Схема подключения солнечного коллектора к системе отопления


Экология потребления.Усадьба:Большую часть года мы вынуждены тратить деньги на отопление своих домов. В такой ситуации любая помощь будет не лишней. Энергия солнца подходит для этих целей как нельзя лучше: абсолютно экологически чистая и бесплатная.

Большую часть года мы вынуждены тратить деньги на отопление своих домов. В такой ситуации любая помощь будет не лишней. Энергия солнца подходит для этих целей как нельзя лучше: абсолютно экологически чистая и бесплатная. Современные технологии позволяют осуществлять солнечное отопление частного дома не только в южных районах, но и в условиях средней полосы.

Что могут предложить современные технологии

В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года. В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.


Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи.

Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.

Тепловые коллекторы нагреваясь под действием солнечных лучей нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты.

Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.

Несмотря на явный прогресс в разработке решений по собиранию, аккумулированию и использованию солнечной энергии, существуют достоинства и недостатки.

Плюсы и минусы от использования энергии солнца

Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.

Второй плюс — это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. Солнечные батареи и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.


Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году.

Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель. В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.

У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.

Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД.  Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых. Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.

Трубчатые солнечные коллекторы


Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.

Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.

Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.


Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe).

Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении.

В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель.

Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Плюсы и недостатки трубчатых коллекторов

Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.

Достоинства:


  • низкие теплопотери;
  • способность работать при температуре до -30⁰С;
  • эффективная производительность в течение всего светового дня;
  • хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
  • низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
  • возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность. Обладает следующими недостатками:

  • не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
  • высокая стоимость.

Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. Имеют большой срок эксплуатации.

Плоские закрытые солнечные коллекторы

Плоский коллектор состоит из алюминиевого каркаса, специального поглощающего слоя – абсорбера, прозрачного покрытия, трубопровода и утеплителя.

В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.


С наружной стороны закрытая панель защищена прозрачным покрытием. Оно изготовлено из противоударного закаленного стекла, имеющего полосу пропускания 0,4-1,8мкм. На такой диапазон приходится максимум солнечного излучения. Противоударное стекло служит хорошей защитой от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

  • простота конструкции;
  • хорошая производительность в регионах с теплым климатом;
  • возможность установки под любым углом при наличии приспособлений для изменения угла наклона;
  • способность самоочищаться от снега и инея;
  • низкая цена.

Плоские солнечные коллекторы особенно выгодны, если их применение запланировано еще на стадии проектирования. Срок службы у качественных изделий составляет 50 лет.

К недостаткам можно отнести:

  • высокие теплопотери;
  • большой вес;
  • высокая парусность при расположении панелей под углом к горизонту;
  • ограничения в производительности при перепадах температуры более 40°С.

Сфера применения закрытых коллекторов значительно шире, чем гелиоустановок открытого типа. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальщиками в отопительный период, они могут поработать вместо газовых и электрообогревателей.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов


Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

  • коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
  • коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
  • общая и апертурная площадь;
  • КПД.

Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема подключении теплового коллектора

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

  1. Летний вариант для горячего водоснабжения
  2. Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор.

Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй — на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора. Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе.


В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Схема подключения солнечной батареи

Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Как посчитать необходимую мощность коллектора


При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:

  • обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
  • обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м2 земли называется инсоляцией. Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная — 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д. опубликовано econet.ru 

Источник: econet.ru

Схема подключения солнечного коллектора в теплое время года.

Простейшая схема подключения коллектора включает в себя следующие компоненты:

—                   непосредственно коллектор;

—                   контур теплообмена;

—                   тепловой аккумулятор (бак, в котором находится нагретая вода).

Плоский солнечный коллектор имеет наиболее простую конструкцию и отлично подходит для использования в жарком климате с большим количеством солнечных дней и соответствующим уровнем инсоляции. Он состоит из слоя абсорбера, покрытого стеклом, который преобразовывает и передает уже тепловую энергию теплоносителю (последний циркулирует в трубках – тепловом контуре).

