Тепловой солнечный коллектор


Солнечный свет является одним из самых мощных и легкодоступных источников энергии на нашей планете. С древних времен человечество, обожествляя дневное светило, пыталось использовать его энергию в своих практичных целях. В условиях современного развития энергосберегающих технологий солнечную энергию намного чаще, чем ранее, стали использовать в качестве источника теплоснабжения зданий и сооружений.

Применение солнечных коллекторов

Устройство, преобразующее энергию солнечного света в тепловую энергию, называют солнечным коллекторам. Солнечный коллектор может применяться как в отопительной системе здания, так и в системе горячего водоснабжения. Согласно расчетным данным, применение данных устройств в системах теплофикации зданий и сооружений дает в среднем от 30% до 60% экономии энергоносителей (газ, электричество) ежегодно, а значит, удешевляет эксплуатацию здания. Расчетная самоокупаемость систем, использующих солнечную энергию, составляет в среднем от двух до пяти лет, в зависимости от цен на энергоносители.


Солнечный коллектор для отопления дома включается в систему теплоснабжения, являясь, по сути, подогревающим теплоноситель элементом, в то время как основные источники теплофикации (газовые или электрические котлы) круглосуточно поддерживают температуру подогретого солнечным коллектором теплоносителя на уровне, необходимом по технологическим или санитарным условиям.
КПД систем альтернативного теплоснабжения выше в регионах с высокой солнечной активностью и в светлое время суток. Карта суммарной годовой солнечной радиации приведена на рисунке ниже.

Карта суммарной годовой солнечной радиации

Виды и различия солнечных коллекторов

На сегодняшний день распространение среди промышленно изготавливаемых солнечных коллекторов получили два вида систем:

  • плоские солнечные панели;
  • вакуумные (вакуумированные) трубчатые коллекторы.

Плоская солнечная панель

Плоский солнечный коллектор.

Является распространенным типом солнечного коллектора, используемого в современных системах гелиоэнергетики. Широкое распространение данный тип получил вследствие относительной дешевизны и простоты, как устройства, так и эксплуатации. Недостатком плоских солнечных коллекторов является значительное (до двух раз) понижение КПД в условиях отрицательных температур наружного воздуха.


Конструкция плоского солнечного коллектора.

Конструкция плоского солнечного коллектора.

Конструктивно представляет собой панель с площадью поглощающей поверхности 2-2,5 м2, выполненную из алюминиевых или стальных сплавов. Лицевая часть выполнена в виде листа специального гелиостекла, что обеспечивает максимальное поглощение энергии солнечного света и минимальные потери энергии с отраженными и рассеянными лучами. Непосредственно под гелиостеклом расположен поглотитель, выполняемый в виде плоской трубки из медных или алюминиевых сплавов, имеющих высокий коэффициент теплопередачи.

Трубка, как правило, имеет радиальное оребрение, что значительно повышает коэффициент теплопередачи поглотителя. На поглотитель наносится покрытие с высоким коэффициентом поглощения в спектрах теплового излучения, что повышает общий КПД коллектора. Под поглотителем располагается слой тепловой изоляции, уменьшающий тепловые потери системы в окружающую среду. Необходимая тепловая мощность солнечного коллектора достигается включением нескольких панелей в единую солнечную батарею или коллектор.

Вакуумный (вакууммированный) трубчатый коллектор

Дорогостоящий вид солнечного коллектора вследствие сложного изготовления и ряда преимуществ перед плоскими солнечными панелями.


нструктивно представляет собой ряд парных стеклянных труб, спаянных между собой, из пространства между которыми откачан воздух. Вакуум в пространстве между трубками является прекрасным тепловым изолятором и предотвращает тепловые потери в окружающую среду от теплоносителя. В меньшую трубу вводится медная, алюминиевая или стеклянная трубка поглотителя. Трубы верхней частью вводятся в распределитель, в котором циркулирует теплоноситель. Вакуумные (вакуумированные) трубчатые коллекторы по типу распределителя подразделяются на два типа: с плоской тепловой трубой и прямоточные.

Коллекторы с плоской трубой

Вакуумный трубчатый солнечный коллектор с плоской тепловой трубой - конструкция.

Вакуумный трубчатый солнечный коллектор с плоской тепловой трубой — конструкция.

Представляют собой рекуперативный теплообменник, расположенный в распределителе. В этом случае теплопередача от нагретого теплоносителя вакуумной трубы к теплоносителю циркуляционного контура теплоснабжения здания происходит через стенку и теплоносители этих контуров не смешиваются. Преимущества перед прямоточными коллекторами состоят в сохранении высоких показателей работы при температуре окружающей среды до -45оС, возможности замены отдельной вакуумной трубки, вышедшей из строя, без разбора коллектора и прекращения его работы, а также в возможности регулирования угла установки каждой вакуумной трубки в пределах одного коллектора.

Прямоточные коллекторы


Прямоточный вакуумный трубчатый солнечный коллектор - конструкция.

Прямоточный вакуумный трубчатый солнечный коллектор — конструкция.

Объединяют циркуляционный и обогревающийся контур. В распределителе проходят подающий и циркуляционный трубопроводы, к которым непосредственно присоединяются вакуумные трубки. Теплоноситель подается в распределитель по подающему трубопроводу, из которого попадает в вакуумную трубку, где проходит обогрев. Нагретый теплоноситель возвращается в обратный трубопровод и уходит непосредственно на нужды теплоснабжения. Преимущества прямоточных коллекторов перед вакуумными состоят в отсутствии промежуточной стенки между теплоносителями, что снижает тепловые потери и в возможности устанавливать коллектор на любых поверхностях под любыми углами, поскольку циркуляция теплоносителя в пределах всего коллектора будет осуществляться насосом.

Принципиальные схемы и монтаж гелиосистем

Гелиосистемы могут использоваться в качестве самостоятельного источника теплоснабжения дома в регионах с высокой солнечной активностью. В регионах с более умеренным климатом необходимо предусматривать дублирующие теплогенерирующие устройства. Кроме того, солнечная энергия может использоваться на нужды горячего водоснабжения, отопления и в качестве совмещенной схемы промежуточного догрева теплоносителей. Исходя из этого, в статье представлены несколько видов принципиальных монтажных схем.

