солнечный коллектор что это такое
Солнечные коллекторы: разновидности оборудования и особенности его использования
Солнечные коллекторы – техническое устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую. Их установка в частном доме позволит сократить, а в некоторых случаях полностью избавиться от расходов на отопление. Но оборудование имеет немалую стоимость, поэтому при его покупке и установке важно не допустить ошибок.
Устройство и принцип работы
Солнечный коллектор — панель, размером в несколько квадратных метров, внутрь которой встроен нагревательный элемент, накапливающий энергию солнца. Весь принцип работы устройства можно сравнить с обычным водонагревателем. Лучи аккумулируются в нем и передаются в теплообменник, заполненный теплоносителем, который нагревается и начинает циркулировать по отопительной системе.
Направление движения может меняться с помощью смесителя. Остывший теплоноситель вновь поступает в резервуар. Естественная циркуляция обеспечивается расширением теплоносителя, который поднимается и вытесняет холодный в резервуар. В солнечный день движение непрерывно, температура жидкости в трубах отопления сохраняется на уровне + 70 градусов.
Оборудование различается по виду теплоносителя и общей конструкции. Каждый вид имеет определенные преимущества и недостатки.
В зависимости от конструкции коллекторы делятся на следующие виды:
Открытые
Это оборудование состоит из не защищенных с внешней стороны системы трубок. Конструкция максимально простая, поэтому некоторые народные умельцы сооружают ее самостоятельно. Стоимость таких коллекторов даже в готовом виде не высокая. Однако эффективность их работы очень низкая. Отсутствие изоляции приводит к большим теплопотерям. Такие системы можно применять в основном для организации ГВС.
Закрытые
В данных моделях система трубок изолирована прозрачным стеклом с полосой пропускания 0,4 – 1,8 мкм. Это обеспечивает максимальное поглощение солнечных лучей. Стекло надежно защищает трубки от механического воздействия. Диапазон применения закрытых коллекторов выше открытых. Летом они обеспечивают потребности в горячей воде. В зимний период могут использоваться в качестве основных или дополнительных источников отопления.
В зависимости от общей конструкции существует дополнительная классификация солнечных коллекторов:
Плоские
Панели, покрытые прозрачным стеклом или поликарбонатом. Внутри вмонтированы медные трубки, наполненные теплоносителем. Задняя часть панели покрыта минватой с целью теплоизоляции.
Преимущества плоских коллекторов:
К минусам относят:
Вакуумный
По основному принципу работы они схожи с плоскими коллекторами. Но продуктивность их на порядок выше. Внутри устройства расположена стеклянная колба, наполненная техническим вакуумом. Ее стенки покрыты высокоселективным веществом, поглощающим до 96% солнечных лучей. Вакуум нагревается до + 300 градусов, одновременно препятствуя утечке тепла. Эта разновидность коллекторов способна работать даже в условиях пониженных температур. Для них главное – наличие солнечных лучей.
К минусам вакуумных коллекторов относят высокую стоимость.
Коллекторно — концентраторный
Данная разновидность коллекторов редко используется для отопления. Их основное предназначение – сушка сельхозпродукции на складах. Принцип работы коллекторно-концентратных моделей основан не на нагреве теплоносителя, а на повышении температуры воздуха.
Преимущества и недостатки
Главный плюс коллекторов в качестве источника тепла – общедоступность солнечной энергии. Даже в хмурую погоду эти устройства улавливают и аккумулируют в себе лучи, обеспечивая нагрев теплоносителя. При этом полностью отсутствуют какие-либо выбросы вредных веществ в атмосферу. По сути это самый экологичный вид энергии.
Коллекторы не производят шума. Благодаря установке на крыше, не занимают площадь участков.
К преимуществам также относят:
Однако использование солнца в качестве отопления заключается в непостоянности освещенности. Как раз тогда, когда тепло особенно необходимо, его подача уменьшается. Ночью она равна нулю.
Особенности применения в разных регионах
Эффективность использования солнечных коллекторов зависит от географической широты расположения дома. Их установка более целесообразна на юге, где преобладает солнечная погода большую часть календарного года.
Но во многих регионах, летом коллектор работает по максимуму, а зимой – по минимуму. Связано это не только с количеством солнечных дней, но и с углом падения лучей.
Критерии выбора оборудования
Основное требование при покупке гелиосистем – правильный расчет мощности.
Сначала определяют, будет система круглогодичной или сезонной:
Для прикидочного расчета можно воспользоваться следующей информацией:
Увеличивать мощность более, чем в два раза не рекомендуется. Это повлечет проблемы с утилизацией тепла летом. Иначе существует опасность развития стагнации системы – одной из проблем гелиоколлекторов. Если из контура забирается недостаточно тепла, происходит перегрев теплоносителя.
