Какой солнечный коллектор лучше выбрать
У каждого вида солнечных коллекторов имеется свой минимальный порог интенсивности солнечного излучения, при котором они начинают нагревать теплоноситель.
Плоский солнечный коллектор начинает греть при мощности солнечного излучения 70-90 Вт/м2. Для сравнения — если плоский коллектор не закрыт стеклом, то он начнет греть при мощности излучения более 200 Вт/м2.
Трубчатые солнечные коллекторы с вакуумными трубками начинают греть теплоноситель при мощности излучения более 20 Вт/м2.
Солнечный коллектор поглощает как прямое, так и рассеяное излучение Солнца. Общая интенсивность и соотношение разных видов излучения меняется в зависимости от времени года и суток, состояния облачности.
Например, в наших южных широтах максимальная мощность излучения в декабре около 80 Вт/м2, в апреле и сентябре 350 Вт/м2, а в июне 600 Вт/м2. Причем, летом доля прямого излучения составляет примерно 54%, а зимой только 30%.
Из приведенных выше данных можно сделать вывод, что для того, чтобы солнечный коллектор приносил в дом тепло круглый год, необходим трубчатый солнечный коллектор.
Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления
Большое распространение и популярность приобрели именно солнечные коллекторы, которые применяются в качестве устройства для нагрева какой-либо жидкости (чаще всего, воды) с целью ее использования в системах горячего водоснабжения или отопления.
Другой вид оборудования для преобразования энергии солнца – батареи, которые принципиально отличаются от коллекторов тем, что сначала вырабатывают и аккумулируют электрическую энергию, а в дальнейшем ее можно использовать для хозяйственных нужд.
Но данный вид получения и переработки солнечной энергии требует приобретения дорогостоящего оборудования, главными конструктивными единицами которого являются фотоэлементы, что не всегда оправданно, особенно в регионах с небольшим количеством солнечных дней в году.
В отличие от них, солнечные коллекторы для нагрева воды или отопления дома имеют быструю окупаемость, особенно если изготовить их самостоятельно, так как в этом случае расходы составят лишь стоимость материалов, в число которых дорогие фотоэлементы не входят.
Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:
- снижение затрат на отопление и подогрев воды для системы горячего водоснабжения;
- экологичность данного вида энергии.
Чаще всего использование коллекторов оправданно для использования в системах отопления небольших коттеджей или организации горячего водоснабжения в летний период в загородном доме или на даче. Оправдан солнечный коллектор для бассейна в качестве устройства для подогрева воды.
Объясняется это относительно невысоким КПД таких установок, который может значительно уменьшаться в пасмурные дни.
Поэтому для оптимизации расходов на отопление частного дома лучше всего использовать коллекторы совместно с традиционным оборудованием, которое изначально может быть рассчитано для этого, либо имеет возможности для переоборудования или согласования параллельного функционирования двух систем теплоснабжения.
Также стоит отметить, что, кроме регулярного обслуживания и очистки поверхности коллекторов от грязи и мусора, некоторые из них не предназначены для работы при низких температурах, поэтому перед началом зимы их нужно законсервировать, предварительно слив из системы теплоноситель.
Основные разновидности солнечных коллекторов
Солнечный коллектор представляет собой устройство, главной функцией которого является превращение поглощенной солнечной энергии в тепловую с целью ее дальнейшего использования для нагрева теплоносителя в системах отопления, в том числе и в «теплых полах» и ГВС дома.
КПД коллектора напрямую зависит от двух факторов: типа устройства и его площади, поэтому нередко для его монтажа выбирается крыша здания.
Солнечные коллекторы условно можно классифицировать, используя разные критерии. Прежде всего, они делятся по типу теплоносителя на:
- водяные (жидкостные);
- воздушные.
По уровню предельных температур коллекторы бывают:
- низкотемпературными – предел до 50°C, средний показатель 35-45 °C;
- среднетемпературными до 80°C;
- высокотемпературными – более 80°C.
Последние чаще всего являются промышленными образцами, сделать их своими руками не представляется возможным.
Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:
- плоскими, которые могут быть как воздушными, так и жидкостными;
- вакуумными, использующими в качестве теплоносителя воду или иной вид жидкости;
- трубчатыми – бывают и жидкостными, и воздушными;
- термосифонными, или так называемыми накопительными интегрированными коллекторами, главным отличием которых является способность не только нагревания жидкости, но и поддержания ее температуры определенное время.
Последний вариант является самым простым как по устройству, так и по сложности изготовления и представляет собой несколько теплоизолированных емкостей с водой, а нагрев жидкости происходит через стеклянные крышки баков.
Данный тип коллекторов можно считать и самым простым в обслуживании, так как для того, чтобы он работал, необходимо лишь периодически очищать крышку емкости, но использовать его в холодное время года невозможно.
