Тепловые коллекторы солнечные – Солнечные коллекторы для отопления дома: цены и отзывы

Содержание

Солнечный коллектор для нагрева воды своими руками

В этой публикации представлены результаты объемных исследований блогера Сергея Юрко. Показаны 3 солнечных коллектора, изготовленные мастером своими руками и наиболее эффективный из них – так называемый 3 пленочный коллектор, он нагревает воду до 60 градусов. Есть более простой 2 пленочный, и он способен доводить воду до 55 градусов. Самый простой и самый дешевый 1 пленочный, но он обеспечивает прогрев только до 35 или 40 градусов.

Стоимость одного квадратного метра этих примитивных коллекторов примерно в тысячу раз дешевле заводских аналогов, и поэтому возникает вопрос: а что же такого хорошего в фирменных коллекторах, что они стоят в тысячу раз дороже примитивных, которые может изготовить своими руками любой человек за несколько часов, потратив мизерные деньги.

Будем сравнивать простые коллекторы с дорогими заводскими моделями по эффективности, экономической целесообразности и другим характеристикам. И далеко не всегда это сопоставление в пользу заводских устройств. Ролик на тему: сделаем простейшие солнечные коллекторы и посмотрим, на что они способны. А также выясним, при каких случаях имеет смысл отказаться от дешёвого солнечного тепла с этих примитивных конструкций, чтобы заплатив сотни или тысячи раз дороже, получить такой же эффект от более дорогих устройств.

Личный интерес автора ролика к теме основан на предположении, что заводские солнечные коллекторы являются эволюционным тупиком солнечной тепловой энергетики, поскольку, например, солнечные батареи за последние несколько десятилетий подешевели больше чем в сто раз и график показывает процесс снижения цен.
Возникает мысль, что эволюция солнечных коллекторов пошла не по тому пути и поэтому имеет смысл вернуться к самым простым технологиям.

3 простые конструкции коллекторов для нагрева воды от солнца

Черная пленка является единственной, из чего состоит 1-пленочный примитивный коллектор, то есть на пленку наливается вода и очевидно, что во время солнца это вода нагреется. Её можно купить на базаре в любом городе. Мастер приобрел три квадратных метра за 15 гривен. Стоимость коллектора выходит 15 евро цент за квадратный метр.

Но имеет смысл добавить еще одну – прозрачную пленку, которая покроет поверхность нагреваемой воды. Температура нагрева радикально увеличивается, поскольку вторая пленка останавливает испарение воды. Её продают на любом базаре для теплиц и из-за этого второго слоя стоимость коллектора увеличивается до 35 евро центов за квадратный метр.

Но есть еще и 3 пленочный вариант и дополнительная пленка тоже является прозрачной, она увеличит стоимость коллектора до 55 евро центов за квадратный метр.

Функция 3 пленки, как и у стекла заводского плоского коллектора, то есть между стеклом и черным абсорбером формируется слой воздуха толщиной несколько сантиметров, воздух является теплоизолятором.

Сколько пленок нужно для хорошего нагрева воды?

Экспериментальные измерения дали неожиданные результаты, поскольку оказалось что в нашем случае результат применения третьей пленки не является таким эффективным, как в случае заводского плоского коллектора – температура нагрева воды увеличивается, но всего лишь на несколько градусов. Причем наша тройка коллекторов может иметь разные конструкции. К примеру 2 пленочная – прозрачная полиэтиленовая пленка, продается на базарах в виде рукава. Вода заливается внутрь рукава, а роль нижней черной пленки выполняют черная поверхность крыши многоэтажки.

Аналогичное исследование, но с рукавом из не прозрачной, а черной пленки. Если вторая пленка черная, вариант предпочтительнее только при условии хорошей циркуляция воды через систему. Коллектор нагрел 100 литров воды до 66 градусов. Можно заметить несколько усложнений конструкции, в том числе лист пенополистирола толщинoй 3 сантиметра. но эксперименты показали, что теплоизоляция под коллектором увеличит температуру нагрева, но не радикально.

Эксперимент в августе с нагревом воды при температуре воздуха в тени 35 градусов показал, что пленочный коллектор на хорошей теплоизоляции нагрел воду до 63 градусов и в тот же самый момент другой коллектор нагрел воду до 57 градусов, хотя под ним теплоизоляции нет и его первая пленка лежит прямо на земле.

Дополнительные функции кустарного садового коллектора

Также интересно обратить внимание, что однопленочный коллектор во время дождя выполняет функцию сбора дождевой воды что для некоторых домов и местности может оказаться актуальным. кроме этого, 1 пленочные и 2 пленочные коллекторе ночью могут выполнять функцию градирни, то есть они отбирают тепло из воды, используемой для систем охлаждения. Можно использовать в режиме, когда днем через них циркулирует вода, которую нужно нагревать. а ночью коллектор охлаждает воду баков. днем вода из них используется для отбора тепла. в результате чего она нагревается. и поэтому следующей ночью ее нужно опять охлаждать коллекторами.

Интересно заметить, что высота воды в коллекторах может превышать несколько сантиметров. они являются одновременно и солнечным коллекторам и баком для горячей воды. То есть они работают как хорошо известная черная бочка на летнем душе.

Но очевидно, что после исчезновения солнца вода в коллекторе охлаждается. Для этого случая может оказаться интересным коллектор с тремя слоями пленки, вода в котором охлаждается медленно.

На фото. Стоимость заводских тепловых коллекторов в тысячу раз дороже представленных самодельных.