Схема с промежуточным догревом для горячего водоснабжения


Гелиосистема с промежуточным догревом для горячего водоснабжения.

В этой схеме, как и во всех последующих, имеется контур первичного нагрева холодной воды в баке-аккумуляторе (бак-накопитель 6) от солнечного коллектора 1. Рекуперативный теплообменник 8 закрытой системы первичного нагрева расположен в нижней части бака-аккумулятора, где температура нагреваемой воды наименьшая. По отношению к нагреваемой воде система работает по типу «противоток», как наиболее экономичному. В верхней части бака вода догревается до температуры, необходимой по санитарным нормам, с помощью электрического ТЭНа 7. Управление системой в целом производится через контроллер 5, на который сведены данные от датчиков температуры Т1 и Т2, позволяющие через рабочую станцию 3 в автоматическом режиме регулировать проток теплоносителя через солнечный коллектор и напряжение, а, соответственно, и температуру на электронагревателе.

Следует отметить, что вместо электронагревателя можно использовать любой другой теплогенератор (газовый, жидкотопливный или твердотопливный). Но при этом необходимо обратить внимание на максимальную синхронизацию работы гелиосистемы и теплогенератора. Бак сброса избыточного давления 4 позволяет без участия человека и разгерметизации системы компенсировать тепловое расширение теплоносителя, а автоматический воздухоодводчик 2 автоматически удаляет из первичного контура пузырьки газа.

Такие устройства, как автоматический воздухоотводчик, рабочая станция, бак сброса излишнего давления, котроллер с датчиками температуры и теплообменник являются наиболее традиционным комплектом рабочего оборудования гелиосистем.

Закрытая схема отопления с солнечным коллектором


Закрытая схема отопления с солнечным коллектором.

В такой схеме гелиосистема через бак накопитель обогревает теплоноситель в обратном коллекторе отопительной системы перед подачей теплоносителя в отопительный котел. Нужно отметить, что такие схемы в средних широтах применяются достаточно редко ввиду того, что температура в обратном трубопроводе во время отопительного сезона зачастую бывает выше той, которую способен выдавать солнечный коллектор в зимнее время. Как следствие, такая схема имеет крайне низкий КПД.

Совмещенная схема теплоснабжения

Совмещенная с солнечным коллектором схема теплоснабжения.

В данной схеме нагрев теплоносителя как для отопления, так и для горячего водоснабжения, осуществляется в пределах одного бака-накопителя. Фактически данная схема состоит из трех контуров:

  1. Контур гелиосистемы. Представляет собой рекуперативный теплообменник, на который подается нагретый теплоноситель от солнечного коллектора. Располагается в нижней части бака-накопителя.

  2. Контур отопительной системы. Это закрытая, без потерь теплоносителя, система, в которую в качестве дополнительного источника теплоснабжения, введен теплообменник гелиосистемы. Отопительный котел подключается к системе отопления через бак накопитель и догревает теплоноситель до необходимой по санитарным нормам температуры.
  3. Контур горячего водоснабжения. Представляет собой открытую систему с накопительным бойлером, расположенным в верхней части бака-накопителя. Обогрев воды производится от нагретого отопительным котлом и гелиосистемой теплоносителя через стенку бойлера.

Монтаж гелиосистем может производиться на крышах,

 Фото монтажа гелиосистемы на крыше здания.

стенах зданий

 Фото монтажа гелиосистемы на стене здания.

или на уровне земли.

 Фото монтажа гелиосистемы на уровне земли.

При монтаже на существующих строительных конструкциях необходимо уделять особое внимание нагрузкам на стены и перекрытия, которые увеличатся после монтажа и заполнения гелиосистемы. При необходимости чердачные перекрытия усиливаются дополнительными конструкциями, под расположенные на стене солнечные коллекторы подводят дополнительные опоры. Сопутствующее оборудование гелиосистем располагают, как правило, в помещении, где установлен отопительный котел.


Монтаж оборудования гелиосостемы в котельной.

Монтаж непосредственно коллектора необходимо производить так, чтобы он максимально облучался солнечным светом в течение дня в любое время года. Коллектор монтируется в местах, на которые не падает тень от окружающих предметов, ориентируясь по линии «запад-восток». Угол наклона коллектора к горизонтали составляет, как правило, 50-60 градусов.

Рекомендуемый угол наклона солнечного коллектора для монтажа.

Рекомендуемый угол наклона солнечного коллектора для монтажа.

Более точное значение угла наклона рассчитывают исходя из данных о наибольшей и наименьшей высоте Солнца над горизонтом в течение года в конкретной местности. Установка производится с расчетом, что угол падения солнечных лучей на коллектор будет максимально приближен к 90 градусам.

Теплоносители для гелиосистем

Основным теплоносителем для систем теплоснабжения является вода. Однако ее применение в гелиосистемах ограничено температурой кристаллизации, составляющей 0оС, а значит применение воды в роли теплоносителя ограничивается климатическими зонами, где не бывает отрицательных температур. Кроме того, содержащиеся в воде соли засоряют поверхности нагрева накипью, а коррозионный агент – кислород – повреждает металлические части систем теплоснабжения и способствует разложению теплоносителя на составляющие элементы. Поэтому для гелиосистем был разработан вид теплоносителя, лишенный вышеперечисленных недостатков.


Теплоносители для гелиосистем.

Основой такого теплоносителя является пропиленгликоль, смешанный с водой, прошедшей водоподготовку в виде деминерализации.

Кроме того, для уменьшения коррозирующего и разлагающего воздействия кислорода, в теплоноситель добавляют антиокислительные присадки, образование пузырьков газа в жидкости уменьшается добавлением пеногасителей, а стабилизаторы, добавленные в теплоноситель, помогают сохранять раствор химически однородным. Как правило, теплоносители для гелиосистем продаются уже в готовом виде. Концентрация пропиленгликогеля в них составляет от 40% и выше, что соответствует температуре кристаллизации от -30оС и ниже. Показатель кислотно-щелочного баланса (рН) для готового теплоносителя поддерживается в щелочной зоне (≥ 7,0) для уменьшения коррозирующего действия.

При эксплуатации теплоносителей гелиосистем не следует смешивать теплоносители от разных производителей, так как разные как по количественным, так и по качественным свойствам составы могут вступить в химическую реакцию, приведя гелиосистему в негодность.

