Солнечные коллекторы для отопления частного дома

Рубрики Статьи

Содержание:

Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления

Солнце – источник неисчерпаемой бесплатной энергии, ресурсами которой может воспользоваться любой желающий.

Комплект с плоскими солнечными коллекторами auroSTEP plus – оптимальное решение для загородного дома.

Трубчатый солнечный коллектор auroTHERM exclusiv обеспечивает максимальную эффективность поддержки системы отопления.

Плоские солнечные коллекторы auroTHERM и auroTHERM plus – отличное соотношение цены и эффективности.

Покупка гелиосистем у официального дилера имеет ряд преимуществ:

+ 7 (495) 369-37-99 (круглосуточно)

Постоянный рост цен на отопление и горячее водоснабжение заставляет многих из нас задуматься о способах экономии. Но можно ли не просто сократить расходы на электроэнергию, а свести их к нулю? Можно, если использовать энергию солнца. Солнечные коллекторы – это источник бесплатной и экологически чистой энергии.

Такие коллекторы, или, как их еще называют, гелиосистемы, предназначены для аккумулирования солнечной энергии для нагрева воды. Использование данной установки дает возможность дополнительного отопления в весенний и летний период. Иными словами, обладатели солнечных коллекторов получают горячую воду и тепло совершенно бесплатно.

Устройство и принцип работы

Простейший солнечный коллектор – это металлические пластины черного цвета, заключенные в корпус из стекла или пластика, которые обычно монтируются на крыше дома. В сущности, солнечный коллектор представляет собой миниатюрную теплицу, которая накапливает солнечную энергию. Эта энергия согревает воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше его эффективность. Но, хотя принцип работы для всех коллекторов один и тот же, их конструкция несколько различается в зависимости от типа коллектора и сферы его применения.

Неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно опускается вниз, освобождая место нагретой воде из коллектора. Холодная вода попадает в теплообменник, где нагревается и вновь поступает в резервуар. На практике это означает, что вода в накопительной емкости всегда остается горячей – в ясные солнечные дни ее температура может доходить до 70 o С.

Типы и характеристики бытовых коллекторов для нагрева воды и отопления

Описанная схема работы коллектора очень упрощена, на деле же гелиосистемы несколько сложнее. Существует несколько типов солнечных коллекторов со своими конструктивными особенностями.

Плоские высокоселективные

Плоский коллектор – один из самых распространенных типов. Их преимущество состоит в невысокой цене, однако в сравнении с другими моделями они теряют больше тепла. Плоские солнечные коллекторы состоят из плоскостного поглотителя, прозрачного стеклянного покрытия, теплоизоляции с оборотной стороны и рамы, которая в основном делается из алюминия или стали.

Плоскостной поглотитель – это выкрашенный в темной цвет металлический лист, соединенный с теплопроводящими трубами. Слой поглотителя аккумулирует солнечные лучи и трансформирует солнечную энергию в тепловую, которая затем передается жидкости-теплоносителю (смеси воды и гликоля). Эта жидкость «направляет» тепло в солнечный аккумулятор. Стеклянное покрытие коллектора защищает поглотитель от воздействия окружающей среды и снижает потери тепла, создавая парниковый эффект. Эту же функцию выполняет и теплоизоляция из минерального волокна.

Вакуумные трубчатые

Солнечные коллекторы этого типа состоят из стеклянных трубок, внутри каждой из которых располагается устройство, поглощающее солнечный свет. Вакуум – идеальный теплоизолятор, и потому теплопотери таких коллекторов значительно меньше. Существует два вида вакуумных коллекторов, различающихся по способу нагрева – с косвенной теплопередачей и прямоточные. Первый вид устройств предназначен для всесезонного использования, а второй – для теплого времени года, с апреля до сентября.

Концентрационные

Весной, летом и осенью дневной угловой ход солнечных лучей больше 120 градусов – угла, в котором эффективно работают неподвижные солнечные коллекторы. Повышение эксплуатационных температур до 120-250 o C возможно путем введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Они концентрируют солнечные лучи, и в результате их на панель попадает больше. Для получения более высоких температур требуются устройства слежения за солнцем. Это достаточно дорогостоящее решение и применяется оно в основном в промышленных целях.

