Отопление солнечными коллекторами

Отопление домов солнечными коллекторами всего 15 лет назад было диковинкой, на которую многие смотрели с изрядной долей скепсиса — первоначальные вложения в экологичность дома никак не соответствовали получаемой выгоде. Ситуация изменилась с ростом индустрии солнечной энергетики в Китае — продукция изначально стала выпускаться по цене, доступной для китайского потребителя и потеснила многие именитые европейские бренды, вызывая множественные положительные отзывы.

Оглавление:

1. Принцип работы и разновидности
2. Критерии выбора
3. Отзывы покупателей
4. Преимущества и недостатки

На сегодняшний день затраты на солнечные коллекторы для отопления частных домов сравнялись с такими автономными системами обогрева, как электрические, топливные или газовые котлы. В южных регионах России спрос на солнечную энергию настолько возрос, что появились внутренние производители, обеспечивающие достойное качество по низкой цене, а также большое количество руководств о том, как сделать коллектор своими руками.

Классификация

Коллектор солнечной энергии представляет собой устройство, работа которого основана на поглощении излучения и передаче полученной энергии с помощью жидкости-теплоносителя и теплообменника в емкость с водой. Если солнечные батареи самых современных марок неспособны преобразовывать более 25 % падающего излучения, то у коллекторов этот показатель может достигнуть 85 %.

В зависимости от конструктивной схемы и принципа сбора энергии различают 2 основных типа:

1. Плоские — распространенный в южных странах и относительно дешевый вид, имеющий немного сниженный КПД (60 – 75 %) из-за потерь на отдачу тепла во внешнюю среду. Работает по очень простому принципу — темный металлический (алюминиевый или медный) лист поглощает энергию и нагревает систему из теплопередающих трубок. Потери тепла с наружной поверхности предотвращаются с помощью специального антибликового стеклянного покрытия, с внутренней применяют волоконную теплоизоляцию. Главные недостатки — большие потери зимой, возможность выхода из строя при температуре ниже -25°C, сильная зависимость от угла падения лучей.

2. Вакуумные (трубчатые) коллекторы — дорогие и высокопроизводительные устройства (КПД до 85 %), эффективно работающие в любых климатических условиях с обилием лучей. Схема спроектирована по наборному принципу из множества абсорбирующих тепло трубок. Каждая состоит из внутренней и наружной колб, выполненных из особого стекла и отделенных друг от друга вакуумом, обеспечивающим абсолютную теплоизоляцию. Во внутренней колбе расположен металлический поглотитель и трубка с жидким теплоносителем. Основной недостаток такой системы — огромная цена (в 2–3 раза выше плоских моделей), и необходимость электрического насоса со специальным контроллером для принудительной циркуляции жидкости.

Вакуумные солнечные коллекторы, в свою очередь, могут быть:

• Прямоточными или U-образными. Теплоноситель проходит через U-образную трубку, соединяясь в единую систему, как в плоском устройстве. Недостатком является продувание всех трубок при повреждении одного элемента, выход из строя всего коллектора до починки.
• С тепловыми трубками или heat pipe. Самое большое количество положительных отзывов вызывает именно эта конструкция, позволяющая беспрерывно получать энергию даже при сильных морозах. Каждый абсорбирующий элемент в ней автономен и закреплен фиксатором к теплообменнику с проточным теплоносителем. Работа тепловой трубки основана на нагреве и испарении жидкости с низкой температурой кипения и конденсации ее в верхней точке колбы с отдачей энергии. Главный недостаток очевиден из конструкции — необходимо положение под углом 30–90 градусов к горизонтали.

Насос, необходимый для работы вакуумных коллекторов, иногда обеспечивают энергией с помощью установки солнечной батареи. Также обязателен объемный двухконтурный бак для накопления нагретой воды и небольшая расширительная емкость для избытка теплоносителя при перегреве.

Как выбрать коллектор?

Чтобы подобрать агрегат, подходящий под все требования, и не перерасходовать большое количество денег, подбирать нужно очень осторожно, используя отзывы пользователей на независимых форумах:

1. Для обогрева дачи весной и осенью и горячей воды летом, выгоднее всего будет выбрать плоский солнечный водонагреватель. Не забудьте слить теплоноситель перед зимними морозами.

2. Для небольшой системы круглогодичного подогрева воды или при наличии плоской крыши понадобятся прямоточные вакуумные коллекторы.

3. Для обогрева бассейна или большой системы отопления в зимний период необходимо подобрать самый дорогой и надежный вариант — вакуумные тепловые трубки. Скатная крыша и южная стена идеально подойдут для установки.

4. Если есть выбор между аналогичными китайскими и европейскими моделями, почти всегда стоит купить китайские от именитых изготовителей — они дешевле и не менее качественны.

5. Если приобрести коллекторы российского производства, можно неплохо сэкономить даже по сравнению с китайскими, обратите особое внимание на отзывы о поставщике, используемый материал и гарантийный срок.

obogrevguru.ru

Хорошие владельцы частных домов всегда находятся в поиске возможностей сэкономить на подогреве воды и на отоплении. Особенно актуально это становится в последнее время, когда цены на коммунальные услуги имеют стойкую тенденцию к росту чуть не каждый квартал. На помощь приходит сама природа с ее неистощимым источником энергии – солнечным излучением. Применяя на практике законы физики, народные умельцы находят интересные способы экономии, разрабатывая и собирая солнечные коллекторы, который под силу сделать, наверное, любому домовладельцу самостоятельно — стоит только приложить немного сил и умения.

Солнечный коллектор своими руками может быть изготовлен множественными способами и из самых различных материалов, порой даже из тех, которые попросту «валяются под ногами».  Их конструируют из обычных старых пивных банок, пластиковых бутылок, шлангов или труб, с применением стекла, панелей поликарбоната и других материалов.

Некоторые из способов изготовления коллекторов будут рассмотрены ниже, но сначала стоит изучить схемы подключения – они, как правило, является примерно общими для любых солнечных систем нагрева воды.

Схемы подключения солнечного водяного коллектора

Эффективная работа системы нагрева воды от солнечных лучей зависит не только от того, из чего изготовлен коллектор, но и насколько правильно он будет установлен и подключен. Вариантов схем подключения — достаточно много, но не стоит выискивать самые сложные, так как вполне можно воспользоваться базовыми, которые доступны и понятны.

«Летний» вариант горячего водоснабжения от солнечного коллектора

Эта несложная схема подключения солнечного коллектора применима как для подогрева воды для летнего душа, так и для домашних нужд. Если горячая вода нужна на улице в летней постройке, то бак для нее устанавливается тоже на воздухе. В том случае, когда горячее водоснабжение разводится по дому, и аккумулирующий бак устанавливается там же.

