Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Солнечный коллектор — горячее водоснабжение и отопление». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
Основное условие для работы коллектора – открытое пространство, куда в любое время года свободно попадают прямые солнечные лучи. Устройство устанавливают на территориях частных домов, где нет тени от других построек и деревьев. Чаще светочувствительные пластины крепятся на крыше здания.
Как рассчитать площадь коллектора
Площадь рабочей поверхности системы рассчитывают, учитывая ее вид и особенности расположения. Следует помнить, что КПД коллектора зависит от температурного режима и количества солнечной энергии.
Примерные значения для лета в России на 1 м²: до 160 кВт*ч в месяц, в остальное время – от 20 до 80 кВт*ч.
Для горячего водоснабжения потребуется приблизительно 100*1,16*30=3,48 кВт*ч. При этом 1,16 Вт*ч – это та энергия, которая понадобится для нагрева 1 кг воды на 1 °C.
Для регулирования выработки энергии в жаркую погоду используют тепловые насосы. Также летом конструкции накрывают плотным тентом, если генерируют много энергии. План установки и площадь светочувствительных элементов определяются индивидуально.
Что собой представляет солнечный коллектор и принцип его действия
Солнечный тепловой коллектор является техническим устройством, которое способно преобразовывать солнечную энергию в тепловую. Его применяют для получения горячей воды, которая в дальнейшем может быть использована для различных нужд. Главное отличие солнечных коллекторов от других вариантов аналогичной техники заключается в принципе изменения во время нагрева плотности воды. Холодные массы вытесняют наверх нагретый водяной поток, благодаря чему нет необходимости в использовании дополнительного насосного оборудования.
Принцип работы устройства состоит в следующем. Солнечная энергия абсорбируется в приемном устройстве, в качестве которого можно использовать медные или стеклянные поверхности темного или черного цвета. Такие материалы характеризуются хорошей способностью поглощения энергии.
Солнечные нагреватели воды удобно располагать на крыше, где много места и куда попадает максимальное количество солнечного света. Здесь такие устройства не занимают полезное пространство и никому не мешают. Далее тепло из накопителя переносится в бак с теплоносителем. Это может быть вода, антифриз или другая жидкость, которая используется в системе отопления.
Обвязка и дополнительные устройства
Наиболее интересная техническая задача при монтаже солнечного коллектора — взаимосвязать его с прочими сантехническими системами и обеспечить корректную работу, решив при этом ряд детских болезней гелиоустановки. Наиболее просто выполняется подключение при внешнем расположении аккумулятора: к его нижнему патрубку подводится холодная вода, от верхнего ведётся забор горячей, перемещение жидкости выполняется под рабочим давлением водопроводной системы.
Подключение внутреннего аккумулятора к манифольду коллектора выполняется двумя параллельными трубками, при этом в разрыв холодной устанавливается циркуляционный насос с мокрым ротором и специальной гидравлической схемой для гелиосистем. Паспортом насоса должна быть предусмотрена возможность работы в системах с пропиленгликолем.
Изготавливаем водяной коллектор
Водонагреватель вакуумного типа сделать в домашних условиях не выйдет по понятным причинам. Поэтому беремся за плоскую конструкцию с теплообменником и собирающим солнечные лучи абсорбером. В идеале нужно рассчитать площадь приемника и температуру воды на выходе, зависящую от многих факторов:
- регион проживания и уровень инсоляции;
- температура окружающей среды, особенно в зимний период;
- площадь теплообменной поверхности, воспринимающей облучение солнцем;
- материал и покрытие змеевика;
- температура теплоносителя на входе;
- угол наклона панели по отношению к солнечным лучам;
- скорость течения воды по трубам теплообменника.
Монтаж и стоимость подключения гелиоколлектора специалистами
Установка солнечных коллекторов – дело трудоемкое. Если есть опыт в подобных работах, то можно сделать монтаж самостоятельно.
Перед установкой рекомендуется изучить инструкцию, почитать информацию на специализированных форумах. Монтаж популярных СК “Солтек” и Solar Fox можно посмотреть в специальном видео-инструктаже.
Монтаж солнечного коллектора и подключение его к водоснабжению можно заказать сертифицированным фирмам. Цена установки зависит от региона, минимальная сумма – 12 000 р. В смету входят наружные и внутренние работы.
