Альтернативный способ отопления с помощью солнечного коллектора

Когда-то люди нагревали воду с помощью бочек, окрашенных в черный цвет, которые наполняли и, в течение дня, вода в них нагревалась на солнце до такой степени, что к вечеру можно было спокойно принимать душ. Эта нехитрая система послужила прототипом современной технике сбора солнечной энергии и преобразования ее в тепловую. Солнечный коллектор для отопления позволяет летом и зимой экономить до 50%.

ПРИНЦИП РАБОТЫ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ (СК)

 Различают несколько видов солнечных коллекторов:

  • вакуумные (трубчатые);
  • плоские;
  • воздушные.

В зависимости от вида коллектора процесс преобразования солнечной энергии в тепловую имеет свои особенности. Однако в любом случае солнечное излучение нагревает теплоноситель (воду, антифриз), протекающий в трубках. Далее уже нагретый теплоноситель попадает в остальные элементы системы и продолжает циркулировать. В плоских коллекторах для преобразования солнечной энергии в тепловую используется абсорбер – металлические пластины (медные и алюминиевые), посредством которых передается тепло теплоносителю. Вакуумные же представляют собой две трубки вложенные друг в друга, пространство между ними заполнено вакуумом, что позволяет снизить теплопотери. Внутри находится медная трубка, по которой  перемещается испаряющаяся жидкость. Тепло от стенок трубки к медной трубке передается посредством алюминиевого экрана. Затем тепло от вакуумных трубок передается в теплосборник. В воздушных коллекторах в качестве теплоносителя используется воздух, однако этот вид достаточно редкий и не встречается в наших странах.

Как выбрать солнечный коллектор для отопления дома: типы вакуумных трубок и качество воды

Подробности Опубликовано: 15:43

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Солнечная энергия Технологии Видео Статьи Своими руками Энергоэффективность Обогреватель Солнечный коллектор

  • Назад
  • Вперёд

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Смотрите еще интересные материалы:

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Принцип работы солнечных коллекторов

Немного физики

Солнце – источник тепла. Лучи небесного светила (видимые и невидимые) переносят большое количество энергии, поэтому ультрафиолетовое и инфракрасное излучение ещё называют радиацией. Свет, попадающий на предметы, «впитывается» материалами, молекулы в них начинают двигаться быстрее, поверхности нагреваются. Это явление и применяют в системах отопления солнечными коллекторами.

Перспективы отопления гелиосистемами в течение года

Объекты по-разному воспринимают солнечное облучение. Они могут быть прозрачными для одного вида радиации, собирающими для другого, и наоборот. Некоторые материалы одновременно впитывают и отражают солнечные лучи. Негладкие матовые поверхности чёрного цвета улавливают энергию интенсивнее, чем светлые, блестящие и гладкие. Больше лучей – больше потенциального тепла.

Как гелиосистема «снимает» и использует солнечную энергию

В отличие от фотоэлектрических панелей (солнечных батарей), гелиосистема не вырабатывает электроэнергию. Солнечные коллекторы для отопления дома сами греют теплоноситель, без вспомогательных электрических приборов. Горячий теплоноситель попадает в специальную ёмкость, где через теплообменник передаёт тепло воде из системы отопления (получается своеобразный первичный замкнутый контур с независимой циркуляцией носителя). Накопительный бак, в свою очередь, интегрируют в отопительную систему с твердотопливным, дизельным или электрическим котлом в качестве основного теплогенератора.

Принципиальное устройство воздушного солнечного коллектора

Есть модели, в которых теплоносителем выступает воздух, прокачиваемый вентиляторами по системе каналов в заданные зоны. Они не так продуктивны, как водяные, но пригодятся для отопления технических помещений, теплиц, подготовки воздуха системы вентиляции или сушки сельхозпродукции. Главное достоинство – всесезонность (нет жидкостей – нет проблем с их замерзанием).

Читайте также:  Для чего нужен коллектор в системе отопления?

Важно! Отопление от солнечных коллекторов – не единственный вариант применения солнечной энергии в быту. Тепло, «произведённое» гелиосистемой, используют для запитки контура ГВС, подготовки воды в бассейнах и других нужд.

Экономия использования солнечного коллектора очевидна

С помощью нехитрых математических вычислений, расчет показывает, что солнечные коллекторы для отопления действительно являются альтернативными источниками энергии, которые позволяют существенно сэкономить свои, заработанные кровью и потом, деньги.

