Солнечный коллектор для нагрева воды

Как сделать плоский солнечный коллектор для отопления

Использование бесплатной энергии солнца – хороший метод сэкономить топливо и электричество, расходуемое на отопление частного дома. Массовому применению гелиосистем мешает высокая цена теплоприемников и сопутствующего оборудования – накопительного бака, циркуляционного насоса, электронного блока управления и прочей арматуры. Единственный способ снизить затраты – сделать солнечный коллектор своими руками из недорогих материалов и собрать стандартную схему обвязки.

Принцип работы солнечных нагревателей

Прежде чем браться за изготовление самодельной гелиосистемы, стоит изучить устройство солнечных коллекторов заводского изготовления – воздушных и водяных. Первые используются для прямого отопления помещений, вторые применяются в качестве нагревателей воды либо незамерзающего теплоносителя — антифриза.

Справка. Воздушные установки не слишком популярны из-за ограниченной функциональности. Водонагревательные гелиоколлекторы более востребованы, поскольку могут обеспечивать работу отопления, ГВС, поднимать температуру в открытых бассейнах.

Главный элемент гелиосистемы – сам солнечный коллектор, предлагаемый в 3 вариантах исполнения:

1. Плоский водяной нагреватель. Представляет собой герметичный короб, утепленный снизу. Внутри расположен тепловой приемник (абсорбер) из металлического листа, на котором закреплен медный змеевик. Сверху элемент закрыт прочным стеклом.
2. Конструкция воздухонагревательного коллектора аналогична предыдущему варианту, только по трубкам вместо теплоносителя циркулирует воздух, нагнетаемый вентилятором.
3. Устройство трубчатого вакуумного коллектора кардинально отличается от плоских моделей. Аппарат состоит из прочных стеклянных колб, куда помещены медные трубки. Их концы подсоединяются к 2 магистралям – подающей и обратной, воздух из колб откачан.

Дополнение. Существует и другая разновидность вакуумных водяных нагревателей, где стеклянные колбы наглухо запаяны и наполнены специальным веществом, испаряющимся при невысокой температуре. При испарении газ поглощает большое количество теплоты, передаваемое воде. В процессе теплообмена вещество снова конденсируется и стекает на дно колбы, как показано на картинке.

Устройство вакуумной трубки прямого нагрева (слева) и колбы, работающей за счет испарения / конденсации жидкости

Перечисленные типы коллекторов используют принцип прямой передачи теплоты солнечного облучения (иначе – инсоляции) протекающей жидкости или воздуху. Плоский водонагреватель работает так:

1. Через медный теплообменник со скоростью 0.3—0.8 м/с движется вода либо антифриз, прокачиваемый циркуляционным насосом (хотя бывают и самотечные модели для уличного душа).
2. Лучи солнца разогревают абсорбирующий лист и плотно соединенную с ним трубу змеевика. Температура протекающего теплоносителя поднимается на 15—80 градусов в зависимости от сезона, времени суток и уличной погоды.
3. Чтобы исключить тепловые потери, дно и боковые поверхности корпуса утеплены пенополиуретаном либо экструзионным пенополистиролом.
4. Прозрачное верхнее стекло выполняет 3 функции: защищает селективное покрытие абсорбера, не позволяет ветру обдувать змеевик и создает герметичную воздушную прослойку, удерживающую тепло.
5. Горячий теплоноситель поступает в теплообменник накопительного бака – буферной емкости или бойлера косвенного нагрева.

Поскольку температура воды в контуре аппарата колеблется вместе с изменением времен года и суток, солнечный коллектор не может использоваться для отопления и ГВС напрямую. Полученная от солнца энергия передается основному теплоносителю через змеевик бака — аккумулятора (бойлера).

Исключение – гелиоустановки для бассейнов, нагревающие воду резервуара напрямую либо через простой теплообменник.

Эффективность трубчатых аппаратов повышена за счет вакуума и внутренней отражающей стенки в каждой колбе. Лучи солнца свободно проходят сквозь безвоздушную прослойку и греют медную трубку с антифризом, но тепло не может преодолеть вакуум и выйти наружу, поэтому потери минимальны. Другая часть излучения попадает в отражатель и фокусируется на водяной магистрали. По заверениям производителей, КПД установки достигает 80%.

Когда вода в баке нагрета до нужной температуры, солнечные теплообменники переключаются на бассейн с помощью трехходового клапана

Изготавливаем водяной коллектор

Водонагреватель вакуумного типа сделать в домашних условиях не выйдет по понятным причинам. Поэтому беремся за плоскую конструкцию с теплообменником и собирающим солнечные лучи абсорбером. В идеале нужно рассчитать площадь приемника и температуру воды на выходе, зависящую от многих факторов:

• регион проживания и уровень инсоляции;
• температура окружающей среды, особенно в зимний период;
• площадь теплообменной поверхности, воспринимающей облучение солнцем;
• материал и покрытие змеевика;
• температура теплоносителя на входе;
• угол наклона панели по отношению к солнечным лучам;
• скорость течения воды по трубам теплообменника.

В интернете нетрудно отыскать расчеты производительности солнечного коллектора, но предупреждаем — вычисления весьма неточные.

