Виды солнечных коллекторов для отопления дома

Варианты интеграции воздушного солнечного коллектора в частный дом

Возможны два способа подключения ВСК для обогрева дома – капитальный и мобильный.

Стационарный ВСК формируется по принципу «вентилируемых фасадов», но вместо обычного декоративного покрытия, дом обшивается перфорированными листами жести, тёмного цвета. В верхней части стены встраивается термоизолированный воздуховод, по которому воздух подаётся в помещения.

Это вариант обеспечивает постоянную вентиляцию и приток свежего воздуха, но работоспособность системы обеспечивается не естественной циркуляцией, а принудительной. Для этого интегрируют канальный вентилятор. В большинстве проектов, вентиляторы запитывают от альтернативных источников энергии, например от солнечных батарей.

Недостаток и преимущество SolarWall – две стороны одной медали.

С одной стороны, в помещение поступает свежий воздух  с температурой ≈55˚C, это положительная сторона. Но эмпирически доказано, что если бы воздух циркулировал по кругу, то его температура достигала бы 70-75˚C.

Мобильный вариант воздушного солнечного коллектора

Качественно собранный ВСК представляет собой прямоугольный модуль 1 на 2 метра, толщиной 10-15 см.

Хотя нет какого-то официального типоразмера, но большинство конструкций вписываются в эти параметры. С обратной стороны у них два отверстия:

• Сверху – выход нагретого воздуха;
• Снизу – подача прохладного воздуха.

Подключают воздушный солнечный коллектор в замкнутый цикл, т.е. холодный воздух берётся из дома, он нагревается от адсорбера, и через выходной канал поступает внутрь помещения.

Типы отопительных солнечных коллекторов для дома

Современная промышленность освоила выпуск различных типов солнечных отопительных коллекторов. Для того, чтобы понять, какой из них может подойти для монтажа системы домашнего отопления или горячего контура водоснабжения в вашем доме – необходимо ознакомиться с их разновидностями. Основных типов насчитывается два: плоские и вакуумные, менее широко распространены воздушные коллекторы.

Плоский светопоглощающий

Плоский отопительный солнечный коллектор представляет собой тонкую коробку, внутри которой находится особое вещество, активно аккумулирующее, адсорбирующее тепло. Сверху коробка закрыта стеклом, которое пропускает солнечные лучи. Внутри адсорбирующего слоя, собирающего тепло расположена система трубопроводов, внутри которых перемещается теплоносителя. В качестве теплоносителя в таких системах, как правило используется пропилен-гликоль.

плоский коллектор в разрезе

Вакуумный

Внутри вакуумного отопительного коллектора на месте единственной плоской коробки находятся полые стеклянные или кварцевые трубки, из которых откачан воздух, то есть создан вакуум. А вот уже внутри таких полых трубок располагаются трубки с веществом, адсорбирующем солнечную тепловую энергию. Соответственно трубопроводы с теплоносителем находятся внутри трубок с адсорбером. Солнечные лучи легко проникают сквозь вакуум в промежутке между трубами и нагревают теплоноситель. Однако этот же вакуум препятствует обратной утечки тепловой энергии из адсорбера в окружающее пространство, выступая в роли теплоизолятора.

вакуумный коллектор

Воздушный

Как уже понятно из названия – такие устройства не имеют теплоизолирующего вакуумного слоя. Следовательно КПД их действия будет ниже, чем у вакуумных коллекторов. Такие устройства рекомендуется устанавливать в местности с большим количеством солнечных дней. Более того, в таких коллекторах теплоносителем является обычный воздух. Он переносится в отапливаемое помещение вентилятором или естественной конвекцией. Работа вентилятора при перемещении воздушных потоков также требует отдельного источника питания Это дополнительная причина того, что данная система имеет более низкий КПД, чем плоские или вакуумные коллекторы. Конечно же, ни о каком горячем водоснабжении в такой конструкции не может быть и речи.