Эта схема обычно предусматривает естественную циркуляцию воды, и в таком случае батарея-коллектор устанавливается ниже на 800 ÷ 1000 мм уровня емкости, куда будет поступать горячая вода – это должно обеспечиться разностью в плотности холодной и нагретой жидкости. Для соединения коллектора с баком используются трубы диаметром не меньше, чем ¾ дюйма. Для сохранения воды в аккумулирующей емкости в горячем состоянии, которого она достигнет от нагрева дневным солнцем, стенки необходимо хорошенько утеплить, например, минеральной ватой толщиной в 100 мм и полиэтиленом (если над бойлером не будет устроена крыша). Но все же лучше предусмотреть для емкости стационарное укрытие, так как если утеплитель промокнет от дождя, то он существенно снизит свои термоизоляционные свойства.

Естественная циркуляция не слишком хороша для использования в системе с солнечным коллектором, так как создается слабая инертность движения воды в контуре. А если батарея и бак находятся достаточно далеко друг от друга, то вода, пройдя этот путь, будет постепенно остывать. Поэтому, для увеличения эффективности, часто устанавливается циркуляционный насос. Этот вариант пригоден для согрева воды только лишь в теплую половину года, а на зиму воду из системы придется обязательно слить, иначе, замерзая, она запросто разорвет трубы.

«Зимняя» схема подключения солнечного подогрева воды

Если планируется использовать солнечный коллектор круглогодично, то чтобы в сильные холода в трубах вода не замерзала, в контур вместо нее заливается специальный теплоноситель – антифриз, то есть незамерзающая жидкость. Схема принимает совсем иной вид — устанавливается бойлер косвенного нагрева. В этом случае нагретый в солнечном коллекторе антифриз будет проходить через змеевик-теплообменник бойлера, согревая воду находящуюся в баке.

В эту систему обязательно встраивается расширительный бак и «группа безопасности» — автоматический воздухоотводчик, манометр и предохранительный клапан, рассчитанный на нужное давление. Для постоянного движения теплоносителя обычно используется циркуляционный насос.

Вариант отопления от солнечного коллектора

При использовании солнечной тепловой энергии для отопления дома применяется также бойлер косвенного нагрева, подключенный к коллектору, а также для дополнительного подогрева теплоносителя – котел, работающий на твердом топливе или газе. В осенние или весенние дни, когда солнце способно нагреть теплоноситель до нужной температуры, котел можно попросту отключать.

Если зимы в регионе очень холодные, то не стоит ожидать от коллектора большой эффективности, так как в этот период мало солнечных дней, а само светило находится низко к горизонту. Поэтому дополнительный подогрев теплоносителя и горячей воды просто необходим. Единственно, чем поможет солнечная батарея сэкономить на топливе — это то, что в котел будет поступать не холодная, а уже несколько подогретая вода, а значит для доведения ее до нужной температуры потребуется меньше сжигать газа или дров.

Нужно знать и то, что чем больше по площади сделать солнечный тепловой коллектор, тем больше энергии он в состоянии будет вобрать. Поэтому, чтобы подобная система смогла выработать достаточно тепла для отопления дома, размер площади коллектора необходимо довести до 40÷45% от общей площади дома.

Вариант горячего водоснабжения и отопления от солнечного коллектора

Чтобы задействовать солнечный коллектор и для отопления, и для горячего водоснабжения, необходимо объединить в системе оба предыдущих варианта, и использовать для воды специальный бойлер с дополнительной емкостью, имеющей змеевик, через который циркулирует нагретый солнечной батареей теплоноситель. Благодаря тому, что внутренний бак намного меньше основного, вода в нем нагревается от змеевика гораздо быстрее и отдает тепло в общую емкость.

Кроме этого, бойлер должен быть подключен к дополнительному источнику нагрева — это может быть газовый или электрический котел или же теплогенератор на твердом топливе.

Нестабильность температуры, которую создает солнечная батарея, может способствовать перегреву теплоносителя или, наоборот, слишком быстрому его охлаждению в контурах отопления м водоснабжения. Чтобы этого не произошло, вся система должна управляться автоматикой. В разводку устанавливается контролер температуры, который может или перенаправлять потоки теплоносителя, или включать или выключать циркуляционные насосы, или производить иные управляющие операции.

В представленной выше схеме такой температурный контроллер обозначен, как регулятор.

Итак, со схемами подключения (обвязки) в общих чертах ясность есть. А вот теперь имеет смысл рассмотреть несколько вариантов самостоятельного изготовления солнечных коллекторов.

Солнечный коллектор из шланга или гибкой трубы

Те, кто имеет частный дом с огородом или дачу, конечно же знают, что вода, оставшаяся во временных легких магистралях после полива грядок, быстро нагревается. Это положительное качество шлангов или гибких труб и использовали народные умельцы, создавая из них солнечные теплообменники. Нужно отметить, что такой коллектор обойдется во много раз дешевле купленного в магазине, но чтобы процесс изготовления прошел успешно, нужно приложить некоторые усилия.

Такой коллектор может состоять из одной или нескольких секций, в которые укладываются и закрепляются плотно свернутые по спирали «улиткой» шланги.

Такую конструкцию можно назвать самой простой как по конструкции, так и по монтажу. Главным недостатком ее можно назвать то, что ее практически нельзя использовать без применения принудительной циркуляции, так как при слишком больших длинах контуров труб гидравлическое сопротивление превысит силу напора, создаваемую разницей температур. Однако, решить вопрос с установкой циркуляционного насоса – совсем несложно. И такая система, установленная в загородном доме, станет отличным подспорьем и быстро окупится, включая и расходы (совсем незначительные) на электропитание насоса.

Используются подобные коллекторы и для обогрева воды в бассейнах. Их подключают к системе фильтрации, которая обязательно оснащена насосом. Вода, циркулируя по трубам коллектора, успевает нагреваться перед поступлением в бассейн.

В некоторых случаях, создавая всю систему солнечной батареи, можно обойтись без установки накопительного бака. Это возможно тогда, когда горячая вода используется только в дневное время и в небольших количествах. Например, в контуре из 150 м трубы, имеющей внутренний диаметр в 16 мм, вмещается 30 литров воды. А если пять или шесть таких «улиток» из труб будет собрано в единую батарею, то в течение дня душ можно принимать по несколько раз каждому члену семьи, и горячей воды еще немало останется и на хозяйственные нужды.

Если у кого-то остались сомнения в эффективности такого подогрева воды, рекомендуем посмотреть видеоролик, в котором показано испытание коллектора из шлангов:

Видео: эффективность несложного солнечного коллектора

Материалы для изготовления

Чтобы сделать такой солнечный водяной коллектор, нужно подготовить некоторые материалы. Ничуть не исключено, что некоторые из них найдутся в сарае или гараже.