Пример. За основу принимается факт: в ясный день на 1 м² поверхности попадает 500—800 Вт энергии солнца. Дальше по школьной формуле m = Q / 1.163 х Δt определяем массу воды, нагретую на 40 °С теплообменником 1 м²: 500 / 1,163 х 40 = 10.7 литра в час. При инсоляции 800 Вт/м² удастся нагреть 17.2 л/ч. Но дьявол кроется в деталях: изначальный показатель 0.5—0.8 кВт на квадратный метр – цифра очень приблизительная.

Приемник тепла из ПНД труб (слева) и бухт садового шланга, помещенных внутрь оконных рам (справа)

Мы предлагаем упрощенный подход к вопросу, изложенный в пошаговой инструкции:

1. Определите место и площадь, которую вы готовы отдать под коллектор.
2. Ориентируясь по ценам на материалы, выберите подходящий вариант для сборки змеевика и корпуса.
3. Изготовьте опытный образец, подключите к отоплению либо водоснабжению по правильной схеме. Способы обвязки мы покажем в следующих разделах данной статьи.
4. Испытайте греющий контур в домашних условиях и сделайте дальнейшие выводы о наращивании / уменьшении мощности, изменении конструкции и так далее.

Теперь пройдем каждый этап по отдельности, заостряя внимание на подводных камнях.

Размещение тепловой установки

Собственно, вариантов расположения самодельного коллектора всего два: на крыше здания либо открытой площадке придомового участка. Выбирая место, соблюдайте простые правила:

1. Площадка должна быть максимально освещена в течение дня, не затеняться деревьями и другими хозяйственными постройками.
2. При установке на крышу выбирается более пологий скат, куда всегда попадает солнечное излучение. Понятно, что крутая часть ломаной мансардной кровли не подойдет.
3. Водогрейную установку, предназначенную для отопления либо горячего водоснабжения, не относите далеко от жилища. Увеличится длина подающих трубопроводов, теплопотери и стоимость монтажа.
4. Наземный коллектор ориентируйте таким образом, чтобы солнце, визуально движущееся с востока на запад, постоянно освещало теплоприемник. Угол установки панели – 60±15°.

Примечание. Эффективность греющего элемента можно повысить с помощью параболического солнечного концентратора, собирающего лучи в единый пучок, который направляется на абсорбер. Конструкция и способы сборки вогнутого зеркала показаны на видео.

Источник: otivent.com

Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления

Солнце – источник неисчерпаемой бесплатной энергии, ресурсами которой может воспользоваться любой желающий.

Нашим подписчикам — скидки на товары для отопления и водоснабжения.

Комплект с плоскими солнечными коллекторами auroSTEP plus – оптимальное решение для загородного дома.

Трубчатый солнечный коллектор auroTHERM exclusiv обеспечивает максимальную эффективность поддержки системы отопления.

Плоские солнечные коллекторы auroTHERM и auroTHERM plus – отличное соотношение цены и эффективности.

Покупка гелиосистем у официального дилера имеет ряд преимуществ:

+ 7 (495) 369-37-99 (круглосуточно)

Постоянный рост цен на отопление и горячее водоснабжение заставляет многих из нас задуматься о способах экономии. Но можно ли не просто сократить расходы на электроэнергию, а свести их к нулю? Можно, если использовать энергию солнца. Солнечные коллекторы – это источник бесплатной и экологически чистой энергии.

Такие коллекторы, или, как их еще называют, гелиосистемы, предназначены для аккумулирования солнечной энергии для нагрева воды. Использование данной установки дает возможность дополнительного отопления в весенний и летний период. Иными словами, обладатели солнечных коллекторов получают горячую воду и тепло совершенно бесплатно.

Устройство и принцип работы

Простейший солнечный коллектор – это металлические пластины черного цвета, заключенные в корпус из стекла или пластика, которые обычно монтируются на крыше дома. В сущности, солнечный коллектор представляет собой миниатюрную теплицу, которая накапливает солнечную энергию. Эта энергия согревает воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше его эффективность. Но, хотя принцип работы для всех коллекторов один и тот же, их конструкция несколько различается в зависимости от типа коллектора и сферы его применения.

Неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно опускается вниз, освобождая место нагретой воде из коллектора. Холодная вода попадает в теплообменник, где нагревается и вновь поступает в резервуар. На практике это означает, что вода в накопительной емкости всегда остается горячей – в ясные солнечные дни ее температура может доходить до 70 o С.

Типы и характеристики бытовых коллекторов для нагрева воды и отопления

Описанная схема работы коллектора очень упрощена, на деле же гелиосистемы несколько сложнее. Существует несколько типов солнечных коллекторов со своими конструктивными особенностями.

Плоские высокоселективные

Плоский коллектор – один из самых распространенных типов. Их преимущество состоит в невысокой цене, однако в сравнении с другими моделями они теряют больше тепла. Плоские солнечные коллекторы состоят из плоскостного поглотителя, прозрачного стеклянного покрытия, теплоизоляции с оборотной стороны и рамы, которая в основном делается из алюминия или стали.

