Солнечный коллектор — достоинства и недостатки, перспективы

С каждым годом люди все больше осваивают альтернативные источники потребления энергии. Это связано не только с тем, что запасы нефти и газа становится меньше, но и с минимизацией загрязнения окружающей среды. Одним из таких источников является солнце, которое вырабатывает большие объемы энергии. С помощью специальных установок это энергию можно использовать для различных нужд.

Что такое

Гелиоустановка — это современный экологичный способ получения и последующего применения тепловой энергии от солнца. Во многих странах установки уже давно используют в частном секторе и промышленных масштабах. Системы подходят для нагрева воды или отопления. Преимущества для владельца:

• Владелец установки бесплатно получает солнечную энергию, которую может потом распределить по дому.
• Процесс получения и преобразования энергии экологичен и не наносит вреда планете.
•  Энергия солнце неиссякаема, поэтому владелец установки всегда может быть уверен в ее получении.
• По сравнению с другими установками альтернативного получения энергии, стоимость коллектора невысокая.

Как и у любой установки, у солнечного коллектора есть и свои минусы —  результат работы зависит от погоды.

В нашей стране использование гелиосистем не так распространено, как в Европе и Америке, по причине низкой эффективности, связанной с погодными условиями. Лидеры по установке гелиоколлекторов сегодня Япония и Китай.

Из чего состоит и как работает солнечный коллектор

Каждый солнечный коллектор включает в себя следующие элементы:

• коллектор для сбора энергии;
•  насосы для циркуляции;
• трубопровод, где происходит циркуляция теплоносителя;
• система управления за установкой;
• теплоноситель;
• бойлер.

Гелиоустановка совместима с водонагревателями и газовыми котлами. Дополнительно монтируют теплосчетчик, который помогает вычислить выработанную энергию и подсчитать реальную экономию киловатт.

1.Солнечный коллектор. 2. Буферный бак. 3. Горячая вода. 4. Холодная вода. 5. Котроллер. 6. Теплообменник. 7. Помпа. 8. Горячий поток. 9. Холодный поток.

Разновидности

Все устройства можно поделить на 2 категории: по принципу нагрева и способу хранения теплоносителя. При выборе гелиоустановки всегда необходимо выбирать исходя из параметров использования. В зависимости от конструкции, отличается способ эксплуатации и обслуживания оборудования.

Коллекторы с встроенным баком

Моноблочные установки предназначены для работы в период весна-осень. В зимние месяцы их отключают. Модели со встроенным баком легкие в монтаже и использовании. Все что необходимо — подключить его к системе водоснабжения.

Принцип работы:

1. солнечные лучи попадают на поглощающую панель (абсорберум);
2. полученная энергия передается в змеевик, который расположен в баке;
3. тепловая энергия передается от теплоносителя к воде.

В хороший солнечный день, такой коллектор может нагреть до 200 литров воды. Коллекторы с встроенным баком работают без давления, поэтому монтаж производят в наивысшей точке — крыша дома. Делается этого чтобы обеспечить необходимый напор воды.

Такие установки пользуются широким спросом, из-за простоты использования и легкого монтажа. Чаще всего их используют для летних домов и дачных участков.

Основной принцип работы — циркуляция воды. Теплая вода вверху, холодная снизу. При монтаже важно установить емкость для жидкости выше коллектора.

Гелиосистемы с выносным баком

Такие типы коллекторов могут работать круглый год. Единственное условие, температура не должна падать ниже -50 градусов. Для нагрева воды используется внешний бойлер косвенного нагрева, а в качестве теплоносителя — антифриз.

Принцип работы:

1. поглощающая панель получает тепло и передает его в теплоноситель;
2. под давлением, теплоноситель поступает в теплообменник бака накопителя;
3. когда антифриз проходит по змеевику, он нагревает воду.

Такие гелиосистемы работает с подключением к насосной группе. Управление производится автоматически.

Достоинством солнечного коллектора с выносным баком является возможность получения энергии круглый год, при определенных условиях. Однако такие установки требуют подключения дополнительного оборудования, и работа коллектора зависит от электричества — его отключение может сказаться на работе установки.