В регионах с холодным климатом более эффективно использование вакуумного коллектора, особенностью конструкции которого является использование для нагрева вакуумных трубок. Стеклянные трубки, благодаря своей цилиндрической форме, способны улавливать солнечные лучи более длительный промежуток времени (лучше использовать солнечный день), а используемое в их конструкции селективное покрытие улавливает даже рассеянное солнечное излучение. Благодаря этому они имеют большую эффективность в работе при установке в большинстве регионов нашей огромной страны.

В летнее время года, когда значения солнечной инсоляции достигают своего пика, работа солнечного коллектора дает ощутимый результат вне зависимости от того, какой солнечный коллектор используется – плоский или вакуумный.

В это время года в качестве теплоносителя можно смело использовать воду (это также относится к регионам с «мягкой» зимой), которая нагревается полученной от абсорбера энергией и подымается по трубам вверх, поступая в бак-аккумулятор. Бак подключен к кранам вывода воды, поэтому при открытии вентиля горячая вода из бака выходит и замещается холодной. Вода более низкой температуры скапливается в нижней части бака и выходит в контур системы через соответствующую трубу. Она вновь нагревается от полученной энергии и поступает в бак. В самом накопителе труба забора, через которую происходит подача горячей воды для пользования, должна быть расположена у верхней части бака (из-за меньшей плотности теплая вода подымается вверх).

Такой водный бак-аккумулятор можно располагать как на улице, так и в помещении. Наиболее распространенный и простой вариант в первом случае – водяной душ. Окрашенный в черную краску бак самостоятельно притягивает тепло и еще больше нагревает воду. Чтобы избежать теплопотерь в ночное время, бак необходимо теплоизолировать.

Такая простейшая схема подключения солнечного коллектора обеспечивает лишь естественную (и не всегда достаточную) циркуляцию теплоносителя. Увеличить продуктивность работы системы можно с помощью циркуляционного насоса.

Повышаем эффективность работы солнечного коллектора в холодную пору.

Использование простой системы для отопления и горячего водоснабжения в зимнее время возможно, если в качестве теплоносителя применяется антифриз, а бак-накопитель дополнен вспомогательным обогревательным элементом (например, ТЭНом). При использовании антифриза изменяется конструкция бака – в него монтируется змеевик (чаще всего медный), благодаря которому происходит циркуляции теплоносителя в баке. Хорошая проводимость металла позволяет отдавать тепло антифриза воде в баке.

В конструкцию рекомендуется включить циркуляционный насос и расширительный бак. Иногда для разделения воды, которая используется для отопления (техническая) и личного использования (питьевая) в бак монтируют внутренний резервуар. Он располагается в верхней части бака (где собирается горячая вода) и подключен к системе водоснабжения (с помощью вентиля забирается горячая вода, а резервуар заполняется холодной жидкостью). При этом система отопления подключена к основному баку.

В зависимости от внешней температуры, площади коллектора, географической точки, времени года, типа коллектора, и множества других факторов колеблется и эффективность работы системы (т.е. стабильность вырабатываемого уровня энергии). 

Кроме более привычных пользователям устройств, существует и воздушный солнечный коллектор, схема работы которого предполагает, что теплоносителем в системе является воздух, который нагревается от абсорбера и подается в отапливаемое помещение с помощью вентилятора.

Собираем солнечный коллектор своими руками.

Солнечный коллектор, его устройство, схемы и конструкции уникальны в каждом конкретном случае. Подобрать комплектующие, собрать и подключить механизм в систему так, чтобы она работала максимально продуктивно и безопасно, могут профессионалы. Впрочем, собрать элементарный солнечный коллектор или батарею легко и своими руками.

В качестве коллектора можно использовать радиатор из трубок длиной около 16-18 см и толщиной стенок около 1,5 мм. Решетка из таких стеклянных труб соединяется с трубами вывода и подвода (на ¾ и 1 дюйм соответственно). Такой радиатор устанавливается в короб из досок или металлических брусьев для более крепкой конструкции. В качестве дна – фанера или оргалит, сверху которых необходимо уложить теплоизоляцию. В короб устанавливают радиатор, закрепляют его хомутами и закрывают конструкцию крышкой из толстого стекла. Чтобы конструкция притягивала больше солнечной энергии, трубки радиатора, дно и внутренние поверхности короба окрашивают черной матовой краской, а стены снаружи – «серебрянкой». Любые соединения между элементами конструкции необходимо герметизировать (чаще всего используют пеньку, сверху которой наносят краску).

