Эффективность солнечных коллекторов в зимнее время


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.

Вакуумный колектор из восьми полей зимой
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.


У обоих типов коллекторов есть вероятность повреждения при сильных перепадах температуры. У некачественных плоских панелей есть вероятность появления трещин. Это приводит к небольшим теплопотерям. У плоских солнечных коллекторов хороших производителей такой риск отсутствует – их покрытие сделано из гибкого полимерного стекла.

Вакуумные трубки более подвержены колебаниям температур. При быстром нагреве стекло расширяется и не всегда равномерно. Особенно если часть трубок занесены снегом. За счет этого могут появиться трещины и разгерметизация стеклянных колб. В таком случае поврежденная трубка перестает работать.

Защититься от перепадов температур практически невозможно. Единственный вариант – покупать солнечные коллекторы у проверенных производителей и поставщиков. Важно отметить, что даже китайские производители без собственных торговых марок часто изготавливают качественную продукцию.

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.

Эффективность вакуумного коллектора зимой

КПД вакуумных трубок зависит не от температуры, а от количества солнечного света, это исходит из его принципа работы. Зимой дни короче, а солнце не так высоко поднимается над горизонтом, поэтому вакуумный коллектор не даст столько тепловой энергии, сколько летом.

Есть два способа решения вопроса – увеличение количества вакуумных коллекторов и уменьшение энергопотерь дома. Снизить тепловые потери можно двумя способами – утеплив здание и установив эффективную систему отопления. Сейчас наиболее эффективными являются теплые полы и теплые плинтусы.

Неплохой вариант – использовать спаренный тепловой насос и вакуумный коллектор для отопления дома. Так можно добиться максимальной эффективности, хотя общая стоимость оборудования будет высока.


Схема подключения теплового насоса и вакуумного солнечного коллектора
Так выглядит система, в которую последовательно включены вакуумный солнечный коллектор и водяной тепловой насос.

Особенности эксплуатации

Основная проблема для всех типов солнечного оборудования в холодное время года – осадки. Если трубки покрыты снегом или инеем, их эффективность снижается. Но стоит учитывать следующее:

Если вы собираетесь использовать вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой, значит он будет установлен под большим углом чтобы уловить максимум солнечного света. Соответственно, снег и вода будет просто соскальзывать с него.

Небольшая площадь трубок не позволит снегу «зацепиться» за них, в отличие от того, как это происходит с плоскими солнечными коллекторами. Практика показывает, что ветер скоростью 3 м/с сдувает снег с коллекторов.

Большую опасность вызывает наледь. Она образуется, когда днем плюсовая температура, а ночью – отрицательная. Лед хоть и прозрачен, но рассеивает часть солнечного света. Образование ледяной корки несколько снижает эффективность работы солнечного вакуумного коллектора.

Избавиться от нее просто – достаточно пролить замерзший участок теплой водой. Скалывать наледь с вакуумных трубок не рекомендуется – есть риск повредить стекло и нарушить герметичность.

Мифы и заблуждения


Некоторые считают, что плоские солнечные коллекторы более эффективны чем вакуумные. Отчасти это правда, но если идет об обогреве дома в зимний период, то последние однозначно выигрывают. Подробнее об этом читайте в статье «Сложный выбор: солнечный коллектор – плоский или вакуумный?»

Вакуумные трубки хоть и сделаны из стекла, но отлично держат удар. В приведенном ниже видео проводят испытания с помощью железного шара, который почти в 8 раз тяжелее льда. Соответственно, удары града они выдерживают с легкостью.

А в этом видеоролике вакуумную трубку испытывают на прочность куском льда. Согласитесь, что такой град большая редкость, но и его вакуумный коллектор сможет выдержать.

Считается, что китайские вакуумные коллекторы хуже европейских или американских. На деле это не так – большинство именитых производителей заказывают комплектующие в Поднебесной и максимум что делают на своих производствах – собирают их. К тому же, Китай давно вышел из эпохи ширпотреба, их производства следят за уровнем качества чтобы быть конкурентоспособными на европейском и американском рынках.

Есть мнение, что со временем вакуумные солнечные коллекторы теряют эффективность. Отчасти это правда, но только в том случае, если не проводить профилактику. Если использовать вакуумные солнечные коллекторы для обогрева дома зимой, в них будут большие перепады температур.


Из-за этого уплотнители со временем загрубеют и начнут пропускать теплоноситель. Если их периодически менять (раз в 2-3 года), такого не произойдет, а цена уплотнителя просто копеечная.

Вакуумные трубки со временем теряют герметичность – да, такое происходит, но не со временем, а из-за повреждений. Если стекло некачественное или во время производства появились дефекты, такое может произойти. Разгерметизация может случиться из-за механического повреждения или во время эксплуатации, когда трубка меняет размеры под влиянием перепада температур.

Разгерметизированные вакуумные трубки зимой
При определенных условиях вакуумные трубки покрываются инеем и становится видно, какие из них потеряли герметичность

Стоит ли использовать вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой?