Плоские воздушные коллекторы тоже довольно просты и имеют вид специальной панели в виде герметичной коробки с теплоприемником с подключенными воздуховодами, по которым движется и нагревается воздух.
Для повышения эффективности их работы требуется увеличение их площади, например, за счет использования нескольких панелей в одной системе, а также использование вентилятора.
Устройство и виды
Условно данные системы можно классифицировать на два вида:
- жидкостные (о которых мы говорим в данном материале);
- воздушные солнечные коллекторы, в которых используется не жидкость, а нагретый воздух.
Также они разделяются по КПД, ведь обеспечивают различную теплоотдачу. Это зависит от материалов, используемых для изготовления батареи, ее площади. Оптимальным местом расположения абсорбера является крыша:
- попадает максимальное количество солнечного света,
- имеет большую площадь,
- установленная на крыше батарея не занимает полезное пространство, никому не мешает.
Воздушный солнечный коллектор
Конструкция солнечного коллектора может быть нескольких видов, основные:
- вакуумный отопительный коллектор, имеющий самую сложную конструкцию. Вакуумные солнечные коллекторы отлично подходят для обогрева помещений, нагрева воды в любое время года, они полностью обеспечат небольшой дом, коттедж;
- плоский солнечный коллектор может быть жидкостным и вакуумным. Это наиболее распространенный тип поскольку достаточно прост в монтаже, при этом эффективен, может обеспечивать дом необходимым количеством тепла для обогрева помещений, водой для хозяйственных нужд;
- термосифонный — в качестве абсорбера используются стеклянные или металлические трубки;
- трубчатый — самый простой тип, изготовить который можно для дачи, достаточно примитивный, не подходит для использования в зимнее время.
Нас интересует конструкция, которая обеспечивает наличие горячей воды и отопления в доме в любое время года, остановимся на двух оптимальных вариантах, рассмотрим устройство вакуумного солнечного коллектора и плоского.
Плоский коллектор
Это наиболее распространенный вид коллектора, который можно изготовить самостоятельно. Хорошо подходит для использования в теплое время года для подогрева воды, зимой коэффициент полезного действия снижается.
Особенность конструкции состоит в следующем:
- корпус имеет плоскую прямоугольную или квадратную форму, выполнен из металла или другого материала, имеющего высокий показатель теплопроводности, покрыт черной краской;
- внутри располагают пластину, в которой уложен змеевик из медной трубки небольшого сечения;
- по трубкам циркулирует теплоноситель: вода, пропилен-гликоль, антифриз, другие подходящие жидкости;
- также внутри корпуса укладывают теплоизоляционный материал, который минимизирует потери тепла;
- собирая коллектор такого типа, нужно запастись листом поликарбоната или стекла, который будет служить крышкой и выполнять две функции: препятствовать проникновению мусора, осадков, усиливать подогрев.
Составная часть плоского солнечного коллектора
Вакуумный коллектор
Для водяного отопления можно использовать солнечные коллекторы вакуумного типа. Благодаря конструкционным особенностям они являются более мощными: способны вырабатывать тепловую энергию, которой хватит на подогрев воды и отопление помещений.
Особенности конструкции:
- минимизировать потери позволяют трубки, которые помещаются в колбах с выкачанным воздухом;
- сверху трубки покрыты абсорбционным материалом, поглощающим световую энергию, внутри — наполнены антифризом (хладагентом);
- концы трубок соединены с трубой, по которой проходит теплоноситель;
- при нагреве антифриз закипает, преобразуется в пар, который, в свою очередь, поднимается вверх и нагревает теплоноситель;
- у данной конструкции есть недостаток: если хоть одна трубка выйдет из строя, ремонт становится довольно проблематичным, так как они соединены последовательно. Придется производить замену всех «внутренностей».
Воздушная солнечная система из вакуумных трубок
Такой воздушный солнечный коллектор для отопления будет более эффективен и пригоден для того, чтобы поддерживать температуру в системе в любой сезон. Хотя в холодное время КПД работающего коллектора может незначительно снижаться из-за короткого светового дня и малой световой активности.
Совет по уходу! Обратите внимание на внутреннюю поверхность накопительного бака для воды, она со временем покрывается накипью, нужна очистка. Периодичность зависит от качества воды в местности
Как сделать солнечный коллектор из старого холодильника
Подготовка
В первую очередь для создания данной системы отопления вам понадобится найти старый холодильник со змеевиком. Потом вам нужно его извлечь. Если же старого холодильника под рукой нет, то змеевик можно сделать своими руками из медных или стальных трубок.