Как в случае с фабричными коллекторами, схема солнечного коллектора своими руками предполагает наличие бака для воды. В домашних условиях накопителя объемом до 300 л оказывается достаточно для того, чтобы нагретой до нужного уровня воды хватало домохозяйству. Бак необходимо теплоизолировать (например, поместив в короб и заполнив оставшееся пространство пенопластом, опилками и другими подручными материалами).

Чтобы поддерживать давление в системе, устанавливают аванкамеру – емкость объемом 30-40 л монтируют на 0,8-1 м выше уровня воды в баке. Аванкамера нужна для контроля подачи воды (жидкость прекращает поступать, когда начинает выливаться из трубы вывода аванкамеры и, наоборот, когда уровень воды в аванкамере падает, начинается процесс подачи воды из радиатора).

Все элементы системы соединяются в тепловой контур трубами на ½ и 1 дюйм. Первые используются для монтажа элементов от крана до аванкамеры и вывода нагретой воды из бака-накопителя, а «дюймовые» – для компонентов под низким давлением. Во избежание теплопотерь в трубах, их также необходимо окрасить «серебрянкой».

Но лучше «не заниматься ерундой» и приобрести готовый, заводской солнечный коллектор, гарантированно обеспечивающий Вас теплом и горячей водой.

Схема подключения и работы солнечного коллектора достаточно простая и безопасная. В зависимости от множества факторов, меняется и наличие компонентов. Чтобы коллектор работал эффективно, обеспечивая нужное количество тепла и горячей воды даже в холодное время года, необходимо не только правильно рассчитать и подобрать все компоненты, но и грамотно произвести их монтаж!

 

 

Источник: du-alex.ru

1.Вариант подключения для горячего водоснабжения в летний период, отличающийся естественным механизмом циркуляции

Данная схема является одной из самых простых и популярных. Ее чаще всего применяют для подачи горячей воды в летний душ. Хотя, ее можно использовать и для подачи воды в дом. Для этой цели придется осуществить монтаж прямо в помещении. Чтобы добиться естественной циркуляции, прибор располагается несколько ниже бака. Как правило, расстояние между ними не должно превышать 1 м. При этом, труба между баком и коллектором должна быть больше ¾ дюйма. Для того, чтобы разогретая в течение дня вода не теряла тепло и ею можно было пользоваться вечером, нужно провести тщательное утепление бака. Ширина утеплителя в этом случае должна превышать 10 см.

Эта система отличается простотой и практичностью, но, в то же время, она имеет и некоторые недостатки. Например, она имеет небольшую инерционность вследствие использования принципа естественной циркуляции. Поэтому, если нельзя осуществить монтаж коллектора возле бака, то тогда необходима установка циркуляционного насоса, чтобы обеспечить искусственную циркуляцию. Зимой емкости следует опустошать, а воду из нее сливать. Это нужно для того, чтобы бесшовная труба не разорвалась вследствие замерзания воды.

2. Зимний способ подключения для снабжения горячей водой

Если вы хотите использовать солнечный коллектор в любой сезон, в том числе и зимой, то тогда вам подойдет эта схема. Основным ее отличием является применение в теплообменнике незамерзающей жидкости или антифриза. Она не будет замерзать и портить трубы. Для такого типа подключения нужно воспользоваться емкостью косвенного нагрева. По своей сути он представляет собой обычный бак с утеплением, только имеющий медный змеевик. Благодаря использованию такой системы циркуляция будет осуществляться между змеевиком и коллектором. В последующем именно змеевик будет способствовать нагреву воды. Для надежной работы системы следует применять систему искусственной циркуляции с монтажом циркуляционного насоса. Конечно, можно использовать и естественную циркуляцию, если это позволяет ситуация. Кроме того, не стоит забывать о необходимости подсоединения к контуру расширительного бака.