Статистика по измерениям эффективности самодельных и заводских солнечных нагревателей

1 августа проводил эксперимент по измерению производительности 2 пленочного коллектора. На протяжении солнечного дня измерял температуру воды и заносил в таблицу.

насколько эффективен нагреватель воды с пленкой

В следующий таблице интерпретация полученных результатов, в столбце количество теплоты, которую реально производил коллектор.

Описано в примечании фото, как рассчитывалось по результатам измерений температуры. В другом столбце количество солнечной радиации, которая попала на солнечный коллектор. причем важно заметить, что она зависит от угла солнца над горизонтом, точнее от синуса этого угла.

Интересно, что в данный временной промежуток производство тепла коллектором было больше, чем количество солнечной радиации. но никакого парадокса нет, если обратить внимание на разницу температур. В это время температура воздуха была больше, чем воды в коллекторе, и поэтому она нагревалась не только из-за поглощения солнечной радиации, но и вследствие нагрева от более теплого воздуха. но в другие временные промежутки вода была уже теплее воздуха. причем, чем больше разница температур, тем больше тепловые утечки из воды в окружающий воздух. тем меньше полезного тепла производят коллектор. Можно прийти к выводу, что как только температура воды достигнет примерно 60 градусов, она прекратит нагреваться, поскольку упомянутые тепловые утечки сравняются с поступлением энергии Солнца в коллектор.

В правом крайнем столбце таблицы зафиксирована измеренная мощность нагрева коллектора на единицу площади, ее можно сравнить с столбцом с мощностью нагрева одного квадратного метра заводского коллектора в тех же условиях. Описано, как вычислял мощности. Один квадратный метр заводской модели имеет преимущество над такой же площадью самодельного только при работе на высоких температурах воды. а если нужно греть воду с температурой выше 60-70 градусов, то кустарный коллектор не сможет работать вообще. в то же время 1 квадратный метр самодельного теплообменника произведет тепла заметно больше, чем один квадратный метр фабричного, когда температура воды меньше температуры окружающего воздуха.

Результаты объясняются энергетическими характеристиками 2 пленочного коллектора.

А это оценка характеристик других типа примитивных нагревателей.

Приблизительные характеристики заводских плоских коллекторов, представленных в паспорте.

В интернете можно найти такие характеристики практически для любой марки. По таблице видно, что фирменный обменник тепла имеет преимущество по этому коэффициенту, благодаря чему он способен работать на высоких температурах. но с другой стороны самопальный коллектор работает намного лучше заводского в случае, если нужно подогреть воду с температурой ниже воздуха. Например, если нужно нагревать 10 градусную воду подземной скважины во время 30-градусной жары. дело в том, что коэффициент корректнее называть не тепловыми потерями, а коэффициентом теплообмена. Поскольку если вода в коллекторе холоднее воздуха, то в коллекторе нет тепловых потерь, а наоборот, из более теплого воздуха в него поступает дополнительное тепло. Данный коэффициент интерпретируется так, что если разница температур между водой и воздухом увеличивается на 1 градус, то обмен тепла через каждый квадратный метр коллектора увеличивается на 20 ватт.

Эта характеристика (оптический КПД) показывает кпд преобразования солнечной радиации в полезное тепло в условиях, когда температура теплоносителя в коллекторе равна температуре окружающего среды. В примечании описано, почему у простейших коллекторов этот показатель немного лучше, чем у заводских. Но это указан кпд нового чистого коллектора, а примитивные очень чувствительны к грязи. Текст ниже описывает, как много грязи накапливается в них течение эксплуатации.

Грязь и пузырьки в простых самодельных коллекторах

* В воду 1-пленочного коллектора извне приходит очень много разнообразной грязи. В 2-х и 3-пленочных устройствах эта проблема выражается в пылевом налете на верхней пленке, и после высыхания воды дождя или росы эта грязь группируется в непрозрачные пятна, которые могут очень заметно уменьшить КПД коллектора. Но с другой стороны, есть несколько несложных способов удалять эту грязь после дождя.

* Из воды тоже выпадает много грязи в виде мелких хлопьев на поверхности воды или крупных хлопьев на дне. Эти выпадения усиливаются из-за нагрева воды.
* Также накапливается «белый налет» (на верху 1-й и низу 2-й пленки), который заметно снижает КПД. Он прикрепляется к пленкам очень прочно, т.е. потоком воды не удаляется (и щеткой он оттирается с большим трудом и не полностью). Возможно, это выпадение солей из нагретой воды, возможно, это последствия разложения полиэтиленовых пленок.
* Часть грязи в коллекторе может быть объяснена продуктами разложения полиэтилена вследствие УФ-радиации и высокой температуры. Обычно полиэтилен разлагается на перекись водорода, альдегиды и кетоны. В основном, это газы или жидкости, хорошо растворимые в воде. т.е. в осадок они вроде бы не должны выпадать.
* КПД коллектора также снижается из-за большого количества газовых пузырьков (диаметром до нескольких миллиметров на верху 1-й и низу 2-й пленки), которые выделяются при нагреве воды (При нагреве уменьшается растворимость газов в воде). Интересно, что при расположении коллектора на земле на его 1-й пленке пузырьков практически нет (но они есть на низу 2-й)
* Под 2-й пленкой могут образовываться большие пузыри, а также воздух в складках. Эти участки быстро запотевают, и это уменьшает КПД.
* На краях коллектора 2-я пленка может не прилегать к воде: на таких участках низ запотевает и поэтому плохо пропускает солнечную радиацию.
* В 3-пленочных коллекторах могут быть запотевания низа 3-й пленки. Это случается при неправильной установке 2-й пленки (из-за чего пар из коллектора может проникать под 3-ю пленку) или из-за её повреждений. В таких случаях нужно устанавливать 3-ю пленку так, чтобы ветер слегка вентилировал пространство между нею и 3 слоем.