Он может закипеть, а это приведет к прекращению циркуляции по контуру. После остывания теплоносителя, работа системы возобновится. Но не все теплоносители переносят переход из жидкого состояния в газообразное. Некоторые превращаются в желе, что делает невозможной последующую эксплуатацию контура.
Избежать стагнации поможет стабильный отвод тепла:
Требования к установке
Эффективность работы гелиосистемы зависит от соблюдения рекомендаций по их установке. Коллектор должен располагаться на открытом пространстве, куда не падает тень от зданий, деревьев, гор.
Большое значение имеет ориентация. В северном полушарии «зеркала» должны быть развернуты строго на юг. Если технически сделать этого невозможно, следует юго-запад или юго-восток.
Подключение к отопительной системе
Способ подключения зависит от того, какой тип циркуляции используется. Проще всего подключиться к системе с естественной циркуляцией. Главный принцип в этом варианте – нагрев воды.
Выше уровня коллектора подключается накопительный бак. Верхний вывод подключают ко входу горячей воды, а нижний к обратке. На входе в коллектор могут возникнуть воздушные пробки.
Подключение к системе с принудительной циркуляцией несколько иное:
Солнечный коллектор для отопления дома
Пост опубликован: 19 июля, 2017
Солнечный коллектор – это техническое устройство, служащее для преобразования солнечной энергии в тепловую. По типу теплоносителя, солнечные коллекторы подразделяются на воздушные и жидкостные, в которых теплоносителем служит вода или иное жидкое вещество (антифриз, этиленгликоль и подобные). По конструкции, данные устройства, бывают плоские и вакуумные.
Принцип действия
Для отопления жилого дома или иного объекта могут быть использованы все виды солнечных коллекторов, однако принцип их работы, вне зависимости от конструкции и вида теплоносителя, является единым.
Принцип работы солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать энергию солнца в видимом и невидимом, человеческому глазу, диапазонах, в связи с чем, внутри данного материала, начинаются физические процессы, молекулы начинают быстрее двигаться, материал (вещество) – нагревается. Тепло выделяемое материалами, на которые воздействуют солнечные лучи, передается теплоносителя для последующего использования.
Правильно оборудуем жилье
В нашем магазине вы всегда сможете подобрать межкомнатные двери, решенные в
ключе основных тенденций традиционной классики или же соответствующие одному из многочисленных направлений современного интерьерного дизайна. Каждое изделие не только оснащено надежной, функциональной и эффектной фурнитурой, но и имеет сертификат соответствия качества основным существующим стандартам. Приобретая межкомнатные двери у нас, вы тем самым отдаете предпочтение абсолютно безвредной продукции, изготовленной из экологически чистого сырья.
Принцип работы солнечного коллектора
Схематично, принцип работы различных видов устройств, можно отразить следующим образом:
В соответствии с конструкцией, видом теплоносителя и способу его использования и передачи тепла, солнечные коллекторы бывают:
По типу конструкции:
По типу теплоносителя:
По способу использования теплоносителя:
По способу передачи тепла:
Как работает зимой?
В системах отопления, как правило, используются вакуумные коллекторы, это определяется их техническими характеристиками и условиями эксплуатации.
Основной элемент вакуумного солнечного коллектора – это вакуумная трубка, которая состоит из:
Работа системы осуществляется следующим образом:
Для того, чтобы данная система была эффективна и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и в зимний период, системой предусматривается установка дублирующих источников энергии. Это может быть дополнительная система нагрева, с использованием теплоносителя, как на приведенной схеме, когда теплоноситель дополнительного контура нагревается путем использования различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество). Также, с подобную задачу можно выполнить путем установки электрических ТЭНов, непосредственно в бак-аккумулятор. Работу дублирующих источников энергии контролирует система автоматики, включая в работу данные устройства, по мере необходимости.
Выгодно ли это
Определить, выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей.
Регион проживания – это важный критерий, при определении эффективности использования устройств, служащих для преобразования энергии солнца в другие виды энергии. Солнечная активность (продолжительность солнечного сияния), в разных регионах нашей страны разная, что видно на приведенной ниже схеме. 
Из данной схемы видно, что наиболее благоприятные регионы, для использования солнечной энергии, с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположены в южных районах страны. В этих районах также не бывает холодных и продолжительных зим, что определяет возможность успешного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения, именно в этих областях России.
При необходимости создать абсолютно автономную систему, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что, установив только коллектор, создать подобную систему не получится, т. к. для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электрическая энергия. Поэтому, для полной автономии, необходимо проработать вопрос по независимому электроснабжению подключаемого объекта. Следовательно, для того, чтобы сделать абсолютно независимую систему, потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости оборудования.
Как сделать своими руками
Наиболее простой, но тем не менее эффективный вариант, это плоский солнечный коллектор, в котором в качестве теплоносителя используется вода. 
