Солнечный коллектор — горячее водоснабжение и отопление

Оглавление

Автономное горячее водоснабжение и отопление

Основная часть расходов на содержание дома приходится на отопление и горячее водоснабжение. Любая возможность сократить эти вложения рассматривается владельцами с большим интересом, а самым оптимальным вариантом становится переход на полностью автономную, независимую систему обогрева и ГВС. С появлением солнечных коллекторов такой вариант стал вполне возможным и доступным.

Солнечные коллекторы для отопления дома

Солнечные коллекторы внешне очень похожи на солнечные панели (или солнечные батареи). Они выглядят как черные прямоугольные пластины, уложенные на скатах кровли дома. Внешнее сходство обманчиво, коллекторы и панели объединяет только использование энергии солнца.

Если панели используют фотоэлектрический принцип выработки тока, то коллекторы являются модификацией теплиц, производящих нагрев теплоносителя (воды) для подачи в систему отопления и обеспечения горячего водоснабжения дома. Кроме панелей систему образуют и другие элементы.

Общий состав такой:

  • солнечные коллекторы
  • аккумулирующая емкость. Проще говоря, это бак с водой, в который поступает нагретая вода, а из нижней части вводится охлажденная для подачи в коллекторы
  • обменный контур. Передает нагретый носитель от коллекторов к аккумулятору

Указанный состав системы включает только наиболее важные элементы, на практике используются различные дополнительные устройства, стабилизирующие и улучшающие работу комплекса.

Горячее водоснабжение и отопление от солнечного коллектора

Конструкция солнечного коллектора состоит их пластины черного цвета, установленной под стеклянную (чаще используется поликарбонат) крышку. Под пластинами расположены трубопроводы, по которым циркулирует вода. Поверхность черной пластины нагревается солнцем, после чего тепловая энергия передается воде. Нагретая вода циркулирует по системе, используя принцип теплового изменения плотности жидкостей, при котором более теплые потоки имеют меньшую плотность и выталкиваются вверх.

Для обеспечения более устойчивой циркуляции, не зависящей от внешних факторов, в системах обычно используется циркуляционный насос. Нагрев воды в системе ГВС производится в теплообменнике. Таким образом, горячая вода в доме не проходит через систему циркуляции солнечного коллектора. Для подачи в систему отопления нагретая вода может подаваться напрямую из аккумулятора, который при этом играет роль расширительного бака.

Эффективность работы

Говоря об эффективности солнечных коллекторов, необходимо учитывать условия их работы. Параметры, полученные при испытаниях в заводских лабораториях, редко совпадают с показателями, демонстрируемыми на практике. Устройства в большой степени зависят от времени года, суток, состояния атмосферы, погодных условий, наличия ветра и т.д. все эти факторы снижают производительность системы. Может получиться и обратная ситуация, когда коллекторы оказываются в условиях, превышающих лабораторные испытания по температуре и количеству падающей энергии солнца. Поэтому рассматривать эффективность системы можно только в привязке к существующим условиям функционирования.

В отличие от солнечных панелей, имеющих относительно низкий КПД, коллекторы используют до 85% солнечной энергии, приходящейся на их рабочую поверхность. Грамотно установленные солнечные коллекторы способны снизить расходы на отопление на 50-90%. Оставшаяся часть приходится на дни с пиковыми нагрузками или морозами, когда какую-то часть тепловой энергии приходится получать с помощью электрического нагревателя (ТЭНа), установленного внутри аккумулятора. Эта мера помогает предотвратить перемерзание емкости и стабилизировать режим работы системы в сложных условиях.

Особенностью солнечного коллектора является падение эффективности работы устройства по мере повышения температуры носителя. Решением вопроса на сегодня является использование сложных многослойных емкостей, отражающих внутрь инфракрасные лучи и не проводящих тепловую энергию. Образцы с такими качествами весьма дороги, широкого распространения среди пользователей до сих пор не получили.

Типы солнечных коллекторов

Существует несколько разработок солнечных коллекторов, имеющих некоторые конструктивные отличия. Они создавались в разное время и в разных производственных условиях, поэтому имеют отличия и способны выполнять свои функции в собственных диапазонах величин. Рассмотрим их подробнее:

Плоский светопоглощающий

Наиболее распространенный вариант для организации системы отопления дома. Конструкция коллектора состоит из прозрачного кожуха из ребристого поликарбоната, под которым находится абсорбирующий слой. Он принимает тепловую энергию солнца и передает ее теплоносителю, циркулирующему по системе труб, плотно примыкающей к нему. Вариант самый дешевый, но потери тепла на нем выше, чем на других видах коллекторов. Кроме того, плоские конструкции имеют большую площадь, увеличивающую ветровые нагрузки на опорные конструкции.