Загрязнение воды коллекторов из-за разложения полиэтиленовых пленок

Это разложение будет из-за одновременного воздействия кислорода воздуха, ультрафиолетовой солнечной радиации и температуры 50-60 град. Полиэтилен разлагается на альдегиды, кетоны, перекись водорода и др.
При нагреве в коллекторе каждого 1 куб. м воды его полиэтиленовые пленки будут выделять порядка 1 г продуктов разложения (На 1 кв. м коллектора приходится около 100 г 1-й и 2-й пленок, и за время своей службы они выделят, по очень приблизительным оценкам, около 10 г «продуктов разложения» и нагреют порядка 10 куб. м воды). Но непонятно, сколько из этих 1 мг/ литр перейдет в воду, а сколько улетит в атмосферу, выпадет в осадок на дне коллектора и бака горячей воды, перейдет в тот «белый налет» (о котором я говорил в предыдущем тексте), не выйдет за пределы массы полиэтилена
Кроме того, непонятно благоприятное влияние на очистку воды вследствие ее пребывания и нагрева в коллекторе (а там из нее выпадает очень много осадка), а также вследствие пребывания в баке горячей воды. Таким образом, по приблизительным оценкам, в воду поступит 0,1-0.5 мг / литр продуктов разложения полиэтилена, которые распределятся между десятками хим. веществ с концентрациями по 0.001-0,1 мг на литр нагреваемой воды. Поскольку это недалеко от ПДК вредных веществ, консультация с СЭС лишней не будет. Например, согласно стандарту ГН 2.1.5.689-98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»:
– Есть ограничения по 13 шт. альдегидов – ПДК от 0,003 мг / литр до 1 мг / литр, например, ПДК формальдегида – 0.05 мг / литр, а самые жесткие требования к бензальдегиду – 0.003 мг / литр
– ПДК перекиси водорода – 0,1 мг / литр
– По 3 шт. экзотических кетонов тоже есть ограничения с ПДК 0,1-1,0 мг / литр

Выводы:

1) Если вода «застоялась» коллекторах, то концентрация «продуктов разложения» в ней будет в разы или десятки раз больше. Возможно, такую воду лучше выбрасывать.
2) Желательно использовать более тонкие пленки (они будут давать меньше «продуктов разложения»).
3) Пленки желательно как можно стабилизированные. Например, тепличная предпочтительнее обычной (не подкрашенной) полиэтиленовой, она стабилизируется против воздействия УФ-радиации. Другой пример: полиэтилен высокой плотности медленнее разлагается из-за высокой температуры, чем низкой плотности.
4) Отношение площади коллекторов к потребности объекта (в горячей воде) желательно как можно меньше. Т.е., например, при суточной потребности 10 куб. м горячей воды, станция с 50 кв.м. коллекторов дает загрязнение (концентрация вредных веществ) воды в десятки раз меньше, чем станция с 500 кв.м. коллекторов, в том числе и из-за более низкой температуры нагрева воды коллекторами, что уменьшает скорость разложения полиэтилена.
5) Если 2-я пленка коллекторов будет черная (а не прозрачная), то загрязнение воды должно быть в разы меньше (поскольку УФ-излучение проникает только в верхний слой 2-й пленки).
6) Можно подумать над таким вариантом работы солнечной станции, когда коллекторы нагревают
техническую воду, которая затем передает свое тепло через теплообменник чистой воде ГВС.

Какую лучше применять пленку для сбора солнечного тепла – черную или прозрачную ?

Оптический кпд заметно уменьшается из-за воздушных пузырьков и запотевания второго слоя пленки коллектора. это к тому, что кпд реально эксплуатируемого устройства по всему сроку эксплуатации окажется на несколько десятков процентов меньше. Поэтому не имеет смысла стремиться к дорогим пленкам с большой долговечностью, поскольку за несколько месяцев эксплуатации на них накопится столько грязи, что пленки захочется заменить. Из-за таких проблем с разнообразной грязью склоняемся к тому, что 2 пленка должна быть все таки непрозрачной, а черной.

У этого коллектора черная пленка и нет радикального уменьшения кпд из-за грязи. Но у него есть проблема – солнце нагревает только тонкий верхний слой воды. Тем не менее существует несколько вариантов решения проблемы, которые будут получены после исследований.

Важно иметь ввиду что ветер увеличивает коэффициент теплопотерь примитивных коллекторов, а в случае однопленочного это влияние ветра может быть радикальным, так как увеличиваются потери тепла из коллектора вследствие испарения воды и может дойти до того, что даже в идеально солнечный день, но при сильном ветре и низкой влажности 1-пленочный сможет нагреть воду только на несколько градусов выше температуры окружающего воздуха. Кроме этого коэффициент к1 нужно увеличить на несколько десятков процентов, если под коллектором нет теплоизоляции и он лежит непосредственно на земле, на поверхности крыши и тому подобное.

Во 2 серии этого фильма сравниваются примитивные и заводские коллекторы по темам работы зимой, простоте подключения, экономической целесообразности, областям применения на практике.

Обсуждение здесь.

Вторая часть (о работе зимой)

3, 4 серии (техобслуживание)

Другие ссылки:
– Конструкция и технология того сверх дешевого солнечного нагревателя:

– Эксперимент с заливкой воды в рукав полиэтиленовой пленки:

izobreteniya.net

Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками как источника тепла для жилого дома

Библиографическое описание:

Гритчин Р. Д. Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками как источника тепла для жилого дома // Молодой ученый. 2016. №16. С. 76-79. URL https://moluch.ru/archive/120/33165/ (дата обращения: 10.07.2019).