Из имеющихся под рукой материалов, изготавливается корпус устройства. Это может быть дерево, профильный черный или цветной металл. Размеры каркаса определяются местом установки солнечного коллектора, его назначением и наличием требуемых материалов.
Во внутреннее пространство корпуса укладывается утеплитель, поверх которого укладывается медная трубка. Для создания большей поглощающей площади, трубку укладывают в форме змеевика. Чтобы увеличить КПД устройства, под трубку можно положить слой фольги (на схеме не показано), это позволит снизить тепловые потери в нижнюю сторону устройства и увеличит температуру во внутреннем пространстве корпуса.
С наружной стороны корпус закрывается защитным стеклом, щели герметизируются. В местах ввода и выхода труб, монтируются патрубки холодной и горячей воды.
Изготовленной таким образом устройство, можно использовать для горячего водоснабжения летнего душа и подогрева воды в бассейне, для этого патрубки коллектора подключаются к выбранным системам, после чего устройство готово к работе.
Плюсы и минусы
Как у любого технического устройства, так и у солнечного коллектора, есть свои плюсы и минусы, как по возможности использования и эксплуатации, так и по иным параметрам и показателям. В зависимости от конструкции устройства, плюсы и минусы, разнятся, поэтому необходимо их рассмотреть в отдельности друг от друга.
Плоские солнечные коллекторы.
Достоинства использования:
Недостатками являются:
Вакуумные солнечные коллекторы.
Достоинства использования:
Недостатками являются:
Особенности эксплуатации солнечного коллектора в Подмосковье. Личный опыт
Выбираете энергоэффективные решения?
Обратите внимание на геотермальные тепловые насосы FORUMHOUSE
Геотермальный тепловой насос EU (старт/стоп)
Геотермальный тепловой насос IQ (псевдоинвертор)
Геотермальный тепловой насос IQ (инвертор)
Идеи о том, как сэкономить, но при этом иметь все блага цивилизации на приусадебном участке без централизованного электро- и водообеспечения, не дают «самоделкиным» покоя. Но зачастую, когда речь заходит об инженерном оборудовании, работающем на «зелёной» энергии, то застройщики от него отмахиваются. Мол, всё это не подходит для наших широт и суровых природных условий с коротким летом, частыми дождями и небольшим количеством по-настоящему жарких дней. Однако опыт пользователей FORUMHOUSE говорит об обратном.
Из этой статьи вы узнаете:
Как своими руками собрать недорогой гелиоколлектор.
Есть ли экономическая выгода от солнечного коллектора, установленного в Подмосковье.
Как своими руками собрать бюджетный солнечный коллектор
Если за границей солнечные батареи, а также гелиоколлекторы давно стали привычным оборудованием инженерной системы загородного дома, то у нас это всё ещё экзотика. Сказывается высокая цена на фирменные установки, а также скепсис домовладельцев, которые не хотят вкладывать деньги в дорогую «игрушку».
Думаю, что мысль использовать энергию солнца для нагрева воды приходила не только мне. Но покупать дорогой гелиоколлектор «от фирмы» для эксплуатации на даче мне не хотелось. Тем более, распространено мнение, что толку от него в нашем климате мало. Поэтому я решил засучить рукава и сделать солнечный коллектор самостоятельно и заодно проверить эффективность его работы. Тем более, что старый «народный» летний душ, изготовленный на базе двух полиэтиленовых баков, честно прослужив 4 года, пришёл в негодность.
Душ работал так: вода в первом баке нагревалась электрическим нагревателем и подавалась через обычный садовый шланг к смесителю. Если вода перегревалась (даже при наличии терморегулятора), к ней подмешивалась холодная вода из второго бака, которая также поступала к смесителю через садовый шлаг. Но за четыре года активной эксплуатации баки, под влиянием УФ излучения, потрескались и пришли в негодность.
Можно сказать, всё, что не делается — к лучшему. Наступил черёд модернизации системы. Я сделал плоский алюминиевый гелиоколлектор, с поликарбонатным покрытием, площадью 2 кв. м. Мощность установки примерно 1.5 кВт. Вес – 7 кг.
Пользователь остановился на этой конструкции (плоский гелиоколлектор), т.к. второй тип солнечного коллектора — т.н. «вакуумник», хотя и имеет больший КПД, более дорогой и сложный для изготовления в домашней мастерской.
Кстати, большая часть гелиоколлекторов для домашнего использования, даже промышленного изготовления, имеют площадь до 2 кв. м. Опыт показал, что такие системы проще изготовить и смонтировать даже в одиночку. Мощность системы (при необходимости) наращивается путём объединения нескольких солнечных коллекторов в одну группу.
