Солнечный коллектор для отопления дома

Опубликовано на: 19 июля, 2017

Солнечный коллектор - это техническое устройство, используемое для преобразования солнечной энергии в тепловую. По типу теплоносителя солнечные коллекторы делятся на воздушные и жидкостные, в которых теплоносителем является вода или другое жидкое вещество (антифриз, этиленгликоль и т.д.). Это могут быть как плоские пластины, так и вакуумные коллекторы.

 

 

Принцип действия

Все типы солнечных коллекторов могут использоваться для отопления дома или другого объекта, но принцип их работы, независимо от конструкции и типа теплоносителя, един.

Принцип действия солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать солнечную энергию в видимом и невидимом человеческому глазу диапазоне, в связи с этим в данном материале начинают происходить физические процессы, молекулы начинают двигаться быстрее, материал (вещество) - нагреваться. Тепло, излучаемое материалом под воздействием солнечного света, передается теплоносителю для дальнейшего использования.

Схематично принцип работы различных типов оборудования можно представить следующим образом:

1. Плоский пластинчатый солнечный коллектор, работающий с жидким теплоносителем:  

    

   

    

2. Плоский пластинчатый солнечный коллектор с использованием воздуха:  

    

   

    

3. Вакуумный солнечный коллектор, с жидким теплоносителем:  

    

   

    

Виды

В зависимости от конструкции, типа теплоносителя и способа использования и передачи тепла солнечные коллекторы могут быть:

По типу конструкции:

• Плоский - прямоугольная конструкция (коробка), изготовленная из прочного материала и служащая корпусом устройства. Изоляция размещается во внутреннем пространстве корпуса, на поверхности которого установлена абсорбирующая пластина (поглощающая тепло). В специальные полости абсорбера помещаются трубы (обычно медные), в которые затем подается теплоноситель. Снаружи корпус заключен в абсорбирующую оболочку и защитное стекло.  

   

  

   

• В устройствах этого типа несколько вакуумных трубок объединены в общем коллекторном корпусе. Корпус содержит теплообменник, в котором охлаждающая среда, циркулирующая во внутреннем контуре вакуумных трубок, передает полученную энергию охлаждающей среде внешнего контура.  

   

  

   

В зависимости от типа теплоносителя:

• Воздух;
• Вода.

В зависимости от использования теплоносителя:

• Пассивная - солнечный коллектор используется в тандеме с накопительным баком и служит для горячего водоснабжения, без устройства дополнительных сетевых инженерных компонентов (циркуляционный насос, компоненты безопасности и т.д.).
• Активная - система, помимо установки коллектора, комплектуется техническим оборудованием (насос, предохранительные клапаны, накопительный бак, дополнительные хладагентные нагревательные элементы) и может использоваться как для бытового горячего водоснабжения, так и для отопления помещений.

В зависимости от способа передачи тепла:

• Косвенный режим работы, когда в системе отопления (горячего водоснабжения) имеется резервуар-аккумулятор (накопитель), в котором тепловая энергия, полученная внешним контуром, от солнечного излучения, передается и переходит во внутренний контур, циркулируя в системах горячего водоснабжения и отопления.
• Прямое управление, прямой поток - этот метод используется в системах горячего водоснабжения, с циркуляцией воды, в коллекторном контуре, под воздействием разницы температур и путем установки дополнительных элементов (кранов, клапанов и т.д.).

Как работает зимой?

Вакуумные коллекторы обычно используются в системах отопления, это определяется их техническими характеристиками и условиями эксплуатации.

Основным компонентом вакуумного солнечного коллектора является вакуумная трубка, которая состоит из:

• Изолирующая трубка из стекла или другого материала, которая пропускает солнечные лучи с минимальной потерей энергии;
• Алюминиевая фольга и абсорбирующий слой между трубками;
• Медная тепловая трубка, помещенная во внутреннее пространство изоляционной трубки;
• Крышка изоляционной трубки, которая представляет собой уплотнение, обеспечивающее вакуум во внутреннем пространстве устройства.  

   

  

   

Система работает следующим образом:

1. Под воздействием солнечной энергии охлаждающая среда трубчатого контура испаряется и поднимается вверх, где конденсируется в теплообменнике коллектора, отдает свое тепло охлаждающей среде внешнего контура, затем стекает вниз, и процесс повторяется.
2. Внешний рассол из теплообменника солнечного коллектора поступает в накопительный бак, где собранная тепловая энергия передается теплоносителю системы отопления и бытовой горячей воде.
3. Циркуляция теплоносителя внешнего контура осуществляется путем установки циркуляционного насоса и системы автоматизации, которая обеспечивает автоматическую работу системы.
4. Система автоматизации включает в себя контроллер, датчики и устройства управления, которые обеспечивают заданные параметры системы (температура, расход ГВС и т.д.).  

