Солнечный коллектор, описание, как выбрать, схемы подключения
Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Солнечный коллектор, описание, как выбрать, схемы подключения». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
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.
Производительность солнечного коллектора
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.
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.
Солнечный коллектор – что это такое, устройство, принцип работы
Климатическое оборудование, напрямую преобразующее энергию солнечного света в тепло, в технической терминологии называется солнечным коллектором. Прибор не вырабатывает электричество, как классическая солнечная батарея, а только собирает, концентрирует и передает тепло в систему отопления. В качестве теплоносителя выступает вода, незамерзающая жидкость или воздух.
По конструкционным признакам и связанным с ними принципом действия солнечные коллекторы, применяемые для отопления дома, в том числе в зимнее время, подразделяются на 3 основные вида – плоские, вакуумные и воздушные. Структурно прибор представляет собой набор последовательно соединенных трубок в форме змеевика, связанных с подающей и обратной магистралью. Внутри них циркулирует теплоноситель – вода, антифриз или воздух.
Как работает вакуумный коллектор
Классические гелиосистемы используют принцип преобразования тепла в электричество (солнечные батареи). Вакуумные солнечные коллекторы работают как обычные водонагреватели.
При поглощении ультрафиолетового излучения продуцируется достаточное количество тепла, чтобы обеспечить потребности ГВС. Можно подогреть воду для бассейна, душа. В зимнее время года коллекторы обеспечат некоторым количеством тепловой энергии для обогрева дома.
Существует два типа вакуумных трубок. Устройства отличаются принципом нагрева и хранения воды:
- «Мокрая трубка» — особенность внутреннего устройства в том, что накопительный бак установлен непосредственно на краях блока. Вода нагреваясь поступает в бак, холодная стекает в трубки. Второе название — солнечный коллектор на вакуумных трубках прямого нагрева.
- Конструкция U-образного типа, heat-pipe — в этом случае накопительная емкость не соединена непосредственно с ёмкостью. Бак может устанавливаться в любом месте дома, подключаясь к системам водоснабжения и отопления.
В последнее время получили распространение перьевые солнечные водонагревательные коллекторы с вакуумными трубками, своеобразный гибрид системы heat-pipe и плоского абсорбера. Все перечисленные типы водонагревателей используют режим косвенного нагрева.
Независимо от принципа теплопередачи устройство вакуумных трубок остается практически без изменений. Используется идентичный способ абсорбции.
Проточный нагреватель воды
Представляет собой гелиосистему, внутри которой вода циркулирует по открытому контуру. Прогревается солнечной энергией, пока проходит через теплообменник. Внутри алюминиевой рамы располагается медный контур. Снизу он теплоизолирован, сверху покрыт светопоглощающим материалом. Покрывается закаленным стеклом с большим светопропускным показателем.
Конструкция размещается под наклоном 35-45⁰ для максимального поглощения световой энергии. В зимнее время в наших широтах наклон рекомендуется устанавливать в 60⁰.
Может оснащаться аккумулирующим баком, в котором накапливается горячая вода. Это будет актуально при смене погоды на более облачную, когда закрыт доступ к солнечному свету. Гелиосистему проточного типа можно сделать самостоятельно.
Необходимые инструменты и материалы для монтажа солнечного коллектора
Установка солнечных коллекторов осуществляется под открытым небом. Следовательно, сама конструкция, трубопроводная система и все вспомогательные крепления со временем подвергаются разрушающему воздействию окружающей среды. На них могут появиться коррозии и деформации. Поэтому для установки используют только нержавеющие материалы.
Для монтажа солнечного коллектора используют следующие вспомогательные инструменты:
- кран или подъемник;
- строительные леса;
- кровельная лестница;
- страховочное оборудование – жилет, трос и т. д.;
- строительный уровень;
- вакуумный захват;
- изоляционный материал для труб.
От качества установки зависит надежность, эффективность и долговечность оборудования.
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.
Где гелиоустановка будет наиболее эффективна
В вопросе замены отопления гелиоустановкой нужно учитывать ряд факторов, влияющих на ее эффективность.