Плоскостной поглотитель – это выкрашенный в темной цвет металлический лист, соединенный с теплопроводящими трубами. Слой поглотителя аккумулирует солнечные лучи и трансформирует солнечную энергию в тепловую, которая затем передается жидкости-теплоносителю (смеси воды и гликоля). Эта жидкость «направляет» тепло в солнечный аккумулятор. Стеклянное покрытие коллектора защищает поглотитель от воздействия окружающей среды и снижает потери тепла, создавая парниковый эффект. Эту же функцию выполняет и теплоизоляция из минерального волокна.

Вакуумные трубчатые

Солнечные коллекторы этого типа состоят из стеклянных трубок, внутри каждой из которых располагается устройство, поглощающее солнечный свет. Вакуум – идеальный теплоизолятор, и потому теплопотери таких коллекторов значительно меньше. Существует два вида вакуумных коллекторов, различающихся по способу нагрева – с косвенной теплопередачей и прямоточные. Первый вид устройств предназначен для всесезонного использования, а второй – для теплого времени года, с апреля до сентября.

Концентрационные

Весной, летом и осенью дневной угловой ход солнечных лучей больше 120 градусов – угла, в котором эффективно работают неподвижные солнечные коллекторы. Повышение эксплуатационных температур до 120-250 o C возможно путем введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Они концентрируют солнечные лучи, и в результате их на панель попадает больше. Для получения более высоких температур требуются устройства слежения за солнцем. Это достаточно дорогостоящее решение и применяется оно в основном в промышленных целях.

Воздушные

Солнечные воздушные коллекторы используются для нагрева воздуха. Это простые плоские коллекторы, применимые для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Недостаток последнего варианта в том, что часть энергии тратится на работу вентиляторов.

Расчет мощности солнечного коллектора

Солнечные коллекторы для дома могут обладать весьма высокой производительностью. Чтобы точно рассчитать мощность коллектора, нужно знать его площадь поглощения, величину инсоляции для вашего региона и КПД коллектора.

Допустим, используется коллектор площадью примерно 1 кв. м, состоящий из 7 трубок, каждая из которых имеет площадь поглощения 0,15 кв. м. Получаемая мощность в расчете на один день вычисляется следующим образом: 0,15 (площадь поглощения 1 трубки) × 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) × 0,67 (КПД солнечного коллектора) =117,95 кВт•час/кв. м. В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325 кВт•час. В наиболее солнечные летние месяцы она будет производить 0,545 кВт•час.

Использование солнечных коллекторов в России и мире

Солнечные коллекторы широко распространены во всем мире, хотя для нашей страны они все еще остаются новинкой. Настоящий бум солнечных коллекторов пришелся на 1970-е, во времена нефтяного кризиса. Тогда их начали применять во многих странах, от США до Японии. В Израиле в наши дни более 85% населения используют солнечные коллекторы. Сейчас общая мощность солнечных коллекторов мира превышает 200 гигаватт тепловой энергии и продолжает неуклонно расти. Использование данной технологии в Германии, например, оценивается в 140 кв. м/1000 чел., в Австрии – 450 кв. м/1000 чел., на Кипре – около 800 кв. м/1000 чел. В России этот показатель пока очень мал – лишь 0,2 кв. м/1000 чел.

Многие могут усомниться – разумно ли использование таких устройств в России, где климат далеко не такой теплый и солнечных дней значительно меньше, чем в южных широтах? Расчеты, проведенные в РАН, доказывают, что даже наша суровая погода – не препятствие для эффективной эксплуатации коллекторов. В средней полосе России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади. Максимальное значение равняется 1000 Вт (при ясном небе в полдень). Следовательно, при установке солнечного коллектора площадью 2 кв. м вода в баке емкостью 100 л будет ежедневно прогреваться до температуры от 37 o С и более (этот показатель может доходить до 55 o С). А в теплые месяцы коллектор будет еще эффективнее.

Солнечные коллекторы применяются для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов, обеспечения энергией теплиц. Они легко интегрируются в любую сеть водо- и теплоснабжения и просто монтируются. С помощью солнечных коллекторов можно сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать и вовсе бесплатную горячую воду. К известным и надежным производителям солнечных коллекторов относятся такие компании, как FUTUS-NUKLEON (Австрия-Чехия), TiSUN (Австрия), Ferroli (Италия), но особым доверием специалистов пользуются коллекторы от немецких компаний – Wolf и Vaillant. Эти бренды не просто предлагают надежную продукцию – они постоянно совершенствуют свои системы и внедряют новые технологии.

Стоимость гелиоустановки для дома

Цена солнечного коллектора для отопления дома зависит от его типа, сложности системы и мощности, а также, не в последнюю очередь, от производителя. Относительно небольшие установки для частных домов, коттеджей и дач с номинальной мощностью около 2 кВт•ч стоят от 160 000 рублей в базовой комплектации, более мощные системы с несколькими коллекторами общей мощностью около 6 кВт•ч, предназначенные не только для нагрева воды, но и для отопления в весенне-зимний период, обойдутся в 270 000 рублей. К этому нужно прибавить стоимость монтажа и наладки.