Для создания полноценного самодельного коллектора вам также понадобятся такие материалы:
Также понадобится ёмкость для воды. Лучше всего использовать бочку достаточной для вашей системы ёмкости. Также нельзя упускать из вида трубы для слива и подачи.
Внимание. Подберите для конструкции надёжные и удобные вентили
С помощью всех этих нехитрых материалов, которые можно добыть в гараже, вы сделаете надёжный самодельный солнечный коллектор для отопления дома
Он сможет обеспечить необходимую вам температуру внутри помещения
С помощью всех этих нехитрых материалов, которые можно добыть в гараже, вы сделаете надёжный самодельный солнечный коллектор для отопления дома. Он сможет обеспечить необходимую вам температуру внутри помещения.
Делаем коллектор
Чтобы сделать самодельное отопление необходимо чётко следовать инструкции. Это позволит получить ожидаемый результат с наименьшими трудозатратами. Алгоритм создания конструкции состоит из следующих действий:
Промойте змеевик. Внутри конструкции не должно остаться антифриза. Вокруг самодельного змеевика соорудите каркас. Его основой могут выступить обычные рейки. Габариты конструкции напрямую зависят от параметров устройства. Коврик должен соответствовать, сделанному вами каркасу
Очень важно, чтобы змеевик был установлен не впритык, а имел некоторое пространство для работы. На резиновый коврик необходимо положить фольгу. После того как фольга будет положена самодельный змеевик фиксируется посредством хомутов
Их можно добыть с того же холодильника. Закрепить хомуты лучше всего посредством винтов. В самодельной конструкции необходимо сделать несколько отверстий
После того как фольга будет положена самодельный змеевик фиксируется посредством хомутов. Их можно добыть с того же холодильника. Закрепить хомуты лучше всего посредством винтов. В самодельной конструкции необходимо сделать несколько отверстий
Через них будут выходить трубки змеевика Крайне важно укрепить дно. С этой задачей идеально справятся рейки. Лучше всего их зафиксировать с обратной стороны
Установите сверху стекло. В качество исходного материала можно использовать старое окно. В крайнем случае его можно приобрести в строительном магазине. Для фиксации стекла подойдёт обычный скотч. Для большей надёжности периметр можно укрепить парочкой шурупов
Лучше всего их зафиксировать с обратной стороны. Установите сверху стекло. В качество исходного материала можно использовать старое окно. В крайнем случае его можно приобрести в строительном магазине. Для фиксации стекла подойдёт обычный скотч. Для большей надёжности периметр можно укрепить парочкой шурупов.
Теперь самодельный солнечный коллектор сделан. Как результат вы получаете полноценное отопление дома, позволяющее вам самостоятельно регулировать температуру внутри. Главным его достоинством является высокая степень автономности.
Но чтобы собранная самодельная конструкция для отопления дома показала достаточную эффективность, её ещё необходимо правильно установить. Панель должна быть обращена к югу. Нормальным считается наклон в 15-20 градусов.
Внимание. Идеальным считается угол наклона, составляющий 35 градусов
Относительно места установки
Идеально для самодельной конструкции подходит крыша дома. Но возможны и альтернативы, к примеру, панели можно установить на участке. Но эффективность такого отопления будет намного ниже
Относительно места установки. Идеально для самодельной конструкции подходит крыша дома. Но возможны и альтернативы, к примеру, панели можно установить на участке. Но эффективность такого отопления будет намного ниже.
Если же вы решите установить самодельный коллектор во дворе дома, то необходимо позаботиться о наклонных опорах. В противном случае отопление будет неэффективным. Угол не менее чем в 15 градусов нужен для того, чтобы на стекле не скапливались осадки. Из-за них происходит преломление света, и устройство хуже работает.
Создать самодельный солнечный коллектор не так-то уж и сложно. Несмотря на это он позволяет обеспечить отопление дома даже в зимний период при условии внесения некоторых технических модификаций в основное устройство.
Обсудить статью на форуме
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:
- солнечные лучи попадают на поглощающую панель (абсорберум);
- полученная энергия передается в змеевик, который расположен в баке;
- 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:
- поглощающая панель получает тепло и передает его в теплоноситель;
- под давлением, теплоноситель поступает в теплообменник бака накопителя;
- 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.
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.
Правила выбора агрегата
При выборе подходящей модели важно сделать расчет солнечного коллектора для отопления
Также стоит обратить внимание на следующие параметры:
- Плоские модели самые прочные, но неудобные в ремонте. При поломке приходится менять всю систему адсорбции. Плоские агрегаты позволяют нагревать теплоноситель до температуры, которая на 20-40°С превышает показатели окружающей среды.
- Вакуумные разновидности чувствительны к внешним воздействиям. Хрупкие полые трубки легко повреждаются. Однако заменить одну трубку несложно. Эти модели намного эффективней работают зимой, чем агрегаты плоского типа.