5 Правила выбора

У всех видов таких устройств есть свои достоинства и недостатки

Выбирая подходящий для конкретных нужд коллектор, нужно обращать внимание на следующие нюансы:

• Выгоднее всего размещать панели на южной стороне дома или с отклонением от неё на 30 градусов или менее. Если планируется круглогодичное пользование тепловым отоплением, лучше подобрать угол установки, равный географической широте местности.
• Если поставить устройство вертикально, с него не придётся счищать снег, но КПД может значительно понизиться.
• Перед тем как коллектор приобретён, нужно составить проект всей схемы отопления, а также предусмотреть оптимальный способ крепления к крыше. Нередко для этого требуются дополнительные каркасы. Желательно предоставить все работы по составлению планов специалистам в этой области.
• Использование плоских моделей не всегда оправдано. Они куда более прочны, чем прочие разновидности, но при поломке их нужно менять целиком. Этот тип коллекторов может нагревать воду на 20−40 градусов выше температуры за окном.
• Вакуумные коллекторы куда более хрупкие, чем плоские: отдельные трубки повреждаются довольно легко. Но, заменив одну колбу, можно полностью вернуть функциональность всему устройству, именно поэтому их ремонт требует меньших финансовых затрат. Зимой они куда эффективнее плоских, так как лучше собирают солнечную энергию и дольше её сохраняют.
• Коллекторы с воздухом в качестве теплоносителя куда хуже прогревают дом, чем остальные варианты. Однако они отличаются долгим сроком службы и куда реже выходят из строя, практически не требуя ремонта.
• У вакуумных коллекторов количество энергии, преобразованной в тепло, прямо пропорционально размерам их трубок. Лучше использовать трубки с шириной 6 сантиметров и длиной 2 метра. Если они будут уже и короче, это увеличит расход энергии. Чтобы производство тепла было более эффективным, внутри должна быть специальная вставка — прямая или в виде буквы U.

Следует также учесть, что мощность, указанная производителем, является номинальной и рассчитывается при ярком солнце, находящемся в зените. Ранним утром и вечером она будет падать, а ночью должна использоваться энергия, накопленная за день. Поэтому важна и мощность всей системы, и количество тепла, которое она сохраняет. Особенно это существенно для моделей с водой в качестве теплоносителя.

Как коллектор работает зимой?

Для систем отопления рекомендуется выбирать вакуумный солнечный коллектор, который лучше подходит для обеспечения бесперебойной подачи тепла в помещения.

Работает гелиосистема следующим образом:

• При поглощении солнечной энергии теплоноситель в контурах трубок испаряется, поднимается вверх и конденсируется в теплообменнике прибора. Происходит передача тепла в теплоноситель внешнего контура. Затем после охлаждения теплоноситель из контура трубок стекает вниз и процесс повторяется.
• Прогретый теплоноситель из наружного контура подается в бак-аккумулятор, откуда полученная тепловая энергия транспортируется до теплоносителя системы ГВС и отопления.
• Движение теплоносителя в наружном контуре осуществляется установкой циркуляционного насоса и автоматической системы управления. В систему входит контроллер, датчики и прочие элементы управления, которые поддерживают установленные параметры работы коллектора.

Для увеличения эффективности, выполнения задач в зимний период, рекомендуется монтировать дублирующие источники энергии. Например, дополнительный агрегат нагрева с применением топлива различных типов или можно решить задачу установкой электрического ТЭНа в бак-аккумулятор. Функциональность дублирующих источников тепла также контролируют приборы автоматики, запуская и отключая агрегаты по мере необходимости.

Принцип работы солнечного коллектора

Принцип работы солнечного коллектора

Чтобы конструкция функционировала наиболее эффективно, разработчики смогли совместить электричество и энергию солнечных лучей. Дело в том, что в зимний период солнце можно найти на небосклоне далеко не всегда. Из-за этого выходит, что данный обогревательный прибор не сможет функционировать в полной мере. Благодаря подключению к электрической сети осуществляется принудительная циркуляция теплообменника по системе, что делает затраты минимальными. Стоит отметить, что подобное устройство устанавливать рационально только в домах с большой площадью.

Некоторые специалисты утверждают, что гелиосистема окупается довольно долго, однако эта точка зрения ошибочна. Если сложить все средства, вложенные в данное оборудование и техническое обслуживание, то они вернутся приблизительно в течение трех-пяти лет. Чем регулярней его будут использовать, тем быстрее он окупится

Более того, необходимо принимать во внимание, что расходы на отопление с каждым годом становятся все больше и больше из-за постоянного роста тарифов

Эффективность

Чтобы использовать солнечную энергию для отопления частного дома, гораздо проще будет собрать схему из коллекторов – но такая возможность есть не всегда, поэтому приходится рассматривать иные варианты. Например, вполне может быть так, что на участке уже установлена рабочая система из солнечных батарей, которая используется только для обеспечения дома электричеством и горячей водой.