За какой срок окупится коллектор? На это влияет режим эксплуатации. Солнечные коллекторы в отопительный период поддерживают отопление приблизительно на 25%, а горячее водоснабжение в летние месяцы на 80-90%, так что окупаемость будет напрямую зависеть от ваших обычных расходов на тепло и горячую воду. В среднем срок окупаемости коллекторов составляет от 2 до 8 лет. Все это указывает на экономическую целесообразность и перспективность использования технологии в России.

Источник: www.kp.ru

Солнечный коллектор для нагрева воды

В данной статье мы поговорим об использовании энергии солнца для горячего водоснабжения.

• Солнечные панели (батареи) или солнечные водонагреватели
• Солнечные коллекторы прямого нагрева.
• Солнечные водонагреватели косвенного нагрева.
• Эффективность плоских и вакуумных коллекторов.
• Главное при подборе солнечного коллектора для дома

Исторически Советские, а позже и Российские граждане были вынуждены закаляться “как сталь” отчасти в связи с хроническим отсутствием горячей воды, даже в больших городах. Тем не менее, на дворе 21 век и обеспечить себя горячим водоснабжением довольно просто, не прибегая к помощи водоканала и энергетических компаний. Солнечная энергия, которой вполне достаточно на поверхности земли, может эффективно использоваться для нагрева воды, необходимой для бытовых нужд.

Солнечные панели (батареи) или солнечные водонагреватели.

Существует два основных мнения о том, каким образом получать горячую воду в автономном здании. Первое мнение гласит о том, что для нагрева воды можно использовать солнечные батареи. Разумное зерно в таком подходе, безусловно, есть, ведь любой автономный дом уже оборудован солнечной электростанцией и ничего не мешает заложить мощность солнечного массива с учетом электрического бойлера, к тому же цена на солнечные фотоэлектрические модули снижается в последние годы. Данный метод годится, если только потребность в горячей воде не велика (50-100 литров/сутки), так как КПД солнечных батарей не велик (13-20%), к тому же существуют потери энергии при преобразовании энергии в самой солнечной электростанции. В результате, экономически получается очень не выгодно заниматься нагревом воды, используя электричество полученное от солнечных батарей.

Солнечные водонагреватели прямого нагрева.

Для нагрева большого количества воды (150 литров/сутки и более) целесообразно использовать устройства для прямого нагрева воды от солнечного излучения – солнечные водонагреватели, КПД превышает 90%. Существуют два основных типа солнечных водонагревателей для прямого нагрева воды с одноконтурной схемой:

• плоские солнечные водонагреватели;
• водонагреватели с вакуумными трубками.

Рис.1 Схема с естественной циркуляцией.

В плоских водонагревателях теплоизоляция жидкости от окружающей среды осуществляется за счет селективных покрытий фронтального стекла и теплоизоляционных материалов расположенных в нижней части водонагревателя. Нагрев происходит в медных трубках по которым течет вода.

В вакуумных солнечных коллекторах нагрев происходит за счет высокоселективного покрытия на поверхности внутренней колбы, как правило, вода нагревается внутри вакуумной трубки, а технический вакуум в межстеночном пространстве служит идеальным теплоизолятором.

Устройства для прямого нагрева воды (и плоские и вакуумные) используются как правило только сезонно (с мая по сентябрь) в безнапорных водонагревателях. Вода в них выступает и теплоносителем и потребляемым продуктом. Циркуляция осуществляется естественным образом. Соответственно, ограничение по времени использования (сезонность) сокращает места применения для таких водонагревателей (дачи, сезонные гостиницы и туристические базы отдыха, придорожные кафе, АЗС, опорные пункты ГАИ, пасеки, полевые сельскохозяйственные станы, удаленные от коммуникаций строительные площадки).

Как правило, безнапорные солнечные водонагреватели обоих типов изготавливаются уже в сборе с баками-аккумуляторами, в которых нагревается вода. Кроме этого утепление бака-аккумулятора позволяет сохранять теплую воду ночью и в прохладную погоду.

Рис.2 Фото безнапорного солнечного вакуумного водонагревателя.

Рис.3 Фото безнапорного плоского солнечного водонагревателя.

Солнечные водонагреватели косвенного нагрева.

Для горячего водоснабжения в круглогодичном режиме, в погодных условиях России, необходимо использовать солнечные водонагреватели косвенного нагрева с антифризом в качестве теплоносителя. Бак-аккумулятор в таких системах располагается отдельно от водонагревательной части системы и размещается в доме. По сложившейся традиции отдельный от бака солнечный водонагревательный элемент называется солнечным коллектором (плоским или вакуумным).

Рис.4 Фото плоского солнечного коллектора.

Рис.5 Фото вакуумного солнечного коллектора.

В схеме косвенного нагрева теплоноситель-антифриз циркулирует под давлением, создаваемым циркуляционным насосом в замкнутой трубопроводной системе (принудительная циркуляция). Нагревается в коллекторе от солнечного света, затем попадает в теплообменник (спираль из медной трубки), который расположен в баке-аккумуляторе. Там, контактируя с водой через стенки трубки, отдает тепло и возвращается в коллектор. Вода в баке аккумуляторе нагревается и из бака поступает в систему ГВС. Данная схема одинаково работает и для плоских коллекторов и для вакуумных.