• Резиновый шланг или гибкая пластиковая труба черного цвета, имеющая диаметр 20 ÷25 мм – это по сути главный элемент системы, в котором при циркуляции воды будет происходить теплообмен. Количество шланга будет зависеть от величины солнечной батареи — это может быть и 100, и 1000 метров. Черный цвет шланга предпочтителен тем, что он больше, чем все остальные оттенки, поглощает тепло.

Сразу же нужно отметить, что металлопластиковые трубы не особо подходят для изготовления коллектора, даже если их покрыть черной краской. Дело в том, что пластичность их в данном случае недостаточна — они заламываются при изгибах небольшого радиуса и тем самым, даже если не нарушается целостность стенок, уменьшится интенсивность тока воды.

Шланги  продаются в бухтах по 50, 100 или 200 метров. Если планируется изготовить батарею большого объема, то придется приобретать несколько бухт. В том случае, если в каждой секция планируется использовать, к примеру 50 или 100 м шланга, то не стоит покупать целую 200-метровую бухту лучше приобрести готовый отмерянный шланг. Это поможет сэкономить время при монтаже.

Шланг может быть уложен не только по круглой спирали, но и овальной, а также в виде змеевика.

В качестве хорошей альтернативы можно попробовать и современные трубы из сшитого полиэтилена РЕХ. У них – неплохая пластичность, ну а как придать им черный цвет, если его нет в продаже – несложно придумать.

• Если скат крыши, на которой будет устанавливаться коллекторная батарея, крутой, то для спиралей из шланга изготавливаются специальные короба — из брусков, фанеры или металлического листа. Для этого потребуется бруски 40×40 или 40×50 мм, фанера толщиной в 6 мм, или же металлический лист в 1,5–2 мм.

Заготовки будущего модуля обрабатывается антисептиком (дерево) или антикоррозийными составами (металл). Затем из них собирается короб на одну или несколько спиралей.

Кстати, в качестве бортиков короба можно использовать старые оконные рамы, на которые просто монтируется донная часть.

• Для предварительной обработки металла и древесины необходимо приобрести антисептические, антикоррозийные и грунтовочные составы.
• Шланги (трубы) будут испытывать немалые нагрузки и от массы теплоносителя, и от перепадов температур и внутреннего давления. Стало быть, они будут пытаться нарушить укладку, деформироваться, просесть, поэтому нужно предусмотреть специальные крепления для их поддержания в изначально заданном положении.

Это может быть металлическая полоса, которую закрепляют между трубами на саморезы.

Другой вариант — это свободная связка плотным шнуром  или пластиковым хомутом-«галстуком» с крестовиной или поперечиной. Но все-таки такой метод скрепления больше подходит для пластиковой трубы, нежели для шланга, так как он может при расширении резины провиснуть на шнуре. Если же для коллектора выбран армированный резиновый шланг, то этот способ вполне подойдет для фиксации.

Еще одним вариантом крепления, подходящим для пластиковой трубы или армированного шланга, могут стать гвозди с широкими шляпками. Они могут забиваться или в дно короба (в этом случае оно должно иметь толщину не менее 10 мм), или же на своеобразную крестовину, изготовленную из бруска.

• Необходимо будет подготовить и соединительные элементы для шланга или труб. Разновидностей подобных фитингов — достаточно много, но нужно выбрать именно те, которые предназначены для выбранного для изготовления коллектора материала.

Кроме таких соединителей, потребуются резьбовые фитинги для перехода от пластиковой или резиновой трубы на общую металлическую. Такое соединение будет необходимо, если коллектор будет состоять из нескольких модулей.

Чтобы знать, сколько потребуется соединительных элементов, нужно заранее вычертить принципиальную схему создаваемой системы и просчитать их количество на ней.

• Для объединения всех модулей в единую батарею потребуются два коллектора — отрезка металлической трубы. Через один из них, закрепленный внизу батареи, в теплообменники будет поступать холодная вода, а во втором, закрепленным сверху, будет собираться согретая.

Верхняя труба будет соединяться с накопительным баком, то есть идти к потребителю. Она должна иметь диаметр 40 ÷ 50 мм.

Монтаж батареи

Заготовив все необходимое, можно приступать к работе.

• Для начала нужно обработать антисептическим средством все деревянные части будущей конструкции.
• Далее, если дно модулей будет изготовлено из металлического листа, его нужно покрыть антикоррозийным составом. Обычно для этого применяется мастика, предназначенная для покрытия днищ автомобилей.

• После просыхания составов на подготовленных элементах, из них собираются одиночные или общие модули.
• Затем в них укладываются шланги, для чего закрепляются держатели.

• Для свободного прохождения труб через бортики модулей для них просверливаются отверстия — в верхней его части и нижней. Соответственно, в нижнее отверстие выводится труба входа холодной воды, а в верхнее – выхода подогретой.
• Если монтируется несколько модулей по вертикали, или же один общий, в который укладывается несколько «улиток» трубы также, один над другим, то нижний конец каждой из спиралей соединяется с верхним выходом нижележащей – и по такому последовательному принципу коммутируется весь «столбец». Самый нижний конец соединяется с общим металлическим коллектором, через который будет поступать холодная вода. Таким же образом монтируются и все соседние вертикальные ряды – с общим подключение к подающему коллектору.

• Соответственно, верхние концы шлангов самого верхнего горизонтального ряда модулей соединяются с металлической трубой-коллектором, по которой осуществляется отвод горячей воды на потребление.
• Спиралевидный контур коллектора может монтироваться и на металлический лист, установленный не на крыше, а около дома, с южной его стороны, или около бассейна, если он требует подогрева. В этом случае металлическое основание будет способствовать более быстрому нагреву воды и сохранению тепла в трубах, так как имеет хорошую теплопроводность и теплоемкость.

• Еще одним вариантом теплового солнечного коллектора может быть укладка контура на плоскости крыши в специальных коробах длинными параллельными рядами по всей длине кровли.

Видео: простой солнечный коллектор с линейным расположением труб

Усиливаем эффект с помощью пластиковых бутылок

На рисунке показан солнечный коллектор из шлангов (труб), эффективность действия которого значительно увеличена за счет использования обычных пластиковых бутылок. В чем тут «фишка»? А их сразу несколько:

• Бутылки играют роль прозрачного кожуха, и не дают воздушным потокам отбирать тепло во время абсолютно ненужного взаимного теплообмена. Мало того, воздушные камеры сами становятся своеобразными аккумуляторами тепла. Налицо – парниковый эффект, который активно используется в агротехнике.
• Округлая поверхность бутылки играет роль линзы, усиливающей эффект солнечных лучей.
• Если нижнюю поверхность бутылки простелить отражающим фольгированным материалом, то можно добиться эффекта фокусировки лучей в зоне прохождения трубы. Нагрев от этого только выиграет.
• Еще один немаловажный фактор. Пластиковая прозрачная поверхность в какой-то мере снизит разрушающее негативное воздействие ультрафиолетовых лучей, который ни резина, ни пластик «не любят». Такой контур должен прослужить дольше.