Солнечные воздушные коллекторы используются для нагрева воздуха. Это простые плоские коллекторы, применимые для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Недостаток последнего варианта в том, что часть энергии тратится на работу вентиляторов.

Расчет мощности солнечного коллектора

Солнечные коллекторы для дома могут обладать весьма высокой производительностью. Чтобы точно рассчитать мощность коллектора, нужно знать его площадь поглощения, величину инсоляции для вашего региона и КПД коллектора.

Допустим, используется коллектор площадью примерно 1 кв. м, состоящий из 7 трубок, каждая из которых имеет площадь поглощения 0,15 кв. м. Получаемая мощность в расчете на один день вычисляется следующим образом: 0,15 (площадь поглощения 1 трубки) × 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) × 0,67 (КПД солнечного коллектора) =117,95 кВт•час/кв. м. В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325 кВт•час. В наиболее солнечные летние месяцы она будет производить 0,545 кВт•час.

Использование солнечных коллекторов в России и мире

Солнечные коллекторы широко распространены во всем мире, хотя для нашей страны они все еще остаются новинкой. Настоящий бум солнечных коллекторов пришелся на 1970-е, во времена нефтяного кризиса. Тогда их начали применять во многих странах, от США до Японии. В Израиле в наши дни более 85% населения используют солнечные коллекторы. Сейчас общая мощность солнечных коллекторов мира превышает 200 гигаватт тепловой энергии и продолжает неуклонно расти. Использование данной технологии в Германии, например, оценивается в 140 кв. м/1000 чел., в Австрии – 450 кв. м/1000 чел., на Кипре – около 800 кв. м/1000 чел. В России этот показатель пока очень мал – лишь 0,2 кв. м/1000 чел.

Многие могут усомниться – разумно ли использование таких устройств в России, где климат далеко не такой теплый и солнечных дней значительно меньше, чем в южных широтах? Расчеты, проведенные в РАН, доказывают, что даже наша суровая погода – не препятствие для эффективной эксплуатации коллекторов. В средней полосе России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади. Максимальное значение равняется 1000 Вт (при ясном небе в полдень). Следовательно, при установке солнечного коллектора площадью 2 кв. м вода в баке емкостью 100 л будет ежедневно прогреваться до температуры от 37 o С и более (этот показатель может доходить до 55 o С). А в теплые месяцы коллектор будет еще эффективнее.

Солнечные коллекторы применяются для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов, обеспечения энергией теплиц. Они легко интегрируются в любую сеть водо- и теплоснабжения и просто монтируются. С помощью солнечных коллекторов можно сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать и вовсе бесплатную горячую воду. К известным и надежным производителям солнечных коллекторов относятся такие компании, как FUTUS-NUKLEON (Австрия-Чехия), TiSUN (Австрия), Ferroli (Италия), но особым доверием специалистов пользуются коллекторы от немецких компаний – Wolf и Vaillant. Эти бренды не просто предлагают надежную продукцию – они постоянно совершенствуют свои системы и внедряют новые технологии.

Стоимость гелиоустановки для дома

Цена солнечного коллектора для отопления дома зависит от его типа, сложности системы и мощности, а также, не в последнюю очередь, от производителя. Относительно небольшие установки для частных домов, коттеджей и дач с номинальной мощностью около 2 кВт•ч стоят от 160 000 рублей в базовой комплектации, более мощные системы с несколькими коллекторами общей мощностью около 6 кВт•ч, предназначенные не только для нагрева воды, но и для отопления в весенне-зимний период, обойдутся в 270 000 рублей. К этому нужно прибавить стоимость монтажа и наладки.