Приобретать новое оборудование при таких условиях будет слишком невыгодно ввиду его высокой стоимости. Чтобы обеспечить обогрев дома солнечными батареями, оптимальным решением будет увеличение мощности системы модулей. Самый простой вариант – приобрести несколько дополнительных кремниевых панелей и подключить к системе отопительного котла, работающего за счет электричества.

Грамотное распределение электрической энергии позволит обеспечить как систему горячего водоснабжения, так и отопительный контур. Чтобы мощности хватало на все, потребуется немало солнечных батарей – автономные здания, использующие только солнечную энергию, обычно полностью покрыты фотоэлектрическими панелями. Мощность солнечных батарей нужно считать заранее. Зачастую приходится достраивать дополнительную конструкцию, на которую будут устанавливаться панели.

Определить эффективность солнечной системы до ее использования не получается, поэтому все расчеты получаются лишь приблизительными. Сложность предварительных расчетов связана с тем, что есть масса факторов, просчитать влияние которых на эффективность сбора энергии невозможно. Конечно, при наличии некоторого опыта можно провести более-менее точный расчет, но такой опыт есть лишь у профессионалов, специализирующихся на проектировании и установке солнечных систем.

Наибольшее влияние на эффективность системы оказывают следующие факторы:

• Нестабильность погоды – определить заранее количество солнечных дней невозможно даже в солнечных регионах, не говоря уж о северных краях;
• Нестабильное потребление энергии, которое также зависит от географического расположения здания, получающего тепло и электрическую энергию за счет солнечного света;
• Возможность выхода системы из строя – сложность конструкции свидетельствует о том, что она будет нередко ломаться, причем определить неисправность в некоторых случаях бывает затруднительно.

Трубчатые гелионагреватели

В системах нагрева одна из первостепенных задач — обеспечить сохранность тепла и не допустить его потерь. Для этого используются разные утеплители и среды, предупреждающие рассеивание тепловой энергии. Самый эффективный теплоизолятор — вакуум. Этот принцип и использован в трубчатых или, как их еще называют, вакуумных солнечных коллекторах. Но вакуумные гелиоколлекторы могут быть четырех модификаций. Они имеют разный тип стеклянной трубки и разные тепловые каналы.

Так выглядят трубчатые гелиоустановки

Типы трубок

Сегодня в основном используются два типа трубок: коаксиальная (труба в трубе) или перьевая. Коаксиальная трубка по строению напоминает термос: две колбы герметично спаяны между собой одним из концов, между стенками — разреженное пространство — вакуум. На стенку второй колбы нанесен поглощающий слой. В нем солнечные лучи преобразуются в тепловую энергию. Внутренняя стенка колбы нагревается, от нее нагревается воздух внутри колбы, а от него в свою очередь нагревается теплоноситель, который циркулирует по тепловому каналу. Из-за сложной системы передачи тепла нагреватели с такими трубками имеют не очень высокий КПД.  Но используются они чаще. По тому причине, что работать могут в любое время, даже в сильные морозы и имеют небольшие теплопотери (из-за вакуума), что улучшает их эффективность.

Коаксиальная трубка

Перьевая трубка — это всего одна колба, но с большей толщиной стенки. Внутрь вставляют тепловой канал, который для улучшения теплоотдачи снабжают плоской или чуть извилистой пластиной из адсорбирующего материала.  После чего трубка вакуумируется. Этот тип имеет более высокий КПД, но стоит намного дороже коаксиальных. К тому же более сложная замена при выходе трубки из строя.

Перьевая трубка — внутри пластина, напоминающая перо

Виды тепловых каналов

Сегодня распространены два типа тепловых каналов:

• Heat-pipe
• U-type или прямоточный канал.

Схема работы теплового канала Heat-pipe

Система Heat-pipe — это полая трубка с массивным наконечником на одном конце. Это наконечник изготовлен из материала с хорошей теплоотдачей (чаще всего медь). Наконечники соединяются в единую шину — манифолд (manifold). Их тепло отбирает циркулирующий через манифолд теплоноситель. Причем циркуляция теплоносителя может быть организована по одной или двум трубам.

Внутри трубки находится легко кипящее вещество. Пока температура невысокая, оно находится в жидком состоянии в нижней части теплового канала. По мере нагрева начинается его кипение, часть вещества переходит в газообразное состояние, поднимается вверх. Разогретый газ отдает тепло металлу массивного наконечника, охлаждается, переходит в жидкое состояние и по стенке стекает вниз. Затем он снова нагревается и т.д.

В трубчатых коллекторах с прямоточным каналом используется более привычная схема теплообмена: имеется U-образная трубка, по которой движется теплоноситель. Проходя по ней, он нагревается.