Виды

В зависимости от работы можно выделить следующие вид гелиоустановок — плоская, вакуумная, воздушная. Рассмотрим подробнее каждый их них.

Плоские

Панель является воздухонепроницаемой и состоит из нескольких элементов:

• Поглощающая пластина или абсорбер напрямую связан с теплопроводящей системой. Покрыт черной краской или специальным покрытием.
• Прозрачное покрытие сделано из поликарбоната или из закаленного стекла с низкой содержанием металлов.
• Термоизолирующий слой. Трубки теплоносителя изготавливают из меди или сшитого полиэтилена.

Принцип работы простой — абсорбер нагревается и передает тепло змеевику, в котором находится теплоноситель. Установка простая в монтаже и использовании.

Преимущества:

• невысокая стоимость;
• возможность устанавливать систему под любым углом;
• высокий КПД в теплое время года;
• не нужно вручную очищать установку от снега и инея.

Единственным весомый минус системы — высокий уровень тепловых потерь. Чтобы минимизировать потери используют утеплители, например, винвату. Однако и это не лучший способ, если температура внутри корпуса и снаружи сильно отличается. Поэтому такие установки малоэффективны для работы в холодное время года.

Вакуумный

Вакуумный или трубчатый коллектор имеет более сложную конструкцию. Панель представляет собой много стеклянных трубок, внутри которых вставлен абсорбер. Каждая трубка полностью вакуумированная, поэтому сохраняет до 97% тепла. Такие коллекторы используют круглый год, они способны эффективно работать при температуре до -37 градусов.

Преимущества:

• низкие теплопотери;
• работа при низким температурах;
• низкая парусность конструкции;
• легкий монтаж.

Недостатки:

• рабочий угол установки 20 градусов;
• необходимо чистить гелиосистемы от снега и инея.

Воздушный

Представляют собой тепловой абсорбер, а в качестве теплоносителя выступает воздух. Принцип работы простой: холодный воздух попадает в систему каналов, нагревается и выходит в систему вентиляционных труб. Там теплый воздух можно распределить в нужном направлении. Достоинства гелиосистемы:

• быстрый нагрев воздуха;
• не нужно использования электричества и газа.

Недостатки:

• Коллекторы работают только при солнечной погоде. При пасмурной погоде эффективность практически нулевая.
•  При монтаже необходимо будет высверливать отверстия в стене или крыше, в зависимости от места установки.

Воздушные солнечные коллекторы сейчас получили широкое применение среди владельцев частных домов. Их использование является дополнительным источником отопления и вентиляции воздуха.

 Принцип работы солнечного коллектора

Принцип работы простой — установка преобразует энергию солнце в тепло. Как это работает: поглощающие пластины притягивают и удерживают солнечные лучи, которые в свою очередь нагревают теплоноситель. Пластины имеют черный цвет, так как он не отражает, а поглощает лучи, попадающие на него. С помощью насоса нагретая жидкость передает тепло в бак. В хорошую солнечную погоду гелиосистема способна обеспечить ежедневную потребность в теплой воде.

На эффективную работу влияет:

1. продолжительность дня;
2. уровень облачности;

Чтобы коэффициент эффективности работы коллектора был выше, устанавливают дополнительное оборудование — газовые котлы, тепловые насосы.

Чем заправляют гелиосистемы

Теплоноситель для гелиосистем заправляют в зависимости от вида и условий эксплуатации. Если коллектор работает круглый год, необходимо заправлять незамерзающим составом, если для сезона весна — осень, то подойдет заправка дистиллированной водой.

если коллектор используется зимой, то для заправки подойдет смесь пропиленгликоля с водой и антикоррозийными веществами. Пропорция раствора зависит от условий, в которых используется система:

• при температуре ниже 20 градусов пропорция, следующая — на 10 литров теплоносителя добавляют 6 литров пропиленгликоля;
• при температуре ниже 30 градусов раствор делают в равных пропорциях.

Можно купить сразу готовый антифриз, разведенный в нужных пропорциях.

Важно: нельзя в качестве теплоносителя зимой использовать воду, так как она замерзнет и разорвет трубы. Поэтому в конце сезона воду необходимо слить с установки.