3. Зимняя схема подключения отопительного солнечного для отопления

Эта схема подойдет тем, кто хочет использовать устройство не только для горячего водоснабжения, но и для отопления комнат. Здесь в качестве основного компонента тоже используется емкость для косвенного нагревания. Что касается котла, то можно взять как котел на газу, так и на твердом топливе. Осенью или весной котел может быть отключен, а вода будет нагреваться за счет солнечного коллектора. Однако, постоянно использовать систему в зимнее время будет проблематично в связи с довольно пасмурной погодой в этот период. В то же время, даже в плохую погоду зимой это приспособление может брать на себя часть функций по подогреву систему отопления, тем самым экономя газ. Для эффективной работы этой системы нужен коллектор с как можно большей площадью. Считается, что она должна быть не меньше 30% от площади помещения, чтобы устройство могло справиться с отоплением.

Это только основные схемы для подключения солнечного коллектора, которые используются на сегодняшний день. Они позволят добиться оптимальной эффективности работы системы при минимальных затратах. В итоге вы получите экономичное и практичное приспособление для обогрева.

Источник: ekobatarei.ru

Солнечный нагрев воды в доме

Солнечную энергию для дома можно получать почти бесплатно и в довольно больших количествах. Почему не даром? Потому что, платить все же придется, но не Cолнцу, а производителям и монтажникам солнечных коллекторов. 

Использование энергии Солнца в системах отопления и горячего водоснабжения частного дома, а также для нагрева воды в бассейне, по мере быстрого роста стоимости энергоносителей, становится все более выгодным. Срок окупаемости солнечного оборудования дома с каждым годом оказывается все меньше.

В странах Евросоюза установка солнечных коллекторов в новых домах является обязательной.

Чем дальше от экватора, чем больше пасмурных дней в году, чем выше загрязнение воздуха, тем меньше солнечной энергии падает на Землю. 

Интенсивность солнечного излучения в южных регионах России, на территории Украины, южнее 52о с.ш., составляет от 1000 до 1350 кВт*ч/м2/год.

В наших южных широтах наибольшая интенсивность солнечного излучения приходится на период с марта по октябрь. В это время потребность в отоплении дома минимальна. Поэтому солнечную энергию в основном используют для нагрева воды в системе горячего водоснабжения дома и для подогрева воды в бассейне.

В системах отопления частного дома солнечные коллекторы применяют реже — только как вспомогательные нагреватели к котлу. Расчеты и практика применения показывают, что использование солнечных коллекторов в системах отопления в наших широтах в большинстве случаев не окупает затраты на их установку.

Следует заметить, что срок окупаемости установок солнечного нагрева очень сильно зависит от стоимости топлива, которое используется в доме для отопления и нагрева воды в системе ГВС. Например, за 1 кВт*час энергии, поступающей из электрической сети, хозяин дома заплатит примерно в 10 раз больше, чем за такое же количество, полученной от котла на природном газе.

В домах, где для отопления или нагрева воды используется электроэнергия, или работают котлы на дорогих видах топлива, установка солнечных коллекторов будет наиболее выгодна.

Оснащение систем отопления и ГВС солнечным коллектором обойдется дешевле, если их установку предусмотреть сразу, на стадии проектирования и строительства дома. Переделки всегда обходятся дороже.

Солнечный коллектор 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.

Плоский солнечный коллектор

Плоский солнечный коллектор - водонагревательСолнечный плоский коллектор представляет собой металлическую пластину — абсорбер, которая поглощает падающее на неё солнечное излучение. К пластине прикреплены медные трубки, по которым течет теплоноситель.

Пластину абсорбера покрывают слоем никеля, черной меди или другим материалом с высоким коэффициентом поглощения солнечных лучей, но с низким коэффициентом тепловых излучения. Такое покрытие называют селективным.

Некоторые производители выпускают адсорберы из двух сложенных вместе металлических листов. В листах выдавлены канавки, из которых при соединении листов формируются трубки коллектора.

Солнечные лучи нагревает абсорбер, от него тепло передается теплоносителю, температура которого увеличивается.

Абсорбер с трубками устанавливают в теплоизолированный плоский корпус. Сверху корпус коллектора закрывают стеклом. Для улучшения теплоизоляции обычно устанавливают стеклопакет с двойным или тройным остеклением. Стекло должно выдерживать удары града.