За какой срок окупится коллектор? На это влияет режим эксплуатации. Солнечные коллекторы в отопительный период поддерживают отопление приблизительно на 25%, а горячее водоснабжение в летние месяцы на 80-90%, так что окупаемость будет напрямую зависеть от ваших обычных расходов на тепло и горячую воду. В среднем срок окупаемости коллекторов составляет от 2 до 8 лет. Все это указывает на экономическую целесообразность и перспективность использования технологии в России.

Где заказать коллектор солнечной энергии?

Солнечный коллектор очень выгоден, но лишь при условии, что вы приобрели и установили надежную модель, которая не только не сломается через десяток лет, но и на протяжении всего срока службы будет выдавать стабильную производительность. Если вы хотите купить солнечный коллектор безупречного качества, обратите внимание на производителей из Германии. Именно немецкое оборудование показывает наилучшие результаты.

Компания Vaillant Group – это интернациональное предприятие со 140-летней историей, один из европейских лидеров в производстве систем, использующих возобновляемые источники энергии. Vaillant Group располагает одним из самых больших в отопительной отрасли исследовательским отделом — в сфере исследований и новых разработок на предприятии занято 507 высококвалифицированных специалистов. Компания представлена в 60 странах мира. Она известна как надежной техникой и инновационными решениями, так и высоким уровнем сервиса.

Читайте так же:  Заявление отказ от консьержа

Гелиосистемы Vaillant производятся в Германии, на заводе в г. Гельзенкирхен, на современном роботизированном оборудовании. В среднем, плоский коллектор от Vaillant аккумулирует 1.350 кВт•ч энергии в год и сокращает тем самым вредные выбросы CO2 в атмосферу на 450 кг. В линейку входит несколько моделей солнечных коллекторов для любых нужд – от обеспечения горячей водой небольшого частного дома до мощных систем, которые можно использовать в промышленных целях. Официальным представителем бренда Vaillant в России является интернет-магазин «Тепломатика.ру».

Солнечные коллекторы для отопления дома: монтаж и цены

С каждым годом на рынке появляется все больше новых приборов для обогрева. Еще несколько лет назад для многих в новинку были солнечные коллекторы, хотя в Европе они использовались уже несколько десятилетий. Сегодня же такое оборудование является неотъемлемой частью любого из так называемых экологичных домов. Это оборудование имеет немало преимуществ. Самым главным является то, что оно безопасно при использовании. Кроме этого, солнечные коллекторы позволяют экономить средства на обогрев помещении дома.

Насколько эффективно солнечное отопление?

В южных странах использование для обогрева солнечных коллекторов ни у кого не вызывает удивления, поскольку количества солнца там достаточно, а вот насчет использования этих установок в российских условиях у многих специалистов есть большие сомнения, так как зима на территории нашей страны довольно длительная. К тому же количество пасмурных дней тоже значительное. Однако это нельзя рассматривать в качестве серьезных препятствий для использования солнечных коллекторов. В средней полосе в зимнее время мощность, получаемая от солнечных лучей, доходит до 250 Вт на один квадратный метр площади коллектора. Что касается летнего периода, в жаркие дни этот показатель может доходить до 1000 Вт.

В летнее время владельцы частных домов, используя солнечный коллектор, получают горячую воду, а в зимнее время — тепло, при этом серьезно экономят на этом. Установка таких приборов позволяет снизить затраты на создание комфортной атмосферы на 30%. Чтобы в доме было тепло, необходимо не только подобрать коллектор достаточной мощности. Не менее важно и наличие утепления в жилище. В этом случае можно только за счет одних солнечных коллекторов создать атмосферу тепла и уюта в своем доме.

Например, если для решения проблемы отопления частного дома владелец сделал выбор в пользу коллекторов общей площадью 30 кв. м., то, используя это оборудование, он ежегодно будет экономить до 7,7 тонны угля. При этом цена на установку подобных систем почти такая же, как и на монтаж других систем обогрева.

Преимущества солнечной системы

Для отопления солнечные коллекторы подходят лучше всего, так как этому оборудованию присущи определенные преимущества. Основным следует считать то, что владелец, установив у себя в доме солнечные коллекторы, получает тепловую энергию в течение всего года. Если ответственно подойти к выбору и монтажу этого оборудования, заранее произвести расчеты площади, то такая система обеспечит тепло зимой, а в течение всего года — горячую воду.