Рассматриваются особенности применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками в системах горячего водоснабжения и отопления для жилого дома.

Ключевые слова: вакуумный солнечный коллектор, отопление, горячее водоснабжение, альтернативный источник тепла, тепловая трубка, абсорбер солнечного света

Использование солнечной энергии один из самых доступных источников энергии. Колоссальный запас и свободный доступ являются наиболее весомыми достоинствами подобного энергоносителя. Создано огромное количество всевозможных установок, которые продолжают совершенствоваться, перерабатывающих солнечную энергию в электричество, нагревающих разного рода теплоносители. Одними из таких устройств являются солнечные коллекторы. В данном случае рассмотрим вакуумный солнечный коллектор с тепловыми трубками [1].

Вакуумные трубы представляют собой две концентрически расположенные, одна внутри другой, стеклянные трубы, которые создают между собой закрытое сильно разряженное пространство, т. е. вакуум (отсюда и их название — вакуумные). Они выполнены из термозакаленного боросиликатного стекла, которое характеризуется малым коэффициентом линейного теплового расширения (до 3,1·10−6°C−1при 20 °C) [2] и выдерживает относительно высокие температуры, а главное — резкие ее перепады. На поверхность внутренней трубы нанесено селективное покрытие, благодаря которому она функционирует как высокоэффективный абсорбер солнечного света [3].

Непосредственно переносчиком поглощенной энергии солнечного света является хладагент внутри тепловой трубки. Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкостьиспаряетсяна горячем конце трубки, поглощаятеплоту испарения, иконденсируетсяна холодном, откуда перемещается обратно на горячий конец.

Материалы и хладагенты для тепловых трубок выбираются в зависимости от условий применения: от жидкогогелиядля сверхнизких температур дортутии дажеиндиядля высокотемпературных применений. Однако большинство современных трубок в качестве рабочей жидкости используютаммиак,воду,метанолиэтанол [4].

Примерная конструкция вакуумного солнечного коллектора с тепловыми трубками представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Конструкция вакуумного солнечного коллектора с тепловыми трубками

Непосредственно об особенностях применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками.

Коллекторы следует устанавливать в местах, где ветровая нагрузка V_m (средняя скорость ветра) не превышают 150 км/ч и снеговая нагрузка S_k (вес снега) не превышает 1,25 кН/м.

Эффективность установки максимальна при прямом перпендикулярном воздействии солнечных лучей на поверхность коллектора. Поэтому установка панелей производится тепловоспринимающей поверхностью к экватору и под определенным углом к горизонту (от 30 до 60 градусов, в зависимости от широты). Так же угол наклона коллектора влияет на возможность скопления снега в холодный период года. Однако не всегда возможно установить такой угол наклона, при котором будет максимальная эффективность работы коллектора и минимально возможная вероятность скопления снега на его поверхности. Возникает вопрос — какой выбрать угол установки панели, чтобы обеспечить требуемую мощность коллектора и сократить количество очисток от снега. На практике, снег подтаивает на солнце и сползает в нижнюю половину или треть коллектора, где может превращаться в снежно-ледяную корку. Вакуумные коллекторы, расположенные под углом 55–60 градусов к горизонту, даже при небольшом ветре, легко обдуваются от снега естественным образом, если только они не установлены на земле, где намело сугробы.

Пример установки вакуумных солнечных коллекторов на крыше жилого дома приведен на рисунке 2.

Рис. 2 Пример установки вакуумных солнечных коллекторов (установлены 3 панели у конька крыши) на крыше жилого дома.

Если же, и плоские и вакуумные коллекторы установлены на крыше или на земле, где собирается снег, то и тот, и другой придется отчищать для нормальной работоспособности. Общее правило — чем больше угол наклона коллектора, тем меньше на нем будет собираться снег. Вакуумные коллекторы, установленные под углом от 55 градусов и выше, имеют еще одно преимущество перед плоскими коллекторами — они обладают повышенной устойчивостью к обильным снегопадам.

Также существует мнение, что солнечные коллекторы покрываясь изморозью перестают нормально работать, на самом деле, изморозь не сильно влияет на работоспособность коллекторов. Изморозь обычно появляется после обильных осадков при повышенной влажности, как только выходит солнце, изморозь превращается в воду.

Установку коллекторов следует производить в месте, которое будет освещаться Солнцем на протяжении большей части светового дня, которое не будет затеняться деревьями, сооружениями, естественным и искусственным ландшафтом.

Следует предусмотреть защиту от перегрева. В случае, если система проектирована для питания центрального отопления, в летние месяцы она будет производить намного больше необходимого горячей воды. В этом случае рекомендуется к системе установить устройство для рассеивания тепла или прибавить несколько потребителей горячей воды в летний период (например, бассейн и др.).

Поддержание поверхности тепловоспринимающей поверхности коллектора в чистом состоянии. Такие виды загрязнений как пыль, листья, отложения солей, ветки растений и их семена оказывают прямое негативное влияние на эффективную работу установки. Поэтому, следует периодически очищать поверхность солнечного коллектора от посторонних объектов.