Для изготовления такого солнечного коллектора понадобятся:

1 – Резиновый шлаг, металлические или пластиковые трубы черного цвета – в качестве теплообменника.

2 – Пластиковые бутылки, которые станут кожухом вокруг труб контура.

3 — В бутылки, в их половину, которая будет прилегать к основанию, может быть вложена фольга или тиной отражающий материал. Отражающая часть должна смотреть в сторону солнца.

4 – Подставку будет сосем несложно смонтировать из бруска или металлической трубы.

5 — Накопительный бак для нагретой воды, который должен быть связан с точкой забора — кран, душ и т.д.

6 — Емкость для холодной воды, которую можно связать с системой водоснабжения.

Монтаж солнечного коллектора

Сборка варианта, показанного на верхней схеме, производится следующим образом:

• Для начала из металлической трубы или бруска монтируется подставка. Если она изготавливается из дерева, то оно должно быть покрыто антисептическим составом, если же из металла, то его необходимо обработать антикоррозийным средством. Нужно просчитать длину так, чтобы между двумя стойками устанавливалось ровное число бутылок.
• На стойки, на расстоянии ширины бутылок, закрепляются горизонтальные планки, на которых можно будет сделать дополнительное закрепление для змеевика. Кроме этого, они предадут каркасу дополнительную жесткость.
• Далее, подготавливается нужное количество пластиковых бутылок — с них срезается донная часть таким образом, чтобы одна бутылка стороной горлышка плотно встала в получившееся отверстие.

• Берется шланг (труба) необходимой длины, которой будет достаточно для укладки контура-змеевика на уже готовом каркасе-подставке.

Отступив от края шланга 100 ÷ 150 мм, делают отметку места его закрепления. Затем через этот край на трубу надевается необходимое количество подготовленных бутылок, которого будет достаточно, чтобы полностью закрыть участок до противоположной стойки. Бутылки устанавливаются плотно одна к другой, таким образом, чтобы горлышко второй входило в отверстие, вырезанное в дне предыдущей.

• Когда участок трубы для укладки верхнего участка змеевика будет полностью закрыт коробом из бутылок, ее край закрепляется сверху на левой стойке каркаса. Для крепления можно использовать клипсы-держатели для пластиковых труб с защелкой, нужного размера.

Далее, с помощью такой же клипсы свободный от бутылок участок трубы закрепляется на противоположной, правой стойке.

• Если есть необходимость положение бутылок корректируется, так, чтобы фольгированная их половина оказалась снизу, у каркаса коллектора.
• Затем трубе придается плавный поворот, и она снова защелкивается на клипсу.
• Следующим этапом на трубу снова надеваются бутылки, и она закрепляется уже на левой стойке. Такую последователь соблюдают и дальше, пока вся рама не будет заполнена змеевиком коллектора.
• Теперь осталось только «запаковать» фитинги, через которые будет осуществлена врезка получившегося коллектора к подаче холодной воды и к накопительной емкости горячей.

Такой коллектор, как видно, абсолютно не сложен в изготовлении, но зато может стать хорошим «помощником» в частном доме, взяв на себя функции подогрева воды.

Кстати, солнечную энергию можно использовать не только для подогрева воды, но и для подачи в помещения нагретого воздуха. Например, как изготовить самостоятельно солнечный воздушный коллектор, можно узнать, если перейти по ссылке на специальную публикацию нашего портала.

stroyday.ru

Работает ли зимой солнечный коллектор?

Как свидетельствует статистика (данные приведены в Википедии), на 1 тыс. россиян приходится примерно 0,2 кв. м применяемых у нас солнечных коллекторов, тогда как в Германии этот показатель составляет 140 кв. м, а в Австрии – целых 450 кв. м. на 1 тыс. жителей.

Столь значительную разницу нельзя объяснить одними только климатическими условиями.

Ведь на большей части России за день поверхности земли достигает такое же количество солнечной энергии, как и на юге Германии – в теплое время эта величина составляет от 4 до 5 кВт*ч/кв. м.

Чем же вызвано наше отставание? Отчасти оно обусловлено сравнительно низкими доходами россиян (гелиоустановки являются пока довольно дорогим удовольствием), отчасти – наличием собственных крупных газовых месторождений и, как следствие, доступностью голубого топлива.

Но немалую роль сыграло и предвзятое отношение со стороны многих потенциальных пользователей, считающих установку солнечного коллектора нецелесообразной. Дескать, летом и так тепло, а зимой от подобной системы мало проку.

Вот какие аргументы выдвигают скептики касательно эксплуатации гелиоустановок зимой:

1. Установку постоянно засыпает снегом, так что солнечное излучение достигает ее не так уж часто. Если, конечно, владелец не дежурит постоянно на крыше с веником или щеткой.
2. Холодный морозный воздух отбирает почти все тепло, накапливаемое коллектором.

Часто упоминают и всесезонный поражающий фактор – град, который может разнести гелиоустановку вдребезги.

Чтобы понять, насколько справедливы эти доводы, рассмотрим устройство различных видов солнечных коллекторов.

Устройство и область применения в быту

На сегодняшний день применяются такие типы гелиоустановок: плоскопластинчатые и вакуумные

Плоскопластинчатые

Это самые простые и дешевые устройства. Они состоят из улавливающей солнечное излучение пластины (абсорбера), прозрачного покрытия и закрывающей нижнюю поверхность теплоизоляции. На обращенную к солнцу поверхность пластины наносят черную краску или особое покрытие, например, из оксида титана или черного никеля. Оно называется селективным. Наиболее эффективными являются абсорберы, изготовленные из меди.

Светопропускающее покрытие выполняют из специального профильного поликарбонатного листа (с рифлением) или закаленного стекла, почти полностью очищенного от металлических примесей.

Все зазоры между корпусом коллектора и прозрачной крышкой герметизируются, что способствует уменьшению теплопотерь вследствие конвекции.

В воздушных коллекторах используемый в качестве теплоносителя воздух омывает непосредственно абсорбер – с одной или с двух сторон. В устройствах, ориентированных на применение жидкостного теплоносителя (вода, масло или антифриз), к абсорберу могут быть прикреплены медные или алюминиевые трубки, в которые этот теплоноситель подается.

Если не отбирать накапливаемое плоско-пластинчатым коллектором тепло, он сможет нагреть воду до температуры в 190 – 210 градусов.