В настоящий момент солнечные коллекторы выступают в качестве дополнительного источника отопления. Обычно они дополняют традиционное радиаторное отопление. Однако ученые продолжают проводить исследования с целью дальнейшего совершенствования этих систем, поэтому можно рассчитывать, что в ближайшее время эти коллекторы станут основным источником энергии в жилищах наших сограждан.

На самом деле у солнечных коллекторов имеется немало плюсов. Кроме экономии и эффективного обогрева, их применение позволяет улучшить экологическую ситуацию. Ведь они безопасны и не наносят вред окружающей среде. Установка такого оборудования позволяет решить проблему создания теплой атмосферы в жилище и при этом позаботиться об экологической обстановке в месте проживания.

Принцип работы солнечных коллекторов

В большинстве случаев площадь одной установки составляет от 1 до 8 кв. м. В состав этой системы входит аккумулятор. Под воздействием солнечных лучей происходит процесс нагрева теплоносителя, потом через такое устройство, как теплообменник в баке-аккумуляторе накапливается тепловая энергия, а затем уже передается воде, которая поступает в радиаторы отопления.

Процесс естественной конвекции происходит в первом контуре. Благодаря этому не возникает потребность в использовании принудительной циркуляции воды. Создаваемого такими установками количества тепловой энергии вполне хватает батарее для обогрева дома небольшой площади.

Для более крупных моделей необходимо дополнительно выполнять монтаж циркуляционного насоса. В этом случае появляется возможность для использования коллектора не только для обогрева дома, но и для подогрева воды. Если вы решите сделать выбор в пользу такой установки, следует знать, что стоят они намного дороже простых моделей.

Размещая в своем жилище солнечные коллекторы, нужно позаботиться об установке бака-аккумулятора с автоматическим электронагревателем. Когда на улице пасмурно или освещение будет меньше обычного, он начнет включаться в автоматическом режиме и прогревать воду до заданной температуры.

Виды солнечных коллекторов

На рынке для потребителей доступно большое количество видов этого оборудования. Наиболее распространенными являются:

Плоские приборы обогрева

Особенность плоских коллекторов состоит в наличии прозрачного покрытия, которое поглощает солнечную энергию. Кроме этого, они имеют термоизолирующий слой. При использовании этого оборудования в зимнее время оно не демонстрирует высокую эффективность. Цена на плоские коллекторы невысокая, поэтому позволить себе купить такое оборудование может каждый. Однако если вы решите использовать его для обогрева дома в зимнее время, то обойтись только одним солнечным коллектором у вас вряд ли получится.

В этом оборудовании иногда используется поликарбонат в качестве светопропускающего покрытия. Для солнечного коллектора из этого материала характерна высокая эффективность. Чтобы выбор этого оборудования оказался правильным, необходимо обратить внимание на то, что крышка должна быть выполнена из поликарбоната, а не из стекла.

Вакуумные приборы обогрева

Эта разновидность солнечного оборудования для обогрева помещений по принципу работы схожа с термосом. Когда излучение попадает на нижнюю стенку вакуумной трубки, не встречая на своем пути никаких препятствий, оно движется по внутренней трубке. Между этими трубками располагается вакуумная прослойка, которая обеспечивает сохранение до 95% поступающей энергии.

Цена на эти установки выше, чем на плоские солнечные коллекторы. Однако установка этого оборудования дает возможность для отопления дома в зимнее время. Высокую эффективность это оборудование демонстрирует даже в условиях низкой освещенности и при температуре минус 30 градусов.

Подключение солнечных коллекторов

Тип циркуляции — важный фактор, который оказывает влияние на способ подключения солнечного коллектора. Более простой задачей является монтаж оборудования с естественной циркуляцией теплоносителя.

