Тверской Городской Форум

Статьи, обзоры и общение

Отопление от солнечных коллекторов

Эффективность гелиосистем зимой

В холодное время года счета за коммунальные услуги возрастают, как минимум, в два раза. Больше энергии, и соответственно, денежных средств, уходит на поддержание тепла в квартире, доме, офисе и любом промышленном помещении. При этом батареи часто оказываются еле теплыми, а температура в помещении не обеспечивает комфорт и безопасное для здоровья проживание. Работа установки зимой позволяет значительно снизить расходы на отопление и использование горячей воды.
Количество тепла, которое вырабатывается в холодное время года, зависит от множества факторов, например:
— общая эффективная площадь поглощения коллекторов;
— угол наклона коллекторов;
— географическое расположение и особенности климата.
Количество осадков и число пасмурных дней непосредственно влияют на работу и эффективность солнечных коллекторов зимой. Только учитывая вышеуказанные факторы, можно собрать необходимую гелиоколлекторную установку, которая максимально удовлетворит потребность в тепле и горячей воде.

>Солнечный коллектор для отопления дома

Изучая отзывы на солнечные коллекторы зимой, можно с уверенностью сказать, что подбор и расчет оборудования стоит доверить профессионалам DUALEX.

Особенность эксплуатации солнечных коллекторов зимой

Чудес не бывает — в холодное время года, когда температура окружающей среды падает ниже 0°C, а погода не так часто радует солнечными деньками, снижается и производительность коллекторов. Поэтому подбирая такую установку необходимо сразу учитывать возможность эксплуатации и отопления дома солнечными коллекторами зимой в период минимальной активности солнца.
При отрицательной температуре вакуумные коллектора продолжают успешно работать. Это объясняется следующими факторами:
1. Цилиндрическая форма трубок позволяет улавливать лучи под разным градусом. Это означает, что коллектор работает и с утра, и на закате дня, независимо от того, попадают ли прямые солнечные лучи на него под 90о или нет. Работают они и в пасмурную погоду – коллектор улавливает рассеянные лучи Солнца.
2. Значительно меньшие теплопотери (по сравнению с плоскими коллекторами). Более 92% полученной энергии преобразовывается и направляется в контур отопительной системы. При этом работать солнечный коллектор зимой может в условиях до -35°C.
3. Установка под оптимальным углом наклона способствует как повышению КПД, так и, при значительных осадках зимой, влияет на самоочищение коллектора. Снег буквально сползает с трубок, оставляя их поверхность чистой.
Чтобы солнечный коллектор зимой работал максимально эффективно, все расчеты, подбор оборудования, установку и подключение системы стоит доверить специалистам DUALEX.

Бесплатное тепло зимой: миф или реальность?

Вакуумные солнечные системы, обладающие наиболее высоким КПД, позволяют пользоваться горячей водой и теплом круглогодично, не тратя на это семейный бюджет. В холодное время года, если мощности установки недостаточно для полного обеспечения потребности в горячей воде, на помощь такой системе приходит возможность подогревать воду в баках ТЭНами. Однако и в таком случае использование гелиосистемы дает существенную экономию средств.
Приобретение качественной установки – отличная инвестиция в собственное будущее. Главное – правильно рассчитать мощность и учитывать особенности при монтаже системы, зная, как работает солнечный коллектор зимой.
Установки других типов (к примеру, достаточно распространенные плоские панели), являясь более бюджетными вариантами, не обеспечивают нормальную подачу тепла в холодное время. Особенно обманчиво использование самодельного солнечного коллектора зимой. Его мощности недостаточно для работы в пасмурные дни, не говоря уже об отрицательных температурах.
Отсутствие вакуума (в отличие от качественных заводских установок) вызывает значительные теплопотери, снижая эффективность работы такого устройства зимой. При отрицательной температуре вода, используемая в качестве теплоносителя, в самодельных коллекторах замерзает, делая дальнейшее использование установки невозможным. Солнечный коллектор зимой, созданный своими руками, обеспечивает невысокую эффективность и в случае, когда вместо воды используется антифриз.
Изучить поведение такой установки в течение определенного времени можно, исследуя солнечный коллектор на видео зимой. Такой инструмент позволяет точно понять, как быстро с гелиосистемы сходит снег, посчитать количество дней в сезон, когда работа коллектора практически невозможна из-за осадков, что в сочетании с исследованием колебания температуры позволит оценить эффективность и возможность использования в холодную пору.
Таким образом, эксплуатация гелиоустановки зимой позволяет снизить нагрузку на отопительную систему, уменьшить расход газа, электричества и других источников энергии, дает возможность обогревать помещение и пользоваться горячей водой без значительных затрат на оплату коммунальных платежей. Солнечный коллектор зимой – экономное и экологичное средство отопления!

