие в монтаже и использовании. Все что необходимо — подключить его к системе водоснабжения.

В хороший солнечный день, такой коллектор может нагреть до 200 литров воды. Коллекторы с встроенным баком работают без давления, поэтому монтаж производят в наивысшей точке — крыша дома. Делается этого чтобы обеспечить необходимый напор воды.

Такие установки пользуются широким спросом, из-за простоты использования и легкого монтажа. Чаще всего их используют для летних домов и дачных участков.

Основной принцип работы — циркуляция воды. Теплая вода вверху, холодная снизу. При монтаже важно установить емкость для жидкости выше коллектора.

Гелиосистемы с выносным баком

Такие гелиосистемы работает с подключением к насосной группе. Управление производится автоматически.

Достоинством солнечного коллектора с выносным баком является возможность получения энергии круглый год, при определенных условиях. Однако такие установки требуют подключения дополнительного оборудования, и работа коллектора зависит от электричества — его отключение может сказаться на работе установки.

В зависимости от работы можно выделить следующие вид гелиоустановок — плоская, вакуумная, воздушная. Рассмотрим подробнее каждый их них.

Плоские

Панель является воздухонепроницаемой и состоит из нескольких элементов:

Принцип работы простой — абсорбер нагревается и передает тепло змеевику, в котором находится теплоноситель. Установка простая в монтаже и использовании.

Единственным весомый минус системы — высокий уровень тепловых потерь. Чтобы минимизировать потери используют утеплители, например, винвату. Однако и это не лучший способ, если температура внутри корпуса и снаружи сильно отличается. Поэтому такие установки малоэффективны для работы в холодное время года.

Вакуумный

Воздушный

Представляют собой тепловой абсорбер, а в качестве теплоносителя выступает воздух. Принцип работы простой: холодный воздух попадает в систему каналов, нагревается и выходит в систему вентиляционных труб. Там теплый воздух можно распределить в нужном направлении. Достоинства гелиосистемы:

Воздушные солнечные коллекторы сейчас получили широкое применение среди владельцев частных домов. Их использование является дополнительным источником отопления и вентиляции воздуха.

Принцип работы солнечного коллектора

Принцип работы простой — установка преобразует энергию солнце в тепло. Как это работает: поглощающие пластины притягивают и удерживают солнечные лучи, которые в свою очередь нагревают теплоноситель. Пластины имеют черный цвет, так как он не отражает, а поглощает лучи, попадающие на него. С помощью насоса нагретая жидкость передает тепло в бак. В хорошую солнечную погоду гелиосистема способна обеспечить ежедневную потребность в теплой воде.

На эффективную работу влияет:

Чтобы коэффициент эффективности работы коллектора был выше, устанавливают дополнительное оборудование — газовые котлы, тепловые насосы.

Чем заправляют гелиосистемы

Теплоноситель для гелиосистем заправляют в зависимости от вида и условий эксплуатации. Если коллектор работает круглый год, необходимо заправлять незамерзающим составом, если для сезона весна — осень, то подойдет заправка дистиллированной водой.

если коллектор используется зимой, то для заправки подойдет смесь пропиленгликоля с водой и антикоррозийными веществами. Пропорция раствора зависит от условий, в которых используется система:

Можно купить сразу готовый антифриз, разведенный в нужных пропорциях.

Важно: нельзя в качестве теплоносителя зимой использовать воду, так как она замерзнет и разорвет трубы. Поэтому в конце сезона воду необходимо слить с установки.

Как работает солнечный коллектор зимой

Возможно, из-за недостоверной информации большой процент населения игнорирует альтернативный способ получения энергии. Самое распространенное ошибочное мнение, что зимой коллектор не может эффективно работать. Но это не совсем так. Основные теории, которые выдвигают противники гелиосистем:

В данных убеждениях есть доля истины, но не во всем. При выборе коллектор нужно учитывать, где он будет устанавливаться, в какой период времени работать и другие факторы.

К примеру, вакуумные коллекторы продолжают свою работу даже при рассеянном свете. Их эффективность ниже, чем при прямых солнечных лучах, но рабочий процесс не останавливается.

Если панель вакуумного коллектора засыпает снегом, то ее работа снижается на 10-15%, в то время как с плоских гелиоустановок снег сходит самостоятельно.

Появление на коллекторе наледи или инея не мешает процессу, так пропускаемость света остается хорошей.

Обратите внимание: если сравнивать эффективность работы коллектором в зимний и летний период, то эффективность вакуумного падает на 10-15%, а плоского до 40%.