Применение коллекторов для частичного или полного отопления и снабжения горячей водой – рациональное решение. Это экологически чистый и доступный способ получения энергии, который поможет сэкономить на оплате коммунальных услуг.
Способы использования солнечной энергии
Методы применения энергии небесного светила не относятся к инновационным технологиям, солнечное тепло используют давно и весьма успешно. Однако это касается, в основном, Австралии, некоторых стран Европы, Америки и южных регионов, где альтернативную энергию можно получать в течение всего года.
Некоторые северные области испытывают дефицит естественного излучения, поэтому его применяют в качестве дополнительного или запасного варианта.
Посредниками между солнечными лучами и образующим энергию механизмом являются солнечные батареи или коллекторы, которые отличаются и назначением, и конструкцией.
Батареи аккумулируют энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых электрических приборов. Они представляют собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать батарею самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно широк.
Гелиосистемы (солнечные коллекторы) являются частью отопительной системы дома. Большие теплоизолированные короба с теплоносителем, как и батареи, крепят на приподнятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.
Особенности выбора оборудования
Чтобы выбрать хороший солнечный коллектор для нагрева воды и обогрева, необходимо учесть такие параметры:
- Плоские модели отличаются повышенной прочностью, но поломка может испортить всю адсорбционную систему. Нагревают воду на 30-40 градусов теплее среды.
- Вакуумные модификации подвержены воздействию внешних факторов, а их полые трубки очень хрупкие. Отличаются эффективностью в зимний период.
- Воздушные модели конструктивно просты, не требуют обслуживания, способны работать при низких температурах. Степень прогрева меньше по сравнению с другими моделями.
- При покупке надо определиться с проектом системы и способом крепления.
- Вертикальный монтаж выгоден в регионах с большим количеством снега, но КПД при этом будет снижаться.
- Оптимальный способ монтажа – строго на юг или со смещением до 30 градусов.
- Номинальная мощность устройства задает выработку тепла при расположении солнца в зените.
- Для морозных периодов требуется оборудование с повышенным сохранением температурного режима.
Основное условие для работы коллектора – открытое пространство, куда в любое время года свободно попадают прямые солнечные лучи. Устройство устанавливают на территориях частных домов, где нет тени от других построек и деревьев. Чаще светочувствительные пластины крепятся на крыше здания.
Распространенный способ – установка нескольких пластин, так называемых «геополей». Для монтажа подходят как скатные, так и плоские крыши. Из-за большого веса коллектора его закрепляют на несущих конструкциях – балках, стропилах и т. д.
Устройства устанавливают на балконах или горизонтальных поверхностях фасада. Чтобы оно работало эффективнее, светочувствительные элементы в России располагают строго на южной стороне. При их отклонении на запад или восток коэффициент поглощения солнечных лучей снизится.
В Европе востребованными являются установки для отопления дома, производимые по чертежам Станислава Станилова – известного изобретателя и инженера из Болгарии. Собрать такой солнечный коллектор своими руками можете и вы, руководствуясь далее приведенной схемой выполнения работ:
- Берем деревянные доски сечением 12х2,5 (3) см, сколачиваем из них короб, усиливая дополнительно его днище брусками 5х3 см.
- Укладываем на дно получившегося ящика теплоизолирующий материал – минвату, пенополистирольные либо пенопластовые плиты, а сверху – лист жести или обыкновенного железа.
- Из стальных труб нужно будет сделать радиатор трубчатого типа (сварить между собой несколько трубных изделий) и установить его в короб.
- Тщательно фиксируем радиатор стальными трубными хомутами. замазываем щели и зазоры в ящике, герметизируем его.
- Внешние элементы конструкции окрашиваем в белый либо серебристый цвет (тем самым значительно уменьшаем тепловые потери), радиатор и дно короба – в черный цвет.
После этого нужно будет сделать тепловой накопитель и специальную аванкамеру. Функцию первого может выполнять любая герметичная емкость объемом 150–400 литров. Допускается брать несколько баков и соединять их между собой. Аванкамеру несложно сделать из сосуда (обязательно герметичного) объемом 40 и более литров. В нее следует поместить обычный шар-кран, используемый в сливном бачке унитаза. Он необходим для формирования небольшого, но постоянного давления в камере.