    

   

    

Для обеспечения эффективности системы и возможности выполнения ее задач, в том числе и в зимний период, в системе предусмотрена установка резервных источников энергии. Это может быть дополнительная система отопления с использованием теплоносителя, как на схеме выше, где теплоноситель в дополнительном контуре нагревается различными видами топлива (газ, биотопливо, электричество). В качестве альтернативы этого можно добиться, установив электрические нагревательные элементы непосредственно в накопительном баке. Работой резервных источников энергии управляет система автоматизации, включая их по мере необходимости.

Выгодно ли это

Экономическая эффективность использования солнечных коллекторов определяется каждым человеком самостоятельно, в зависимости от региона, в котором он проживает, потребности в тепле и финансовых возможностей.
Регион вашего проживания является важным критерием для определения эффективности использования преобразователей солнечной энергии. Солнечная активность (время инсоляции) различна в разных регионах нашей страны, что видно на графике ниже.  

 

 

Данный график показывает, что наиболее благоприятные регионы для использования солнечной энергии, с временем солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположены в южных регионах страны. В этих регионах также нет холодной и продолжительной зимы, что определяет возможность эффективного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения, в этих регионах России.

При необходимости создания абсолютно независимой системы, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что после установки только коллектора, создание подобной системы не получится, так как для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электроэнергия. Поэтому для полной автономии необходимо учитывать независимое энергоснабжение подключенного объекта. Поэтому для создания полностью независимой системы потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости инвестиций.

Как сделать своими руками

Самым простым, но в то же время наиболее эффективным решением является плоский пластинчатый солнечный коллектор, который использует воду в качестве теплоносителя.  

 

 

Корпус устройства выполнен из доступных материалов. Это может быть дерево, профилированный черный или цветной металл. Размеры рамы зависят от места расположения солнечного коллектора, его назначения и наличия необходимых материалов.

Внутренняя часть кожуха изолирована, поверх нее уложена медная трубка. Для создания большой поглощающей поверхности трубка расположена в виде спирали. Для повышения эффективности устройства под трубку можно поместить слой фольги (не показано), это уменьшит потери тепла на нижнюю сторону устройства и повысит температуру внутри корпуса.

Снаружи корпус покрыт защитным стеклом, а щели герметизированы. В местах входа и выхода труб установлены патрубки для холодной и горячей воды.
Устройство, изготовленное таким образом, можно использовать для подачи горячей воды для летнего душа и для нагрева воды в бассейне, для этого необходимо подключить патрубки коллектора к выбранным установкам, после чего устройство готово к эксплуатации.

Плюсы и минусы

Как и любое техническое устройство, солнечный коллектор имеет свои преимущества и недостатки, как с точки зрения применимости и эксплуатации, так и других параметров и показателей. В зависимости от конструкции устройства, плюсы и минусы различны, поэтому их следует рассматривать отдельно друг от друга.

 

 

Плоские солнечные коллекторы.

Преимущества их применения:

1. При использовании в южных регионах с теплым климатом наилучшее соотношение цены и качества;
2. В случае выпадения осадков в виде снега, обладают способностью к самоочистке;
3. Высокая эффективность при использовании в летний период;
4. Относительно низкая стоимость по сравнению с аналогами других конструкций.

Недостатками являются:

1. Значительные потери тепла из-за конструктивных особенностей устройства;
2. Низкая эффективность при работе осенью и весной;
3. Сложности с транспортировкой и сборкой готовой продукции;
4. Высокая плавучесть конструкции, создает риск повреждения ее компонентов, во время эксплуатации;
5. Сложные и трудоемкие ремонтные работы.

 

 

Вакуумные солнечные коллекторы.

Преимущества применения:

1. При использовании в холодных и умеренных регионах наилучшие показатели по соотношению цена/качество;
2. Низкие теплопотери во время работы по сравнению с аналогами другой конструкции;
3. Способность работать при низких и отрицательных температурах окружающей среды;
4. Возможность работы при слабом солнечном свете в утренние и вечерние часы, а также при отсутствии прямого солнечного света (пасмурная погода);
5. Простая и удобная сборка, возможность транспортировки конструкции;
6. Надежность в эксплуатации.

Недостатками являются:

1. Относительно высокая стоимость;
2. Жесткие требования к установке, определяющие положение коллектора в пространстве относительно земной поверхности.

Понравилась ли вам статья? Поделитесь с друзьями!

413841