Рис.6 Схема с принудительной циркуляцией.

Как наиболее эффективная чаще всего применяется схема с принудительной циркуляцией. Такая схема не накладывает ограничений на размещение оборудования и позволяет снизить диаметр трубопроводов. Однако для нормальной работы системы требуется блок автоматики с двумя термодатчиками (температура в бойлере и температура в солнечном коллекторе) и расширительным бачком. Задача автоматики – управлять насосом с целью предотвращения перегрева бойлера и сброса тепла в окружающую среду.

Эффективность плоских и вакуумных коллекторов.

Плоский солнечный коллектор имеет наиболее простую конструкцию и отлично подходит для использования в жарком климате с большим количеством солнечных дней и высоким 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 более холодным климатом более эффективно использование вакуумного коллектора, особенностью конструкции которого является использование для нагрева вакуумных трубок с медной тепловой трубкой «Heat Pipe» внутри. 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.

Рис.7 График годовой производительности плоских коллекторов (зелёный график) и вакуумных коллекторов (синий график) в течение года.

В летнее время года, когда значения солнечной инсоляции и температуры окружающей среды достигают своего пика, работа плоского солнечного коллектора дает более ощутимый результат, а если в летнее время случаются похолодания или пасмурная погода, что для средней полосы России не редкость, то тогда эффективность солнечного вакуумного коллектора существенно выше. В осеннее-зимне-весенний период, когда утечка тепла с поверхности плоского коллектора в атмосферу увеличивается, преимущество в эффективности солнечного вакуумного коллектора увеличивается. Хотя КПД вакуумных трубок с медной тепловой трубкой «Heat Pipe» внутри не превышает 76%.

Емкость бака-аккумулятора рассчитывается исходя из нормативов потребления горячей воды на душу населения. Но при расчете надо понимать, что нормативы приняты усредненные и потребление горячей воды семьи из 4-х человек, где три мужчины и женщина, будет существенно отличаться от потребления горячей воды, где три женщины и мужчина или от семьи с маленькими детьми.

Площадь солнечных коллекторов рассчитывается исходя из среднегодовой инсоляции в месте установки с учетом поправочного коэффициента зависящего от количества солнечных дней.

Отдельно необходимо отметить ориентацию солнечных коллекторов по сторонам света и по углу наклона к горизонту. Плоскость солнечного коллектора, не зависимо плоского или вакуумного, должна быть ориентирована строго на юг. Следите при установке за тем, чтобы при прохождении солнца по небосклону и летом и зимой плоскость коллектора не затенялась посторонними предметами. Угол наклона лучше устанавливать в наших широтах около 45 градусов.

Главное при подборе солнечного коллектора для дома это:

– Регион нахождения объекта. Определяет солнечное излучение, приходящееся на квадратный метр поверхности по месяцам в течение года. Соответственно располагая данными по затратам на ГВС, можно понять – сколько квадратных метров коллекторов для дома нам необходимо иметь;

– Количество постоянно проживающих. Определяет объем бака-накопителя исходя из норм потребления горячей воды на одного человека. Реально один человек в день расходует 50-100 литров горячей воды. Соответственно для семьи из трех человек можно рекомендовать бак-аккумулятор на 200-300 литров. Лучше брать с превышением требований для того, чтобы иметь резерв мощности. Обычно между объемом бака-накопителя и прилагающимися к нему в комплекте солнечными коллекторами для дома существует определенное среднее по эффективности соотношение для целей ГВС.

Подбирать оборудование исходя из потребностей “плохих” месяцев – НЕЛЬЗЯ. В противном случае Вы столкнетесь с проблемой утилизации излишней энергии в более солнечный дни.

Помним, что солнечные коллектора ни в коем случае не альтернатива сетевому газу или сетевому электричеству, а только возможность сильно сэкономить на горячем водоснабжении с их помощью.

Источник: energotrade.su

Солнечный коллектор для нагрева воды

В данной статье мы поговорим об использовании энергии солнца для горячего водоснабжения.

• Солнечные панели (батареи) или солнечные водонагреватели
• Солнечные коллекторы прямого нагрева.
• Солнечные водонагреватели косвенного нагрева.
• Эффективность плоских и вакуумных коллекторов.
• Главное при подборе солнечного коллектора для дома

Исторически Советские, а позже и Российские граждане были вынуждены закаляться “как сталь” отчасти в связи с хроническим отсутствием горячей воды, даже в больших городах. Тем не менее, на дворе 21 век и обеспечить себя горячим водоснабжением довольно просто, не прибегая к помощи водоканала и энергетических компаний. Солнечная энергия, которой вполне достаточно на поверхности земли, может эффективно использоваться для нагрева воды, необходимой для бытовых нужд.

Солнечные панели (батареи) или солнечные водонагреватели.