Солнечная энергетика в условиях современного энергетического и экономического кризиса является одним из перспективнейших направлений технологий, направленных на сохранение невосполнимых ресурсов нашей планеты.

Источник: buildip.ru

Что такое коллектор и назначение солнечных коллекторов


Под солнечным коллектором понимают устройство, которое собирает энергию излучения, а затем перемещает накопленную теплоту потребителям. На практике используют еще один термин – гелиоколлектор.

По назначению солнечные установки (гелиоустановки) использования подразделяют:

  • гелиоконцентраторы – устройства, собирающие солнечную энергию в узкий поток. Их используют для плавки металла. В институте НПО «Физика-Солнце» (г. Ташкент) были разработаны и изготовлены плавильные печи, в которых достигнуты температуры более 5000…5500 °С;
  • солнечные батареи – устройства для преобразования излучения от Солнца в электрическую энергию;
  • гелиоопреснительные установки – машины, предназначенные для получения пресной воды из воды с высоким содержанием минеральных солей;
  • гелиосушильные установки – тепловые устройства, в которых осуществляется удаление влаги из овощей и фруктов с использованием энергии Солнца;
  • гелионагреватели (воздушный солнечный коллектор) – установки для передачи теплового потока от инфракрасного излучения к теплоносителям.

Как работает солнечный коллектор

Солнечное излучение кроме видимого света имеет еще и невидимый инфракрасный спектр. Именно он и переносит тепловую энергию. На основании исследований установлено, что в зоне умеренного климата интенсивность теплового излучения в полдень достигает более 5 кВт/м2. На рис. 1 представлена зависимость суммарной инсоляции для 48 ° северной широты.

Рис. 1 Суммарная инсоляция солнечного излучения для разных периодов умеренной зоны Европы

Тепловой солнечный коллектор

Информация к размышлению! Тепловую радиацию разделяют на: прямую и рассеянную. Поэтому даже в пасмурный день ощущается поступление солнечного теплового потока. Из представленной иллюстрации видно, что количество поступающей теплоты в летний и зимний периоды имеет значительные различия. Поэтому при проектировании устройств учитывают возможную эффективность, сообразуясь с затратами.

Принципиальная схема гелиоколлектора представлена на рис. 2. Солнечная радиация поступает внутрь коллектора через светопрозрачное ограждение. На приемной панели, окрашенной в черный цвет, происходит поглощение теплоты. В результате происходит нагрев черного тела. Последующий процесс теплопередачи происходит конвекцией. Теплота передается от нагретой стенки к потоку жидкости (газа), перемещаемого по трубопроводам. Подвижная среда нагревается.

Внимание! Для предотвращения тепловых потерь ограждение коллектора теплоизолируется. Так как внутри полученная теплота используется на нагревание потока, то интенсивность отраженного излучения от панели, воспринимающей излучение, невысока.

Рис. 2 Схема устройства гелиоколлектора

Тепловой солнечный коллектор

Внимание! На поверхность Земли поступает мощный поток теплового излучения. Основная часть его отражается и не поглощается поверхностью.

Виды коллекторов

Принято разделять виды коллекторов по нагреваемым теплоносителям. Нагревать можно:

  • воду – такие установки могут обеспечивать потребителя горячей водой, а также участвовать в отоплении здания;
  • воздух – воздушные солнечные коллекторы применяют для сушки сельскохозяйственных культур, а также в домах, оборудованных регенерационными теплообменниками, для обогрева жилья или производственного помещения;
  • антифриз (жидкости с низкой температурой замерзания) – здесь назначение одно – отопление с помощью солнечных коллекторов.

Делят гелиоколлекторы и по конструкции солнечных коллекторов:

  • трубчатые – в их основе использованы трубопроводы разного типа;
  • щелевые – в таких устройствах теплоноситель перемещается внутри узкой щели, находясь в контакте с нагретым теплоприемником;
  • параллельного или последовательного исполнения, здесь все зависит от способа задания движения теплоносителю;
  • открытого или вакуумного заложения теплообменников, для снижения теплопотерь в окружающую среду дорогие конструкции оборудую вакуумными трубками. Через них теплопотери в окружающую среду сведены к минимуму.

Приверженцы разных школ создания солнечных коллекторов всегда продвигают определенный принцип в конструировании и изготовлении собственных установок.

Плоский коллектор

Самыми распространенными считают плоские гелиоколлекторы. В их основе используют короб, внутри которого размещают все основные элементы (рис. 3). Теплообменник выполняется из тонкой медной трубки. По ней циркулирует вода. Нагрев поверхности трубки происходит от платины теплоприемника, окрашенного в черный цвет.

Рис. 3 Конструктивное исполнение плоского трубчатого гелиоколлектора

Тепловой солнечный коллектор

Снаружи устанавливают прозрачное стекло. Оно пропускает солнечное излучение, но препятствует конвекционным теплопотерям через верх плоского коллектора. Ниже медной трубки расположен теплоизолятор. Он способствует сохранению теплоты вокруг зоны теплообмена.

Конструкционные нюансы и особенности плоского гелиоколлектора

Чтобы подавать воду на входе и выходе гелиоустановки устанавливают патрубки, для присоединения магистральных трубопроводов на конце имеются резьбы. Чтобы активизировать перемещение воды, устанавливают насосы малой мощности. С их помощью увеличивают производительность солнечного коллектора.

Вода может циркулировать и сама, за счет изменения плотности при нагревании. Но интенсивность естественной циркуляции будет настолько низкой, что нагревание большого объема воды в системе горячего водоснабжения окажется недостаточно эффективной.

Изготовление плоского коллектора своими руками

Чтобы сделать солнечный коллектор своими руками, нужно использовать испарительную решетку (трубка с наружным диаметром 6 мм) от старого холодильника (рис. 4). Аккуратно снимают  трубку и промывают ее от остатков хладона, использованного ранее в холодильнике.