Теплообменники U-типа показывают лучшую производительность, но их главный недостаток — они являются неделимой частью системы. И при повреждении одной трубки в солнечной панели менять придется всю ее полностью.

Теплообменники Heat-pipe типа  менее эффективны, но используются намного чаще из-за того, что система получается модульной и любая поврежденная трубка меняется очень просто. Просто из манифолда достается одна, на ее место ставится другая. Как это происходит, вы можете увидеть в видео. Как ни странно, но так собирается вакуумная трубка для солнечных коллекторов. И противоречия тут нет. Просто использована коаксиальная колба и вакуум находится между ее стенками, а не вокруг теплового канала.

Отдельным видом солнечных трубчатых коллекторов являются установки прямого нагрева. Их еще называют «мокрой трубкой». В этой конструкции между двумя колбами циркулирует вода, она и нагревается от их стенок, затем поступает в резервуар. Эти установки просты и дешевы, но не могут работать под повышенным давлением или при отрицательных температурах (вода замерзает и разрывает колбы). Этот вариант для отопления непригоден, можно использовать для нагрева воды в теплый сезон.

Можно ли оптимизировать солнечные панели для работы зимой?

Зимой оптимальный угол наклона к горизонту как солнечных батарей, так и солнечных коллекторов будет больше, из-за того, что Солнце зимой более низко над горизонтом. Для того, чтобы получать максимальное количество энергии и зимой, нужно менять угол наклона солнечных батарей или коллекторов. В нашем ассортименте есть специальные монтажные конструкции для солнечных батарей, которые позволяют менять угол наклона в пределах 15-30 или 30-60 градусов. Еще больше энергии можно получить при помощи трекеров, которые следят за ходом Солнца в течение дня. Однако, большинство систем установлены с фиксированным углом наклона (особенно это относится к солнечным коллекторам, т.к. у них сложнее менять угол наклона из-за трубопроводов). Значения углов наклона для максимальной выработки энергии в различные сезоны года и в среднем за год рассматривается в статьях  Угол наклона и направление и Натурные испытания оптимального угла установки СБ.

Влияние снега на работу солнечных батарей

Проблемы, которые может причинить снег солнечным батареям, обычно минимальны

Однако, нужно обратить внимание на следующие моменты, если в вашем регионе снежные зимы и у вас на крыше установлены солнечные батареи:. Чистка солнечных батарей от снега – при правильной установке занимает не больше времени, чем расчистка от снега дорожек

Чистка солнечных батарей от снега – при правильной установке занимает не больше времени, чем расчистка от снега дорожек

1. Все солнечные панели рассчитаны выдерживать определенный вес, и снеговая нагрузка обычно гораздо меньше максимально допустимой. Все солнечные панели тестируются под давлением на производстве, чтобы быть уверенным в их сроке службе и качестве. Посмотрите на характеристики солнечной панели, обычно в спецификации указывается максимальный вес, который может выдержать солнечная панель.
2. Если снег закрывает солнечные панели, они не могут производить электричество – но для решения этой проблемы достаточно почистить солнечную батарею специальным оборудованием. Солнечным панелям нужен солнечный свет, чтобы производить электроэнергию. В большинстве случаев солнечные панели устанавливаются под определенным углом, который обеспечивает естественный сход снега с солнечных панелей. Вы можете ускорить этот процесс при помощи ручной очистки снега специальными щетками, которые не повреждают и не царапают солнечные панели.
3. Морозная солнечная погода повышает выработку энергии солнечными батареями.  Пока светит солнце на панели, они вырабатывают электроэнергию, зимой даже лучше, чем летом. Это значит, за 1 час солнечной погоды ваши солнечные панели зимой выработают больше энергии, чем за тот же час, но летом. Общее количество энергии, конечно же, будет меньше, потому что зимой день намного короче, чем летом, и солнечных дней меньше. 

Можно ли надеяться на солнечные батареи зимой?

К сожалению, солнечные батареи и коллекторы не смогут обеспечить вас достаточным количеством энергии в зимнее время. Но некоторые системы работают на удивление эффективно и зимой.

Не надо надеяться на то, что солнечные батареи или коллекторы обеспечат ваши потребности в горячей воде или отоплении, но они помогут существенно сэкономить вам на счетах за электричество. Настолько, что ваша система окупится менее, чем за 10 лет. А если вы не подключены к электросетям и используете генератор для получения электричества, то фотоэлектрическая система окупится за срок от нескольких месяцев до 2-3 лет в зависимости от стоимости топлива и ваших затрат на капитальный ремонт или замену топливного генератора.