Существует два основных мнения о том, каким образом получать горячую воду в автономном здании. Первое мнение гласит о том, что для нагрева воды можно использовать солнечные батареи. Разумное зерно в таком подходе, безусловно, есть, ведь любой автономный дом уже оборудован солнечной электростанцией и ничего не мешает заложить мощность солнечного массива с учетом электрического бойлера, к тому же цена на солнечные фотоэлектрические модули снижается в последние годы. Данный метод годится, если только потребность в горячей воде не велика (50-100 литров/сутки), так как КПД солнечных батарей не велик (13-20%), к тому же существуют потери энергии при преобразовании энергии в самой солнечной электростанции. В результате, экономически получается очень не выгодно заниматься нагревом воды, используя электричество полученное от солнечных батарей.

Солнечные водонагреватели прямого нагрева.

Для нагрева большого количества воды (150 литров/сутки и более) целесообразно использовать устройства для прямого нагрева воды от солнечного излучения – солнечные водонагреватели, КПД превышает 90%. Существуют два основных типа солнечных водонагревателей для прямого нагрева воды с одноконтурной схемой:

• плоские солнечные водонагреватели;
• водонагреватели с вакуумными трубками.

Рис.1 Схема с естественной циркуляцией.

В плоских водонагревателях теплоизоляция жидкости от окружающей среды осуществляется за счет селективных покрытий фронтального стекла и теплоизоляционных материалов расположенных в нижней части водонагревателя. Нагрев происходит в медных трубках по которым течет вода.

В вакуумных солнечных коллекторах нагрев происходит за счет высокоселективного покрытия на поверхности внутренней колбы, как правило, вода нагревается внутри вакуумной трубки, а технический вакуум в межстеночном пространстве служит идеальным теплоизолятором.

Устройства для прямого нагрева воды (и плоские и вакуумные) используются как правило только сезонно (с мая по сентябрь) в безнапорных водонагревателях. Вода в них выступает и теплоносителем и потребляемым продуктом. Циркуляция осуществляется естественным образом. Соответственно, ограничение по времени использования (сезонность) сокращает места применения для таких водонагревателей (дачи, сезонные гостиницы и туристические базы отдыха, придорожные кафе, АЗС, опорные пункты ГАИ, пасеки, полевые сельскохозяйственные станы, удаленные от коммуникаций строительные площадки).

Как правило, безнапорные солнечные водонагреватели обоих типов изготавливаются уже в сборе с баками-аккумуляторами, в которых нагревается вода. Кроме этого утепление бака-аккумулятора позволяет сохранять теплую воду ночью и в прохладную погоду.

Рис.2 Фото безнапорного солнечного вакуумного водонагревателя.

Рис.3 Фото безнапорного плоского солнечного водонагревателя.

Солнечные водонагреватели косвенного нагрева.

Для горячего водоснабжения в круглогодичном режиме, в погодных условиях России, необходимо использовать солнечные водонагреватели косвенного нагрева с антифризом в качестве теплоносителя. Бак-аккумулятор в таких системах располагается отдельно от водонагревательной части системы и размещается в доме. По сложившейся традиции отдельный от бака солнечный водонагревательный элемент называется солнечным коллектором (плоским или вакуумным).

Рис.4 Фото плоского солнечного коллектора.

Рис.5 Фото вакуумного солнечного коллектора.

В схеме косвенного нагрева теплоноситель-антифриз циркулирует под давлением, создаваемым циркуляционным насосом в замкнутой трубопроводной системе (принудительная циркуляция). Нагревается в коллекторе от солнечного света, затем попадает в теплообменник (спираль из медной трубки), который расположен в баке-аккумуляторе. Там, контактируя с водой через стенки трубки, отдает тепло и возвращается в коллектор. Вода в баке аккумуляторе нагревается и из бака поступает в систему ГВС. Данная схема одинаково работает и для плоских коллекторов и для вакуумных.

Рис.6 Схема с принудительной циркуляцией.

Как наиболее эффективная чаще всего применяется схема с принудительной циркуляцией. Такая схема не накладывает ограничений на размещение оборудования и позволяет снизить диаметр трубопроводов. Однако для нормальной работы системы требуется блок автоматики с двумя термодатчиками (температура в бойлере и температура в солнечном коллекторе) и расширительным бачком. Задача автоматики – управлять насосом с целью предотвращения перегрева бойлера и сброса тепла в окружающую среду.

Эффективность плоских и вакуумных коллекторов.

Плоский солнечный коллектор имеет наиболее простую конструкцию и отлично подходит для использования в жарком климате с большим количеством солнечных дней и высоким 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 более холодным климатом более эффективно использование вакуумного коллектора, особенностью конструкции которого является использование для нагрева вакуумных трубок с медной тепловой трубкой «Heat Pipe» внутри. 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.

Рис.7 График годовой производительности плоских коллекторов (зелёный график) и вакуумных коллекторов (синий график) в течение года.

В летнее время года, когда значения солнечной инсоляции и температуры окружающей среды достигают своего пика, работа плоского солнечного коллектора дает более ощутимый результат, а если в летнее время случаются похолодания или пасмурная погода, что для средней полосы России не редкость, то тогда эффективность солнечного вакуумного коллектора существенно выше. В осеннее-зимне-весенний период, когда утечка тепла с поверхности плоского коллектора в атмосферу увеличивается, преимущество в эффективности солнечного вакуумного коллектора увеличивается. Хотя КПД вакуумных трубок с медной тепловой трубкой «Heat Pipe» внутри не превышает 76%.