Вакуумные

Роль абсорбера в таком коллекторе играет поверхность трубки, по которой протекает теплоноситель. При этом сама она заключена в круглый прозрачный кожух, из которого выкачан воздух. Таким образом, каждая трубка с теплоносителем окружена, подобно колбе термоса, вакуумом.

Вакуумный коллектор стоит дороже, но зато является более эффективным: с его помощью воду можно нагреть уже до 250 – 300 градусов.

Значительно повысить производительность вакуумного коллектора можно при помощи параболоцилиндрических отражателей. Это продолговатые элементы с вогнутой зеркальной поверхностью, которая в поперечном сечении образует параболу. Такие отражатели устанавливаются в коллекторе за трубками, фокусируя на них весь неусвоенный солнечный свет.

Оснащенная такими элементами установка может нагревать теплоноситель (применяется масло) до температуры в 300 – 390 градусов. Чтобы еще больше увеличить производительность коллектора, его оснащают системой слежения за солнцем.

Прочие элементы системы

Помимо собственно коллектора в гелиоустановке имеется накопительный бак с водой, которой при помощи встроенного теплообменника передается накопленная теплоносителем энергия.

Существуют системы как с естественной циркуляцией теплоносителя (накопительный бак устанавливается выше коллектора), так и с принудительной – при помощи насоса (бак можно устанавливать на любом уровне).

Применение

В быту гелиоустановки применяются для приготовления горячей воды, в том числе для бань, подогрева бассейна либо в качестве дополнительного источника тепла для системы отопления. В промышленности сфера применения таких систем является более широкой: на их основе сооружают опреснители воды, парогенераторы (пар приводит в движение различные машины) и даже электростанции.

Эффективность зимой

Эффективно ли отопление дома солнечными коллекторами зимой?

Ну что же, теперь посмотрим, как различные виды солнечных коллекторов работают в условиях зимы. Напомним, что противники внедрения таких установок выдвигают следующие аргументы:

1. Засыпка панели снегом: данная проблема актуальна только для плоско-пластинчатых коллекторов. На трубках вакуумных установок, как показала практика, снег задерживается только в тех редких случаях, когда в силу особых погодных условий на их поверхности образуется изморозь. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер (от 3 м/с), панель точно останется чистой.
2. Из-за того, что коллектор окружен холодным воздухом, все тепло с коллектора улетучивается: этот аргумент опять же справедлив только в отношении плоско-пластинчатых коллекторов. Действительно, зимой производительность такой установки в сравнении с летней уменьшается пятикратно. В более совершенных вакуумных моделях прослойка вакуума позволяет сберечь до 95% усвоенного тепла. Самые современные модели даже в сильный мороз способны довести воду до кипения.
3. Коллектор легко может быть поврежден градом: в заводских условиях коллекторы изготавливаются из высокопрочных материалов. В Сети можно найти видеоролики, снятые во время испытаний панелей на ударную прочность. Коллекторы обстреливают стальными шариками и нетрудно заметить, что удар они держат очень хорошо.

Плюсы и минусы гелиосистемы

Говоря о солнечных коллекторах в целом, можно выделить следующие их достоинства:

1. Им присущ более высокий КПД по сравнению с фотоэлектрическими элементами и ветрогенераторами.
2. Усваиваемая с их помощью энергия является абсолютно бесплатной.
3. Работа солнечного коллектора полностью безвредна для экологии: используемый ресурс – солнечное тепло — является неисчерпаемым и усваивается напрямую, без сжигания чего-либо и загрязнения окружающей среды.

Теперь укажем слабые места гелиоустановок:

1. Коллекторы заводского изготовления стоят пока сравнительно дорого – от 500 до 1000 дол. Таким образом, стоимость системы из 2-х коллекторов с монтажом может достигать 2,5 тыс. дол.
2. Из-за переменчивости погодных условий производительность коллектора не является стабильной.

Отзывы

По свидетельствам владельцев гелиосистем, подобная установка окупается примерно за 7 – 10 лет. У одного из пользователей, проживающего в Московской области, 3 вакуумных солнечных коллектора (в каждом по 15 трубок) обеспечивают подогрев воды для бани.

Система оснащена баком накопителем объемом 300 л, в котором вода летом даже при переменной облачности закипает за 2 – 3 часа (без отбора тепла). Во время простоя бани производимое коллекторами тепло направляется на подогрев бассейна.

Те, кто пока не готов тратить значительную сумму на покупку фирменного коллектора, изготавливают такие устройства своими руками. Одному из пользователей, проживающему в Подмосковье, удается летом снимать с 1 кв. м самодельного коллектора до 500 Вт энергии. Зимой этот показатель падает до 100 Вт.

microklimat.pro

Использование для отопления дома

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

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

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

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

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

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

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

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

Видео на эту тему, рассказ о готовом примере применения

Эффективность работы

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

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

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

Отрицательные моменты использования солнечных коллекторов не столь многочисленны:

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

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

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

Рассказ о коллекторе зимой

Типы солнечных коллекторов

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

Плоский светопоглощающий

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

Вакуумный

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

Воздушный

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

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

Критерии выбора

Все виды коллекторов солнечного типа обладают недостатками и достоинствами.

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

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

Вопрос выбора освещается в видео

Отзывы

Мнения по поводу использования солнечных коллекторов на практике расходятся. Положительные отзывы опираются на экологическую чистоту метода и рентабельность использования такого отопления как дополнительного источника горячей воды. Подавляющее число потенциальных пользователей сомневается в способности такой техники справиться с обогревом полноценного дома.

Нередко отзывы содержат споры о целесообразности применения гелиосистем где-то кроме южных территорий. Многие считают коллекторы в средней полосе дорогостоящей игрушкой с непредсказуемой окупаемостью. Большинство видит выгоду только для обогрева теплиц, бассейнов, небольших домов и мелких помещений на летние периоды.

Рассказ пользователя коллектором о первом дне использования

В целом, интерес к альтернативным способам получения тепловой энергии проявляется очень активно. Массы людей, изучающих вопрос углубленно, растут с каждым днем.

Обзор моделей

HH-SCH-12

Вакуумный коллектор солнечного класса с 12 трубками диаметра 5,8 см, длиной 1,8 м. КПД поглощения равен не менее 92%. Рабочая площадь 1,5 кв.м. Давление при испытании – 1 МПа. Подходит для отопительных сплит-систем. Допустимо последовательное объединение нескольких штук для наращивания производительности.

Цена – 27 тыс. руб.

FPC-2200

Плоский коллектор с активной площадью 2,1 кв.м. Адсорбция лучей превышает 94%. Максимальное давление при работе – 1 МПа. Диапазон рабочей температуры – от 33 до 135 градусов Цельсия. Требует дополнительного приобретения монтажной рамы.