- Воздушные коллекторы отличаются простой конструкцией и неприхотливостью в использовании. Они долговечные и хорошо переносят низкие температуры, но прогревают дом хуже.
- При выборе вакуумного агрегата учитывайте диаметр трубок. Чем больше длина и диаметр трубки, тем лучше преобразуется солнечная энергия. Оптимальный вариант – колбы длиной 200 см и диаметром 60 мм с внутренней прямой или U-образной вставкой.
- При выборе моделей с жидким теплоносителем учитывайте эффективность сохранения тепла в холодный сезон и во время коротких световых дней.
- Обязательно учитывайте несущую способность крыши при установке коллекторов на ней. В некоторых случаях каркас нужно дополнительно усилить.
Виды солнечных коллекторов
Гелиосистемы делятся на два класса по: принципу нагрева и способу хранения теплоносителя. Первые используют встроенный бак теплоаккумулятор. Вторые подключаются к выносной накопительной емкости, устанавливаемой в непосредственной близости от коллектора или внутри здания.
При выборе гелиосистемы в первую очередь обращают внимание на тип баков аккумуляторов солнечной тепловой энергии, так как отличия конструкции и устройства отражаются на особенностях эксплуатации и технических характеристиках
Коллекторы с встроенным баком
Моноблочные гелиоколлекторы предназначены для работы в сезон весна-осень. Зимой оборудование отключают, сливают теплоноситель. Коллекторы со встроенным баком проще установить и обслуживать. Для использования требуется просто подключить гелиосистему к системе горячего водоснабжения или точке водоразбора.
Нагрев воды гелиоколлекторов со встроенным баком теплоаккумулятором происходит следующим образом:
- солнечные лучи улавливаются абсорбером;
- полученная энергия передается в змеевик, расположенный в встроенном баке теплоаккумуляторе;
- происходит передача тепла, от нагретого теплоносителя воде, используемой для бытовых нужд.
В некоторых теплоаккумулирующих ёмкостях предусмотрен встроенный ТЭН, необходимый в случаях, если солнечный коллектор не смог обеспечить необходимым количеством горячей воды. Недогрев возможен в случае пасмурной или холодной погоды. Солнечный коллектор в нормальных условиях может нагреть объем воды до 200 л. в день.
Коллекторы с встроенным баком в основном работают без давления, c применением естественной циркуляции жидкости. Термосифонные гелиосистемы устанавливают в высшей точке ГВС, чтобы обеспечить необходимый напор воды, при открытии крана водоснабжения. Баки выдерживают максимальное давление не более 0,2 атм. После нагрева вода самотеком стекает к точке водоразбора.
Солнечные водонагреватели с встроенным баком отличаются несколькими преимуществами:
- нагрев воды в солнечную погоду всего за 3-4 часа;
- обеспечение потребности в ГВС от 3 человек и выше, в зависимости от площади абсорбирующей поверхности;
- простой монтаж;
- низкая цена.
Принцип термосифона широко используется в ГВС с солнечными коллекторами. Работа водонагревателя основывается на естественной конвекции, когда нагретая жидкость перемещается вверх, а остывшая опускается вниз. Непременное условие термосифонной схемы ГВС — резервуар для воды должен находится выше коллектора.
Гелиосистемы с выносным баком
Солнечные коллекторы, подключаемые к отдельно стоящему баку теплонакопителю, относятся к классу водонагревателей для круглогодичного использования. Нагрев воды продолжается в любое время года, при условии, что будет ярко светить солнце и температура воздуха не упадет ниже –50°С.
Для нагрева воды используется внешний бойлер косвенного нагрева, удаленный от источника тепла. В качестве теплоносителя используется антифриз. Нагрев ГВС коллектором с выносным баком осуществляется следующим образом:
- абсорбер аккумулирует тепло и передает его жидкостному теплоносителю;
- под давлением, нагретый антифриз поступает в теплообменник бака накопителя;
- при прохождении через змеевик бака, теплоноситель нагревает воду.
Для обеспечения нормальной работы, гелиоколлектор с выносным баком подключается к насосной группе. Циркуляция теплоносителя осуществляется принудительно. Процесс и интенсивность нагрева, и давление регулируются автоматикой.
Главное достоинство гелиосистем с выносной емкостью — возможность круглогодичного применения. Недостаток: необходимость в подключении дорогостоящего оборудования, необходимого для нормальной работы гелиосистемы. Водонагреватель работающий под давлением имеет еще один минус: при отключении электроэнергии насосы перестают работать, что приводит к перегреву теплоносителя и негативно сказывается на работоспособности гелиоколлектора (проблема решается установкой ИБП).