Истощение природных ресурсов приводит к увеличению цен на газ и электроэнергию. Поэтому уже в ближайшее время актуален переход на использование альтернативной энергии, например энергии солнца.

Предлагаю описание варианта солнечного нагревателя и использования солнечной энергии для нагрева воды, например на даче или в частном доме.

Солнечный водонагреватель

Многие дачники или жители частного дома пользуются душем, у которого вода нагревается солнечной энергией в металлической ёмкости на душе. Недостатки такой простейшей конструкции очевидны. Температура воды из такой ёмкости полностью зависит от погоды и значительно меняется в течение суток. Кроме того, надо следить за уровнем воды в баке.

У предлагаемой солнечной нагревательной установки эти недостатки проявляются в меньшей степени, а поэтому она удобнее и использовании.

Чтобы увеличить скорость нагрева воды и её температуру используется дополнительный нагревательный коллектор. А для сохранения накопленного тепла используется теплоизоляция накопительного бака и нагревательного коллектора. Это позволяет иметь тёплую воду в довольно прохладную погоду, даже если солнце светило недолго. Вода в бак поступает через постоянно открытые краны 10, 3, и поэтому не требуется следить за доливкой воды. Выход нагретой воды через краны 4 и 7, а для душа и 9.(см. рис.)

Нагретая вода как более лёгкая из нагревательного коллектора поднимается в верхнюю часть накопительного бака. Её место занимает более холодная из нижней части бака. Нагревательный коллектор должен располагаться несколько ниже бака, тогда в нагреватель поступает более холодная вода.
Конструкция бака накопителя представляет собой металлическую ёмкость произвольной, но лучше прямоугольной формы. Эта внутренняя ёмкость вставляется в наружный корпус и ставится на кирпичи или деревянные бруски. Наружный корпус металлический или деревянный. После монтажа труб промежуток между корпусами заполняется теплоизолятором. Это может быть монтажная пена, пенопласт, стекловата или другой материал.

Хороший вариант корпуса нагревательного коллектора можно изготовить по технологии современных стеклопакетов для оконных рам с дополнительной теплоизоляцией. Или корпус может быть изготовлен по технологии изготовления бака, но верхняя часть должна быть застеклена. К внутреннему металлическому корпусу нагревательного коллектора на хомутах крепятся трубы желательно прямоугольного сечения, по которым при нагреве циркулирует вода. Внутренний металлический корпус и трубы для лучшего нагрева солнечным излучением окрашены в чёрный цвет. Поэтому солнечные лучи нагревают всю металлическую внутреннюю площадь нагревательного коллектора. Трубы прямоугольного сечения имеют большую площадь соприкосновения с чёрным металлическим листом внизу, поэтому быстрее нагреваются и отдают тепло воде. Благодаря остеклению тепло не рассеивается, нагревательная способность устройства увеличивается и можно достичь высокой температуры нагрева воды. Можно получать нагретую воду в прохладную погоду даже в начале весны и до поздней осени. Коллектор должен располагаться под наклоном в южную сторону.

Отбор нагретой воды из верхней части бака имеет существенное преимущество по сравнению с отбором снизу. При кратковременном появлении солнца в пасмурную погоду вода успевает нагреваться только в верхней части бака, а в нижней части остаётся холодной. Поэтому от этой конструкции можно получить заметно больше нагретой воды.

Летом температура нагретой воды может быть довольно высокой, поэтому для душа лучше пользоваться ею через кран смеситель, смешивая её до нужной температуры с холодной водопроводной водой.
Размеры бака и коллектора не критичны. Чем больше бак, тем больше можно накопить воды, а чем больше коллектор, тем больше скорость нагрева и температура воды в баке. Мощность солнечного излучения в летний полдень достигает 1000 ват на каждый квадратный метр площади нагревательного коллектора, а зимой в десять раз меньше. Чёрная внутренняя поверхность коллектора имеет небольшую отражательную способность и 80% — 90% тепловой энергии передаётся коллектору. Небольшая часть солнечной энергии отражается стеклом и поглощается им при загрязнении.