После тщательного изучения FORUMHOUSE пользователь остановился на плоском варианте гелиоколлектора. Для этого потребовалось освоить пайку алюминиевых трубок твёрдым припоем. Стоимость трубок составила около 450 руб. Также гелиоколлекторы собирают на базе полипропиленовых труб, трубок из меди или гофрированной нержавейки.
Кроме этого, есть вариант солнечного коллектора, когда в листе ЭППС вольфрамовой нитью, согнутой в виде буквы «П», присоединённой к трансформатору т.н. электрическим терморезаком, «фрезеруются» канавки в виде змейки. В корпус гелиоколлектора врезаются штуцеры для подводящей и отводящей воду магистрали. Далее на лист экструзионного пенополистирола, на «жидкие гвозди», наклеивается тонкий оцинкованный железный лист или лист алюминия. Затем металл красится в чёрный цвет, и бюджетный и вполне работоспособный вариант гелиоколлектора практически готов. Остаётся только установить его, присоединить магистрали к подводящему баку (ёмкости, где находится холодная вода), накопительному (хорошо утепленному) баку для аккумулирования нагретой воды и заполнить систему водой.
Возвращаемся в гелиоколлектору izhur. В качестве ёмкостей для воды пользователь приобрёл две полиэтиленовые бочки по 160 литров, по цене 700 руб. за каждую (здесь и далее цены указаны за 2012-2013 годы). Бочки обвязываются при помощи полипропиленовых труб. Такие трубы проще монтировать (паять специальным паяльником) и, в отличие от металлопластиковых, в местах соединений (в фитингах) сохраняется одинаковое сечение.
Процесс монтажа солнечного коллектора наглядно демонстрируют следующие фотографии. Из профильной трубы сваривается рама под гелиоколлектор. Угол наклона рамы 45 градусов. Коллектор ориентируется строго на юг.
Делается рама и подставка под бочки.
В подставке высверливаются отверстия для труб.
Подставка монтируется на крыше летнего душа.
В бочку (для горячей воды) врезается ТЭН.
Если посмотреть на дно бочки, то видно 3 выхода. 2 выхода нужны для подключения магистрали от гелиоколлектора, а 3-й вывод идёт в смеситель на лейку душа. Все соединения труб – «американки». Так проще, прямо на месте, прикрутить/открутить трубы и собрать систему. Все трубы дополнительно утеплены.
Это сделано для удобства. Например, израсходовав в баке всю горячую воду, пользователь на шунте открывает шаровый кран, и уровень воды в бочках выравнивается, а при подаче воды из шланга обе бочки одинаково заполняются водой.
Далее кран перекрывается, и гелиоколлектор функционирует по следующему принципу: холодная вода поступает в нижний патрубок коллектора, нагревается, поднимается и через верхний патрубок поступает в накопительную бочку.
Также пользователь организовал забор воды только из верхних, более нагретых слоёв, т.к. горячая вода, попадая в бочку, устремляется вверх, а холодная остаётся внизу. Для этого на поплавке из куска пенопласта в бочке с горячей водой от дна поднимается гибкий гофрированный заливочный шланг от стиральной машины.
Для контроля уровня жидкости в систему врезана прозрачная трубка, в которой помещен черный поплавок.
В завершении монтажа системы пользователь утеплил бочки пенофолом (два слоя по 5 мм каждый), а сверху бочки с горячей водой положил круг, вырезанный из ЭППС, толщиной 50 мм.
Бочка для холодной воды утеплена «за компанию», чтобы выдержать единый дизайн.
Такое утепление, конечно, недостаточное. Правильно: надо утеплить бочку минеральной ватой, толщиной около 100 мм, или пенопластом в 5 см.
Экономическая выгода от установки гелиоколлектора в Подмосковье
Испытания показали, что гелиоколлектор отлично работает даже в условиях Подмосковья. Система эксплуатируется следующим образом. С вечера баки заполняются водой, примерно 120-130 литров. Солнце начинает освещать гелиоколлектор в 8:30 утра (до этого на коллектор падает тень от дома). Часам к четырём солнечный коллектор затеняется деревом, которое впоследствии спилили.
После 6 часов вечера лучи падают на гелиоколлектор по касательной, и КПД системы снижается.
В облачные дни при температуре воздуха 18-20 °C вода в бочке нагревалась до 35 °C, и это при недостаточном утеплении.
По расчётам пользователя, гелиоколлектор, с учётом затрат на всю реконструкцию системы летнего душа, окупится за 2 года эксплуатации. Т.к. гелиоколлектор доказал свою эффективность, пользователь планирует сделать небольшой солнечный коллектор (площадью до 1 кв. м) для рукомойника в доме.
Добавим, что друг пользователя, как-то подсчитав, сколько в день незаметно «сжирает» его хорошо утеплённый электрический водонагреватель на 80 литров, задумался о том, как вписать в систему ГВС коттеджа гелиоколлектор и тем самым сэкономить.