Рис. 4 Общий вид испарителя от старого холодильника

Тепловой солнечный коллектор

В дальнейшем работы выполняются в следующей последовательности:

  1. Подбираются рейки 30х30 или 40х40 мм для изготовления каркаса.
  2. Из реек с помощью гвоздей, а лучше с применением саморезов и шуруповерта изготавливается короб.
  3. Приобретается стекло. Его можно специально не покупать. Сейчас население активно заменяет окна на пластиковые. Поэтому можно всегда подобрать подходящее стекло на свалках. Его нужно будет только отмыть.
  4. Стекло под воздушный солнечный коллектор вырезается в размер рамки.
  5. Необходимо подобрать материал для изготовления черной поверхности. Здесь подойдет автомобильный коврик. Их тоже довольно часто меняют, поэтому проблем с приобретением не будет. В гаражах отдадут с удовольствием.
  6. Все элементы помещаются внутрь каркаса из реек (рис. 5).

    Рис. 5 Сборка основных элементов внутри каркаса

  7. Тепловой солнечный коллектор
  8. Внутрь помещают фольгу. Тщательно проклеивают все углы, чтобы исключить теплопотери.
  9. Остается только собрать всю конструкцию и закрепить стекло сверху. Вариантов крепления стекла много. Некоторые забивают несколько гвоздей, а потом их сгибают. Чтобы предотвратить утечки теплого воздуха, дополнительно оклеивают скотчем. На несколько сезонов такого утепления хватит.

    Рис. 6 Гелиоколлектор в сборе со стеклом

  10. Тепловой солнечный коллектор
  11. Воздушный солнечный коллектор готов, он устанавливается на открытом воздухе. Чтобы гелиоколлектор эффективно работал, его ориентируют относительно сторон света. С помощью полихлорвиниловых трубок присоединяют водопроводные трубы. Далее монтируют систему горячего водоснабжения по принятой для себя схеме (рис. 7).

    Рис. 7 Собранный солнечный коллектор, готовый к установке в систему ГВС.

  12. Тепловой солнечный коллектор

Подобные установки могут применяться не только для производства горячей воды. Весной их используют на отопление теплицы солнечным коллектором. Чтобы теплоноситель не замерзал в ночное время, в нем растворяют обычную поваренную соль. Температура замерзания может быть снижена до -7 °С.

Вакуумный коллектор

Солнечные коллекторы промышленного типа изготавливают с применением стеклянных коаксиальных вакуумных трубок. При отсутствии воздуха конвективный теплообмен сводится к нулю. С этим и связано появление подобных коллекторов. Они имеют самый высокий КПД, так как нет неконтролируемых тепловых потерь (рис. 8).

Рис. 8 Конструкция колбы вакуумного солнечного коллектора

Тепловой солнечный коллектор

Внутри стеклянной колбы помещена тепловоспринимающая трубка (абсорбер), окрашенная в черный цвет. Она контактирует с пластиной, изготовленной из алюминия (материал имеет самое низкое значение коэффициента теплопроводности, что и обусловило ее применение). Теплообменник изготовлен из медных трубок, внутри которых циркулирует жидкость.

Внимание! Даже в условиях низких значений солнечного излучения, что наблюдается в зимний период, вакуумные коллекторы способны получать тепловую энергию и отдавать ее в систему отопления или горячего водоснабжения.

Конструкционные нюансы вакуумного гелиоколлектора

На рис. 9 показана схема монтажа вакуумного гелиоколлектора.

Рис. 9 Монтажная схема вакуумного солнечного коллектора

Тепловой солнечный коллектор

Особенности следующие:

  1. В качестве теплоносителя чаще всего используют низкокипящие спирты, которые не замерзают даже при температуре ниже -30 °С.
  2. В системе используют принцип последовательной циркуляции теплоносителя. Он нагревается до температуры выше, чем вода в накопительном баке, который и нагревается от теплоносителя вакуумной установки.
  3. Необходимо избегать присутствия любых затемняющих элементов во внешней среде.
  4. Необходимо минимизировать расстояние между коллектором и потребителем. С ростом расстояний растут и потери, которые понижают эффективность использования подобного устройства.

Изготовление вакуумного коллектора своими руками

Важно! Сделать солнечный коллектор своими руками вакуумного типа крайне сложно. Затраты могут быть весьма высокими.

Вакуумный солнечный коллектор своими руками изготовить можно. Потребуется приобрести стеклянные трубки для молочной промышленности или доильных установок. Они реализуются вместе со специальными резиновыми патрубками, с помощью которых могут монтироваться в разные монтажные схемы.

Внутри стеклянных труб потребуется расположить стальные или медные трубки, окрашенные в черный цвет. Сварку или пайку придется дополнительно защищать теплоизолирующими лентами, например, вырезанными из вспененного полиэтилена.

Изготавливая  солнечный коллектор вакуумного типа, потребуется произвести откачку воздуха из стеклянных труб. Откачку воздуха выполняют с помощью вакуумного насоса. Здесь понадобится использовать специальный штуцер, который плотно закроется сразу после отсоединения всасывающего трубопровода от вакуум-насоса. Современные пластинчатые устройства позволяют получать разряжение до 25…30 % от исходного атмосферного значения.

Перед началом работ следует оценить свои силы. Подобные устройства довольно дороги в изготовлении. Здесь нужны не только дорогие инструменты и приспособления. Нужен еще и навык выполнения работ с вакуумными установками.

Можно собрать установку из готовых элементов (рис. 10)

Рис. 10 Сборка вакуумной установки

Тепловой солнечный коллектор

  1. Изготавливают раму для монтажа.
  2. Ориентируют ее относительно сторон света.
  3. Приобретают коаксиальные трубки в сборе с теплообменниками.
  4. Производят монтаж подводящих и отводящих трубопроводов.
  5. Устанавливают вакуумные трубки и соединяют их с магистральными трубопроводами.
  6. Выполняют работы по тепловой изоляции всех точки стыковки колб и трубопроводов.

Воздушный коллектор

Воздушный солнечный коллектор используется только для нагревания воздуха. Подобные установки испытывались в системе «теплый дом», где нагретый воздух передавал теплоту аккумулятору из гранитных камней. Для создания теплового аккумулятора под жилым домом вырыли большой котлован (более 12 м3). По периметру обложили теплоизоляционными матами, а внутрь заложили гранитные камни массой по 10-12 кг.

Подобное устройство изготавливается с применением разных типов труб. С появлением современных материалов многие вопросы изготовления значительно упростились.

На рис. 11 показаны варианты воздушных гелиоколлекторов.