Цена – 28 тыс.руб.

Сокол-Эффект-А

Бюджетный солнечный коллектор плоского типа. Российское производство. Предназначен для круглогодичного пользования. Поглощающая панель – 2,06 кв.м. Профиль изготовлен из алюминия. Лучшим образом работает с отоплением на основе воды или антифриза. Поглощает до 95% света. Теплопотери – не более 5%. Средняя производительность – 125 л воды (от 15 градусов) до 50 градусов.

Цена – 17 тыс. руб.

Комплект солнечных коллекторов Galmet Premium 2хKSG 21

Состоит из двух плоских гелиосистем, инсталляционных креплений, расширительного бака на 24 л, водонагревателя. Теплоноситель – жидкости. Подходит для скатных крыш из черепицы, рубероида. Выгодный вариант для дач, пригородных домов небольшой площади. Стекло призматическое антибликовое. Коэффициент поглощения – от 95%. Площадь одного листа – 2,1 кв.м. максимальная мощность – 1,5 кВт. Работает круглогодично.

Цена комплекта – 117 тыс. руб.

SOLARVENTI SV3

Воздушный коллектор. Обогревает помещения без питания от электросети, избавляет от затхлости, улучшает качество воздуха в домах. Подходит для складов, гаражей, жилых и технических помещений до 25 кв.м. Полный воздухообмен площади происходит за 2 часа. КПД – 57%, производительность за год – 200кВт/ч. Диапазон нагрева – 15 градусов. Толщина панели – 10 мм. Вес не более 6 кг позволяет крепить вертикально даже к стене. Габариты 53 на 70 на 5,5 см.

Цена – 39 тыс. руб.

Вывод

Солнечный коллектор – изобретение современной науки, вызывающее множество любопытства и споров.

Об абсолютном переходе на подобные установки говорить рано. При этом разумные доводы в сторону использования такого метода генерации тепла, безусловно, присутствуют.

В условиях истощения ресурсов природы коллекторы солнечного света становятся все актуальнее. Технология продолжает идти по пути развития, совершенствования, распространения в массы.

Производство гелиосистем набирает обороты. Количество моделей на разные потребности увеличивается. Даже при обширных сомнениях народа в таком отоплении, ниша растет и занимает все более устойчивые позиции.

generatorexperts.ru

Назначение

Коллектор и солнечная батарея два разных устройства. Батарея использует преобразование солнечной энергии в электрическую, накапливающуюся в аккумуляторах и применяющуюся для бытовых нужд. Солнечные коллекторы, как и тепловой насос, предназначены для сбора и накапливания экологически чистой энергии Солнца, преобразование которой используется для нагрева воды либо отопления. В промышленных масштабах стали широко использоваться солнечные тепловые электростанции, преобразующую тепло в электроэнергию.

Устройство

Коллекторы состоят из трех основных частей:

• панели;
• аванкамера;
• накопительный бак.

Панели представлены в виде трубчатого радиатора, помещенного в короб с наружной стенкой из стекла. Их необходимо располагать на любом хорошо освещенном месте. В радиатор панели поступает жидкость, которая затем нагревается и передвигается в аванкамеру, где холодная вода замещается горячей, что создает постоянное динамическое давление в системе. При этом холодная жидкость поступает в радиатор, а горячая в накопительный бак.

Стандартные панели легко приспособить к любым условиям. При помощи специальных монтажных профилей их можно устанавливать параллельно друг другу в ряд в неограниченном количестве. В алюминиевых монтажных профилях просверливают отверстия и крепят к панелям снизу на болты или заклепки. После завершения работы панели солнечных абсорберов вместе с монтажными профилями представляют собой единую жесткую конструкцию.

Система солнечного теплоснабжения делится на две группы: с воздушным и с жидкостным теплоносителем. Коллекторы улавливают и поглощают излучение, и, совершая преобразование ее в тепловую энергию, передают в накопительный элемент, из которой тепло распределяется по помещению. Любая из систем может дополняться вспомогательным оборудованием (циркуляционный насос, датчики давления, предохранительные клапаны).

Принцип работы

В дневное время тепловое излучение передается теплоносителю (вода или антифриз), циркулирующему через коллектор. Нагретый теплоноситель передает энергию в бак водонагревателя, расположенного выше его и собирающего воду для горячего водоснабжения. В простой версии циркуляция воды осуществляется естественным образом благодаря разности плотности горячей и холодной воды в контуре, а для того, чтобы циркуляция не прекращалась, используется специальный насос. Циркуляционный насос предназначен для активной прокачки жидкости по конструкции.

В усложненном варианте коллектор включен в отдельный контур, наполненный водой или антифризом. Насос помогает им начать циркулировать, передавая при этом сохраненную солнечную энергию в теплоизолированный бак-аккумулятор, который позволяет запасать тепло и брать его в случае необходимости. Если энергии недостаточно, предусмотренный в конструкции бака электрический или газовый нагреватель, автоматически включается и поддерживает необходимую температуру.

Виды

Тем, кто хочет, чтобы в его доме была система солнечного теплоснабжения, для начала следует определиться с наиболее подходящим типом коллектора.

Коллектор плоского типа

Представлен в виде коробки, закрытой закаленным стеклом, и имеющий особый слой, поглощающий солнечное тепло. Этот слой соединен с трубками, по которым ведется циркуляция теплоносителя. Чем больше энергии он будет получать, тем выше его эффективность. Уменьшение тепловых потерь в самой панели и обеспечение наибольшего поглощения тепла на пластинах абсорбера позволяет обеспечить максимальный сбор энергии. При отсутствии застоя плоские коллекторы способны нагреть воду до 200 °C. Они предназначены для подогрева воды в бассейнах, бытовых нужд и отопления дома.

Коллектор вакуумного типа

Представляет собой стеклянные батареи (ряд полых трубок). Наружная батарея имеет прозрачную поверхность, а внутренняя батарея покрыта специальным слоем, который улавливает излучение. Вакуумная прослойка между внутренними и внешними батареями помогает сохранить около 90% поглощаемой энергии. Проводниками тепла являются специальные трубки. При нагревании панели происходит преобразование жидкости, находящейся в нижней части батареи в пар, который поднимаясь, предает тепло в коллектор. Этот тип системы имеет больший КПД по сравнению с коллекторами плоского типа, так как его можно использовать при низких температурах и в условиях плохой освещенности. Вакуумная солнечная батарея позволяет нагреть температуру теплоносителя до 300 °C, при использовании многослойного стеклянного покрытия и создании в коллекторах вакуума.