Чтобы остекление и поверхность адсорбера не запотевали, в корпусе коллектора оставляют отверстия для вентиляции.

Пластина абсорбера в плоском коллекторе со стеклопакетом может нагреваться до 190 оС.

Панель солнечного водонагревателя с параллельным расположением труб
Панель солнечного водонагревателя с параллельным расположением труб

В плоском солнечном коллекторе трубы, по которым циркулирует теплоноситель, обычно располагают вертикально. Применяют две схемы разводки труб — параллельную и змейкой.

Параллельная схема расположения труб имеет маленькое гидравлическое сопротивление. Коллекторы с параллельными трубами применяют в схемах подогрева воды с естественной циркуляцией теплоносителя.

Панель солнечного водонагревателя с расположением труб змейкой
Панель солнечного водонагревателя с расположением труб змейкой

Укладка труб змейкой позволяет получить чуть больший тепловой эффект, но при этом резко увеличивается гидравлическое сопротивление системы. 

Трубчатый вакуумный солнечный коллектор

Солнечный трубчатый вакуумный коллектор
Солнечный трубчатый вакуумный коллектор устанавливают на южном скате крыши

Солнечный вакуумный трубчатый коллектор может состоять из нескольких десятков стеклянных труб, в которых создан вакуум. Внутри вакуумных труб находятся трубки с теплоносителем.

На нижнюю часть поверхности труб нанесено зеркальное покрытие, фокусирующее солнечные лучи. А верхняя часть труб покрыта селективным слоем, который пропускает солнечные лучи внутрь, но задерживает отраженное тепловое излучение изнутри стеклянной трубы. 

Наличие вакуума значительно уменьшает тепловые потери, а зеркальное и селективное покрытия еще больше увеличивают эффективность коллектора.

Солнечный коллектор с тепловыми трубками

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.

Схемы подключения солнечного коллектора

В схемах отопления и ГВС с солнечным коллектором обязательно должна быть накопительная емкость — аккумулятор тепла. Связано это с тем, что процесс поступления тепла от солнечного коллектора не совпадает по времени и количеству с расходом тепловой энергии потребителями в доме. Солнечную энергию сначала накапливают в аккумуляторе тепла, а затем расходуют по мере необходимости.

Для накопления энергии, получаемой от солнечного коллектора, выгодно использовать накопительный бойлер системы ГВС или буферную емкость системы отопления. Для этого, устанавливают бойлер и буферную емкость с дополнительным теплообменником, к которому и подключают солнечный коллектор.

Теплоноситель в системе нагрева с солнечным коллектором

В системе нагрева с солнечным коллектором, которая работает только летом, в качестве теплоносителя используют воду. Системы на воде подходят для дачных домов сезонного проживания или летних бассейнов.

Для систем отопления и ГВС жилого дома, работающих круглый год, в качестве теплоносителя приходится использовать незамерзающие жидкости — антифриз на основе пропиленгликоля или минеральное масло.

Все жидкости — теплоносители при нагревании расширяются. Поэтому контур нагрева солнечного коллектора обязательно оборудуют расширительным баком.

В контуре с солнечным коллектором существует также опасность закипания жидкости — необходима защита от перегрева и установка предохранительного клапана.

Защита от перегрева контура солнечного коллектора обычно осуществляется путем выбора накопительного бака достаточно большого объема, способного поглотить излишки тепла.

Для удаления воздуха из контура коллектора устанавливают автоматический воздухоотводчик.

Для предотвращения опорожнения накопительного бака трубопровод холодной воды оснащают обратным клапаном.

Расширительный бак, воздухоотводчик, предохранительный клапан контура коллектора аналогичны тем приборам, которые устанавливаются на отопительном котле в доме. 

Схема нагрева воды солнечным коллектором для дачного дома

Схема горячего водоснабжения с солнечным коллектором - водонагревателем для дачного дома

Схема ГВС с естественной циркуляцией теплоносителя в контуре солнечного коллектора и с электрическим нагревателем в накопительном баке.