Вакуумный

Вакуумные коллекторы представляют собой систему двойных трубок, расположенных одна внутри другой. По внутренним трубопроводам с наименьшим диаметром циркулирует вода, а внешние трубки служат вакуумными теплоизоляторами (по принципу термоса). В режиме ограничения отбора тепла такие коллекторы способны поднимать температуру носителя до 250-300°С, хотя на практике таких показателей добиться можно только в некоторых регионах планеты и при соответствующих условиях. Тем не менее, вакуумные устройства способны нагревать воду до кипения даже в холодное время года при минусовых температурах. Недостатками вакуумных систем считаются неспособность к самоочистке от снега, требовательность к углу установки и высокая цена.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Чем гелевые аккумуляторы для солнечных батарей отличаются от стартерных, щелочных и литиевых?

Воздушный

Теплоносителем в таких устройствах служит воздух. Он нагревается от солнечного тепла, подается в систему воздушного отопления дома и выводится наружу системами вытяжной вентиляции. Для экономии тепловой энергии используется рекуперация, т.е. частичное использование тепла выводимого воздушного потока в теплообменниках или методом подмешивания отработанного теплого воздуха в свежий приточный поток.

Устройство воздушного коллектора представляет собой плоскую камеру большой площади с прозрачной защитной стенкой. Солнечные лучи, проникая сквозь нее, нагревают пластину со слоев абсорбера, которая передает тепловую энергию потоку воздуха, проходящего сквозь коллектор. Возможна как естественная, так и принудительная циркуляция, позволяющая стабилизировать работу системы и получить равномерный и управляемый результат. Разница между температурой входящего и выходящего воздуха может составлять около 50°С, в зависимости от внешних условий.

Критерии выбора

На выбор солнечных коллекторов главным образом влияют два фактора:

  • рабочие показатели устройства
  • цена коллектора

Соотношение этих факторов определяет, подходит данный образец для условий и нужд пользователя, или нет. Проще всего подсчитать потребности семьи (2-4 кВт тепловой энергии на человека ежедневно) и сравнить полученное значение с производительностью коллектора. После этого останется лишь подобрать наиболее подходящие по рабочим характеристиками устройства. Рекомендуется предварительно узнать нормы инсоляции для данного региона, чтобы иметь возможность скорректировать паспортные данные применительно к собственным условиям.

Обзор 5 популярных моделей и цены на комплекты

Наиболее популярны плоские коллекторы. Причина этого кроется в относительно низких ценах, хотя и такие системы обходятся в немалые суммы. Рассмотрим некоторые варианты.

Малая система от компании «Свет-ДВ»

Предназначена для отопления и обогрева маленьких (до 50 м2) домов, или для горячего водоснабжения более крупных помещений. Состоит из 1 солнечного коллектора, бака на 250 л (объем бака выбран с запасом на случай ночного времени или плохой погоды). Тепловая мощность составляет 2 кВт, цена комплекта — 160 тыс. руб.

Солнечный водонагреватель «Спектр»

Солнечный водонагреватель «Спектр» можно приобрести отдельно, что позволяет создать недостающие компоненты системы своими руками и значительно сэкономить деньги. Цена одного коллектора «Спектр 850-С» составляет 24 000 руб. Выходная мощность составляет 1-1,6 кВт, в зависимости от погодных условий.

Комплект «Зима-500»

Комплект «Зима-500» состоит из 500-литрового бака, одного коллектора на 30 вакуумных трубок, опорной рамы для монтажа на крыше. Цена комплекта составит 330 000-430 000 руб., в зависимости от места приобретения.

Вакуумный солнечный коллектор СВК-40

Вакуумный солнечный коллектор СВК-40 обойдется в 90 000 рублей. Он предназначен для двухконтурной системы с принудительной циркуляцией и способен обеспечить теплом и горячей водой дом средних размеров. Дополнительное оборудование можно приобрести или изготовить самостоятельно, сэкономив деньги.

Солнечный вакуумный коллектор TZ58-1800-10R1

Солнечный вакуумный коллектор TZ58-1800-10R1 состоит из 100-литрового бака, теплового контроллера, насосной станции. Комплект способен эффективно вырабатывать тепловую энергию даже при -25°, средняя производительность около 10 кВт/сут. Цена комплекта составляет около 90 000 руб.

Приведенные примеры выбраны намеренно из разных типов и комплектов, чтобы предоставить максимально разнообразную информацию о стоимости и составе предлагаемого оборудования. Существуют более крупные системы, можно найти совсем небольшие коллекторы, но в среднем используются устройства такого уровня.

Солнечный коллектор для подогрева воды

Использование солнечного тепла для обеспечения горячего водоснабжения дома позволяет снизить расходы, а в некоторых случаях — получить альтернативный или единственный источник ГВС дома. Основным вариантом использования является полноценное снабжение дома, так как сетевые ресурсы обходятся дешевле и не требуют никаких дополнительных мероприятий. Рассмотрим варианты использования коллекторов для подачи горячей воды:

Схемы подключения солнечного водяного коллектора

Солнечный коллектор может быть использован в разных конфигурациях, в зависимости от назначения дома, режима проживания в нем людей, климатических условий и прочих факторов. Обычно используется либо сезонная, «летняя» схема подключения, либо круглогодичный, или «зимний» вариант.