Рис. 11 Варианты изготовления воздушных гелиоколлекторов: а – использование резинового шланга; б – применение алюминиевых банок

Тепловой солнечный коллектор

Конструкционные особенности

Принципиальных отличий в конструкции нет, единственное отличие в том, что для циркуляции теплоносителя при принудительном способе задания движения используют не насос, а вентилятор. Здесь не принципиально, какому типу вентиляторов отдать предпочтение, центробежному или осевому. Каждый из них может быть довольно просто приспособлен для выполнения работы.

Оригинально выглядят установки, в которых теплообменник выполнен с использованием сотового поликарбоната.

Как изготовить солнечный коллектор своими руками при использовании поликарбоната

Особенностью поликарбоната является наличие в нем сот, длина которых достигает 12 м (стандартный лист имеет размеры 12,0х2,1 м). Проходя по такому протяженному пути, теплоноситель может нагреваться до довольно высокой температуры. Поэтому подобный материал привлекает внимание мастеров.

Делать громадный по размерам коллектор довольно сложно, поэтому ограничивают размеры отдельных секций. Обычно для удобства монтажа принимают листы размером 1,0х2,0 м. Для таких листов несложно изготовить корпус. Вместо поверхностного стекла обычно применяют тот же сотовый поликарбонат, что используют для изготовления теплообменника. Наличие сот сокращает конвекционные потери теплоты. Светопрозрачное покрытие работает довольно эффективно: пропускает солнечное излучение, не позволяет сконцентрированной теплоте внутри коллектора покидать его пределы.

На рис.12 показано строение листа сотового поликарбоната. Видно, что соты образуют строгие прямоугольники. Их сечение сохраняется неизменным по всей длине рулона (листа).

Рис. 12 Строение листа поликарбоната

Тепловой солнечный коллектор

Алгоритм изготовления гелиоустановки следующий:

  1. Для создания верхнего и нижнего коллектора используют пластиковые трубы, в которых с помощью отрезного диска углошлифовальной машинки делают продольный разрез (рис. 13).

    Рис. 13 Продольный разрез в пластиковой трубе

  2. Тепловой солнечный коллектор
  3. Отрезанный лист сотового поликарбоната вставляется в полученный паз (рис. 14)

    Рис. 14 Монтаж сотового поликарбоната в паз пластиковой трубы

  4. Тепловой солнечный коллектор
  5. С помощью клеевого пистолета выполняется герметизация шва

    Рис. 15 Пайка шва клеевым пистолетом

  6. Тепловой солнечный коллектор
  7. Отдельные элементы собирают в батарею. Площадь ее может быть сколь угодно большой (рис. 16).

    Рис. 16 Батарея из воздушных солнечных коллекторов

  8. Тепловой солнечный коллектор

После сборки выполняют монтаж всех тепловой системы и начинают использовать подобные устройства. Если применять поликарбонат толщиной 10 мм и более, то можно создавать не только воздушные установки. Они успешно будут работать для получения горячей воды.

Как выбрать коллектор для себя

Часто задают подобные вопросы те, кому предстоит определиться с параметрами солнечной системы получения горячей воды и отопления. Многое зависит от назначения и длительности использования в течение года.

Если предусматривается проживание в течение только летнего сезона (дачный вариант), то создавать дорогое устройство или приобретать его для собственных нужд будет не обосновано. Лучше остановить свой выбор на простых установках, которые несложно изготовить своими руками.

Другое дело, если проживание в индивидуальном доме происходит в течение всего года. Здесь стоит подумать о более дорогом устройстве. Например, вакуумном солнечном коллекторе. Но и тут имеются определенные ограничения. Для северных районов выше 55 ° северной широты эффективность применения подобной установки может оказаться недостаточно высокой. Она сумеет компенсировать не более 10-20 % затрат от потребностей системы отопления, хотя и такая экономия может оказаться весьма существенной.

Для районов южнее указанных широт традиционная система отопления может быть только в качестве резервной, используемой только для нескольких самых холодных дней в году. В остальное время будет достаточно того теплового потока, который будет получен от солнечной радиации.

Преимущества и недостатки

У любых типов установок имеются свои положительные и отрицательные характеристики. Для гелиоколлекторов тоже есть свои показатели.

Плюсы:

  1. Система солнечного обогрева позволяет экономить энергию на получение горячей воды.
  2. Часть затрат на отопление в зимний период может быть снижена путем использования солнечной радиации.

Минусы:

  1. Потребуется изготовление совершенно новой системы теплообеспечения, которую необходимо вмонтировать в традиционные отопительную установку и устройства получения горячей воды.
  2. Солнечные системы не могут гарантировать пиковые заморозки. Здесь понадобится применять устройства, сжигающие топливо или электрические установки для обогрева помещений.

Источник: techsad.com

Особенности солнечного коллектора как прибора для отопления дома

Солнечный коллектор — это устройство, работающее за счёт поглощения солнечного излучения и передачи его энергии с помощью жидкости-теплоносителя.

Конструкция гелиосистемы состоит из следующих элементов:

  • Солнечный абсорбер(панель).
  • Резервуар-накопитель.
  • Узлы подачи и слива воды.
  • Регуляторы и датчики.

Принцип работы заключается в улавливании солнечных лучей панелью и преобразование их в теплоэнергию. Накопленная энергия воздействует на жидкость-теплоноситель (воду или антифриз). Теплоноситель поступает к резервуару с водой и отдаёт энергию. Запуск системы осуществляется специальным регулятором.

Проходя по контуру теплообмена — системе труб, нагретая жидкость отдаёт тепло в воздух. И за счёт этого отапливает помещение. В резервуаре-накопителе из-за подаваемого тепла происходит запас горячей воды впрок. За счёт системы теплоизоляции нагретая солнцем вода хранится до того момента, когда её необходимо будет использовать.

Для поддержания нужной температуры воды в резервуаре система снабжается специальными датчиками и насосами для принудительной циркуляции. В более простых вариантах циркуляция происходит за счёт естественного самотёка.

Современные гелиосистемы в настоящее время используются как основные и вспомогательные элементы отопительного оборудования. В качестве главного источника тепла гелиосистема может использоваться исключительно в южных регионах, где солнца достаточно круглый год.