Для возникновения в контуре естественной и достаточно интенсивной циркуляции необходимо, чтобы дно накопительного бака было выше солнечного коллектора минимум на 0,5м. (чем больше — тем лучше). Кроме того, стараются уменьшить гидравлическое сопротивление в контуре солнечного коллектора. Для этого увеличивают диаметр труб и сокращают их длину.

В качестве теплоносителя используется незамерзающая жидкость.

Для подогрева воды в пасмурные дни накопительный бак имеет электрический нагреватель.

С целью уменьшения потерь тепла накопительный бак и трубопроводы защищают теплоизоляцией толщиной 50 мм.

Если бак устанавливают на холодном чердаке, то толщину теплоизоляции бака следует увеличить до 100 -150 мм. а трубопроводы с водой разместить под теплоизоляцией бака.

Для дачного дома с сезонным проживанием, только летом, можно контур солнечного коллектора выполнить без теплообменника в баке. В контур коллектора вода будет поступать из нижней части бака, нагреваться и накапливаться в верхней части бака. С наступлением холодов систему необходимо опорожнять от воды.

Эта простая и не дорогая система ГВС подойдет для дачных домов и небольших частных домов с отоплением твердотопливным котлом или печами.

Схема ГВС с солнечным коллектором и бойлером косвенного нагрева 

Схема горячего водоснабжения с солнечным коллектором и бойлером косвенного нагрева для частного дома

Схема подключения солнечного коллектора к системе ГВС с накопительным бойлером косвенного нагрева и отопительным котлом с контуром ГВС.

Для подключения солнечного коллектора к системе ГВС с бойлером косвенного нагрева необходимо установить в доме бойлер с двумя теплообменниками.

К нижнему теплообменнику подключают нагревательный контур солнечного коллектора, а к верхнему — контур ГВС отопительного котла.

Если тепла от солнечного коллектора не хватает для нагрева воды, то включается в работу контур ГВС отопительного котла.

Установка циркуляционного насоса в контур солнечного коллектора позволяет установить коллектор в любое положение относительно бойлера, а также уменьшить диаметр трубопроводов.

Схему с бойлером косвенного нагрева удобно применять при отоплении дома газовым котлом.

Схема отопления и ГВС с солнечным коллектором и буферным баком — аккумулятором тепла

Схема отопления и горячего водоснабжения с солнечным коллектором и буферным баком - аккумулятором тепла для частного дома

Схема подключения солнечного коллектора к системе отопления и ГВС с буферным баком — аккумулятором тепла и отопительным одноконтурным котлом.

Прочитайте статью «Схема отопления и ГВС с буферным баком — аккумулятором тепла» для того, чтобы узнать преимущества, особенности устройства и работы этой системы.

Солнечный коллектор присоединяют к теплообменнику, установленному в буферном баке — аккумуляторе тепла. К буферному баку подключают и контур отопительных приборов дома (на схеме не показан).

Тепловая энергия от всех источников — солнечного коллектора и отопительного котла, аккумулируется в буферном баке. Из буферного бака тепло расходуется и на подогрев воды в системе ГВС, и подается в контур отопления помещений дома.

Схема с буферным баком позволяет использовать солнечную энергию и для отопления, и для горячего водоснабжения.

Схема ГВС с солнечным коллектором и двумя накопительными баками

Схема ГВС с солнечным коллектором и двумя накопительными баками для частного дома

Схему ГВС с двумя накопительными баками используют при подключении солнечного коллектора к уже работающему оборудованию системы горячего водоснабжения в доме. Когда в уже установленном бойлере отсутствует теплообменник для подключения солнечного коллектора.

Покупка нового бойлера ГВС с двумя теплообменниками и замена старого часто не выгодна. Дешевле приобрести новый бойлер небольшого объема только для контура солнечного коллектора.

Схема подогрева воды для бассейна

Подогрев воды в бассейне можно производить по любой из первых трех схем, которые приведены выше.

Холодная вода со дна бассейна подается циркуляционным насосом по трубопроводу холодной воды в накопительный бак, бойлер или буферную емкость. Горячая вода возвращается обратно в бассейн.

Принудительная циркуляция воды в контуре бассейна обеспечивает перемешивание воды и равномерное распределение температуры по глубине бассейна.