Когда у вас есть другие источники тепловой энергии, например – тепловой насос, газовый котел и т.д., то использовать вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой не слишком целесообразно. Если же вы отапливаете здание электричеством, обогрев за счет солнечной энергии будет отличным решением.

Если дом не подключен к газу или электричеству, то солнечные вакуумные коллекторы – оптимальное решение для организации отопления в доме. При одинаковых начальных затратах на оборудование вы получите практически бесплатное тепло.

Виды коллекторов


Ответ на вопрос, работает ли солнечная батарея зимой, зависит от вида коллектора. Наибольшей популярностью пользуются плоские пластинчатые и вакуумные модели.

Плоский коллектор состоит из трех частей:

  • пластина;
  • прозрачное покрытие;
  • теплоизоляционный слой.

Пластина улавливает излучение. Для большей эффективности она покрыта краской черного цвета. Также это может быть специальный состав — из меди, из оксида титана или черного никеля. Прозрачное покрытие не должно содержать частиц металла. Материал изготовления — поликарбонат гладкий или рифленый, или укрепленное стекло.

Основа теплоизоляции — это медные или полиэтиленовые трубки. В их полость поступает теплоноситель. Внутри панели образуется вакуум, препятствующий потере тепла.

Виды коллекторов


Вакуумный коллектор состоит из медной трубы, тепловой трубки, алюминиевой крышки, рамки из нержавеющей стали. Под алюминиевой крышкой размещена медная труба и слой теплоизолятора. На стальной решетке помещены вакуумные трубы, которые присоединены к корпусу из алюминия. Солнечная вакуумная труба схожа по строению с бытовым термосом. Но внешняя ее часть прозрачна, а внутренняя трубка покрыта высокоселективным составом. Благодаря этому энергия солнца лучше поглощается. Пространство между внутренней и внешней трубой заполнено вакуумом, который позволяет сохранить 95% улавливаемого тепла.

Виды коллекторов

Для отопления дома солнечными батареями зимой больше подходит вакуумная модель, а для лета — плоский пластинчатый коллектор.

Воздушный коллектор состоит из двух пластин, между которыми есть лабиринт. По нему проходят воздушные массы и нагреваются. Позже через сделанное в стене отверстие нагретый воздух проникает в помещение. Это самый простой тип устройства, который может работать как автономно, так и при помощи насоса и вентилятора.

Воздействие осадков

То, как солнечные батареи работают зимой, зависит от их вида.


Вакуумные панели за счет своей конструкции и большего угла наклона относительно земли могут работать и при рассеянном свете, в пасмурную погоду. При засыпании снегом плоские панели не работают совсем, а эффективность вакуумной панели снижается на 10%-15%. Это же правило касается заиндевения. Наледь не мешает работе коллектора, т.к. она прозрачна и не препятствует проникновению излучения к принимающей поверхности.

Колебания температур не оказывают существенного влияния на уровень эффективности. Верхний слой вакуумных трубок не нагревается и не охлаждается, они надежно сберегают тепло. Плоский коллектор отдает примерно 5% тепла.

Дождь и град наносят больший ущерб плоским устройствам, чем вакуумным. Но вакуумные сложнее очищать — на них скапливается снег и образуется наледь.

Заключение

Для отопления дома зимой лучше всего использовать вакуумный солнечный коллектор. Он обладает следующими преимуществами перед другими моделями:

  • прозрачный материал, из которого выполнена изоляционная трубка, пропускает лучи солнца с минимальной потерей их мощности;
  • вакуум, который создается между медной и стеклянной трубками, выполняет роль своеобразной «подушки», не давая теплу покидать агрегат при охлаждении из-за низких температур;
  • алюминиевая фольга повышает эффективность поглощения солнечного излучения;
  • крышка изоляционной трубы создает дополнительный вакуум;
  • конструкция позволяет регулировать угол наклона и принимать и рассеянный свет;
  • снег и наледь хоть и снижают эффективность работы устройства, но не останавливают ее полностью.

Вакуумные батареи за счет своей покатой формы самоочищаются от снега, если его выпало немного. Чистить агрегат вручную приходится после сильных снегопадов и при температурах ниже -200, когда есть риск образования наледи. Низкие температуры не страшны для вакуумного коллектора, т.к. он отлично сохранят тепло. В морозную ясную погоду можно нагреть воду до состояния кипятка. Эффективность солнечного коллектора зимой в пасмурную погоду снижается — но и в этом случае коллектор способен выполнять свою функцию. Его мощности может не хватить для отопления дома — но с помощью него получится нагревать воду для бытового пользования. А это уже существенное сокращение расходов.


Использованные источники

  1. vteple.xyz/kak-rabotaet-solnechnyiy-kollektor-zimoy/
  2. vteple.xyz/vakuumnyiy-kollektor-dlya-otopleniya-doma-zimoy/
  3. altenergiya.ru/sun/effektivnost-solnechnyx-kollektorov-v-zimnee-vremya.html

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.