Разновидности солнечных водонагревателей
Помимо вышеназванных вакуумных и плоских водонагревателей есть также и другие более простые варианты, которые можно реализовать своими руками в домашних условиях. Из самых простых солнечных водонагревателей можно назвать простую бочку с водой на крыше летнего душа.
Солнечные водонагреватели можно подразделить в зависимости от напора воды на пассивные и активные. На пассивных моделях вода двигается под действием гравитации или конвекции. Эти нагреватели более дешёвые и их легче сделать своими руками, но их производительность небольшая. Активные водонагреватели имеют в своей конструкции электрический насос, контроллер, различные клапана.
Активные модели солнечных водонагревателей можно разделить:
- С закрытым контуром, где применяется антифриз. Могут функционировать при отрицательных температурах;
- С открытым контуром.
Бойлер косвенного нагрева и солнечный коллектор
Понятие «солнечные коллекторы» объединяет в себе несколько вариантов конструкций для домашнего пользования, но схема работы принципиально не отличается. Все коллекторы, «питающиеся» от Солнца, оснащены системой трубок, которые в зависимости от конструкции оборудования, могут быть смонтированы в виде змеевика или последовательно подключены к выходной и входной магистрали. В самих трубках циркулирует жидкостный теплоноситель для гелиосистем — вода, масло или антифриз. Поглощение и последующая аккумуляция тепловой энергии от Солнца осуществляются абсорберами. В техническом плане конструкция достаточно проста. Высокая стоимость таких установок обусловлена использованием дорогих материалов.
Солнечное оборудование для дома часто классифицируют по типу теплоносителя. Сегодня на мировом рынке можно встретить жидкостные и воздушные системы. Кроме этого, коллекторы разделяют по температурному режиму работы, то есть применяется классификация по максимальной температуре нагрева рабочих элементов. Выделяют следующие типы систем:
- низкотемпературные — теплоноситель для солнечных коллекторов разогревается до 50℃;
- среднетемпературные — температура циркулирующей жидкости не превышает 80℃;
- высокотемпературные — максимальная температура материала-теплоносителя может подниматься до 300 градусов.
Первые два варианта больше всего пригодны для домашнего использования, тогда как модели коллекторов с высокотемпературным режимом работы чаще применяют в производственной и промышленной отрасли хозяйства. Это обусловлено тем, что в высокотемпературных системах нагрева воды сам процесс трансформации солнечной энергии в тепло достаточно сложный. При этом такие гелиоустановки занимают большие площади. Не каждый собственник «дачной» недвижимости может позволить себе подобную роскошь.
В автономных системах обогрева и горячего водоснабжения обязательно нужно использовать накопительный бак для аккумуляции тепловой энергии. Связано это с тем, что распределение тепла, которое генерирует гелиоустановка, не пропорционально расходу энергии. Поэтому полученные ресурсы сначала аккумулируют в специальной емкости, а потом только потребляют по мере необходимости.
Данная схема используется преимущественно на малых площадях (например, для летнего душа), но вполне применима и для небольших строений — бани или дачного домика. Солнечный коллектор нужно установить ниже уровня накопительного бака не более, чем на 1 метр. Благодаря этому будет обеспечена естественная циркуляция жидкости в системе. Для соединения аккумулирующей емкости и коллектора желательно использовать трубы на ¾ дюйма.
Этот вариант подразумевает использование емкости косвенного нагрева, которая работает на твердом или «голубом» топливе. Поздней весной и летом котел можно отключать, поскольку воду будет нагревать коллектор. А вот зимой эффективность гелиосистем в северо-восточных регионах России не очень велика, так как интенсивность солнечного излучения минимальна. По этой причине коллектор используют в качестве источника дополнительного подогрева к отопительным системам.
Одним из главных факторов, влияющих на уровень производительности гелиосистем, является интенсивность солярной радиации, излучаемой Солнцем на протяжении светового дня. Кроме уровня инсоляции (количество полезного солнечного излучения на единицу площади), на производительность солнечного коллектора влияют и второстепенные факторы: номинальный объем теплоаккумулирующей емкости, материал теплообменника и площадь абсорберов. При выборе солнечного коллектора для дома обращайте внимание на технические характеристики: коэффициенты теплопотерь, параметры оптического КПД, а также апертурную и общую площадь гелиоустановки. Исходя из этих параметров, можно провести анализ эффективности работы и рассчитать максимально допустимую мощность. Если использовать тепловой насос и солнечный коллектор, то можно добиться высокой производительности круглый год.