Для бассейнов, работающих только летом, накопительный бак можно исключить из схемы подогрева. Роль накопительного бака может выполнять ванна бассейна.

Автоматизация систем отопления и ГВС с солнечным коллектором

Системы отопления и ГВС с солнечным коллектором обязательно оснащают приборами автоматики.

Автоматика необходима для согласованного управления работой нескольких источников энергии — солнечного коллектора, котла, электрического нагревателя, а также циркуляционных насосов.

Датчики измеряют температуру теплоносителя у источников нагрева, температуру воды в накопительном баке. Блок управления по заданной программе анализирует показатели датчиков и выдает команды  на включение или отключение тех или иных источников нагрева, насосов и клапанов.

Человек имеет возможность задавать параметры регулирования — например, устанавливать максимальную температуру горячей воды. 

Какой солнечный коллектор лучше выбрать

У каждого вида солнечных коллекторов имеется свой минимальный порог интенсивности солнечного излучения, при котором они начинают нагревать теплоноситель.

Плоский солнечный коллектор начинает греть при мощности солнечного излучения 70-90 Вт/м2. Для сравнения — если плоский коллектор не закрыт стеклом, то он начнет греть при мощности излучения более 200 Вт/м2.

Трубчатые солнечные коллекторы с вакуумными трубками начинают греть теплоноситель при мощности излучения более 20 Вт/м2.

Солнечный коллектор поглощает как прямое, так и рассеяное излучение Солнца. Общая интенсивность и соотношение разных видов излучения меняется в зависимости от времени года и суток, состояния облачности.

Например, в наших южных широтах максимальная мощность излучения в декабре около 80 Вт/м2, в апреле и сентябре 350 Вт/м2, а в июне 600 Вт/м2. Причем, летом доля прямого излучения составляет примерно 54%, а зимой только 30%.

Из приведенных выше данных можно сделать вывод, что для того, чтобы солнечный коллектор приносил в дом тепло круглый год, необходим трубчатый солнечный коллектор.

КПД плоского и трубчатого солнечных коллекторов

Мерой эффективности солнечного коллектора является его тепловой коэффициент полезного действия. КПД солнечного коллектора определяется как отношение количества полезной энергии, забираемой теплоносителем, к количеству энергии солнечного излучения, которое падает на поверхность коллектора.

коэффициент полезного действия КПД солнечного коллектора
КПД — коэффициент полезного действия для трех конструкций плоского и одного трубчатого солнечных коллекторов

На рисунке показаны графики зависимости коэффициента полезного действия — КПД, для трех конструкций плоского и одного трубчатого коллекторов. Это примерные характеристики при плотности потока солнечного излучения G=700 Вт/м2. По горизонтальной оси редуцированная (приведенная) температура, равная =dT/G, К*м2/Вт., где dT — разность между средней температурой теплоносителя коллектора и наружной температурой воздуха окружающей среды.

Анализируя графики, можно сделать следующие выводы:

Солнечный коллектор работает с максимальным КПД при маленьких значениях редуцированной температуры dT, в режиме с минимально необходимой температурой теплоносителя.

Причем, при малых значениях редуцированной температуры КПД у разных конструкций плоских коллекторов практически одинаков.

Плоский солнечный коллектор, который характеризуется графиком КПД с меньшим углом наклона  к горизонту (линия I на рисунке),  обеспечит нагрев воды при невысокой плотности лучистой энергии и довольно низкой температуре наружного воздуха — весной, осенью.

Плоский коллектор в летнее время, в условиях интенсивного солнечного излучения, имеет более высокий КПД, чем трубчатый. Для систем ГВС, работающих только в теплый сезон выгодно использовать плоские солнечные коллекторы. К тому же, плоский коллектор значительно дешевле трубчатого.

В условиях малой интенсивности солнечного излучения КПД трубчатого коллектора выше, чем плоского. Установка трубчатого коллектора может быть выгодна только для круглогодичного подогрева воды в системах отопления и ГВС, а также в северных широтах. Учитывая высокую стоимость трубчатого коллектора, его установка окупается далеко не всегда.