Температура стагнации. Возможны случаи, когда циркуляция теплоносителя в коллекторе сильно замедляется или вовсе прекращается — повреждение циркуляционных труб, неисправность циркуляционного насоса, активация заложенной в контроллере функции защиты бойлера от высокой температуры. При этом коллектор продолжит повышать свою температуру, пока не достигнет граничной температуры клапана для понижения температуры, и в этот именно момент будет выброшена из системы горячая вода. Если предохранительный клапан не установлен на коллекторе, то в главной трубе может образоваться пар. В конечном счете возможен возврат пара к бойлеру по возвратной трубе. Клапан на бойлере откроется, чтобы высвободить давление или тепло, в зависимости от необходимости. В таких условиях коллекторная труба достигнет максимальной температуры примерно в 160 °C. В сущности, возврата тепла из коллектора в форме пара не достаточно, чтобы повлиять на дальнейшее повышение температуры в бойлере (т. е. входящая тепловая мощность меньше тепловых потерь водонакопителя). При нормальном применении стагнация вследствие остановки насосов появлялась бы редко, так как перерывы в подаче электричества обычно бывают во время бурь и в облачную погоду. Защита водонакопителя против перегрева необходима единственно в том случае, когда нет потребления горячей воды в течение нескольких дней, и только в периоды сильного солнечного жара (летом). Если установка не эксплуатируется длительный период (два-три дня и более), рекомендуется накрывать панель коллектора или проектировать систему с устройством для рассеивания тепла или для альтернативного применения тепла, предотвращая таким образом перегрев системы и стагнацию коллектора. Стагнация коллектора не повредит его самого, однако изоляция труб в близости к входу и выходу коллектора должна находиться в состоянии выдержать температуры до 200 °С (например, из стеклянной ваты или минеральной ваты с внешней оболочкой из алюминиевой фольгой, предохраняя таким образом все составные части) [3].

Литература:

1. Вакуумный нагреватель на солнечной энергии. — URL: http://ekobatarei.ru/vidy/vakuumnyj-nagrevatel-na-solnechnoj-energii (Дата обращения 03.08.2016).

2. Боросиликатное стекло. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Боросиликатное_ стекло(Дата обращения 03.08.2016).

Технический паспорт инструкция по установке и эксплуатации солнечных коллекторов SUNSYSTEM плоского коллектора серии РК вакуумно-трубного коллектора серии VTC. — URL: http://tula.sol-batery.ru/netcat_files/multifile/9651/381388j7yjt22u7h.pdf (Дата обращения 03.08.2016).

4. Тепловая трубка. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Тепловая_трубка (Дата обращения 03.08.2016).

Основные термины (генерируются автоматически): коллектор, вакуумный солнечный коллектор, горячая вода, солнечный свет, горячее водоснабжение, солнечная энергия, рассеивание тепла, тепловая трубка, стагнация коллектора, угол наклона коллектора.

moluch.ru

Солнечный коллектор для отопления — виды и технические особенности

Установка для прямого преобразования энергии

В европейских странах уже давно для отопления применяют гелиосистемы, что позволяет экономить на обогреве жилого сектора. Проблемы с энергосбережением становятся все острее, поэтому многие наши соотечественники тоже задумываются о солнечном коллекторе для отопления как об альтернативном источнике тепла. На сегодняшний день это самый чистый и экологически выгодный биоресурс.

Гелиосистемой называют установку, преобразующую солнечное тепло в любой вид энергии. Сегодня все чаще можно увидеть и большие солнечные электростанции, и специальные солнечные коллекторы для отопления, поглощающие солнечную энергию и преобразующие ее в тепло.

Устройство и принцип работы

Еще каких-нибудь 50 лет назад у каждого на крыше загородного дома стоял большой бак, в который летом заливалась вода. За день она хорошо прогревалась, поэтому вечером можно было принимать теплый душ. Подобная система и стала прототипом солнечного коллектора.

Принцип действия остался тем же, преобразилась только установка. Она подверглась модернизации и полному техническому переоснащению. Ученые предложили модель, позволяющую пользоваться солнечной энергией для обогрева воды круглый год. Летом при помощи установки можно полностью перейти на нагрев воды для нужд дома, а в остальные дни, отапливая помещение, снизить затраты энергии ровно наполовину.

Отопление солнечными коллекторами работает и в пасмурную погоду. Ведь система способна поглощать энергию солнца даже через облака. А автоматическое управление позволяет при необходимости переключаться на другие источники энергии, когда это необходимо.

В отличие от солнечных батарей, коллекторы не производят электричество. Они лишь нагревают теплоноситель, поэтому применяются для горячего водоснабжения и отопления жилого помещения.

Виды коллекторов

Существует несколько модификаций солнечных коллекторов. Они бывают:

Плоскими.
Вакуумными.
Коллекторно-концентратными.
Воздушными.

Отличаются они друг от друга устройством и принципом действия.

Плоские установки

Плоские модели представляют собой панели, поглощающие солнечное тепло. Они имеют прозрачное покрытие из закаленного стекла или рифленого поликарбоната. Задняя его часть покрыта специальным теплоизоляционным материалом. Панель связана с теплопроводящей системой трубками из сшитого полиэтилена.

Увеличить КПД установки помогают специальные оптические покрытия. Они обеспечивают полную передачу инфракрасного излучения теплоносителю, который благодаря инновационным разработкам может прогреваться до 200 градусов по Цельсию.

Есть у плоских коллекторов и достоинства, и недостатки. Плюсы их в том, что:

Во-первых, конструкция устроена таким образом, что сама может очищаться от снега. Поэтому в зимнее время не придется каждый раз лазить на крышу, чтобы извлечь ее из-под сугроба.
Во-вторых, летом установка демонстрирует высокую производительность.
В-третьих, плоский коллектор можно устанавливать под любым углом. Он имеет наименьшую изначальную стоимость и показывает хорошее соотношение цены и качества. Но специалисты рекомендуют ставить плоские коллекторы только в южных широтах с преимущественно теплым климатом.