Тепловой насос

Системы солнечного теплоснабжения наиболее эффективно работают с таким устройством, как тепловой насос. Предназначен для сбора энергии из окружающей среды вне зависимости от погодных условий и может устанавливаться внутри дома. В качестве источника энергии здесь могут выступать вода, воздух либо грунт. Тепловой насос может работать, используя лишь солнечные коллекторы, если достаточно солнечной электроэнергии. При использовании комбинированной системы «тепловой насос и солнечный коллектор», не имеет значения тип коллектора, однако наиболее подходящим вариантом будет солнечная вакуумная батарея.

mirenergii.ru

Что это такое

Солнечный коллектор — это несложное устройство, использующее видимый свет и инфракрасное излучение Солнца для нагрева рабочей среды. Принцип его работы основан на поглощении тепла поверхностью с низкой отражающей способностью.

От ближайшего собрата — фотоэлектрической солнечной батареи, коллектор отличает куда более высокая эффективность: если фотоэлектрические элементы преобразуют в электроэнергию не более 15% солнечной энергии, то коллекторы позволяют утилизировать до 80%.

Основная проблема, мешающая использовать солнечные коллекторы для отопления дома в качестве основного источника тепла — непостоянная тепловая мощность. Она связана:

• С суточными циклами освещенности. Ночью по понятным причинам выработка тепла падает до нуля. Больше того: поддержание положительной температуры циркулирующей через коллектор воды требует дополнительных энергозатрат;
• С погодой. При плотной облачности освещенность (и, соответственно, тепловая мощность прибора) снижается.

Зимой , когда работает отопление, преобладает пасмурная погода. Кроме того, зимой выработка тепла коллектором падает примерно на четверить даже в ясные дни. Это происходит из-за изменения угла падения солнечных лучей, вызывающего зимнее похолодание.

Разновидности

В продаже можно встретить две разновидности приборов для утилизации солнечной энергии:

Изображение	Разновидность прибора
	Плоский имеет форму прямоугольной коробки с прозрачным защитным стеклом и зачерненной для максимального поглощения солнечной радиации подложкой.
	Вакуумный выглядит как группа стеклянных колб, объединенных общим конденсатором.

Плоский

Плоские коллекторы конструктивно проще вакуумных, но несколько менее эффективны. Теплоноситель нагревается, проходя через трубки, закрепленные на теплопроводной металлической подложке — медном или алюминиевом листе.

Снизу подложка теплоизолирована, сверху — защищена прозрачным для солнечной радиации материалом (закаленным стеклом с низким содержанием металлов или поликарбонатом).

Наиболее эффективен плоский коллектор с медными трубками, припаянными к формованной медной подложке. Коллектор с трубками из сшитого полиэтилена поглощает меньше тепла за счет их более низкой теплопроводности.

Ключевые характеристики плоских коллекторов выглядят так:

• Максимальная температура нагрева теплоносителя — 200-210 °С;
• Поглощение солнечного тепла — до 70%;
• Падение эффективности в снежную погоду — минимально. Прозрачный лист, защищающий абсорбер (подложку с трубками), нагревается при работе, и снег быстро тает;

• Теплопотери — до 30% за счет непосредственного контакта нагретого в коллекторе воздуха с защитным стеклом;

Потери тепла плоским коллектором увеличиваются по мере падения уличной температуры. При -20 °С и ниже прибор полностью прекращает вырабатывать тепло.

• Парусность — высокая, что может привести к проблемам с установкой в регионах с ветреными зимами;
• Установка — под произвольным углом к горизонту. Положение прибора должно лишь обеспечить его максимальную освещенность в течение светового дня.

Вакуумный

Вакуумный коллектор объединяет несколько трубок — термосов. Внутренняя колба каждой трубки покрыта высокоселективным (поглощающим максимальное количество тепла) покрытием, внешняя колба прозрачна. Благодаря вакууму между ними теплопотери за счет непосредственного контакта с воздухом минимальны — не более 5%.

Быстрый нагрев теплоносителя обеспечивается переносом тепла по принципу тепловой трубки. Теплоноситель испаряется в нижней части колбы и в виде пара поднимается вверх в конденсатор, где при возвращении в жидкое состояние отдает накопленное тепло, а потом самотеком опускается вниз.

Чем вакуумный коллектор отличается от плоского в практическом плане?

• Максимальная температура теплоносителя: до 300 °С;
• Поглощение солнечного тепла: до 80%. Высокая эффективность обеспечивается максимальным поглощением тепла адсорбирующим слоем на внутренних стенках колб и вакуумом между стенками, исключающим перенос энергии за счет конвекции;
• Падение эффективности в снег — есть, поскольку благодаря минимальным теплопотерям поверхность колб почти не нагревается;
• Парусность: минимальна, поэтому приборы подходят для регионов с сильными ветрами;
• Установка: под углом не меньше 15-20 градусов к горизонту. При меньших углах наклона колбы перестанут выполнять роль тепловых трубок: конденсирующийся теплоноситель перестанет самотеком возвращаться в их нижнюю часть.

Исследование образцов

Давайте ближе познакомимся с несколькими образцами коллекторов обоих типов.

ЯSolar

Параметр	Значение
Материал абсорбера	Медь
Площадь светопоглощающей поверхности	2 м2
Номинальная тепловая мощность	1,5 кВт при интенсивности освещения 900 Вт/м2 и уличной температуре 20 °С
Габаритные размеры	2065х1073х105 мм
Масса пустого коллектора	37 кг
Внутренний объем	1,4 л
Стекло	Антибликовое, толщина 3,2 мм, светопрозрачность 92%
Толщина теплоизоляции	60 мм
Страна-производитель	Россия
Цена	21700 рублей

СОКОЛ-ЭФФЕКТ-А

Параметр	Значение
Номинальная тепловая мощность	1,5 кВт при интенсивности освещения 900 Вт/м2 и уличной температуре 20 °С
Размеры	1093х2008х76,7 мм
Внутренний объем	1,4 л
Масса пустого коллектора	32 кг
Стекло	Антибликовое, толщина 3,2 мм
Площадь поглощающей поверхности	2,06 м2
Материал абсорбера	Алюминий
Страна-производитель	Россия
Цена	21900 рублей

KAIROS VT 15B ARISTON

Параметр	Значение
Количество трубок	15
Размеры	1910х1840 мм
Масса	51 кг
Площадь поглощающей поверхности	1,5 м2
Внутренний объем	4,6 л
Внешний диаметр вакуумных трубок	70 мм
Температура стагнации (прекращения нагрева)	206 °С
Рабочее давление	6 атмосфер
Цена	77965 рубля

Очумелые ручки

Трудно ли сделать своими руками коллектор для обогрева дома или для его обеспечения горячей водой?

Простейшая конструкция представляет собой уложенную в деревянную раму и накрытую полиэтиленом полиэтиленовую трубу для водоснабжения, уложенную спиралью. Сверху для уменьшения теплопотерь абсорбер укрывается полиэтиленовой пленкой.