Емкость бака-аккумулятора рассчитывается исходя из нормативов потребления горячей воды на душу населения. Но при расчете надо понимать, что нормативы приняты усредненные и потребление горячей воды семьи из 4-х человек, где три мужчины и женщина, будет существенно отличаться от потребления горячей воды, где три женщины и мужчина или от семьи с маленькими детьми.

Площадь солнечных коллекторов рассчитывается исходя из среднегодовой инсоляции в месте установки с учетом поправочного коэффициента зависящего от количества солнечных дней.

Отдельно необходимо отметить ориентацию солнечных коллекторов по сторонам света и по углу наклона к горизонту. Плоскость солнечного коллектора, не зависимо плоского или вакуумного, должна быть ориентирована строго на юг. Следите при установке за тем, чтобы при прохождении солнца по небосклону и летом и зимой плоскость коллектора не затенялась посторонними предметами. Угол наклона лучше устанавливать в наших широтах около 45 градусов.

Главное при подборе солнечного коллектора для дома это:

– Регион нахождения объекта. Определяет солнечное излучение, приходящееся на квадратный метр поверхности по месяцам в течение года. Соответственно располагая данными по затратам на ГВС, можно понять – сколько квадратных метров коллекторов для дома нам необходимо иметь;

– Количество постоянно проживающих. Определяет объем бака-накопителя исходя из норм потребления горячей воды на одного человека. Реально один человек в день расходует 50-100 литров горячей воды. Соответственно для семьи из трех человек можно рекомендовать бак-аккумулятор на 200-300 литров. Лучше брать с превышением требований для того, чтобы иметь резерв мощности. Обычно между объемом бака-накопителя и прилагающимися к нему в комплекте солнечными коллекторами для дома существует определенное среднее по эффективности соотношение для целей ГВС.

Подбирать оборудование исходя из потребностей “плохих” месяцев – НЕЛЬЗЯ. В противном случае Вы столкнетесь с проблемой утилизации излишней энергии в более солнечный дни.

Помним, что солнечные коллектора ни в коем случае не альтернатива сетевому газу или сетевому электричеству, а только возможность сильно сэкономить на горячем водоснабжении с их помощью.

Источник: energotrade.su

Солнечные коллекторы для нагрева воды

Привет друзья.
Если уж с предыдущих статей завели разговор об извлечении пользы от природы, то пожалуй стоит раскрыть эту тему шире, и поговорить о солнце как источнике тепловой энергии для обогрева дома. Тем более, что добыть тепловую энергию солнца немного проще чем электроэнергию.

Цены на традиционные энергоносители никак не хотят идти вниз, а упрямо ползут вверх, отчего все больше и больше людей вынуждены отказываться от традиционных, отдавая предпочтение альтернативным источникам энергии, смотря в сторону солнечных батарей, ветрогенераторов, биогазовых установок, тепловых насосов и так далее, благо, технологии только развиваются. Ученые уже давно твердят, что солнце это гарант всего будущего, но получать от него пользу мы можем уже сегодня, сведя «на нет» счет за энергопотребление. Лишь бы только не ввели налог за использование солнца )

Тепловая энергия солнца

Интерес к использованию тепловой энергии от солнца за последние десять-пятнадцать лет стал значительно выше – люди по достоинству оценили продуктивность этого неиссякаемого источника и реальность сэкономить на нем. При этом, в доме полностью обеспеченном энергией от солнца (а это сегодня действительно возможно), все жильцы дома становятся независимы от энергосетей.

Плоские и вакуумные солнечные коллекторы отопления дома

Для нагрева воды используются два вида коллекторов: плоские и вакуумные – они же трубчатые.

Плоские солнечные коллекторы представляют из себя плоскую коробку с закрытым под стеклом абсорбирующим покрытием с трубками, под которым проходит теплоноситель пропилен-гликоль.

В вакуумном коллекторе заместо одной покрытой стеклом коробки используется ряд больших полых стеклянных трубок. Внутри каждой помещены трубки с абсорбером тепла, прогревающим теплоноситель. Роль теплоизолятора играет вакуум между внутренней и внешней трубками, кстати, советую почитать статью об обогреве тепловыми насосами.

Горячая вода бесплатно?

Одна треть всех солнечных коллекторов в мире – плоские, остальные две трети – вакуумные. У вакуумных коллекторов низкие теплопотери, от этого они эффективнее плоских, если требуется нагреть воду до высокой температуры в пасмурную и зимнюю погоду. Тогда как плоские благодаря своей простейшей конструкции считаются наиболее надежными и прочными.

А можно ли сделать солнечный коллектор своими руками? Да, конечно — читайте здесь.