Сколько воды может нагреть солнечный коллектор

Чтобы ответить на этот вопрос нужно учесть несколько факторов: какой сейчас сезон и погодные условия, какой используется способ нагрева. Учитывая все факторов данные могут меняться. На 1 квадратный метр гелиосистемы принято считать следующую возможность нагрева в час:

Для большего количество воды устанавливают накопительную емкость.

Где лучше размещать солнечный коллектор

Гелиосистемы работают от энергии солнце, поэтому логично, что их нужно размещать снаружи дома на солнечной стороне участка или крыши. Для монтажа пластин подходят как плоские, так и крыши с наклоном. Коллекторы имеют большой вес, рекомендуется крепить их на несущих балках. В наших широтах рекомендовано устанавливать конструкции на южную сторону. Даже не большое отклонение будет давать меньшую производительность энергии.

Важно установить коллектор под правильным углом, это связано с тем, что солнечные лучи падают на земную поверхность под определенным преломлением. Нужно учитывать следующие факторы:

Все данные ориентировочные, поэтому лучше делать расчет установки исходя от конкретной местности. В инструкции по эксплуатации будут указаны средние показатели для конкретного коллектора. Нужно выбрать место, чтобы на пластины коллектора не падала тень от деревьев или соседних зданий.

Обратите внимание: лучший вариант — это установки с автоматическим регулированием угла наклона.

Что нужно знать о мощности гелиоустановки

Выбор мощности гелиоустановки зависит от эксплуатации — круглогодичная или сезонная, какой необходим объем вырабатываемой энергии и другие факторы.

Если первостепенной задачей установки является нагрев воды, то можно выбирать системы с более низкой мощностью. Если система будет участвовать в отоплении дома, то мощность нужна выше.

Средний показатель: площадь коллектора в 4-6 квадратных метра хватает, чтобы наполовину обеспечить дом горячей водой. Для полного обеспечения дома тепловой энергией понадобится не меньше 12 квадратных метров системы.

Как защитить гелиоколлектор от перегрева

Перегрев гелиоколлектора приводит к частичной или полной поломки и последующему ремонту. Чтобы этого избежать нужно соблюдать следующих рекомендаций:

Придерживаясь небольших рекомендаций, можно защитить гелиосистему от ремонта.

Солнечный коллектор для подогрева воды

Гелиоустановки для нагрева воды — это самые распространенный вариант использования энергии солнца, которые можно использовать круглый год. Есть некоторые нюансы в подключении, эффективности работы и уходе. Подробнее разберем чем отличается схема подключения коллектора в зимний и летний период.

Летний вариант горячего водоснабжения от солнечного коллектора

Монтаж установки для работы в теплое время года не сложный. Чаще устанавливают для летнего душа или для обеспечения дачного дома горячей водой.

Если вода будет использоваться на улице, как в случае с летним душем, то бак тоже должен располагается на улице. Если водоснабжение требуется в доме, то бак устанавливается там же.

В таких установкам происходит естественная циркуляция жидкости, поэтому необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

Для эффективной работы иногда используют циркуляционный насос.

Зимняя схема подключения солнечного подогрева воды

Если гелиосистема используется все сезоны, то нужно помнить, что нельзя использовать в качестве теплоносителя воду, так как она замерзнет и порвет трубы. Для использования установки зимой используют антифриз. Схема установки будет выглядеть так:

Эффективность работы гелиосистем в зимой ниже, по сравнению с выработкой энергии в летом.

Достоинства и недостатки солнечных коллекторов для нагрева воды

Рассмотрев различные виды коллекторов, можно выделить достоинства и недостатки применения у себя на участке таких систем.

Несмотря на недостатки, эффективность работы гелиосистем перевешивает. Многие переходят на альтернативный источник энергии если не полностью, то частично.

Использование гелиоколлекторов в Европе и России

Лидером по использованию солнечных коллекторов в Европе является Германия, Австрия, Греция. Около 15% частного сектора установили гелиосистемы для нагрева воды или отопления дома. Коллекторы используют в школах, магазинах, больницах, на предприятиях.

В некоторых европейских странах при строительстве новых домов, установка гелиоколлектора обязательна.

В России солнечные коллекторы установил небольшой процент населения. В первую очередь это связано с недостатком информации о таком способе добычи энергии. Роль играет их стоимость, поэтому не каждый может купить такую установку.

Одна из важнейших проблем связанная с экологией — это проблема с энергоресурсами, влияние на изменение климата. Поэтому использование гелиоустановок — это хороший способ не только экономии, но и вклад в защиту экологии планеты.

Источник