Даже с учетом того, что зимой на большей части России приход солнечной радиации снижается, вложения в солнечную энергосистему продолжает оставаться доходным. Более того, есть регионы, где приход солнечной радиации зимой даже больше, чем летом (например, Дальний Восток). В любом случае, солнечные батареи позволяют экономить на платежах за электроэнергию круглый год. 

Эта статья прочитана 37386 раз(а)!

Вакуумный солнечный коллектор принцип работы

Солнечно вакуумные коллекторы являются наиболее эффективными устройствами для обрабатывания солнечной энергии. Для того чтобы достичь эффективности 85%, устройство использует всего 15% от получаемой солнечной энергии. Вакуумные коллекторы эффективнее солнечных батарей, так как могут не только преобразовывать солнечную энергию в электричество, но также используются и для обогрева. Данная особенность позволяет не только экономить на электроэнергии, но и не тратится на обогревательное оборудование.

Благодаря высокой эффективности, солнечные коллекторы широко используются в сферах деятельности, таких как:

• Частные дома, квартиры, дачи.
• Офисные помещения.
• Предприятие сельскохозяйственного назначения.
• Производственные комплексы любых масштабов.
• Здравоохранительные учреждения.
• Образовательные учреждения: школы, университеты.
• Детские учреждения.
• Торговые учреждения.
• Пункты общественного питания.
• ЖД вокзалы, порты и многие другие учреждения самого разного рода.

Солнечные коллекторы могут эффективно использоваться практически везде, где нужна электроэнергия и горячая вода.

Особенности эксплуатации солнечных коллекторов:

• В холодный зимний период, особенно в январе и декабре, солнечные коллекторы не могут производить более 30%-50% тепла. Так что в данный период придется прибегнуть к помощи традиционных источников энергии.
• Чем лучше теплоизоляция здания – тем эффективнее работает система отопления.
• Система теплых полов на водной основе также может нагреваться с помощью солнечных коллекторов. Рекомендуется использовать эту возможность для повышения эффективности системы.
• Пасмурная погода – главная помеха для солнечных коллекторов. При повышенной облачности придется чаще пользоваться традиционными источниками тепла.

Эффективность отопления от солнечной энергии

Солнечные батареи применяются чаще всего как источник возобновляемой и бесплатной энергии. Поэтому в целях отопления дома эффективны они будут для электрических систем отопления, а также для нагрева воды. В комплект солнечных батарей входит:

• обыкновенный преобразователь;
• преобразователь переменного тока в постоянный;
• датчик уровня заряда батареи;
• система отбора мощности;
• панели и аккумулятор.

Отопление для дома можно сделать на основе электрических обогревателей. при этом можно выбрать красивые настенные радиаторы с датчиками и регулировкой температуры. чтобы достичь наибольшей экономии. Также удобно использовать такую систему, как теплый пол. В этом случае нагрев будет равномерный, а распределяться в помещении будет путем движения потоков воздуха. По эффективности система не будет уступать радиатору или конвектору. А при использовании батарей с большой мощностью (мощность можно наращивать, добавляя панели), можно использовать энергию для нагрева воды. Комплект солнечных батарей для дачи или загородного дома в этом случае будет не только экономным, но и полезным, особенно на участках, где существуют перебои с подачей воды, или ее отключают на лето.

Чтобы нагрев воды и подача электричества в дом поступали с максимальной выгодой, солнечная батарея устанавливается на крыше дома. Нагрев панелей в этом случае будет максимально эффективным. От пластин ведут две батареи, по одной холодная вода поступает к батарее, нагревается и поступает во внешний теплообменник. Далее в котел и распределяется к душу или раковине. Если солнечная батарея довольно большая можно попробовать подключить радиаторы с теплоносителем в виде воды. Для этого потребуется большой котел или бак, электрический насос и ТЭН.

Если от солнечной энергии будет работать и источник горячей воды, то необходимо рассчитать мощность и для него. В среднем 1 квадратный метр площади панели на человека. Примерно по такой же формуле рассчитывается и затраты на теплый пол, один квадратный метр панели на 10 квадратных метров пола.

Если в году не так много солнечных дней, преобладают пасмурные дни и долгая зима, лучше использовать солнечную энергию, как дополнительный источник электричества. Также для эффективной работы следует убрать возможные помехи (тень от деревьев) или исключить близость высоток. Для установки оборудования и монтажа панелей можно воспользоваться видео инструкцией.