Нагревание воды солнечным излучением


Особенности гелиосистем

В развитых странах практически в каждом доме можно встретить солнечные батареи – их используют в качестве дополнительной системы нагрева воды и отопления. Гелиобатареи легко подключаются к основной системе, давая возможность экономить на других ресурсах (таких как газ, уголь) до 60%.

Чтобы обеспечить нагрев воды от солнца своими руками установить гелиосистему можно, но лучше подобную доверить эту работу специалистам. Чаще всего солнечные батареи устанавливают на крыше дома. Чтобы солнечные коллекторы для отопления были эффективны, необходимо внимательно просчитать угол наклона ската, угол падения солнечных лучей, количество ясных дней в году и многое другое. Исходя из этого, выбирают месторасположение коллекторов, их количество и площадь.

горячая вода от солнца


Водонагреватели на солнечных батареях работают следующим образом. Теплоноситель, нагретый солнцем, поступает в теплообменник, расположенный в накопительном баке. Чаще всего используют баки-аккумуляторы с двумя теплообменниками, сделанными из меди (прочитайте также: «Устанавливаем тепловой аккумулятор своими руками»). Этот материал имеет хорошую теплопроводность. Такая конструкция дает возможность применять нагретую воду не только в бытовых целях, но и для отопления (прочитайте: «Солнечное отопление дома своими руками — принцип изготовления»).

Благодаря естественной конвекции горячая вода поднимается вверх, а холодная поступает вниз. Встроенный датчик регулирует температуру в устройстве и реагирует на ее изменение. Таким образом, человеку практически не нужно контролировать работу гелиосистемы.

В пасмурные дни, когда солнечных лучей недостаточно для нагрева, начинает работать основная система отопления. В жаркие дни, когда вода нагревается солнцем слишком быстро, расширительный бак принимает излишек теплоносителя. Наиболее эффективен нагрев воды солнцем в странах с теплым климатом, где в году много ясных дней.

нагрев воды от солнца

Глобальное использование энергии Солнца даст возможность существенно сократить расходы основных ресурсов-теплоносителей и улучшить экологическое состояние окружающей среды. Кроме того, это скажется на экономике стран с низкими запасами энергоресурсов.


На сегодняшний день наиболее распространены вакуумные трубчатые и пластинчатые солнечные коллекторы. Каждый из них обладает определенными достоинствами и недостатками. В то же время, специалисты считают, что наиболее эффективный нагрев воды от солнца обеспечивают вакуумные батареи.

Солнечный водонагреватель своими руками — подробное видео:

Наиболее очевидная область использования солнечной энергии– подогрев воды и воздуха. Энергия Солнца используется в нагревателях воды, воздуха, солнечных дистилляторах, зерносушилках и т.д. Основным элементом солнечной нагревательной системы является приёмник, в котором происходит поглощение солнечного излучения и передача энергии жидкости. Плоские приёмники собирают как прямое, так и диффузное излучение и могут работать в облачную погоду. Плоские приёмники являются предпочтительными при нагревании жидкостей до температур ниже 1000 С. Простые приёмники (рис. 5.1,а-д) содержат весь объём жидкости, которую необходимо нагреть. Приёмники более сложной конструкции (рис.5.1. е-и) нагревают за определённое время только небольшое количество жидкости, которая затем накапливается в отдельном резервуаре, что позволяет снижать температуру системы в целом


Нагревание воды солнечным излучением Рис. 5.1. Последовательность приёмников солнечного излучения в порядке возрастания эффективности и стоимости:

а – открытый резервуар на поверхности Земли. Тепло легко уходит в Землю.

б – открытый резервуар, изолированный от Земли. Чистая вода не является хорошим поглотителем, потери тепла происходят вследствие испарения.