Ориентировочно для бака ёмкостью 0,5м3 достаточно коллектора площадью 2-3м2 и общей длиной труб в коллекторе 15-20м прямоугольного сечения 40мм * 60мм. Диаметр труб соединяющих коллектор с баком не меньше одного дюйма.

При хорошей термоизоляции вода будет нагреваться в солнечную погоду и при минусовой температуре окружающего воздуха, но при сильных длительных морозах и пасмурной погоде вода в коллекторе может замёрзнуть и произойти авария. Можно применить системы автоматического контроля и электроподогрева коллектора, но лучше на зимний период слить воду из коллектора и бака. Тогда можно пользоваться обычной газовой колонкой помимо бака через кран 5. Как заполнять систему и сливать воду из коллектора легко разобраться по рисунку.

Чтобы не беспокоиться о своевременном сливе воды из нагревателя при неожиданных заморозках и получать некоторое количество тёплой воды даже зимой можно несколько усовершенствовать солнечную нагревательную установку. Поскольку количество солнечной тепловой энергии и светлого времени зимой меньше, а тепловые потери больше, то необходимо увеличить площадь нагревательного коллектора, применять хорошую теплоизоляцию и двойное остекление. В накопительном баке вход и выход коллектора соединить теплообменником в виде спирали из труб. Нагревательный коллектор и теплообменник заполняются антифризом, тосолом, или другой незамерзающей в данной местности жидкостью. При наличии в баке теплообменника обязательно установить расширительный бачок для незамерзающей жидкости. При использовании солнечного нагревателя в холодную погоду, чтобы меньше охлаждалась вода в баке нужно увеличить разность по высоте нагревательного коллектора и бака.

Нагревательная установка находится под давлением воды в системе но при качественном изготовлении может служить многие годы. Для защиты от неожиданных протечек можно предусмотреть под установкой металлический лист с загнутыми краями и стоком воды наружу. В случае кратковременных перебоев с водой частично может помочь обратный обратный клапан в трубе подачи воды. Но многие последние усовершенствования не обязательны.

Нагретая вода собирается, прежде всего, в верхней части бака, поэтому предусмотрен отбор воды из верхней части бака, что позволяет использовать даже короткие прояснения при пасмурной погоде. Для бесперебойного обеспечения нагретой водой в любое время и в любом количестве предусмотрена возможность совместной работы солнечного водонагревателя и газовой колонки или электроводонагревателя, например, в баке-накопителе.

Особенно удобно использовать газовую колонку или электрический водонагреватель после бака накопителя с автоматической регулировкой температуры. Тогда даже небольшой нагрев воды в солнечном коллекторе, например, в межсезонье или в зимний период, уменьшит расход основного энергоносителя в виде электричества или газа. При регулярном использовании нагретой воды солнечная энергия как альтернативная энергетика может быть рентабельной уже сейчас.

Количество энергии Солнца падающей в течение 1 сек. на площадку в 1 м² поставленную на границе атмосферы перпендикулярно солнечным лучам, называют солнечной постоянной равной примерно 1400 Вт/м² или 2,0 кал/см²*мин. На поверхности Земли после прохода через атмосферу энергия уменьшается и для расчётов обычно принимается 1000 Вт/м².

Расчёт экономической эффективности солнечной нагревательной установки.

Количество теплоты воспринимаемой солнечным водоподогревателем вычисляется по выражению:
Qт.с.р = Fпан Dср Вот, Вт
где Fпан — поверхность тепловоспринимающей панели коллектора, м2;
Dср — суммарный удельный поток на поверхность Вт/м2;
Вот — отражающая величина теплоотражающей панели

Удельный тепловой поток солнечной радиации Dср зависит от географического места расположения объекта применения солнечного теплоприёмника.
В таблице приведены данные суточного изменения удельного теплового потока солнечной радиации при наклоне под углом 460 к горизонту поверхности теплоприёмника на широте 560 с.ш. при наклоне к горизонту теплоприёмника под углом 460 при южной ориентации (Москва — Казань — Курган — Красноярск — Братск)

Дата замеров по месяцам

21.01 21.02 21.03 21.04 21.05

Суммарная дневная радиация

2938 5154 6508 7185 7474

При вертикальном расположении оконного остекления удельный тепловой поток примерно на 25% будет меньше данных в таблице.