Как работает солнечный коллектор зимой

Возможно, из-за недостоверной информации большой процент населения игнорирует альтернативный способ получения энергии. Самое распространенное ошибочное мнение, что зимой коллектор не может эффективно работать. Но это не совсем так. Основные теории, которые выдвигают противники гелиосистем:

1. Необходимость чистить зимой установку от снега и наледи, чтобы она могла эффективно работать.
2. В пасмурные дни установка бесполезна.
3. При минусовой температуре коллектор не сможет вырабатывать нужное количество энергии.

В данных убеждениях есть доля истины, но не во всем. При выборе коллектор нужно учитывать, где он будет устанавливаться, в какой период времени работать и другие факторы.

К примеру, вакуумные коллекторы продолжают свою работу даже при рассеянном свете. Их эффективность ниже, чем при прямых солнечных лучах, но рабочий процесс не останавливается.

Если панель вакуумного коллектора засыпает снегом, то ее работа снижается на 10-15%, в то время как с плоских гелиоустановок снег сходит самостоятельно.

Появление на коллекторе наледи или инея не мешает процессу, так пропускаемость света остается хорошей.

Обратите внимание: если сравнивать эффективность работы коллектором в зимний и летний период, то эффективность вакуумного падает на 10-15%, а плоского до 40%.

Сколько воды может нагреть солнечный коллектор

Чтобы ответить на этот вопрос нужно учесть несколько факторов: какой сейчас сезон и погодные условия, какой используется способ нагрева. Учитывая все факторов данные могут меняться. На 1 квадратный метр гелиосистемы принято считать следующую возможность нагрева в час:

• 100 литров на 7 C;
• 50 литров на 14 C;
• 25 литров на 28 C;
• 15 литров на 46 C;
• 10 литров на 70 C.

Для большего количество воды устанавливают накопительную емкость.

Где лучше размещать солнечный коллектор

Гелиосистемы работают от энергии солнце, поэтому логично, что их нужно размещать снаружи дома на солнечной стороне участка или крыши. Для монтажа пластин подходят как плоские, так и крыши с наклоном. Коллекторы имеют большой вес, рекомендуется крепить их на несущих балках. В наших широтах рекомендовано устанавливать конструкции на южную сторону. Даже не большое отклонение будет давать меньшую производительность энергии.

Важно установить коллектор под правильным углом, это связано с тем, что солнечные лучи падают на земную поверхность под определенным преломлением. Нужно учитывать следующие факторы:

1. Место расположения. Для южных регионов угол наклона примерно 30-35 градусов, для северных — 40 градусов.
2.  Если установка будет использоваться круглый год, то угол примерно равен широте местности. Если только в летнее время — значение увеличивают на 15 градусов, в зимнее — уменьшают на 15 градусов.

Все данные ориентировочные, поэтому лучше делать расчет установки исходя от конкретной местности. В инструкции по эксплуатации будут указаны средние показатели для конкретного коллектора. Нужно выбрать место, чтобы на пластины коллектора не падала тень от деревьев или соседних зданий.

Обратите внимание: лучший вариант — это установки с автоматическим регулированием угла наклона.

Что нужно знать о мощности гелиоустановки

Выбор мощности гелиоустановки зависит от эксплуатации — круглогодичная или сезонная, какой необходим объем вырабатываемой энергии и другие факторы.

Если первостепенной задачей установки является нагрев воды, то можно выбирать системы с более низкой мощностью. Если система будет участвовать в отоплении дома, то мощность нужна выше.

Средний показатель: площадь коллектора в 4-6 квадратных метра хватает, чтобы наполовину обеспечить дом горячей водой. Для полного обеспечения дома тепловой энергией понадобится не меньше 12 квадратных метров системы.