в – чёрный резервуар. Используется в Японии для подогрева воды к вечерним ваннам;

характеризуется большими потерями тепла, особенно в ветреную погоду, и невозможностью накопления нагретой воды на ночь;

г — чёрный резервуар с изолированным от Земли дном. Потери тепла происходят через верхнюю крышку, поэтому теплопотери всего в 2 раза ниже, чем в предыдущем случае;

д — чёрный резервуар в контейнере со стеклянной крышкой. Использование полиэтиленовых крышек дешевле, но они быстро разрушаются на Солнце;

е — металлическая пластина с трубками и заполненная водой плоская ёмкость. Стандартный промышленный приёмник; нагреваемая жидкость протекает сквозь приёмник и накапливается в специальном резервуаре. Заполненная водой пластина более эффективна, чем пластина с трубками;

ж — пластинчатый приёмник с двойным стеклянным покрытием. Жидкость может глбыть нагрета до 1000С; стекло, не содержащее железо, меньше поглощает, чем оконное стекло;


з — селективная поверхность, α>ε, радиационные потери ниже;

и — вакуумированный приёмник. Жидкость в чёрной внутренней трубке, стеклянная наружная трубка. Нет конвективных потерь через наружную поверхность.

5.1. Расчёт теплового баланса

Поток лучистой энергии, поглощаемой поверхностью приёмника, составляет:

τпрпг0*G, (5.1.)

где А0 — площадь освещённой поверхности;

αпг — коэффициент поглощения приёмной поверхности;

τпр — коэффициент пропускания прозрачного покрытия, защищающего приёмную поверхность от ветра (рис.5.1д).

G — плотность потока солнечного излучения, Вт/м2.

В то же время возникает поток от приёмника. Скорость теплоотдачи равна:

Q = (Т2-Тс1)/Rт = ∆Т/Rт, (5.1.а)

где Rт — термическое сопротивление;

Т2— температура приёмника;

Т1 — температура среды.

Суммарный поток тепла Р:

Р = τппп*G – [(Tп – Тс)/Rт] =ήзи*Aп*G, (5.2.)

где – ήзи — коэффициент захвата излучения (ήзи — <1).

Коэффициент теплопередачи hк определяет долю суммарного потока Рб, передаваемую жидкости. Поток тепла от приёмника к теплоносителю при нагревании массы жидкости (m), Вт,


Рт = m*c*dTж/dt (5.2а)

где Тж — температура жидкости, оС;

с – удельная теплоёмкость жидкости, Дж/(кг К).

При нагревании проточной жидкости массой m′,

Рт = m′*с*(Т2 – Т1), (5.2б)

где Т1 — температура входящей в приёмник жидкости, Т2 – выходящей.

dacha ekonom s bachkom dvt

Солнечный водонагреватель безнапорный DUALEX-супер серии «Эконом» – одна из самых доступных моделей серии. Она выполнена с использованием передовых технологий в солнечной энергетике. В основе работы системы лежит преобразование солнечной энергии в тепловую, обеспечивая потребителей горячей водой с апреля по октябрь. Попадая на вакуумные трубки солнечного коллектора, солнечный свет поглощается с эффективностью до 98%, обеспечивая нагрев воды даже при рассеянном свете, в отсутствие прямых солнечных лучей. Холодная вода подается в бак под давлением воды в сетевой магистрали напрямую, либо через резервный бачок под действием сил тяжести. Внутренний бак водонагревателя выполнен из нержавеющей стали, наружный – из окрашенной стали. Надежность и простота эксплуатации, легкий монтаж и доступная цена среди аналогов.


Безнапорный солнечный водонагреватель DUALEX-супер серии  “Эконом” состоит из специальных вакуумных трубок, схожих по конструкции с колбой термоса, внутреннего бака из нержавеющей стали и окрашенного внешнего бака для нагрева воды, рамы крепления конструкции и цифрового контроллера, который управляет работой системы, либо резервного бачка. Внутренний бак теплоизолирован пенополиуретаном толщиной 50 мм.


Использованные источники

  1. vestor-ru.ru/solnechnye-nagrevateli-vody
  2. teplospec.com/alternativnoe-otoplenie/solnechnye-nagrevateli-vody-ekonomnaya-energiya.html
  3. helpiks.org/6-86150.html
  4. du-alex.ru/solnechnye-vodonagrevateli

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.