Экономия использования солнечного коллектора очевидна

Системы имеют конструктивные отличия, а также отличается их КПД, но при этом и назначение их может быть разным. Кому-то достаточно нагреть немного воды для душа, а кто-то решится использовать гелиосистему для отопления и водоснабжения. Современные технологии позволяют подобрать каждому пользователю нужный солнечный коллектор для отопления, произведя собственный расчет.

Виды солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы подразделяются на следующие виды:

  • плоские;
  • вакуумные;
  • воздушные.

Плоский коллектор — это короб, внутри которого расположены трубы с теплоносителем, окруженные абсорбирующим слоем, собирающем солнечное тепло. Это тепло передается протекающему по трубам теплоносителю. Сверху короб накрыт прозрачным стеклом, хорошо пропускающим лучи солнца. Снизу и сбоку расположена теплоизоляция.

Виды солнечных коллекторов

Например, в изделии ЯSolar отечественного производителя в качестве абсорбера используется медный лист, покрытый специальным составом. Трубки теплоносителя в этом изделии припаяны к медному в виде медного листа поглощает 95% падающей на него солнечной энергии и всего 5% энергии излучает. Защитное стекло толщиной в 3 мм в этом коллекторе имеет светопропускание более 92%.В состав вакуумного коллектора входят стеклянные трубки, из которых откачан воздух. Внутри этих трубок расположены трубки меньшего диаметра с адсорбером. Трубки же с теплоносителем располагаются внутри этих адсорбирующих трубок. Лучи солнца свободно проходят через вакуумное пространство между трубками и поглощается адсорбером. В качестве адсорбирующего может использоваться многослойное покрытие из меди, алюминия и нержавеющей стали. При таком покрытии коллектор имеет большой КПД преобразования солнечной энергии в тепло. Он достигает 80%. Происходит нагревание теплоносителя, а благодаря вакуумной теплоизоляции тепло хорошо сохраняется в теплоносителе.

Воздушный коллектор — это конструкция, в которой солнечные лучи нагревают элементы, поглощающие солнечную энергию. Контактирующий с этими элементами теплый воздух с помощью воздушного насоса закачивается в помещение для его прогрева.

Тип коллекторы

Сегодня на рынке представлен широкий ассортимент коллекторов для отопления домов в зимнее время. Каждый тип имеет определенные конструктивные особенности и функциональные возможности. Перед тем как выбирать систему, нужно тщательно рассмотреть ее типаж.

Плоский светопоглощающий

Коллектор представлен в виде темного алюминиевого ящика, внутри которого установлены медные трубки. Снизу располагается теплоизоляционный слой, а сверху – закаленное стекло и пропиленгликоль. Последний элемент выступает в роли поглотителя лучей солнца. Коллектор работает круглогодично и стоит недорого.

Тип коллекторы

Вакуумные коллекторы

Устройства такого типа состоят из многочисленных трубок, которые изготовлены из меди. Они укладываются ровными рядами. Медная трубка, внутри которой находится поглощающее и отражающее вещество, располагается в стеклянной трубке большего диаметра.

Между трубками находится вакуум, который выступает в роли теплоизоляции и хорошего проводника. Благодаря высокой площади установка обладает высокой эффективностью и продуктивностью.

Устройства могут иметь различный вид

Воздушный

В основе работы лежит парниковый эффект. При попадании на поглощающие элементы, лучи полностью впитываются. Внутри приемника находятся воздушные массы, которые поддаются нагреву. Путем природной конвекции или путем принудительной вентиляции нагретый воздух поступает в помещение, что приводит к его нагреву.

Тип коллекторы

Конвектор широко используются для отопления дома. При этом учитывается площадь помещений, особенности крыши и материальные возможности.

Эффективность прибора достигается за счет его строения

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.

Читайте также:  Варианты системы отопления на даче своими руками

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.

Как работает солнечный коллектор зимой

Как работает солнечный коллектор зимой – этот вопрос интересует любого, кто собирается установить гелиосистему. И он действительно важен. Ведь вкладывая свои средства вы должны знать, чего ожидать от купленного оборудования.

В этой статье мы рассмотрим особенности работы вакуумных и плоских коллекторов, их производительность и нюансы эксплуатации.

Осадки и наморозь

Когда у коллектора нет доступа к прямому солнечному свету, он перестает работать. Вакуумные коллекторы могут нагревать воду или теплоноситель от рассеянного света, но их эффективность при этом снижается. Плоским панелям нужно прямое солнечное излучение, иначе они нагревают воду намного хуже вакуумных трубок. Плоские солнечные панели лучше работают летом, а принцип работы вакуумного трубчатого коллектора позволяет более эффективно греть воду зимой.

Когда поверхность панели или трубок засыпает снегом, эффективность вакуумного солнечного коллектора падает до 10-15% от номинальной, а плоских панелей – до 0%. То же самое касается инея.

В случае, если на коллекторе появляется наледь, он продолжает работать, так как она почти прозрачная и свет проникает на принимающую поверхность.

Еще одно отличие двух типов коллекторов в том, насколько они удерживают снег. С плоских панелей он легко сползает, а на вакуумных трубках задерживается, так как площадь сцепления с поверхностью больше и сама их форма этому способствует.

На вакуумные трубки часто намерзает иней и налипает снег, поэтому они нуждаются в регулярной очистке.

Температурные колебания

Качественные вакуумные трубки с напылением не отдают тепло, верхний слой не нагревается, поэтому от температуры воздуха их эффективность не зависит. Плоский солнечный коллектор отдает небольшое количество тепла в атмосферу, но оно не превышает 5% для качественных изделий.

Теплопотери обоих типов гелиосистем настолько малы, что ими можно пренебречь. Поэтому эффективность работы коллекторов не зависит от температуры.

Обслуживание солнечных коллекторов зимой.

Плоские солнечные панели

Чтобы солнечный коллектор работал эффективно, его нужно чистить от снега, инея и наледи. С плоским коллектором все просто – его можно очистить специальным скребком или пролить теплой водой.

Некоторые производители предлагают панели с системой оттаивания. Она может быть реализована по-разному, но чаще всего это дополнительный контур, через который при необходимости прокачивается горячая вода. Это небольшие энергозатраты, но с помощью такой системы нет отпадет нужда вручную чистить панели.

Вакуумный коллектор

Снег забивается между трубок, поэтому очистить их сложнее, чем поверхность плоского коллектора. На боковые стенки приходится до 20% поглощения солнечного света, а если коллектор с отражателем (рефлектором), то до 50%.

Вручную чистить вакуумные трубки сложнее чем плоскую поверхность. Чтобы облегчить этот процесс, можно закрыть коллектор корпусом с прочным стеклом – так можно упростить его очистку не потеряв производительность. Можно проливать его теплой водой, но стоит помнить что из-за перепада температур трубка может треснуть.

Как работает солнечный коллектор зимой с точки зрения эффективности?

По сравнению с летом, зимой эффективность работы вакуумного солнечного коллектора падает на 10-15%. Плоские панели работают хуже на 25-40%. Для наглядности приводим сравнительный график, на котором показано как работает солнечный коллектор зимой и летом в зависимости от его типа.

Сравнительный график, на котором показана эффективность плоских панелей и трубчатых вакуумных коллекторов в зависимости от времени года.

КПД работы солнечного коллектора зависит от уровня облачности. Если на улице солнечная погода, уровень инсоляции составляет 0,5-1 кВт/кв.м., при легкой облачности он падает до 0,1-0,2 кВт/кв.м., когда на небе темные тучи, до поверхности доходит 0,01-0,05 кВт/кв.м.

Большую роль играет продолжительность дня – зимой она в два раза меньше, чем летом. Соответственно, при самой хорошей погоде любой коллектор сможет только 50% того тепла, какое дал бы в летний сезон.

Чтобы улучшить коэффициент энергоэффективности солнечного коллектора, пожно оиспользовать его в паре с дополнительным оборудованием:

  • Тепловые насосы;
  • Газовые котлы;
  • Твердотопливные котлы;
  • Электрические обогреватели.

А для энергетической независимости нелишним будет установить альтернативные источники электроэнергии — солнечные батареи и ветрогенератор.

Как видим, эксплуатация солнечных коллекторов зимой связана с определенными сложностями. Но это не значит что они неэффективны. Просто, чтобы обеспечить отопление дома вакуумными коллекторами или солнечными панелями, нужно правильно подойти к расчету системы.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Похожие записи

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.

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

  • Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
  • Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
  • Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет. Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).