ПРИМЕР расчета к практическому применению альтернативного нагревателя воды:

В подмосковном коттедже устроена система горячего водоснабжения от теплоты солнечной радиации. Применяемые солнечные коллектора имеют поверхность 1 м2 и коэффициент отражения Вот = 0,68.
Требуется: определить количество нагретой воды в трёх коллекторах, установленных на крыше коттеджа с южной ориентацией под углом 460 к горизонту.
Решение: По формуле вычисляем количество теплоты солнечной радиации в дневное время, поступающей на три коллектора.
В апреле количество поступающей в дневные часы теплоты солнечной радиации:
Qт.с.р.4 = 3 * 7185 * 0,68 = 14657,4 Вт*ч/сут.
Температура водопроводной воды в апреле tх.вод. = 120С, определяем количество нагретой за сутки воды для системы ГВС:
Qг.в.4 = Qт.с.р.4 * 3,6/Сw(tг.в.4 — tх.в.4) = 14657,4 * 3,6/4,2 * (50 — 12) = 261,7 кг/сут.
В мае при температуре водопроводной воды в 160С количество нагретой воды составит 297 кг/сут.
Соответственно в июне при температуре водопроводной воды 180С, количество нагретой воды составит 313 кг/сут. опубликовано econet.ru

Сергей Южный

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Солнечный коллектор зимой (СК)

Возведение так называемых «экодомов» с использованием гелиосистем становится все популярнее, и данная технология медленно, но верно переходит из разряда технических новинок в категорию дорогостоящих, но эффективных альтернативных источников энергии.

Схема подключения солнечного коллектора.

Что же представляет из себя гелиосистема и насколько выгодно ее использование для отопления дома зимой? Если вспомнить законы физики, то всем известно, что солнечные лучи сильнее концентрируются на темных поверхностях и гораздо интенсивнее их нагревают, в отличие от светлых. В народе испокон веков научились применять эту особенность отдачи солнечной энергии, и фактически примитивные гелиосистемы используются повсеместно при устройстве парников, теплиц, летних душевых и так далее.

Возникает естественный вопрос: почему, если солнечная энергия так эффективна, отрасль этой технологии начала развиваться лишь недавно и не вводится в эксплуатацию повсеместно? Ответ на данный вопрос неоднозначен. Большое значение имеет расположение, часовой пояс, длина светового дня, ну, и банальная зависимость от погоды.

Схема плоского солнечного коллектора.

А потому использование гелиосистем в средней полосе не отличается высокой эффективностью, такой как в Средиземноморье, где данная технология введена в обиход повсеместно и практически сократила расходы электроэнергии в два раза.

В условиях короткого светового дня солнечный коллектор целесообразно использовать как дополнительный источник энергии, и говорить о полном переходе на солнечные батареи для генерации тепла пока еще рано. Но тем не менее, исследования в этой области набирают обороты и в силу истощения природных ресурсов становятся все более актуальны. А потому данная технология развивается, совершенствуется и занимает все более обширную нишу в индустрии отопления и энергообеспечения.

Устройство и область применения в быту

Солнечный коллектор в силу своей весьма недешевой стоимости прежде всего призван сократить расходы на отопление дома зимой.

Как дополнительный источник тепла гелиосистема способна снизить затраты на отопление вдвое, что весьма существенно.

Коллектор вырабатывает в среднем 600-800 кВт/ч на 1 кв.м своей площади покрытия в год. Это составляет около 40-60% потребности дома в тепле. А это значит, что солнечными гелиосистемами зимой вполне реально отопить треть жилой площади.

Фактически коллектор применяется по принципу бытового водонагревателя с нагревом в системе отопления воды или антифриза. Вся система нагрева построена на генерировании солнечной энергии на нагревательный элемент, а именно на сам солнечный коллектор, который представляет из себя панель для сбора солнечной энергии размером в несколько квадратных метров. Плоский коллектор абсорбирует солнечное излучение и переносит его на теплообменник, через который материал-носитель (вода, антифриз, воздух) циркулирует по системе отопления. Данная система используется для отопления и для нужд горячего водоснабжения дома.