Во время установочных работ накопительный бак подключают выше уровня коллектора. К входу в систему отопления горячей воды необходимо подсоединить верхний вывод. Нижний же подключают к обратной трубе. При входе солнечные коллекторы могут располагаться воздушные трубки, поэтому стоимость оборудования с естественной циркуляцией ниже, чем на коллекторы, предполагающие использование насосного оборудования.

Система отопления на основе солнечных коллекторов принудительной циркуляции теплоносителя имеет свои особенности:

  • управление насосом осуществляется при помощи контроллера на основании показаний датчиков;
  • обогрев прекращается, когда температура достигает необходимого значения.

Установка датчиков является обязательным условием при монтаже солнечных коллекторов. Они размещаются в баке-накопителе, на обратной трубе и в месте выхода коллектора.

Если вы живете на территории с продолжительной зимой и небольшим количеством ясных дней, то, разместив в своем жилище солнечный коллектор, не будет лишним дополнить его другими источниками тепла, например, котлами, работающими на твердом топливе или газе.

Как было сказано выше, солнечные коллекторы могут использоваться для нагрева воды. Для обеспечения максимальной эффективности оборудования необходимо правильно выбрать место его расположения относительно солнца. Во внимание необходимо принимать угол наклона коллектора. Специалисты рекомендуют выполнять установку этого оборудования таким образом, чтобы большую часть дня аппарат находился под прямыми лучами солнца.

Если для обогрева жилища владелец не планирует использовать другие источники тепла, то необходимо устанавливать заодно бак объемом не менее 40 куб. см. Если он будет иметь меньшую емкость, то система будет неэффективной.

Еще один важный момент — расчет площади оборудования. Выполнение этой работы – крайне сложная задача. Во время вычислений необходимо принимать во внимание много факторов:

  • наклон крыши;
  • сторону света;
  • объем накопителя;
  • уровень радиации.

При выполнении расчетов прибегают к использованию сложных формул. Поэтому, чтобы они были правильными, лучше обратиться к специалистам.

Стоимость установки солнечной системы обогрева

Если говорить о цене, то, заметим, что она невысокая. Средний ценник на солнечный коллектор составляет 400 долларов. Он может варьироваться в меньшую или большую сторону в зависимости от технических характеристик оборудования. Однако необходимо знать: чтобы в доме теплую атмосферу обеспечивали только солнечные установки, придется потратиться не на один, а примерно на десять коллекторов. Их общая площадь составляет 30 кв. м., что, по мнению специалистов, вполне достаточно для обогрева жилища. Также не стоит забывать, что придется оплатить и услуги специалистов, которые будут выполнять установку. На это придется потратить несколько сотен долларов.

Если вы хотите иметь эффективную систему обогрева и на создание теплой атмосферы в доме нести небольшие затраты, то в этом случае лучшее решение – покупка и установка в свой дом солнечных коллекторов. Для создания тепла они используют энергию солнца, что делает их экологически безопасным оборудованием. Приобрести эти установки можно без больших проблем. Монтаж лучше всего производить силами специалистов.

Солнечные коллекторы для отопления дома: особенности устройства

Солнечные коллекторы являются на сегодняшний день наиболее эффективными устройствами, использующими энергию солнца. Для примера, коэффициент полезного действия фотоэлектрических панелей составляет всего около 14-18%, тогда как на солнечных коллекторах эффективно используется приблизительно 80-95% поглощенной солнечной энергии.

Читайте так же:  Как оформить карту водителя на тахограф

Рассмотрим, каков принцип действия солнечных коллекторов, какие их виды существуют и для каких целей используются.

Система отопления на основе солнечного коллектора вакуумного типа

Принцип работы солнечных коллекторов

Если кратко, то солнечные коллекторы направлены на захват тепловой солнечной энергии, ее концентрацию и последующее направление на человеческие нужды.

Рассмотрим, из чего состоит солнечный коллектор:

  • Коллекторная система состоит, собственно, из коллектора, контура для теплообмена и теплового аккумулятора (обычного водяного бака).
  • По солнечному коллектору происходит циркуляция теплоносителя (жидкости). В нем теплоноситель нагревается от солнечной энергии.
    Затем передают добытую энергию посредством теплообменника, вмонтированного в бак-аккумулятор, воде в баке.