К недостаткам устройства можно отнести следующее обстоятельство. Конструкция плоских коллекторов не может предотвратить большие теплопотери, поэтому в холодное время года она демонстрирует низкую работоспособность.

Обратите внимание! Устанавливать плоский коллектор на крышу можно только в собранном виде, а это заметно усложняет процесс монтажа. Эффективно эксплуатировать установку также мешает высокая парусность.

Производителям удалось создать гелиосистемы, лишенные практически всех этих недостатков. Это вакуумные коллекторы.

Вакуумные приборы

Вакуумный коллектор 10-30 трубок с рамой

Вакуумные солнечные коллекторы работают по такому же принципу, как и панельные. Однако они еще больше прогревают теплоноситель, доводя его до температуры 300 градусов. В данном случае тепловые потери практически отсутствуют. Вакуумным коллектор называют потому, что стеклянное покрытие из нескольких слоев создает внутри системы вакуум.

Конструкция похожа на привычный для нас термос. С одной лишь разницей. Вместо светонепроницаемой колбы у отдельных элементов коллектора поверхность прозрачная, что позволяет забирать солнечное тепло. А на внутреннюю секцию нанесено специальное покрытие, увеличивающее поглощающие способности. Вакуум создается между двумя слоями трубки, внутри которой находится медный тепловой стержень. Именно он сохраняет до 96% забранного у солнца тепла.

Вакуумная установка эффективно работает даже при максимально низких температурах. Тепловая трубка не требует дополнительного заполнения. Внутри каждой находится жидкость, которая после нагрева превращается в газ и перемещается в конденсатор, где и нагревается теплоноситель. Вода поглощает тепловую энергию, температура снижается, и газ снова превращается в воду. По наклонным трубкам она спускается вниз на дно тепловой трубы, и весь процесс возобновляется. Так что передача солнечного тепла продолжается непрерывно.

Так как жидкость постоянно находится за стенками, защищенными вакуумом, она не замерзает даже при температуре минус 30. Тот же вакуум позволяет «запирать» тепло в ночное время суток, поэтому любые теплопотери исключены. Бесперебойная циркуляция прекращается лишь тогда, когда температура трубок внутри коллектора падает до 22 градусов.

Достоинства и недостатки вакуумных коллекторов

Установка из вакуумных моделей

Технические особенности и достоинства вакуумных коллекторов таковы:

Они обеспечивают высокую степень нагрева — температура в тепловой трубке может достигать 250-300 градусов.
Тепловые трубки выполнены из красной меди, эффективно нагревающей теплопроводную жидкость.
Внутри трубок нет воды, поэтому они не замерзают при низких температурах.
Основа коллектора выполнена из алюминия, так что установка имеет привлекательный дизайн, легко вписывающийся в концепцию современного экстерьера.
Конструкция способна выдержать высокое рабочее давление.
Модульные секции легко установить.

Однако у подобных устройств есть и недостатки. При обильном снегопаде придется вручную расчищать прибор от снега. Вакуумные коллекторы в отличие от плоских моделей имеют относительно высокую стоимость. Устанавливать их просто, но необходимо четко вымерить угол наклона. Он должен быть не менее 20 градусов. А еще лучше этот процесс доверить профессиональным специалистам.

Коллекторно-концентратные приборы

Солнечные концентраторы работают немного иначе, чем плоские и вакуумные коллекторы. Они представляют собой стационарные неподвижные установки, которые улавливают солнечные лучи, падающие на поверхность прибора под разными углами. Именно поэтому эффект нагревания не всегда максимален. Но производители легко устранили подобную проблему, установив устройства слежения за солнцем. Это помогло значительно увеличить КПД прибора.

Главный элемент этих установок — параболоцилиндрический отражатель. Он вмонтирован под плоскую прозрачную поверхность. Коллекторно-концентратные приборы прогревают не теплоноситель, а воздух в помещении.

Воздушно-солнечный коллектор

Еще одна гелиосистема — воздушный солнечный коллектор. Его используют только для отопления внутренних помещений или для сушки сельскохозяйственной продукции. Конструкция прибора проста. Внешний блок похож на большой ящик, дно которого покрыто специальной черной светопоглощающей краской.

Сверху ящик закрыт стеклянной плитой или любым другим прозрачным листом. Сквозь такую крышку легко проходят лучи солнца. При этом черное дно усиливает их поглощение и прогревает воздух внутри ящика. При помощи вентилятора прогретый воздух подается в помещение.

Преимущество подобной установки в том, что воздушная система отопления намного практичнее водяной. Ведь здесь полностью отсутствуют трубопроводы, да и сама установка стоит намного дешевле плоских и вакуумных коллекторов.

Внутри воздушного солнечного коллектора нет теплоносителя, поэтому отсутствует риск его промерзания. Это исключает возможность протечки прибора. Монтируется установка просто, быстро и даже самостоятельно, без привлечения специалистов. Поэтому все чаще потребители обращают внимание именно на такие альтернативные источники тепла.

Главный недостаток описываемых систем — низкий КПД. Поэтому пока установку используют только как дополнительный источник тепла.

Обобщение по теме

Теперь вы знаете основные виды гелиоустановок для промышленного и бытового отопления помещений, для горячего водоснабжения и подогрева бассейнов. Преимущества использования солнечных коллекторов очевидны. Они помогают снизить коммунальные расходы, сэкономить на органических видах топлива и сократить вредные выбросы в атмосферу. Поэтому они активно внедряются в нашу жизнь.