Во-первых, необходимо правильно выбрать тип гелиосистемы. В этом вопросе следует учитывать площадь помещения и его предназначение. Чаще всего это частный дом, в котором проживает семья из 4-5 человек.
Во-вторых, внимательно просчитать потребности в тепле, исходя из максимального потребления в холодное время года. Сопоставить эти цифры с количеством вырабатываемой энергии 1 кв. м гелиоустановки. Останется рассчитать площадь солнечной конструкции, способной справиться с отоплением конкретного помещения.
Полученная величина станет основным фактором при определении места размещения системы. Обычно владельцы домохозяйств предпочитают использовать крышу или стену дома. Редко используют придомовой участок или крышу гаража. Иногда сооружают специальные подставки для монтажа установки.
Монтаж солнечного коллектора.
Правильно подобранный и грамотно смонтированный вакуумный солнечный коллектор с выносным баком способен обеспечить вашу семью горячей водой в полном объеме не только в летний период, но также осенью и весной.
Количество нагревательных элементов (тепловых трубок) в таких системах пропорционально объему накопительного бака и при условии правильного монтажа вода в накопителе будет нагреваться в полном объеме за солнечный день. Потому для правильного подбора такого водонагревателя достаточно всего-навсего определиться с суточным объемом потребления семьей горячей воды.
Если фактический расход трудно определить — можно воспользоваться нормами. Согласно СНиП суточный расход горячей воды на человека колеблется в пределах от 50 до 100 литров, что зависит от благоустройства жилища. При этом температура горячей воды составляет 55–60°С.
Производительность солнечного коллектора
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.
Комментарии
Солнечный коллектор — водонагреватель для дома, бассейна
Солнечный коллектор — это аппарат, в котором энергия солнечных лучей преобразуется в тепловую энергию теплоносителя. Теплоноситель переносит тепло от солнечного коллектора к нагревателям систем горячего водоснабжения и отопления. В качестве теплоносителя используют воду или не замерзающие жидкости.
Солнечный коллектор может иметь разную конструкцию. Существуют три принципиальных схемы устройства солнечного коллектора.
Солнечный коллектор с тепловыми трубками внешне похож на вакуумный трубчатый, показанный на рисунке выше. Отличия находятся внутри стеклянных вакуумных труб.
В каждой стеклянной трубе коллектора имеется другая, герметично закрытая со всех сторон трубка с легко испаряющейся жидкостью — тепловая трубка. Верхний конец тепловой трубки является частью теплообменника, в котором циркулирует теплоноситель контура солнечного коллектора.
При нагреве солнечными лучами жидкость в тепловой трубке испаряется. Пары поднимаются вверх и конденсируются на поверхности трубки, прикрепленной верхним концом к теплообменнику. Процесс конденсации сопровождается передачей тепла теплоносителю.
Конденсат в тепловой трубке стекает вниз, снова нагревается, испаряется — процесс повторяется и идет непрерывно.
В солнечном коллекторе с тепловыми трубками каждая стеклянная вакуумная труба может быть легко отсоединена и, при необходимости, заменена на новую.
Виды солнечных водонагревателей: выбор конструкции для самостоятельного изготовления
В зависимости от температуры, которую развивают гелионагреватели, различают:
- низкотемпературные устройства — рассчитанные на подогрев жидкости до 50 °C;
- среднетемпературные гелиоколлекторы — повышают температуру воды на выходе до 80 °C;
- высокотемпературные установки — нагревают теплоноситель до температуры кипения.
В домашних условиях можно построить солнечный водонагреватель первого или второго типа. Для изготовления коллектора высоких температур понадобится промышленное оборудование, новые технологии и дорогостоящие материалы.
По конструкции все жидкостные гелиоколлекторы разделяются на три вида:
- плоские водонагреватели;
- вакуумные термосифонные устройства;
- гелиоконцентраторы.
Плоский солнечный коллектор представляет собой невысокий теплоизолированный короб. Внутри установлена светопоглощающая пластина и трубчатый контур. Поглощающая панель (абсорбер) имеет повышенную теплопроводность. За счёт этого удаётся достичь максимальной передачи энергии теплоносителю, циркулирующему по контуру водонагревателя. Простота и эффективность плоских установок нашла отражение в многочисленных конструкциях, разработанных народными умельцами.
Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация
Как уже было сказано ранее, коллектор нагревает теплоноситель за счёт солнечной энергии, а выполняет функции накопления и передачи тепла на контур потребителя. Для полноценного функционирования данной системы требуется ещё несколько важных элементов, от которых зависит стабильность её работы, а также лёгкость управления и автоматизация регулировки.
За автоматизацию движения теплоносителя внутри гидравлического контура отвечает специальный контроллер. На него поступают сигналы с температурных датчиков в различных точках трубопровода и на основе этих показателей контроллер регулирует активность элементов насосной группы. Когда контроллер фиксирует достаточную разницу температур между водой в бойлере и теплоносителем на коллекторе, он посылает сигнал включения насоса. Жидкость в системе приводится в движение, в результате чего она через трубчатый теплообменник начинает активно отдавать тепло в бак.
В таких замкнутых системах неизбежно возникают ситуации с перегревом теплоносителя, так как коллектор настроен на максимальное поглощение тепловой энергии, а в жаркие летние дни её может поступать с большим избытком. Для предотвращения аварийных ситуаций, контур обязательно снабжается расширительным баком, в котором присутствует клапан для сброса пара при превышении максимального показателя давления.
С точки зрения эффективности и долговечности работы коллекторной системы нагрева воды определяющую роль играет качество бойлера косвенного нагрева. В связи с тем, что контур постоянно работает в жидкостной среде, в которой происходят регулярные температурные колебания, к материалам всех элементов системы предъявляются строгие требования. В случае с организацией контура горячего водоснабжения, внутренний трубчатый теплообменник должен в обязательном порядке соответствовать самым строгим санитарным нормам.
Ответ на вопрос о скорости окупаемости такой системы напрямую связан с ценами на энергоносители и во многом зависит от стоимости всех её элементов. Среднее количество горячей воды, которое потребляет один житель частного дома составляет 50-60 л в день. В месяц это составит примерно 1,5-2,0 м³ жидкости. Для нагрева такого объёма воды из скважины со средней температурой 10°С до необходимых 50°С потребуется затратить около 90 кВт энергии. Если пересчитать данный показатель на семью, допустим, из 4-х человек, то выйдет 360 кВт в месяц.
Стоимость оборудования такой производительности с установкой на сегодняшний день составляет в среднем 2,500 долларов или около 72 000 грн. Максимальная отдача от системы может составить до 2600 кВт*ч. По текущему дневному тарифу за электроэнергию 90 коп./кВт*ч годовая экономия будет на уровне 2 340 грн. Для подсчёта количества лет окупаемости системы остаётся разделить её стоимость на годовую выгоду от эксплуатации: 72000 / 2340 = 30,8. Данная цифра справедлива для наиболее оптимальных условий работы комплекса и не учитывает затраты на расходники и периодическое техобслуживание системы.
Как видно из приведённых выше цифр, сложно говорить о высокой экономической оправданности внедрения данного вида систем. Однако, у такого решения есть другие очевидные плюсы — это высокая степень автономности горячего водоснабжения. Минимальная зависимость от изменения стоимости энергоносителей, а также возможность получить частичную компенсацию стоимости установки оборудования в некоторых регионах Украины.
Кроме того, следует учитывать, что более мощные системы обходятся лишь немногим дороже и с экономической точки зрения гораздо выгоднее устанавливать коллекторы с большей производительностью. В частном доме они смогут обеспечивать не только нужды ГВС, но и частично потребности системы отопления в межсезонье. А на промышленных объектах с большим количеством потребляемой горячей воды в тёплое время года, высокопроизводительная коллекторная система окупиться в несколько раз быстрее.
Гелиосистемы делятся на два класса по: принципу нагрева и способу хранения теплоносителя. Первые используют встроенный бак теплоаккумулятор. Вторые подключаются к выносной накопительной емкости, устанавливаемой в непосредственной близости от коллектора или внутри здания.
При выборе гелиосистемы в первую очередь обращают внимание на тип баков аккумуляторов солнечной тепловой энергии, так как отличия конструкции и устройства отражаются на особенностях эксплуатации и технических характеристиках.