Так выглядит простейшая схема устройства бытовых солнечных коллекторов

Виды солнечных коллекторов

Если вы планируете установить в своем доме солнечный коллектор для отопления своими руками, следует для начала определиться с подходящим типом конструкции.

Основных видов солнечных коллекторов существует два – вакуумные и плоские. Также имеется менее используемая альтернатива – воздушные коллекторы.

Особенности солнечных коллекторов различных типов

Рассмотрим особенности каждого вида более подробно:

    Плоский коллектор наиболее схож по принципу действия с выше описанной моделью. Он представляет собой плоскую коробку, закрытую стеклом и содержащую особый слой, абсорбирующий тепло.
    Этот слой соединен с трубками, по которым ведется циркуляция теплоносителя, в роли которого, как правило, выступает пропилен-гликоль.

Схема плоского солнечного коллектора

Схема вакуумного солнечного коллектора

Схема воздушного солнечного коллектора

При использовании систем с принудительной подачей воздуха потребность в энергии на работу вентилятора понизит эффективность воздушных коллекторов еще больше.

Какой солнечный коллектор лучше выбрать

Однозначного ответа на данный вопрос нет, поскольку каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками:

  • Например, плоские коллекторы считают более прочными и надежными благодаря более простой конструкции, тогда вакуумные солнечные коллекторы для отопления потенциально более хрупки.
  • Несмотря на то, что воздушный коллектор обладает меньшим КПД, он более прост в управлении и не боится проблем, связанных с замерзанием теплоносителя и воды.
  • Если плоский коллектор выходит из строя, то замене подлежит вся абсорбирующая система. При повреждении коллектора вакуумного типа, необходимо заменить лишь вышедшие из строя трубки.

Отопление солнечными коллекторами зачастую имеет следующую принципиальную схему работы

  • Эффективность плоских коллекторов выше при необходимости нагрева воды на 20-40 градусов свыше температуры наружного воздуха, тогда как вакуумные коллекторы эффективней справляются с задачей нагрева до более высоких температур, что весьма актуально, если преимущественно используется солнечный коллектор зимой для отопления.
  • Также вакуумные коллекторы вырабатывают больше энергии при пасмурной погоде и меньше ее теряют в зимний период от контактов с холодным окружающим воздухом.
  • Если средний срок службы коллекторов составляет около 15-30лет, то этот показатель отдельно для вакуумных систем несколько ниже.

Дополнительные особенности выбора вакуумных коллекторов

Необходимо знать, что величины трубок вакуумных коллекторов напрямую влияют на показатель выработки энергии. Так, чем они тоньше и меньше, тем меньше тепловой энергии сможет приносить такая система. Нормальным считается диаметр трубок в 58 мм при длине 1,2-2,1 м.

Кроме того, такие коллекторы могут быть с обычными медными нагревательными трубками, передающими тепло, и с U-образными трубками, образующими миниконтуры передачи тепла в внутри каждой стеклянной трубки. Именно последние считаются наиболее продвинутыми в технологическом плане на сегодняшний день.

U-образная трубка вакуумного коллектора

Установить солнечный коллектор своими руками для отопления достаточно сложно, однако намного дешевле, чем с привлечением сторонних специалистов.

Обычно при покупке комплекта оборудования прилагается подробная инструкция по монтажу системы и по выбору места монтажа.

Подробное следование инструкции несколько упростит задачу.

Мы рассмотрели особенности различных видов солнечных коллекторов отопления и надеемся, что наши рекомендации позволят вам существенно сэкономить на использовании природных теплоносителей. Смело используйте альтернативные источники энергии, поскольку именно за ними наше будущее.

Но если Вы сторонник традиционных систем отопления. то см. газовые котлы отопления для частного дома.