Солнечный коллектор, описание, как выбрать, схемы подключения

Солнечный коллектор — массивный прибор, использующий даровую энергию солнца для разогрева теплоносителя (жидкости). Применяется для приготовления теплой воды и для отопления.

В Европе запрещено строить новые дома без солнечных коллекторов. А как лучше поступить у нас, какой солнечный коллектор выбрать и стоит ли применять вообще ? — рассмотрим далее….

Солнечный коллектор не дешев сам по себе. Энергия получается бесплатно, но стоимость оборудования может и не окупиться с течением времени. Отчего это зависит, и как правильно поступить, рассматривая возможность применения солнечных коллекторов?

Виды солнечных коллекторов

Предназначение солнечного коллектора – нагреть жидкость от энергии Солнца.

По конструкции различают три вида солнечных коллекторов.

Пластинчатые плоские – в основе пластина из металла, или пластика, покрытая поглотителями солнечного света – никелем, черной медью…. К пластине (адсорберу) прикреплены трубки из меди, по которым движется теплоноситель. Или другой вариант — две пластины с выдавленными контурами половинок труб, при скреплении образуют панель с ходами, по которой движется теплоноситель.

Теплоноситель может двигаться через пластинчатый коллектор по двум схемам:

параллельная, может применяться и для схем, где жидкость движется самотеком;
змейкой одна трубка — только для насосных схем подачи теплоносителя, но она эффективнее.

Чтобы тепло от разогрева солнцем тут же не терялось (разогрев может быть 150 – 180 град С) вся конструкция помещается в термоизолированный короб с остеклением чаще двукамерным стеклопакетом. Применяется самоочищающееся и ударопрочное стекло.

Для летнего нагрева воды в бассейнах, для душа, могут применяться совсем дешевые солнечные коллекторы с пластиной из пластика без остекления и термоизоляции вовсе. Начинают греть воду при энергии солнца от 200 Вт/м2. Но их эффективность все равно на порядок выше, чем у бочки летнего душа. Такие решения популярны, так как оборудования быстро окупается, хоть оно имеет и весьма узкое предназначение.

Трубчатая конструкция

Здесь трубки с теплоносителем помещены в трубы из стекла, из которых удален воздух (вакуум). Отсутствие воздуха нужно для теплоизоляции — чтобы тепло не убегало наружу. Также на стекло труб нанесены:

с нижней стороны светоотражающее покрытие, оно фокусирует солнечный свет на трубке с теплоносителем;
с верхней стороны — особое металлизированное покрытие, пропускающее свет от солнца, но не выпускающее отраженную снизу энергию.

Ряды таких стеклянных трубок подсоединяются параллельно к сборным трубкам в теплоизоляции, от которых по теплоизолированному трубопроводу разогретый теплоноситель поступает в дом.

Тепловые трубки

Внешне похожи на трубчатые коллектора, но процесс преобразования энергии иной. В трубах с вакуумом находятся еще одни прозрачные трубки – тепловые трубки. В них содержится особая легко испаряющаяся жидкость. Разогретый пар поднимается в верхнюю часть трубы, где расположен теплообменник. На нем пар конденсируется, при этом выделяется энергия и теплоноситель внутри теплообменника разогревается.

Сконденсировавшаяся жидкость стекает вниз по трубке и испаряется вновь от разогрева солнцем. Процесс испарения и конденсации идет постоянно.

Сколько имеется солнечной энергии и как ее преобразовывать

Солнечный свет различают:
— прямой — солнце не закрыто тучами и не посредственно светит на солнечный коллектор;
— рассеянный – солнце за облаками, но его тепло все равно можно использовать.

В южной части Росси и стран СНГ (южнее 52 параллели) доля прямого солнечного света составляет:
— 54% летом;
— 30% зимой.

Для южных регионов России и стран СНГ максимальная мощность излучения солнца может достигать:
— в декабре — 80 Вт/м2;
— в сентябре и апреле – 350 Вт/м2;
— в июне – 600 20Вт/м2.

При этом нужно учитывать, что:
— трубчатый коллектор начинает работать при 20 Вт/м2,
— плоский – при 70 -90 Вт/м2.
Поэтому трубчатый вакуумный коллектор способен работать круглый год.

Солнечные коллектора для южных регионов целесообразно применять только для разогрева воды в системе горячего водоснабжения. Тогда они окупятся.

Если применить их для отопления, они в большинстве случаев не окупаются.
Почему?
Дело в том, что отопление необходимо в основном зимой и совсем не нужно летом. А зимой энергия солнца совсем не большая….

Горячая же вода нужна круглый год. Для ее приготовления можно использовать солнечную энергию и в межсезонье и летом. На приготовление воды для ГВС в теплый период года солнечный коллектор отдаст в разы больше энергии, чем для отопления в холодный, и поэтому может окупиться.

Но окупаемость – вещь относительная. Если в доме используется дорогие энергоносители, не магистральный газ и не твердое топливо, то солнечный коллектора на фоне таких затрат могут выглядеть и как окупаемое вложение.

В целом же на территории Росси и стран СНГ энергия солнца южнее 52 параллели составляет 1000 – 1400 кВт*ч/м2/год.
Читайте на сайте — обеспечение дома горячей водой (ГВС)

Какие системы выбрать

Пластинчатые коллектора дешевле трубчатых, особенно недороги бюджетные модели с пластиной из пластика.

Но нужно учитывать их КПД в зависимости от количества солнечного света и способность преобразовывать рассеянный солнечный свет.