Установка в доме солнечного коллектора позволяет извлечь следующую выгоду:

  • Приобретение энергонезависимости.
  • Снижение затрат на закупку газа и электричества для отопления и горячего водоснабжения.
  • Доступность.
  • Долговечность. Срок службы одного коллектора не менее 20-25 лет.
  • Отсутствие грязи и отходов.
  • Снижение нагрузки на электросеть дома.

У гелиосистем есть и некоторые недостатки:

  • Высокая стоимость оборудования. Срок окупаемости системы равен примерно 7-10 годам.
  • Зависимость от климатических условий. В некоторых регионах солнечная энергия поступает не регулярно, поэтому система не сможет работать в нужном режиме. В северных регионах КПД солнечного коллектора слишком низкий, и затраты на установку не окупаются.

Виды устройств для обогрева: принципы работы и правила установки

В зависимости от типа абсорбера — солнечной панели, коллекторы делятся на три вида.

Плоский светопоглощающий

Панель этой модели представляет собой плоский алюминиевый ящик с чёрной поверхностью и тепловой изоляцией на нижней части. Поверхность покрыта закалённым стеклом и пропиленгликолем. Он поглощает лучи солнца.

Преимуществом этого вида коллекторов является его низкая стоимость. Недостатком — большая потеря тепла и низкий КПД. Плоский прибор может выйти из строя при понижении температуры воздуха до минус 25 градусов. Эффективность его работы зависит от угла падения солнечных лучей.

Фото 4

Фото 1. Составные части (указаны стрелками) конструкции плоского светопоглощающего солнечного коллектора.

Правила установки

Панель плоского коллектора можно устанавливать на крыше под любым углом, а затем менять его, в зависимости от погоды, для повышения площади поглощения солнечных лучей. Для обеспечения оптимального КПД летом панель устанавливают под углом 55 градусов, зимой — 35 градусов.

Панель закрепляют на кронштейнах или на дополнительно установленных профилях. Один из вариантов установки — вровень со скатом кровли. В этом случае панели крепятся на обрешётку крыши. Стыки между ними и кровельным материалом заделывают герметиком. Этот вариант установки возможен только на скатных крышах с углом не менее 30 градусов.

Монтаж трубок коллектора предусматривает отверстия в крыше. Места нарушения кровли необходимо заделать герметиком. Трубопроводы можно установить на вертикальной стене, тогда сверлить отверстия в крыше не придётся.

Буферная ёмкость и бак косвенного нагрева устанавливают чаще всего рядом с обычным водонагревателем. Все части системы коллектора соединяются между собой магистральным трубопроводом с резьбовым соединением.

Вакуумный

Устройство с КПД до 85%. Способен работать в любых климатических условиях при наличии солнечных лучей. Состоит из набора трубок, представляющих собой двойные колбы, которые абсорбируют тепло. Во внутренней колбе находится поглотитель из металла и трубка с жидкостью.

Фото 5

Фото 2. Вакуумный солнечный коллектор, установленный на крыше дома. Устройство состоит из множества трубок.

Между двумя колбами расположено свободное пространство, в котором образуется вакуум. За счёт вакуума производится теплоизоляция внутренней колбы. Существует 2 вида вакуумных коллекторов:

  1. Прямоточный — где теплоноситель течёт непосредственно в трубки абсорбера.
  2. С тепловой трубкой — образует испарения, которые передают тепло через теплоноситель.

Основной недостаток такого коллектора — высокая стоимость и необходимость монтажа электронасоса для принудительной циркуляции.

Правила монтажа

Соблюдение рекомендаций по установке вакуумного коллектора — залог его правильной и эффективной работы. Нельзя использовать для этого вида гелиосистемы оцинкованные или полимерные трубопроводы. Связано это с тем, что в жаркую погоду вода внутри коллектора может нагреться до 300 градусов. для установки вакуумного коллектора используются исключительно медные или стальные трубки. При монтаже следует придерживаться следующих рекомендаций:

  • Угол наклона панели коллектора при установке на крыше должен соответствовать географической широте местности.
  • На открытых пространствах коллектор устанавливают рядом с объектом, потребляющим его тепло.
  • Угол падения солнца для правильной работы должен составлять 90 градусов.
  • Следует полностью исключить возможность затенения.

Добиться правильного наклона панели вакуумного коллектора в течение всего года трудно. Поэтому рекомендуется установка мобильных конструкций, когда угол можно менять по необходимости.

В северных регионах вакуумные коллекторы устанавливают практически вертикально, чтобы использовать зимой свет, отражённый от снега.

В этом случае оптимальный вариант — крепление коллектора на стене дома. Низкое крепление позволяет сократить расстояние между панелью и баком-накопителем, что способствует снижению теплопотерь.

Воздушный

Работает за счёт циркуляции нагретого воздуха, который перемешается по системе с помощью вентилятора или естественным путём. При естественном теплообмене горячий воздух отдав тепло опускается вниз, а нагретый поднимется вверх. Это самая простая конструкция, но её мощности не хватает для обогрева дома в холодное время года. Такие конструкции можно использовать для согревания небольших дачных построек в межсезонье.

Воздушный коллектор состоит из следующих деталей:

  • Герметичный корпус для размещения в нём действующих компонентов.
  • Поглотитель солнечной энергии — серебряная панель внутри корпуса.
  • Внешняя изоляция — закалённое стекло для защиты поглотителя.
  • Теплоизолирующий материал.

Преимущество воздушного солнечного коллектора состоит в простоте конструкции и отсутствии риска замерзания жидкости и образования течей. Воздушный коллектор. Кроме обогрева дома, может выполнять функцию снижения влажности в помещении. Недостаток — крайне низкий КПД.

Фото 7

Фото 3. Воздушные солнечные коллекторы, расположенные на стене дома. Такой способ размещения наиболее эффективен.

Правила монтажа

Устанавливают воздушный коллектор только на южной стороне дома. Отклонения в сторону востока или запада не должны превышать 40 градусов. Угол наклона — 35-45 градусов. Вертикальный монтаж воздушного коллектора на стене дома наиболее выгоден, так как увеличивает его КПД.

Со стороны расположения панели в стене делают два отверстия, одно над другим, для забора воздуха и его выхода наружу. В нижнем отверстии закрепляют вентилятор, он будет вытягивать воздух из помещения. Через верхнее отверстие в дом будет поступать нагретый воздух.