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

«Зеленые технологии» — весьма перспективное направление. Использование растрачиваемой вхолостую энергии природных стихий позволяет существенно сокращать коммунальные расходы. К примеру, устроив солнечное отопление частного дома, вы будете снабжать фактически бесплатным теплоносителем низкотемпературные радиаторы и системы теплых полов. Согласитесь, это уже немалая экономия.

Все о видах систем, перерабатывающих неисчерпаемую энергию солнца в необходимое для обогрева тепло, вы узнаете из предложенной нами статьи. С нашей помощью вы запросто разберетесь в разновидностях солнечных установок, способах их устройства и специфике эксплуатации. Наверняка заинтересуетесь одним из популярных вариантов, интенсивно работающих в мире, но не слишком пока востребованных у нас.

В представленном вашему вниманию обзоре приведены конструктивные особенности систем, детально описаны схемы подключения. Приведен пример расчета солнечного отопительного контура для оценки реалий его сооружения. В помощь самостоятельным мастерам прилагаются фото-подборки и видео.

«Зеленые» технологии получения тепла

В среднем 1 м 2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года.

В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.

Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи.

Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.

Тепловые коллекторы нагреваясь под действием солнечных лучей нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты.

Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.

Промышленность в широком ассортименте производит коллекторные системы для включения в независимую отопительную сеть. Однако простейший вариант для дачи несложно сделать собственноручно:

Несмотря на явный прогресс в разработке решений по собиранию, аккумулированию и использованию солнечной энергии, существуют достоинства и недостатки.

Эффективное использование энергии солнца

Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.

Второй плюс — это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. Солнечные батареи и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.

Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году.

Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель. В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.

У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.

Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД. Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых. Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.

Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.

Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe).

Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении.

В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель.

Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.

  • низкие теплопотери;
  • способность работать при температуре до -30⁰С;
  • эффективная производительность в течение всего светового дня;
  • хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
  • низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
  • возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность. Обладает следующими недостатками:

  • не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
  • высокая стоимость.

Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. Имеют большой срок эксплуатации.

Плоские закрытые системы

Плоский коллектор состоит из алюминиевого каркаса, специального поглощающего слоя – абсорбера, прозрачного покрытия, трубопровода и утеплителя.

В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.

С наружной стороны закрытая панель защищена прозрачным покрытием. Оно изготовлено из противоударного закаленного стекла, имеющего полосу пропускания 0,4-1,8мкм. На такой диапазон приходится максимум солнечного излучения. Противоударное стекло служит хорошей защитой от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

  • простота конструкции;
  • хорошая производительность в регионах с теплым климатом;
  • возможность установки под любым углом при наличии приспособлений для изменения угла наклона;
  • способность самоочищаться от снега и инея;
  • низкая цена.

Плоские солнечные коллекторы особенно выгодны, если их применение запланировано еще на стадии проектирования. Срок службы у качественных изделий составляет 50 лет.

К недостаткам можно отнести:

  • высокие теплопотери;
  • большой вес;
  • высокая парусность при расположении панелей под углом к горизонту;
  • ограничения в производительности при перепадах температуры более 40°С.

Сфера применения закрытых коллекторов значительно шире, чем гелиоустановок открытого типа. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальщиками в отопительный период, они могут поработать вместо газовых и электрообогревателей.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

  • коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
  • коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
  • общая и апертурная площадь;
  • КПД.

Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема с водяным коллектором

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

  1. Летний вариант для горячего водоснабжения
  2. Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор.

Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй — на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора. Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе.

В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Схема с солнечной батареей

Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Пример расчета необходимой мощности

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:

  • обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
  • обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м 2 земли называется инсоляцией. Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная — 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м 2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м 2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д.

Выводы и полезное видео по теме

Демонстрация действия солнечного коллектора в зимнее время:

Сравнение разных моделей солнечных коллекторов:

На протяжении всего собственного существования человечество с каждым годом потребляется все больше энергии. Попытки использовать бесплатное солнечное излучение предпринимались давно, но только в последнее время стало возможным эффективно использовать солнце в наших широтах. Несомненно, что за гелиосистемами будущее.