Если не углубляться в сложные расчеты с температурами, то можно привести следующие выводы (на рисунке указаны КПД различных конструкций солнечных коллекторов, в зависимости от приведенной температуры (интенсивности освещения).

Чем ниже температура теплоносителя, тем выше КПД коллектора. Дайте в первую очередь поработать солнечному коллектору, а потом включайте подогрев.
Плоский коллектор летом при прямом солнечном свете имеет больший КПД, чем трубчатый. Поэтому для ГВС летом и в межсезонье лучше использовать более не дорогие, летние коллектора. Как указывалось, для только летнего подогрева, подходят аппараты дешевые без теплоизоляции.
Когда энергии солнца мало, то эффективнее трубчатые коллекторы. Они лучше подходят для использования круглый год в системе отопления. Но такое оборудование может и не окупиться за время его эксплуатации в наших условиях.

Для ГВС рекомендуется выбирать такой коллектор, чтобы получать от него не более 70% от энергии необходимой на нагрев. Если увеличивать площадь коллектора и таким образом добиваться более высокой температуры, то из-за падения КПД коллектор не окупится.

Для приготовления горячей воды лучше подойдет коллектор площадью 1,0 — 1,4 метра кв. на одного человека.Расчет солнечного коллектора весьма прост. Например, для ГВС на пять человек – не менее 5 — 7 м кв.
Для системы отопления от солнечного коллектора должно поступать максимум 20 – 30% энергии. Тогда в среднем площадь коллектора – 0,4 м кв. на 1 м кв. дома.
Расчет солнечного коллектора для системы отопления, — для дома 200 м кв. – площадь около 70 м кв.

Как устанавливать

Оптимально устанавливать солнечный коллектор на крыше, тогда он не занимает место на участке. Но доступ для обслуживания должен быть обеспечен – необходим лаз, лестницы. Конструкция крыши и дома, должны выдерживать тяжелый коллектор, в том числе и возможные ветровые нагрузки.

Поверхность прибора должна быть перпендикулярной солнечным лучам. Тогда будет максимум энергии. Чаще выбирают определенный угол, который позволяет получать наибольшее среднесуточное количество энергии. Это направление на юг с возможным разбросом в 15 градусов в каждую сторону.

Предусматривается возможность регулировки наклона по сезону – меняется угол наклона вслед за солнцем.

Угол наклона равняется примерно географической широте местности. Зимой угол увеличивают на 15 градусов. Летом наоборот уменьшают на 15 градусов.

Схемы подключения солнечных коллекторов

Приведены типичные схемы подключения солнечных коллекторов без указания всего оборудования. Основное правило: солнечный коллектор должен передавать энергию теплоаккумулятору — бойлеру ГВС или буферной емкости отопления, которые оборудуются теплообменником для подключения солнечного коллектора.

Аккумулятор обязательно оборудуется дополнительным подогревом от электричества или от котла. Ведь в пасмурную погоду энергии можно и не дождаться.

Предпочтительней схема с самотечным движением жидкости. Но чтобы теплоноситель двигался сам, охладитель должен находиться выше, чем нагреватель. Поэтому низ бака должен находиться не менее чем на 0,5 метра выше, чем верхняя точка коллектора.

В этой схеме коллектор можно расположить и на крыше, если бойлер разместить в верхней части чердака. Трубопроводы должны хорошо теплоизолироваться — не менее 100 мм толщины утеплителя. Гидравлическое сопротивление системы уменьшают – применяют трубы большего диаметра и коллектора для самотека. Можно ознакомится подробней — системы с самотечным движением жидкости

Следующая схема – солнечный коллектор нагревает бойлер косвенного нагрева (в нагреве которого участвует и котел). Используется насос, так как целесообразней устанавливать бойлер в котельной возле котла.
Сделать водоснабжение дома — подробное описание

Схема подключения солнечного коллектора на буферную теплоаакумулирующую емкость. Эта схема для круглогодичного использования и подогрева солнцем системы отопления в доме.

Солнечный коллектор подключен на отдельный бак-аккумулятор, для нагрева отопления или ГВС. Эта схема часто применяется, когда получение тепла от солнца встраивается в уже работающие системы в доме, чтобы не менять имеющееся оборудование.

Самая дешевая и простая схема с солнечным коллектором для применения только летом на дачах. Бак применяется без теплообменника, а коллектор может быть дешевым летним. В контуре коллектора движется та же вода, что используется для ГВС. Нагретая вода накапливается в верхней части бака, откуда и забирается для нужд.

Также в контур обогрева солнечным коллектором обязательно включаются;
— аварийный клапан повышенного давления — жидкость может сильно разогреваться и кипеть;
— расширительный бак закрытого типа объемом не менее 1/10 данного контура;
— автоматический воздухоотводчик;

Принимаются меры по контролю и недопущению ухода воды из бойлера, ведь контур солнечного коллектора может быстро перегреться. Ставится обратный клапан на холодный трубопровод.

Также оборудуются средства автоматики, которые управляют циркуляционными насосами по командам с датчиков температуры, например, чтобы отключить контур, когда нагрева от солнца нет. Обязательная автоматика приводит к удорожанию всей системы.

Для системы, которая должна работать круглый год в качестве теплоносителя нужно применить незамерзайку. Для летней работы лучше использовать воду, а затем сливать осенью.

Мы рассмотрели, как солнечный коллектор выбрать и как подключить. Энергоносители (углеводороды) сейчас недорогие, поэтому, популярней дешевые летние коллектора. А что будет дальше….

stroy-block.com.ua