Схема вакуумного солнечного коллектора.

Современные экосистемы совмещают в себе использование солнечной энергии и электричества для более эффективного функционирования всей системы в целом. К примеру, при низкой солнечной активности зимой вся собранная энергия подается на нагрев системы отопления дома, а циркуляция осуществляется при помощи электричества, что позволяет при минимальных дополнительных энергозатратах запустить на полную мощность всю гелиоустановку. Такая технология называется принудительной циркуляцией и используется, как правило, в крупных гелиосистемах.

Если рассчитать соотношение затрат по установке и обслуживанию солнечного коллектора для отопления дома и конечную окупаемость, то этот период предусматривает от двух до пяти лет. С учетом долговременной эксплуатации можно рассчитать, что окупаемость в конечном счете очень высока. Период окупаемости затрат напрямую зависит от погодных условий и может колебаться в ту или иную сторону. И если уж говорить о ежегодном стабильном повышении цен на тепловую энергию, то установку солнечного коллектора для дома можно считать очень выгодным вложением средств для дальнейшей экономии бюджета.

Плюсы и минусы гелиосистемы

Схема работы гелиосистемы.

Если рассматривать в отдельности все положительные моменты использования гелиоустановки, то можно выделить несколько основных факторов. Прежде всего экологичность. Дома с использованием системы солнечной энергии не зря получили название «экодомов». Коллектор, накапливающий энергию солнечного излучения, абсолютно безопасен для окружающей среды. В силу отсутствия технологии горения или отработки, присущих всем прочим источникам генерации тепла, гелиосистема не производит никаких отходов производства и выбросов в атмосферу, что делает эту систему безопасной и экологически чистой.

Следующим положительным фактором можно считать экономичность данной установки. При крупных начальных затратах на ее приобретение и монтаж, самоокупаемость происходит в течение нескольких лет, а далее вся система целиком направлена на сохранение затрачиваемых средств на отопление. С учетом необходимости постоянного потребления довольно дорогостоящих ресурсов для теплоснабжения (уголь, газ), солнечная энергия бесплатна и не подвержена тарификации.

И самый главный плюс — возможность круглогодичного использования данного источника энергии, при условии хотя бы минимального солнечного освещения. Даже сквозь тучи в пасмурные дни и в зимнее время к поверхности земли доходит до 70% излучения, а значит, использование солнечного коллектора при правильном монтаже оптимально в любое время года, пусть и с меньшей теплоотдачей.

Ну и, конечно, следует не забывать об отрицательных моментах данной экосистемы. Самое главное — это высокая себестоимость установки гелиосистемы. Различные варианты коллекторов в продаже по цене доходят до 10000 у.е., в зависимости от производителя и комплекта всей гелиоустановки. К этому стоит прибавить стоимость монтажа, что также тянет на весьма серьезную сумму.

А потому на сегодняшний день установка гелиосистемы все еще остается дорогостоящей и эксклюзивной технологией, пока что малодоступной обычным обывателям.

Солнечный коллектор для отопления дома
Все чаще домовладельцы задумываются о возможности использовать солнечный коллектор для отопления зимой. Каковы плюсы и минусы этой технологии и насколько она эффективна?

Использование “зеленой” энергии, поставляемой природными стихиями, позволяет существенно сокращать коммунальные расходы. К примеру, устроив солнечное отопление частного дома, вы будете снабжать фактически бесплатным теплоносителем низкотемпературные радиаторы и системы теплых полов. Согласитесь, это уже экономия.

Все о “зеленых технологиях” вы узнаете из предложенной нами статьи. С нашей помощью вы запросто разберетесь в разновидностях солнечных установок, способах их устройства и специфике эксплуатации. Наверняка заинтересуетесь одним из популярных вариантов, интенсивно работающих в мире, но не слишком пока востребованных у нас.

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

“Зеленые” технологии получения тепла

В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года.

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

Современные гелиосистемы способны эффективно работать в пасмурную и холодную погоду до -30°С

Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи. Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.