Как защитить гелиоколлектор от перегрева

Перегрев гелиоколлектора приводит к частичной или полной поломки и последующему ремонту. Чтобы этого избежать нужно соблюдать следующих рекомендаций:

1. Правильно рассчитать покрываемую пластинами площадь. Недобросовестные продавцы могут посоветовать покупать большее количество пластин для выработки энергии, чем необходимо для потребления. Нужно учитывать, что в летний период скорость нагрева больше, чем в зимний.
2. При необходимости сброс горячей воды в канализацию. Делается это автоматически, когда температура доходит до предельных показателей.
3.  Прикрытие коллектора с помощью роллета. Когда температура воды в бойлере достигает нужного нагрева, шторка автоматически опускается и прикрывает пластины. Когда горячая вода снова понадобится, роллет открывается и пластины снова начинают поглощать солнечные лучи.

Придерживаясь небольших рекомендаций, можно защитить гелиосистему от ремонта.

Солнечный коллектор для подогрева воды

Гелиоустановки для нагрева воды — это самые распространенный вариант использования энергии солнца, которые можно использовать круглый год. Есть некоторые нюансы в подключении, эффективности работы и уходе. Подробнее разберем чем отличается схема подключения коллектора в зимний и летний период.

Летний вариант горячего водоснабжения от солнечного коллектора

Монтаж установки для работы в теплое время года не сложный. Чаще устанавливают для летнего душа или для обеспечения дачного дома горячей водой.

Если вода будет использоваться на улице, как в случае с летним душем, то бак тоже должен располагается на улице. Если водоснабжение требуется в доме, то бак устанавливается там же.

В таких установкам происходит естественная циркуляция жидкости, поэтому необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

1. Батарея коллектора устанавливается немного ниже уровня бака, куда будет поступать горячая вода.
2.  Для соединения бака с коллектором используют трубки не меньше, чем 7,5 сантиметров.

Для эффективной работы иногда используют циркуляционный насос.

Зимняя схема подключения солнечного подогрева воды

Если гелиосистема используется все сезоны, то нужно помнить, что нельзя использовать в качестве теплоносителя воду, так как она замерзнет и порвет трубы. Для использования установки зимой используют антифриз. Схема установки будет выглядеть так:

1. Устанавливается бойлер косвенного нагрева.
2. Антифриз нагревается и проходит по змеевику и согревает воду, которая находится в этот момент в баке.
3. Для контроля устанавливают расширенный бак, автоматический воздухоотводчик, предохранительный клапан.

Эффективность работы гелиосистем в зимой ниже, по сравнению с выработкой энергии в летом.

Достоинства и недостатки солнечных коллекторов для нагрева воды

Рассмотрев различные виды коллекторов, можно выделить достоинства и недостатки применения у себя на участке таких систем.

Достоинства:

1. Солнце — это бесплатный и неисчерпаемый источник альтернативной энергии.
2. Гелиосистемы — экологически чистый способ добычи энергии.
3. Экономия может составлять до 100% в теплое врем года.
4. Солнечные коллекторы работают круглый год.
5. Системы коллекторов просты в обслуживании, монтаже.
6. Работа установки не зависит от повышения цен на газ.
7. Срок службы около 30 лет.

Недостатки:

1. Даже недорогие модели коллекторов не каждый может себе купить.
2. Работа гелиосистемы полностью зависит от погоды.
3. При установке нужно правильно рассчитать место монтажа системы и установить ее под правильном углом для правильной работы. Исключить попадания на поглощающую панель тени деревьев и зданий.

Несмотря на недостатки, эффективность работы гелиосистем перевешивает. Многие переходят на альтернативный источник энергии если не полностью, то частично.

Использование гелиоколлекторов в Европе и России

Лидером по использованию солнечных коллекторов в Европе является Германия, Австрия, Греция. Около 15% частного сектора установили гелиосистемы для нагрева воды или отопления дома. Коллекторы используют в школах, магазинах, больницах, на предприятиях.

В некоторых европейских странах при строительстве новых домов, установка гелиоколлектора обязательна.

В России солнечные коллекторы установил небольшой процент населения. В первую очередь это связано с недостатком информации о таком способе добычи энергии. Роль играет их стоимость, поэтому не каждый может купить такую установку.

Вывод

Одна из важнейших проблем связанная с экологией — это проблема с энергоресурсами, влияние на изменение климата. Поэтому использование гелиоустановок — это хороший способ не только экономии, но и вклад в защиту экологии планеты.