Соотношения качества и цены солнечных коллекторов

Цена плоского коллектора зависит от качества специальных покрытий и стекла, а также от размера и сборки. На цены вакуумных коллекторов влияют длина и диаметр стеклянных трубок. Чем больше и толще трубки, тем мощнее, а стало быть и дороже коллектор. Не последнее значение имеет и тип внутренних тепло-проводников: нагревательные трубки, передающие тепло – дешевле, образующие внутренний контур передачи тепла U-трубки – дороже.

Для нагрева воды в теплый период года наиболее выгодны пассивные системы, а для круглогодичного нагрева воды и для солнечного отопления годятся только активные. Активная система нагрева воды – гораздо дороже и сложнее, чем пассивная, но зато она более эффектна, так как позволяет использование солнечных коллекторов даже зимой.

Активная конструкция состоит из бака с водой, который находится внутри здания, на крышу выведены только солнечные коллекторы, а теплоноситель нагнетается насосом. В пассивной системе солнечный коллектор объединен с баком в одну схему водонагревателя, холодная вода поступает под напором снизу и нагревается путем естественной конвекции. Эта система не так сложна в конструкции, проще монтируется и дешевле активной. Но годится разве что для садовой летней дачи. По осени воду приходится сливать, дабы не заморозить коллектор, из-за чего он может выйти из строя вследствие расширения замерзающей воды.

Стоимость + размеры, какая польза?

На стоимость солнечной системы влияют размеры, а те в свою очередь зависят от размеров самого дома и потребностей энергии. Для верных расчетов мощностей и компонентов перед устройством специалисты производят энергообследование объекта. Затем определяют подходящее количество солнечных коллекторов для результативности с наименьшими начальными затратами. Самая значительная экономичная выгода от солнечных коллекторов – при использовании их для нагрева воды в системе горячего водопровода.

Расходы на содержание солнечного и электрического водонагревателей

При расходах на содержание до 1 тысячи рублей в год солнечный водонагреватель снабдит дом одновременно от 150 до 300 литров (в зависимости от вместимости бака) горячей воды и будит служить в среднем 10-15 лет. Для сравнения – обычный электрический водонагреватель при годовом расходе на содержание от 2 до 6 тысяч рублей обеспечит лишь 60-120 литрами горячей воды и прослужит не более 8 лет. За десять условных лет расходы на солнечный водонагреватель составят примерно 10 тысяч рублей, а на электрический от 20 до 60 тысяч.

Также солнечные коллекторы выгодны и для отопления. Особенно выгодна комбинированная система, где 30 % электрической энергии и 70 % от солнца. За 20 лет службы она окажется в 2,5 раза дешевле дизельной и вдвое электрической системы. А за весь срок эксплуатации дома при частом росте тарифов на электроэнергию экономия будет еще более существенной. В тот время как энергоносители дорожают, энерго-источник солнца остается бесплатным.

Вот тому наглядный пример – при стоимости 1 кВт/ч электроэнергии 3 рубля за 10 лет источник энергии солнца поможет сэкономить 300 тысяч рублей, за 20 лет – 700. И все это без учета инфляции.

Вакуумный коллектор с U-трубками за сезон обеспечит до 2200 кВт/ч тепловой энергии, что соразмерно теплу, полученного от сжигания 200 литров дизельного топлива или 400 кг каменного угля. И при всем этом вам не придется тратить силы и время на доставку, заливку или засыпку топлива – солнечная энергия придет в ваш дома сама.

Однако следует учесть, что солнечные коллекторы все же подходят больше для южных регионов, в более северных экономия будет пониже. Для холодных регионов с малым количеством солнечных дней, рекомендуют вакуумные коллекторы — теплопотери в них ниже.

Какова стоимость солнечных коллекторов?

Стоимость пассивных мини-систем для использования в теплое время года (апрель – октябрь), вместимостью накопительного бака 150-300 литров – 20-50 тысяч рублей. Активные системы круглогодичного солнечного нагрева воды вместимостью от 250 до 500 литров обойдутся – 200-350 тысяч (в зависимости от комплектации).

Плоские солнечные коллекторы приблизительно втрое дешевле вакуумных. Для помещений с площадью 100 м 2 минимальная система солнечного отопления с четырьмя солнечными коллекторами мощностью 6 кВт и объемом двухконтурного бака 300 литров обойдется в 180 тысяч рублей.

Стоимость базового варианта мощностью в 9 кВт, 300-литровым баком и шестью плоскими коллекторами для систем теплых водяных полов – 217 тысяч рублей, с вакуумными – 233 тысячи.

Расширенная система солнечного нагрева воды и отопления с двухконтурным баком на 500 литров чуть ли не вдвое мощнее вышеперечисленных (в ее составе девять солнечных коллекторов на 13,5 кВт). Она обслужит дом от 100 до 200 м 2 и обойдется в 290 тысяч.

Самая дорогостоящая – большая система солнечного нагрева воды и отопления. Ее вклад в отопление зимой – до 40 %, а осенью и весной – до 80 %. Этому варианту с 16 солнечными коллекторами, тепловой мощностью 24 кВт и объемом тепловых аккумуляторов в 1 тысячу литров по силам обслужить дом площадью 150-250 м 2 . Стоимость этой системы – 524 тысячи рублей.

Источник: odnastroyka.ru