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

Галерея изображений

Фото из

Солнечные коллекторы — основные поставщики подготовленного к использованию теплоносителя в системы отопления загородных домов

Коллектор представляет собой систему трубок, незакрытых или закрытых темной, усиливающей эффект поглощения солнечных лучей поверхностью

Трубки открытых солнечных приборов изнутри покрыты составом, привлекающим к себе солнечные лучи и усиливающим действие

Трубчатые разновидности коллекторов применяются в подогреве всех видов теплоносителей, задействованных в системах отопления

В наших широтах тепла, поступающего в результате переработки солнечной энергии, недостаточно для полноценной работы отопления. Повысить производительность поможет концентрическая форма и крупногабаритная лупа

Модификации солнечных коллекторов, позволяющие привлечь наибольшее количество солнечных лучей, выпускаются в виде вогнутых концентраторов с зеркальным отражателем

Модели, используемые для получения переработанной солнечной энергии в больших масштабах, оснащают устройствами «слежения» за движением солнца

Усиливают производительность системы не только с помощью изменения формы и использования устройств движения.

В основном повышают, увеличивая приемную площадь

Солнечный коллектор на крыше дома

Прибор с поглощающей поверхностью

Открытый вакуумный солнечный коллектор

Для воздушного и парового отопления

Линза для повышения производительности прибора

Коллектор концентратор с отражателем

Промышленная модель с устройством движения

Мощная группа коллекторов-концентраторов

Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты. Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.

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

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

Эффективное использование энергии солнца

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

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

Эффективность солнечного отопления в наших широтах довольно низка, что объясняется недостаточным количеством солнечных дней для регулярной работы системы (+)

Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году. Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

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

Существенный недостаток отопления, основанного на применении солнечных коллекторов, заключается в отсутствии возможности накапливать тепловую энергию.

Эффективность солнечных коллекторов в зимнее время

В схему включен только расширительный бак (+)

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель.

В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.

Солнечные коллекторы открытого типа не способны справиться с отоплением частного дома. Из-за отсутствия изоляции теплоноситель быстро остывает. Их используют в летнее время в основном для нагрева воды в душевых или бассейнах

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

Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД. Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых.

Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.

Самый простой солнечный коллектор с теплоприемником, сделанным из бухты полимерных труб, обеспечит поставку подогретой воды на даче для полива и бытовых нужд

Трубчатые коллекторные разновидности

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

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

Трубчатый коллектор имеет модульную структуру. Основным элементом является вакуумная трубка, количество трубок варьируется от 18 до 30, что позволяет точно подобрать мощность системы

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

Специальное многослойное покрытие создает своего рода оптическую ловушку для солнечных лучей. На схеме частично показана внешняя стенка вакуумной колбы отражающая лучи на стенки внутренней колбы (+)

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

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

При цилиндрической форме трубки солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

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

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

Свое название система получила от перьевого абсорбера, который плотно обхватывает тепловой канал из теплопроводящего металла

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

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe). Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Поскольку легкоиспаряющаяся жидкость естественным образом стекает на дно термотрубки, минимальный угол наклона составляет 20° С

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

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении. В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

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

При прямоточном подключении давление в системе не может быть высоким, так как внутри колбы технический вакуум

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель. Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

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

Достоинства:

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

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность.

Обладает следующими недостатками:

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

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

Трубчатые коллекторы относятся к гелиоустановкам открытого типа, потому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления (+)

Плоские закрытые системы

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

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

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

Плоские солнечные коллекторы отличаются максимальной производительностью и простой конструкцией. КПД их увеличен за счет применения абсорбера. Они способны улавливать рассеянное и прямое солнечное излучение

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

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

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

К недостаткам можно отнести:

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

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

Желающим сделать солнечный коллектор собственными руками для устройства отопления на даче предлагаем ознакомиться с проверенными на практике схемами и пошаговыми инструкциями по сборке.

Способы подключения к системе отопления

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

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

Схема с водяным коллектором

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

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

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

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

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор. Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

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

Чтобы ночью коллектор не превратился в радиатор охлаждения необходимо прекращать циркуляцию воды принудительно

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

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй – на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора.

Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе. В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Новым словом и эффективной альтернативой солнечным коллекторам с теплоносителем стали системы с вакуумными трубками, с принципом действия и устройства которых мы предлагаем ознакомиться.

Схема с солнечной батареей

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

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *