Что такое солнечный коллектор

Солнечный коллектор для отопления дома

Пост опубликован: 19 июля, 2017

Солнечный коллектор – это техническое устройство, служащее для преобразования солнечной энергии в тепловую. По типу теплоносителя, солнечные коллекторы подразделяются на воздушные и жидкостные, в которых теплоносителем служит вода или иное жидкое вещество (антифриз, этиленгликоль и подобные). По конструкции, данные устройства, бывают плоские и вакуумные.

Принцип действия

Для отопления жилого дома или иного объекта могут быть использованы все виды солнечных коллекторов, однако принцип их работы, вне зависимости от конструкции и вида теплоносителя, является единым.

Принцип работы солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать энергию солнца в видимом и невидимом, человеческому глазу, диапазонах, в связи с чем, внутри данного материала, начинаются физические процессы, молекулы начинают быстрее двигаться, материал (вещество) – нагревается. Тепло выделяемое материалами, на которые воздействуют солнечные лучи, передается теплоносителя для последующего использования.

Правильно оборудуем жилье

В нашем магазине вы всегда сможете подобрать межкомнатные двери, решенные в
ключе основных тенденций традиционной классики или же соответствующие одному из многочисленных направлений современного интерьерного дизайна. Каждое изделие не только оснащено надежной, функциональной и эффектной фурнитурой, но и имеет сертификат соответствия качества основным существующим стандартам. Приобретая межкомнатные двери у нас, вы тем самым отдаете предпочтение абсолютно безвредной продукции, изготовленной из экологически чистого сырья.

Принцип работы солнечного коллектора

Схематично, принцип работы различных видов устройств, можно отразить следующим образом:

В соответствии с конструкцией, видом теплоносителя и способу его использования и передачи тепла, солнечные коллекторы бывают:

По типу конструкции:

По типу теплоносителя:

По способу использования теплоносителя:

По способу передачи тепла:

Как работает зимой?

В системах отопления, как правило, используются вакуумные коллекторы, это определяется их техническими характеристиками и условиями эксплуатации.

Основной элемент вакуумного солнечного коллектора – это вакуумная трубка, которая состоит из:

Работа системы осуществляется следующим образом:

Для того, чтобы данная система была эффективна и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и в зимний период, системой предусматривается установка дублирующих источников энергии. Это может быть дополнительная система нагрева, с использованием теплоносителя, как на приведенной схеме, когда теплоноситель дополнительного контура нагревается путем использования различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество). Также, с подобную задачу можно выполнить путем установки электрических ТЭНов, непосредственно в бак-аккумулятор. Работу дублирующих источников энергии контролирует система автоматики, включая в работу данные устройства, по мере необходимости.

Выгодно ли это

Определить, выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей.
Регион проживания – это важный критерий, при определении эффективности использования устройств, служащих для преобразования энергии солнца в другие виды энергии. Солнечная активность (продолжительность солнечного сияния), в разных регионах нашей страны разная, что видно на приведенной ниже схеме.
Из данной схемы видно, что наиболее благоприятные регионы, для использования солнечной энергии, с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположены в южных районах страны. В этих районах также не бывает холодных и продолжительных зим, что определяет возможность успешного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения, именно в этих областях России.

При необходимости создать абсолютно автономную систему, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что, установив только коллектор, создать подобную систему не получится, т. к. для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электрическая энергия. Поэтому, для полной автономии, необходимо проработать вопрос по независимому электроснабжению подключаемого объекта. Следовательно, для того, чтобы сделать абсолютно независимую систему, потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости оборудования.

Как сделать своими руками

Наиболее простой, но тем не менее эффективный вариант, это плоский солнечный коллектор, в котором в качестве теплоносителя используется вода.
Из имеющихся под рукой материалов, изготавливается корпус устройства. Это может быть дерево, профильный черный или цветной металл. Размеры каркаса определяются местом установки солнечного коллектора, его назначением и наличием требуемых материалов.

Во внутреннее пространство корпуса укладывается утеплитель, поверх которого укладывается медная трубка. Для создания большей поглощающей площади, трубку укладывают в форме змеевика. Чтобы увеличить КПД устройства, под трубку можно положить слой фольги (на схеме не показано), это позволит снизить тепловые потери в нижнюю сторону устройства и увеличит температуру во внутреннем пространстве корпуса.

С наружной стороны корпус закрывается защитным стеклом, щели герметизируются. В местах ввода и выхода труб, монтируются патрубки холодной и горячей воды.
Изготовленной таким образом устройство, можно использовать для горячего водоснабжения летнего душа и подогрева воды в бассейне, для этого патрубки коллектора подключаются к выбранным системам, после чего устройство готово к работе.

Плюсы и минусы

Как у любого технического устройства, так и у солнечного коллектора, есть свои плюсы и минусы, как по возможности использования и эксплуатации, так и по иным параметрам и показателям. В зависимости от конструкции устройства, плюсы и минусы, разнятся, поэтому необходимо их рассмотреть в отдельности друг от друга.

Плоские солнечные коллекторы.

Достоинства использования:

Недостатками являются:

Вакуумные солнечные коллекторы.

Достоинства использования:

Недостатками являются:

Источник

Солнечные коллекторы: разновидности оборудования и особенности его использования

Солнечные коллекторы – техническое устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую. Их установка в частном доме позволит сократить, а в некоторых случаях полностью избавиться от расходов на отопление. Но оборудование имеет немалую стоимость, поэтому при его покупке и установке важно не допустить ошибок.

Устройство и принцип работы

Солнечный коллектор — панель, размером в несколько квадратных метров, внутрь которой встроен нагревательный элемент, накапливающий энергию солнца. Весь принцип работы устройства можно сравнить с обычным водонагревателем. Лучи аккумулируются в нем и передаются в теплообменник, заполненный теплоносителем, который нагревается и начинает циркулировать по отопительной системе.

Направление движения может меняться с помощью смесителя. Остывший теплоноситель вновь поступает в резервуар. Естественная циркуляция обеспечивается расширением теплоносителя, который поднимается и вытесняет холодный в резервуар. В солнечный день движение непрерывно, температура жидкости в трубах отопления сохраняется на уровне + 70 градусов.

Оборудование различается по виду теплоносителя и общей конструкции. Каждый вид имеет определенные преимущества и недостатки.

В зависимости от конструкции коллекторы делятся на следующие виды:

Открытые

Это оборудование состоит из не защищенных с внешней стороны системы трубок. Конструкция максимально простая, поэтому некоторые народные умельцы сооружают ее самостоятельно. Стоимость таких коллекторов даже в готовом виде не высокая. Однако эффективность их работы очень низкая. Отсутствие изоляции приводит к большим теплопотерям. Такие системы можно применять в основном для организации ГВС.

Закрытые

В данных моделях система трубок изолирована прозрачным стеклом с полосой пропускания 0,4 – 1,8 мкм. Это обеспечивает максимальное поглощение солнечных лучей. Стекло надежно защищает трубки от механического воздействия. Диапазон применения закрытых коллекторов выше открытых. Летом они обеспечивают потребности в горячей воде. В зимний период могут использоваться в качестве основных или дополнительных источников отопления.

В зависимости от общей конструкции существует дополнительная классификация солнечных коллекторов:

Плоские

Панели, покрытые прозрачным стеклом или поликарбонатом. Внутри вмонтированы медные трубки, наполненные теплоносителем. Задняя часть панели покрыта минватой с целью теплоизоляции.

Преимущества плоских коллекторов:

К минусам относят:

Вакуумный

По основному принципу работы они схожи с плоскими коллекторами. Но продуктивность их на порядок выше. Внутри устройства расположена стеклянная колба, наполненная техническим вакуумом. Ее стенки покрыты высокоселективным веществом, поглощающим до 96% солнечных лучей. Вакуум нагревается до + 300 градусов, одновременно препятствуя утечке тепла. Эта разновидность коллекторов способна работать даже в условиях пониженных температур. Для них главное – наличие солнечных лучей.

К минусам вакуумных коллекторов относят высокую стоимость.

Коллекторно — концентраторный

Данная разновидность коллекторов редко используется для отопления. Их основное предназначение – сушка сельхозпродукции на складах. Принцип работы коллекторно-концентратных моделей основан не на нагреве теплоносителя, а на повышении температуры воздуха.

Преимущества и недостатки

Главный плюс коллекторов в качестве источника тепла – общедоступность солнечной энергии. Даже в хмурую погоду эти устройства улавливают и аккумулируют в себе лучи, обеспечивая нагрев теплоносителя. При этом полностью отсутствуют какие-либо выбросы вредных веществ в атмосферу. По сути это самый экологичный вид энергии.

Коллекторы не производят шума. Благодаря установке на крыше, не занимают площадь участков.

К преимуществам также относят:

Однако использование солнца в качестве отопления заключается в непостоянности освещенности. Как раз тогда, когда тепло особенно необходимо, его подача уменьшается. Ночью она равна нулю.

Особенности применения в разных регионах

Эффективность использования солнечных коллекторов зависит от географической широты расположения дома. Их установка более целесообразна на юге, где преобладает солнечная погода большую часть календарного года.

Но во многих регионах, летом коллектор работает по максимуму, а зимой – по минимуму. Связано это не только с количеством солнечных дней, но и с углом падения лучей.

Критерии выбора оборудования

Основное требование при покупке гелиосистем – правильный расчет мощности.

Сначала определяют, будет система круглогодичной или сезонной:

Для прикидочного расчета можно воспользоваться следующей информацией:

Увеличивать мощность более, чем в два раза не рекомендуется. Это повлечет проблемы с утилизацией тепла летом. Иначе существует опасность развития стагнации системы – одной из проблем гелиоколлекторов. Если из контура забирается недостаточно тепла, происходит перегрев теплоносителя.

Он может закипеть, а это приведет к прекращению циркуляции по контуру. После остывания теплоносителя, работа системы возобновится. Но не все теплоносители переносят переход из жидкого состояния в газообразное. Некоторые превращаются в желе, что делает невозможной последующую эксплуатацию контура.

Избежать стагнации поможет стабильный отвод тепла:

Требования к установке

Эффективность работы гелиосистемы зависит от соблюдения рекомендаций по их установке. Коллектор должен располагаться на открытом пространстве, куда не падает тень от зданий, деревьев, гор.

Большое значение имеет ориентация. В северном полушарии «зеркала» должны быть развернуты строго на юг. Если технически сделать этого невозможно, следует юго-запад или юго-восток.

Подключение к отопительной системе

Способ подключения зависит от того, какой тип циркуляции используется. Проще всего подключиться к системе с естественной циркуляцией. Главный принцип в этом варианте – нагрев воды.

Выше уровня коллектора подключается накопительный бак. Верхний вывод подключают ко входу горячей воды, а нижний к обратке. На входе в коллектор могут возникнуть воздушные пробки.

Подключение к системе с принудительной циркуляцией несколько иное:

Источник

Принцип работы солнечного коллектора, как выбрать для дома

Солнечный коллектор, или гелиосистема, оборудование, предназначенное для использования в качестве альтернативных источников энергии. Такие системы давно используют во многих странах в промышленных масштабах, но в последнее время они стали популярны и в частном секторе для подогрева горячей воды, отопления домов и подогрева бассейнов.

Востребованы ли гелиосистемы

Уже сейчас установлено более 160 млн.м2 этих панелей во всем мире. Лидируют Китай и Япония. Не отстают и некоторые европейские страны, где выработка тепла такими системами составляет около 5% от всей необходимой.

Пройдет не много лет и многие страны откажутся от газа и угля совсем. К примеру, в Украине, где тарифы достаточно высокие, такие системы устанавливают в больших количествах. Единоразовое вложение денег позволит получить энергонезависимость, пусть даже и частичную. И дело не только в экономии, такие установки экологически чисты и не загрязняют окружающую среду.

Преимущества этих систем

Альтернативных источников энергии сейчас много, это и солнечные панели, ветрогенераторы, тепловые насосы и тд. Однако именно солнечные коллекторы набирают все большую популярность, этому есть ряд причин:

Немного о недостатках

У любой системы есть недостатки и солнечные коллекторы здесь не исключение. Они занимают значительную площадь, одна панель занимает в среднем 2-3 м2. Эффективность их работы зависит от климатической зоны где они используются.

Также они очень климатически зависимые, зимой их КПД минимально, при этом расходы энергии на обогрев максимально. Это делает солнечные коллекторы не очень эффективными для отопления. Как заявляют многие производители, они способны покрыть до 30% расходов на отопление.

Однако, это все относительно. Большее количество панелей и аккумулирующие баки большей емкости увеличат этот %. Но, дополнительное оборудование увеличит и стоимость системы.

Принцип работы солнечного коллектора

Он очень прост. Панели аккумулируют солнечное тепло и передают их теплоносителю. Он циркулирует через змеевик в накопительном резервуаре и отдает тепло воде, которую можно использовать для любых нужд. Весь процесс контролируется контроллером, который запускает насосную группу если теплообменник набрал необходимую температуру.

Как устроен солнечный коллектор в целом. Все система состоит из следующих элементов:

Убрать какой либо элемент из этой схемы нельзя, она не будет работать. Исключение только коллекторы с проточными нагревателями. О них немного позже.

Производительность, на что можно рассчитывать

Прежде чем устанавливать такое оборудование стоит учесть такой фактор как окупаемость. Ведь плох тот предприниматель, который не получает прибыль со своих инвестиций. Окупаемость коллектора зависит напрямую от его производительности.

Все компании, которые занимаются изготовлением этих систем, дают примерно одинаковые цифры:

Другими словами, эта система может полностью обеспечить дом горячей водой. Отопление дома может покрыть и больше заявленного процента, все зависит от самой системы и количества панелей, а также правильности их установки.

Абсорбер, самая важная часть системы

Часть солнечного коллектора, которая принимает, аккумулирует и передает тепло теплоносителю называется абсорбером. Именно от этого элемента зависит КПД всей системы.

Изготавливают этот элемент из меди, алюминия или стекла, с последующим покрытием. Как раз от покрытия больше зависит эффективность работы абсорбера, чем от материала, из которого он изготовлен. Ниже, на фото, вы можете посмотреть какие покрытия бывают и как эффективно они могут поглощать тепло.

В описании системы указано максимально возможное поглощение солнечной энергии попадающей на абсорбер. «α» — это максимально возможный процент поглощения. «ε» — это процент отражающегося тепла.

По типу строения

Абсорберы отличаются и по типу устройства, сейчас их всего два вида:

Перьевые — устроены следующим образом. Пластины соединяют между собой трубки с теплоносителем. Сами трубки могут быть соединены между собой в одну систему несколькими способами. Это простой тип абсорбера, который можно сделать своими руками.

Цилиндрические — в этом случае покрытие наносится на стеклянную поверхность колбы и применяется в вакуумных коллекторах. Благодаря этому устройству тепла концентрируется больше как раз в центре трубки где расположен тепло съемник, или стержень. Работает эта система с более высоким КПД, нежели перьевая.

Какие типы солнечных коллекторов существуют

Такие системы бывают двух видов: плоские и вакуумные. Но, по своей сути, их принцип работы схож. Они используют солнечное тепло для нагрева воды. Отличаются только устройством. Давайте рассмотрим принципы работы этих видов гелиосистем подробнее.

Плоские

Это самый простой и самый дешевый вид коллектора. Работает он следующим образом: В металлическом корпусе, который изнутри обработан высокоэффективным перьевым абсорбером для поглощения тепла, расположены медные трубки. По ним циркулирует теплоноситель (вода или антифриз), который поглощает тепло. Далее, этот теплоноситель проходит через теплообменник в накопительном баке, где передаю тепло уже непосредственно той воде, которую мы можем использовать, например для отопления дома.

Верхняя часть системы закрыты высокопрочным стеклом. Все остальные стороны корпуса утеплены изоляцией для уменьшения теплопотерь.

Достоинства

Недостатки

Низкая стоимость панелей

Низкой КПД, примерно на 20% ниже вакуумных

Большой количество теплопотерь через корпус

Из за своей простоты в изготовлении такими системы часто делают даже своими руками. Приобрести необходимые материалы можно строительных магазинах.

Вакуумные

Эти системы работают немного по другому, это обусловлено их конструкцией. Панель состоит из двойных трубок. Наружная трубка играет защитную роль. Они изготовлена из высокопрочного стекла. Внутренняя труба имеет меньший диаметр и покрыта абсорбером, который аккумулирует солнечное тепло.

Далее это тепло передается тепло съемниками или стержням, изготовленным из меди (они бывают нескольких видов и имеют разный КПД, рассмотрим их чуть позже). Тепло съемники передают тепло с помощью теплоносителя, в аккумулирующий бак.

Между трубками вакуум, что сводит к нулю тепло потери и повышает эффективность системы.

Достоинства

Недостатки

Более высокая цена относительно плоских

Минимум тепло потерь

Невозможность ремонта самих трубок

Легкость в ремонте, трубки можно менять по одной единице

Большой выбор видов

Виды тепло съемных элементов (абсорберов), из всего 5

Давайте рассмотрим эффективность работы разных абсорберов, а также сравним их с плоскими коллекторами. Расчеты даны на 1 м2 панели.

В этой формуле используются следующие значения:

По этой формуле, используя данные, приведенные выше, вы можете сами провести расчеты.

Если не вникать в переменные, говоря проще, КПД зависит от количества тепла, которое поглощают медные теплосъемники и количества потерь системой.

Но, это только теоретические расчеты “на стенде”. Конечный результат зависит от многих факторов: климатической зоны, правильного выбора места для установки и тд.

Системы с проточными нагревателями или термосифонные

По своему строению они могут быть как плоские так и вакуумные. Используют такие же принципы работы. Однако они имеют одно значительное отличие в техническом устройстве.

Эта система может работать без дополнительного резервного аккумулирующего бака и насосной группы.

Принцип работы следующий. Нагретый теплоноситель аккумулируется в базовом баке, который расположен в верхней части системы, как правило на 300 литров. Через него проходит змеевик, по которому циркулирует вода от давления самой водопроводной системы дома. Она прогревается и поступает потребителю.

Достоинства

Недостатки

Низкая стоимость за счет отсутствия части оборудования.

Низкий КПД системы в зимний сезон и ночное время

Простота монтажа, требуется минимум усилий, так как система укомплектована всем необходимым

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:

Как установить солнечный коллектор

Установить эту систему можно и самостоятельно. Для этого необходимо понимать главный принцип установки — максимум солнечного света.

Подробное видео установки

Немного из использование систем на практике

Решил добавить этот раздел так как появились данные реального использования. Мой хороший знакомый установил ее 3 года назад (Украина, Киевская область).

Используется гелиосистема для отопления дома 100 кв м и горячей воды на 6 человек. Расходы на газ составляли для отопления и горячей воды 33 400 грн в год. Было принято решение приобрести солнечный коллектор.

В комплекте собраны 6 плоских коллекторов и накопительный бак на 1000 литров. Результат:

Итоговая сумма экономии за год составила 11 300 грн (в пересчете на рубли сумму нужно умножить на 2.2).

Вся система стояла 94000 грн. При такой стоимости газа она окупится за 8.4 года. Производители дают гарантию 15 лет, так что 7 лет минимум будет идти чистая прибыль.

Эффективность системы можно было значительно увеличить, купив вакуумные модели. Также, низкотемпературные системы отопления, такие как теплые полы, которые работают на температуре 30-40 градусов, будут более производительные.

Источник