Коллектор крепят на стену при помощи дюбелей и подсоединяется к трубам воздуховодов. На выходе из воздухоотвода устанавливают обратный клапан, который будет препятствовать проходу воздуха при неработающем вентиляторе ночью или в пасмурную погоду.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается об особенностях отопления и нагрева воды при помощи солнечных коллекторов в зимнее время.

Оцени выгоду перед установкой

Полное обеспечение горячей водой и отоплением с помощью солнечного коллектора возможно только в южных регионах. В северных широтах конструкции могут использоваться только как дополнение к основному отоплению, и это необходимо учитывать, закупая оборудование. В большинстве российских регионов, с их снежными зимами и недостатком солнца гелиосистемы возможно использовать только в весенне-летний период для подогрева воды. Для отопления это практически бесполезная вещь.

Источник: ogon.guru

Что такое солнечный коллектор

Это гелиоустановка – устройство для сбора энергии Солнца, которая переносится видимым светом и ближним инфракрасным излучением. Солнечные коллекторы для отопления дома зимой отличаются от батарей. Второе устройство производит электричество, а первое греет материал-теплоноситель. Как правило, коллекторы используются для того, чтобы отапливать помещения и снабжать их горячей водой.

Устройство

В оборудовании есть теплоноситель, в качестве которого может использоваться вода, антифриз, масло, воздух. Он нагревается, циркулируя в коллекторе, после чего передает тепловую энергию в бак-аккумулятор. Там накапливается вода для бытовых нужд. В простом оборудовании циркуляция жидкости идет за счет разницы температур. Это существенно повышает эффективность установки, ведь при нагреве теплоносителя наблюдается низкий КПД. Есть и более сложные конструкции солнечных установок. В них нет отдельного бака аккумулятора. Подогретая вода хранится в самом коллекторе.

Принцип работы

Оборудование собирает солнечную радиацию, преобразует ее в тепловую энергию, передает циркулирующему носителю, а потом воде, содержащейся в баке. В резервуаре вода хранится и используется на отопление и бытовые нужды. Жидкость в гелиоустановке может циркулировать естественным или принудительным способом. Отопление солнечными коллекторами имеет свои особенности в зависимости от модификации оборудования.

Типы

Есть несколько разновидностей коллекторов в зависимости от конструкции, принципа работы, выполняемых задач. Выделяют такие типы солнечных гелиоустановок:

  1. Конструкция плоского типа. Состоит из абсорбера – элемента для поглощения солнечных лучей, прозрачного покрытия, слоя термоизоляции. Солнечные лучи проходят через верхнее защитное стекло и нагревают поглотитель. Тепло сохраняется внутри панели и греет теплообменные трубки, в которых происходит циркуляция теплоносителя. Плоские коллекторы надо размещать под углом 90 градусов к падающим солнечным лучам.
  2. Вакуумный коллектор. Содержит определенное количество коаксиальных или перьевых трубок. Первые по строению напоминают термос. Каждая коаксиальная трубка состоит из двух герметично спаянных между собой колб. Между их стенками вакуум и поглощающий слой. Перьевая трубка – это одна колба с толстыми стенками. Внутри тепловой канал с пластиной из абсорбирующего материала и вакуум.
  3. Воздушный. Состоит из двух пластин. Между ними по лабиринту проходит воздух и нагревается. Потом он через отверстие в стене попадает в помещение. устройство может работать с вентилятором, насосом и автономно.
  4. Концентратор. Многофункциональное оборудование, состоящее из комплекса устройств.

Виды­

Есть несколько вариантов оборудования. Принцип работы каждого типа отличается. Чтобы понять, какой из них лучше использовать, нужно принять во внимание огромное количество параметров: климатические особенности региона, цели (только отопление или использование горячей воды), размер помещения и многое другое. Чтобы определиться было немного проще, изучите самые популярные варианты установок.

Плоский

Такое оборудование считается самым эффективным. Описание одного из вариантов:

  • название модели: Kyrazis Energy Evo 2.5;
  • цена: 17800 рублей;
  • характеристики: для горячего водоснабжения, поддержки отопления, подогрева бассейна, площадь абсорбции 2,3 кв. м, , абсорбер – алюминиевый лист с селективным покрытием на медном трубопроводе, монтируется на фасад, скатную кровлю, другие плоские поверхности;
  • плюсы: надежно защищен от града, сильного снегопада и ветра, длительный срок службы, дешево стоит;
  • минусы: сложно монтируется.

Отопление от солнечных коллекторов плоского типа очень популярно. Людям, которых интересует эта тема, может понравиться следующая установка:

  • название модели: Hummel FKHE 2.5 MS;
  • цена: 46920 р.;
  • характеристики: площадь абсорбции 2,3 кв. м, высокоселективное специальное покрытие BlueTec на алюминиевой пластине, КПД 80,7%;
  • плюсы: улучшенная теплоизоляция для эффективной эксплуатации в холодных регионах в течение всего года, надежный, рассчитан на большие нагрузки снега и ветра, высокая производительности при минимальной площади оборудования, легкий вес;
  • минусы: маленький гарантийный период.

В продаже есть еще один плоский коллектор, покупку которого стоит рассматривать. Краткие сведения:

  • название модели: Huch Entec FKF 240-V/H Al/Cu;
  • цена: 48690 р.;
  • характеристики: площадь абсорбции 2,15 кв. м, преобразует солнечную энергию в тепловую, может устанавливаться горизонтально и вертикально;
  • плюсы: производительный даже при низкой освещенности, эффективная абсорбционная пластина, есть система защиты от высоких температур теплоносителя, дополнительное насосное оборудование устанавливать не нужно;
  • минусы: дорого стоит.

Воздушный

У установок такого типа не хватает тепловой мощности на полноценный обогрев помещения, но они очень просты в обслуживании. Описание варианта:

  • название модели: Solar Fox VSF-2 w;
  • цена: 25400 р.;
  • характеристики: воздушный, для монтажа на стену, расчетная площадь до 50 кв. м, в комплекте выключатель;
  • плюсы: качественный, простой в эксплуатации;
  • минусы: перестает работать в ночное время и при сильной облачности.