Однако у такого импровизированного коллектора есть ряд недостатков:

• Низкий КПД, поскольку теплообменник не контактирует с подложкой по всей ее площади, и много тепла бесполезно рассеивается;
• Энергозависимость. Без циркуляционного насоса теплоноситель будет нагреваться вплоть до разрушения обладающих низкой температурой размягчения трубок;
• Слабая защищенность от ветра и случайных механических повреждений.

Если вы хотите изготовить прибор, который можно длительное время использовать для отопления частного дома — вот пошаговая инструкция.

Изображение	Этап работ
	Свариваем каналы для теплоносителя с верхним и нижним коллекторами. В качестве материала лучше использовать профильную трубу размером от 20х20 мм: ее плоские кромки обеспечат тепловой контакт с подложкой абсорбера. К коллекторам нужно приварить патрубки с резьбами размером 1/2-3/4 дюйма для выводя теплоносителя.
	Привариваем к трубкам подложку — стальной лист толщиной 3 мм. Шаг между прихватками — не больше 20 см. Такой шаг исключит прогиб листа и нарушение его теплового контакта с трубками.
	Собираем вокруг готового абсорбера деревянную раму. С обеих сторон между листом абсорбера и кромками рамы должны остаться зазоры, обеспечивающие укладку утеплителя и установку стекла. Не забудьте пропитать древесину антисептиком.
	Сверлим в раме отверстия под патрубки для выводя теплоносителя.
	Утепляем адсорбер с тыльной стороны минеральной ватой, затем зашиваем утепление фанерой, ОСП или досками.
	Красим адсорбер черной кремнийорганической жаростойкой краской. Обычные краски для наружного применения (ПФ, НЦ и так далее) при высокой температуре быстро начнут шелушиться. Затем проклеиваем края рамы резиновым оконным уплотнителем и закрываем обычным оконным стеклом толщиной 4 мм. Если остекление собирается из нескольких листов, герметизируем стыки силиконовым герметиком.
	Прижимаем стекло к раме алюминиевым или оцинкованным уголком, предварительно проклеив его фронтальную сторону оконным уплотнителем.

Схема подключения

Как подключить коллектор к системе отопления?

В качестве накопителя тепла используется теплоаккумулятор, или буферная емкость — большой теплоизолированный бак с водой.

В системе отопления формируется два контура:

1. Между коллектором и буферной емкостью;
2. Между буферной емкостью и отопительными приборами.

Днем тепло гелиосистемы используется для нагрева теплоносителя в теплоаккумуляторе, ночью и в пасмурную погоду оно расходуется на поддержание постоянной температуры в доме. Для приготовления ГВС используется бойлер косвенного нагрева, в теплообменнике которого теплоноситель отдает тепло воде для хознужд.

По мере охлаждения воды в теплоаккумуляторе температура батарей будет снижаться. Поддерживать ее постоянной поможет узел смешения, состоящий из трехходового термостатического клапана и дополнительного циркуляционного насоса.

Оценка эффективности

А теперь давайте попробуем оценить, насколько выгодно и эффективно отопление солнечными коллекторами. В качестве примера я использую собственный дом. Его отапливаемая площадь равна 155 квадратным метрам, что с учетом севастопольского климата и качества утепления дает потребность в суммарной мощности системы отопления в 15 кВт. Энергопотребление за сутки составит 15х24=360 кВт·ч тепла.

Расчет площади коллекторов

С учетом сезонных колебаний инсоляции квадратный метр земной поверхности на широте Севастополя получает в среднем 5 киловатт-часов тепла в сутки. В холодное время года, во время отопительного сезона, инсоляция снижается примерно на четверть — до 4 кВт·ч/м2. С учетом реального КПД коллектора с квадратного метра его площади можно получить не более 4*0,8=3,2 киловатт-часа тепловой энергии в сутки.

Стало быть, полная площадь коллекторов должна быть не менее 360/3,2=112,5 м2. При стоимости одного источника тепла площадью 2 квадрата в 20000 рублей (типичная цена недорогого плоского коллектора) расходы только на покупку коллекторов составят (112,5/2)х20000=1125000 рублей.

Дорого?

Не то слово.

Кроме того:

• Расходы дополнительно увеличатся, поскольку тепло нужно будет накапливать. Теплоаккумулятор, узел смешения и разводка отопления будут отнюдь не бесплатными;
• Система не будет энергонезависимой. Энергию будут круглосуточно расходовать циркуляционные насосы, а в сильные холода по ночам понадобится использование дополнительных источников энергии (ТЭНов, электрокотла, твердотопливного котла и т.д.), которые не позволят теплоносителю замерзнуть.

Расчет периода окупаемости

Быть может, дорогостоящий солнечный коллектор для дома быстро окупится?

Давайте подсчитаем период окупаемости того же плоского коллектора площадью два квадрата, производящего 6,4 кВт·ч тепла в сутки. В качестве отправной точки возьмем источники самого дорогого (электрокотел) и самого дешевого (газовый котел) тепла.

Произведенный электрокотлом киловатт-час энергии обходится в ценах начала 2017 года примерно в 5 рублей. Ежесуточная экономия на электричестве при использовании одного плоского коллектора составит 6,4*5=32 рубля, период окупаемости — 20000/32=625 дней, или чуть меньше двух лет.

Если основной источник тепла — газовый котел, то киловатт-час энергии будет обходиться уже в 70 копеек (0,7 рубля). Суточная экономия от одного коллектора будет равной 6,4*0,7=4,48 рубля, а период окупаемости вырастет до 20000/4,48=4464 дней, или 12 лет. С учетом среднего срока службы коллектора в 10-15 лет это означает «никогда».

Выводы

Вот какие выводы я сделал лично для себя:

1. Отопление дома только от солнца обойдется непомерно дорого на фоне альтернатив. Тепловые насосы и их разновидность — инверторные кондиционеры — в качестве источника тепла выглядят куда интереснее;

Тепловой насос на каждый киловатт тепловой мощности перекачивает в дом до 5 киловатт тепла. Источником энергии для него служат низкопотенциальные источники с относительно низкой температурой — грунт, вода в незамерзающих водоемах и уличный воздух.

2. В качестве дополнительного источника тепла солнечный коллектор можно использовать только в том случае, если у вас нет магистрального газа. Он действительно несколько сократит ваши расходы на отопление, но не сделает его бесплатным.

Заключение

Надеюсь, что этот материал поможет уважаемому читателю избежать ошибок при проектировании отопления. Как обычно, дополнительную информацию вашему вниманию предложит видео в этой статье. Жду ваших дополнений к ней. Успехов, камрады!

otoplenie-gid.ru