По расчетам ученых солнечная энергия поступающая на землю, в год в 30 000 раз превышает энергопотребление всего населения планеты за год и намного больше всех запасов не возабновляеммых источников энергии на планете (нефть, газ, уголь и. т. д.)
Даже на севере нашей страны количество солнечной инсоляции составляет 550-1200 квт/ч на 1м2 поверхности земли в год. На юге нашей страны плотность солнечной инсоляции составляет 1400-1600 квт/ч на 1м2 в год.
Конечно человечество на протяжении тысяч лет использовало энергию Солнца и для нагрева воды в том числе, но эффективность этих действий была очень низкой. Но с развитием технологий эффективность использования солнечной энергии существенно возросла.
Сегодня использование энергии солнца для горячего водоснабжения и отопления -это не миф, а самая настоящая реальность. Купить солнечный водонагреватель (коллектор) сегодня может абсолютно любой и влюбое удобное время.
Современные системы, которые применяют солнечные коллекторы, дают возможность по разумной стоимости, справиться с решением следующих проблем:
- Обустройство горячего водоснабжения в загородном доме, коттедже, гостиннице, промышленном объекте.
- Осуществить полноценное или частичное отопление частного дома, коттеджа и. т. д.
- Осуществить подогрев бассейна.
- Осуществить подогрев теплиц.
- Использовать горячее водоснабжение для технологических нужд.
Гелиоколлектор – это функциональная конструкция, используемая для получения энергии. Ее фоточувствительные элементы поглощают свет для нагрева жидкости или воздуха внутри трубок.
Принцип работы солнечного коллектора (СК): лучи солнца нагревают пластины черного цвета, и энергия аккумулируется для бытовых нужд. Способ ее получения – экологически чистый и экономичный.
Выделяют следующие виды бытовых коллекторов:
- плоские;
- вакуумные;
- воздушные.
Расскажем подробнее о каждом из этих типов ниже.
Установка солнечных коллекторов
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.
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.
Бойлеры напольные, настенные, а так же комбинированные с теплообменником и встроенным тепловым нагревательным элементом. В отличии от ТЭНовых водонагревателей, где происходит прямой контакт с нагревателем, в бойлерах косвенного нагрева чаще всего встроен змеевик в виде трубы из нержавеющей стали. Принцип работы заключается в отдачи тепла от теплоносителя, движущегося по змеевику воде, которой заполнен бак.
За счет такой схемы работы, нагрев воды происходит значительно быстрее, чем с обычным ТЭНом, минимизируется образование накипи и бак значительно реже будет нуждаться в обслуживании.
В данной статье мы рассмотри схемы подключения бойлера косвенного нагрева:
- к газовому котлу настенному;
- к газовому котлу напольному;
- электрокотлу;
- к твердотопливному котлу.
Обычно, настенные газовые котлы укомплектованы встроенным циркуляционным насосом и клапаном, отвечающим за переключение между отоплением и контуром нагрева бойлера. В таком случае нет необходимости в дополнительной установке циркуляционного насоса или трехходового клапана. Достаточно подключить 2 трубы – подачу и обратку, докупить температурный датчик для бойлера и пользоваться полноценной системой.
Метод увеличения производительности
Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.
Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования
Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):
Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.
Как правильно установить коллектор
Гелиополе должно располагаться на незатенённой стороне: выходить на южную сторону или с расположением запад — восток. В случае, если такое расположение невозможно, в расчёты вносится поправочный коэффициент. Желательно также, чтобы поблизости от него не было высоких деревьев. Угол наклона коллекторов относительно горизонтальной поверхности выбирается согласно географической широте и климатическим условиям, оптимальный угол — в зависимости от сезона пикового использования. Если, например, проектировать гелиосистему для приготовления горячей воды в коттедже на побережье Чёрного моря с сезонностью май-сентябрь, данный угол будет составлять 20-25°. Но если возникает необходимость в поддержке отопления с помощью данной гелиосистемы, угол должен быть 40–45°.