Следующий коллектор подойдет для тех помещений, которые нужно вентилировать при отсутствии отопления. Краткие сведения:

  • название модели: Solar Fox VSF-4;
  • цена: 40100 р.;
  • характеристики: воздушный, работает без давления, для круглогодичного использования, горизонтальный монтаж, для устранения влажности и посторонних запахов из неотапливаемого здания;
  • плюсы: работает полностью автономно, обеспечивает естественную приточную вентиляцию, препятствует образованию плесени, просто монтируется, безопасен в применении, затраты на эксплуатацию отсутствуют;
  • минусы: высокая стоимость.

Коллектор, информация о котором будет представлена ниже, поможет вам сильно сократить расходы на отопление. Описание:

  • название модели: Solar Fox CSF-2;
  • цена: 24600 р.;
  • характеристики: воздушный, работает под давлением, для круглогодичного использования, горизонтальный монтаж, для помещений площадью до 50 кв. м;
  • плюсы: фильтрует и прогревает воздух, быстро окупается, существенно снижает расходы на отопление;
  • минусы: дает маленькое повышение температуры.

Вакуумный

Системы, работающие на трубках со сжиженным пространством, пользуются огромной популярностью. Описание одного из вариантов:

  • название модели: ES 58-1800-30 R-5;
  • цена: 46100 р.;
  • характеристики: для отопления и горячего водоснабжения, преобразует солнечную энергию в тепловую в стеклянных вакуумных трубках с минимальной тепловой потерей;
  • плюсы: быстро нагревает воду, малогабаритный, может быть объединен с общей системой отопления, работает, даже если одна или несколько трубок сломаются, легко ремонтируется;
  • минусы: маленький гарантийный период.

Следующий трубчатый коллектор дорогой, но он очень надежный и не подведет вас. Описание:

  • название модели: Kairos VT 15 B Ariston;
  • цена: 84900 р.;
  • характеристики: установка на земле или плоской крыше вертикальным или горизонтальным способом;
  • плюсы: работает круглогодично, снижает нагрузку на общую систему отопления на 40-60%, эффективный, упрощенная конструкция гидравлических соединений, легко монтируется;
  • минусы: дорого стоит.

Ниже представлен коллектор отечественного производства. Краткие сведения о ней:

  • название модели: Я Solar VU-20;
  • цена: 33900 р.;
  • характеристики: трубы и теплообменник из мели, многослойное абсорбирующее покрытие, прозрачная вакуумная изоляция, алюминиевый корпус,
  • плюсы: улучшенная конструкция, надежный, эффективный, нет минимальной температуры начала работы, любое положение монтажа;
  • минусы: сложен в уходе.

Водяной

Такие установки имеют накопительный бак для теплой воды и чем-то напоминают бойлер. Сведения об одном из вариантов:

  • название модели: Alpha Therm-150;
  • цена: 69000 р.;
  • характеристики: плоский, для круглогодичной эксплуатации, объем бака для воды 150 л, основные элементы изготовлены из стали и термозакаленного призматического стекла;
  • плюсы: долговечный, практичный, эффективный;
  • минусы: дорогой.

У следующего коллектора бак для воды небольшого объема, но этого хватает на основные нужды. Описание:

  • название модели: Солнечный водонагреватель Sapun CPS-100 нержавеющая сталь;
  • цена: 35490 р.;
  • характеристики: вакуумный коллектор, для сезонного применения, угол наклона рамы 45 градусов, объем бака 100 л, 12 вакуумных трубок, рекомендуется использовать весной, летом и осенью;
  • плюсы: компактная солнечная гелиоустановка, колбы из двойного стекла с медным стержнем, может использоваться самостоятельно или в комбинации с дополнительным источником нагрева;
  • минусы: не применяется зимой в регионах с холодным климатом.

Этот солнечный коллектор для нагрева воды имеет большой бак. Краткие сведения об оборудовании:

  • название модели: Sapun CPS-250;
  • цена: 75960 р.;
  • характеристики: вакуумный, для сезонного использования, объем бака 250 л, со встроенным напорным баком, угол наклона рамы 45 градусов, емкость из пищевой нержавеющей стали;
  • плюсы: компактный, выполнен по инновационной технологии, длительный срок службы;
  • минусы: не используется зимой, дорого стоит.

Как выбрать

Оборудование дорогостоящее, поэтому к покупке нужно отнестись очень ответственно. Коллектор можно взять в специализированной точке продаж или заказать в интернет-магазине с доставкой по почте из Москвы, Санкт-Петербурга, других городов. На такие устройства производители часто делают скидки, объявляют распродажи и акции, благодаря которым вы сможете немножко сэкономить. Советы по выбору коллектора:

  1. Плоские установки прочнее, но их ремонт и обслуживание обходятся дорого.
  2. Вакуумное оборудование чувствительно к внешним воздействиям. Эффективность их работы зависит от диаметра и длины трубок. Такие коллекторы быстро выходят из строя, они хрупкие. Зато ремонт состоит в том, чтобы заменить вышедшую из строя колбу, а это недорого и не слишком хлопотно.
  3. Воздушный коллектор прост в уходе и эксплуатации, долговечен, но хуже остальных прогревает помещение.
  4. Устройства с низким сбережением температур не рекомендуется использовать в холодное время года, когда на улице морозы.

Видео

Отзывы

При строительстве дачного дома задумался о том, что не помешает дополнительный источник отопления. После долгих размышлений выбор пал на солнечный гелиоколлектор плоского типа. Оборудование дорогое, но денег своих стоит. Работает в общей системе отопления. Расходы сократились приблизительно на 40%, конкретная цифра зависит от погоды.

В нашем загородном доме всегда тепло, но счета выходят очень большими. Попробовал решить проблему, установив несколько солнечных гелиоколлекторов вакуумного типа. Проектирование системы и само оборудование стоит дорого, но я доволен. За два года использования окупилась уже большая часть затраченных нами средств.

Для экономии муж предложил купить солнечный коллектор для отопления дома. Я сомневалась, но решила согласиться. Выбрали вакуумные коллекторы с водяным баком на 150 литров. Мне очень нравится, что расходы на отопление сейчас сократились. За три года использования пришлось сменить одну вакуумную трубку, но это обошлось недорого.

Нашли в тексте ошибку? Выделите её, нажмите Ctrl + Enter и мы всё исправим!

Источник: sovets.net


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.