Выбираем солнечный коллектор для бассейна

С учетом сделанных выше выводов, для подогрева воды в летнем бассейне буквально на несколько градусов, можно выбрать любую конструкцию плоского коллектора. Эффективность при маленькой величине dT будет у всех конструкций плоских коллекторов примерно одинакова.

Выгодно использовать самые дешевые плоские коллекторы с пластиковыми абсорберами, которые могут вообще не иметь остекления.

Поскольку температура теплоносителя в коллекторе будет не намного отличаться от температуры наружного воздуха, то потери тепла при отсутствии стекла будут незначительными. Кроме того, из-за отсутствия стекла немного увеличится количество солнечной энергии, попадающей на адсорбер. Стекло всегда задерживает некоторую часть солнечных лучей.

Расчет размера солнечного коллектора

Из-за неравномерного поступления тепла от солнечного коллектора, в системах ГВС и отопления дома обязательно устанавливают еще один источник нагрева.

Производительность солнечного коллектора рекомендуется выбирать такой, чтобы от него получать не более 2/3 тепловой энергии, необходимой для горячего водоснабжения в доме. Использовать более производительные аппараты не выгодно — не окупятся. 

Для горячего водоснабжения в доме достаточно выбрать солнечный коллектор площадью 1-1,5 м2 в расчете на одного члена семьи.

Солнечный коллектор в системе отопления выбирают так, чтобы получать от него 20-30% тепловой энергии, необходимой для отопления. Размеры солнечного коллектора для целей отопления выбирают из расчета 0,3-0,5 м2 площади коллектора на 1м2 отапливаемой площади дома.

Для закрытого бассейна площадь солнечного коллектора может составлять 40% площади зеркала воды в нем.

В открытом бассейне воду нагревают солнечным коллектором площадью 70% от площади зеркала воды.

Пример расчета размеров площади солнечного коллектора 

Выполним расчет размера солнечных коллекторов для дома с отапливаемой площадью 200 м2, в котором проживают 5 человек. В доме имеется крытый бассейн с площадью воды 30 м2.

Площадь солнечных коллекторов составит:

  • Для нагрева воды в системе ГВС —    5-7,5 м2
  • Для системы отопления дома —         60-100 м2
  • Для подогрева воды в крытом бассейне —      12 м2

Где можно установить солнечный коллектор

Солнечный коллектор можно установить в любом месте — на крыше, на стене, на земле. Важно только установить его под определенным углом к горизонту и на солнечном месте.

Но чаще всего коллектор устанавливают на крыше. Коллектор на крыше не занимает места на участке и получает больше солнечных лучей — там его ничто не затеняет.

На крыше коллектор устанавливают над кровлей. Существуют конструкции коллекторов, которые встраивают в покрытие крыши.

При установке в любом месте следует иметь ввиду, что аппарат требует обслуживания. Поэтому, необходимо продумать, как облегчить доступ к нему.

Кроме того, коллектор достаточно тяжелое устройство. поэтому стропила крыши или стена дома могут потребовать усиления их конструкции.

Лучше всего, установку солнечного коллектора предусмотреть сразу, на стадии проектирования и строительства дома.

Ориентация поверхности солнечного коллектора

Максимальное количество солнечной энергии коллектор будет получать, если его поверхность будет перпендикулярна направлению на солнце.

Направление на солнце постоянно меняется в зависимости от времени года и суток. Поэтому, коллектор устанавливают под некоторым углом к горизонту, который позволяет получать максимум солнечной энергии без изменения положения коллектора.

Солнечный коллектор, который будет работать круглый год устанавливают под углом к горизонту, величина которого примерно равна географической широте местности.

В зимний период, если есть возможность, лучше увеличивать угол наклона еще примерно на 15о.

Если солнечный коллектор будет работать только летом, то угол наклона следует уменьшить до: географическая широта местности минус 15о.

Плоскость солнечного коллектора должна смотреть по направлению на юг с точностью плюс-минус 15о.

Трубчатые вакуумные коллекторы допускают большее отклонение от направления на юг. Они должны освещаться солнцем не менее шести часов в сутки.

Источник: DomEkonom.su


Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

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