«Летний» вариант горячего водоснабжения от солнечного коллектора

Летний вариант используется, в основном, на дачных участках или в частных домах при сезонном отключении сетевого горячего водоснабжения. Схема простая, к солнечному коллектору подключается бак, расположенный выше уровнем. Подача нагретой воды производится естественным образом, за счет естественной циркуляции, или при помощи вспомогательного оборудования (насоса). Верхний патрубок коллектора (выпускной) является питающим для бака, нижний патрубок принимает охлажденную воду для подогрева. Из бака горячая вода подается на приборы потребления (душ, смесители и т.п.) с подмешиванием холодной воды или без него, если в этом нет необходимости.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Все, что нужно знать о солнечном зарядном устройстве для телефона

Способ прост, но имеет некоторые недостатки. Малая инерционность системы снижает эффективность работы. Для увеличения функционала бак следует утеплить, чтобы горячая вода сохраняла температуру после захода солнца.

«Зимняя» схема подключения солнечного подогрева воды

Зимняя схема предусматривает нагрев воды в баке косвенным образом. По сути, создается теплообменник, в котором горячая вода из коллектора циркулирует по замкнутой схеме, не смешиваясь с водой в баке. Внутри емкости расположен змеевик, нагревающий воду при прохождении горячего потока. Циркуляционный насос обеспечивает постоянное движение теплоносителя (рекомендуется во избежание замерзания использовать антифриз). В обязательном порядке в контур должен быть установлен расширительный бак. При такой схеме особых требований к расположению бака относительно коллектора нет, но змеевик в емкости следует устанавливать в нижней части, чтобы активно прогревался весь объем воды.

Солнечный коллектор своими руками

Цены на солнечные коллекторы и сопутствующее оборудование заставляют владельцев домов изыскивать способы снижения расходов на обзаведение системами обогрева и ГВС. Наиболее экономичным вариантом считается самостоятельное изготовление коллектора и других элементов, способное снизить затраты во много раз при практически неизменном результате. Рассмотрим наиболее доступные варианты:

Материалы для изготовления

Для изготовления простой конструкции понадобятся:

  • доски толщиной 30 мм и шириной 120 мм (для создания короба)
  • лист фанеры, утеплитель, оцинкованная сталь (днище короба)
  • 2 дюймовых трубы длиной 700 мм и 15 полудюймовых по 1600 мм. В дюймовых трубах необходимо просверлить соосные отверстия во одной линии, чтобы присоединить полудюймовые отрезки
  • хомуты или металлические полоски для монтажа труб к днищу короба
  • черная и белая краска для внутренних и наружных элементов коллектора
  • лист стекла (оптимально — монолитного поликарбоната) для изготовления прозрачной крышки
  • герметик для крышки и всех частей корпуса коллектора
  • шурупы, гвозди, клей для короба
  • сварочный аппарат, газовый или электрический
  • линейка, рулетка
  • электродрель, молоток, пассатижи, отвертка

Во время работы могут пригодиться и другие инструменты, перечислены только самые необходимые материалы и приспособления.

Монтаж батареи

Трубы свариваются между собой. По размерам собирается короб, днище которого тщательно утепляется и покрывается слоем оцинковки. Трубы укладываются на нее, тщательно прикрепляются с помощью хомутов или металлических полосок. Все внутренние элементы — стенки, днище, трубки — окрашиваются в черный цвет. Затем укладывается прозрачный лист поликарбоната или стекла и тщательно герметизируется, чтобы не было доступа наружного воздуха внутрь корпуса. Внешние части (кроме стекла) окрашиваются в белый цвет.

Кроме коллектора потребуются накопительная емкость, установленная выше коллектора, но не более 1 м, и аванкамера, выполняющая роль расширительного бака и параллельно с этим создающая избыточное давление в системе. Объем аванкамеры не превышает 40 л, она устанавливается выше накопительной емкости, но не более, чем на 0,8-1 м.

Все элементы собираются между собой. Присоединения производятся на сварку, или на соответствующие фитинги, имеющие собственные способы монтажа. Расположение коллектора в обязательном порядке выбирается таким образом, чтобы в период максимального падения солнечной энергии он находился повернут лицевой (фронтальной) плоскостью к солнцу под прямым углом.

Мнение эксперта
Эксперт Energo.House Фомин О. А.
Горный инженер, строитель.
Важно! В течение года положение коллектора требует регулировки, поэтому следует предусмотреть такую возможность.

Усиливаем эффект с помощью пластиковых бутылок

Если на полудюймовые трубки натянуть прозрачные пластиковые бутылки, эффективность нагрева заметно увеличится. Необходимо подобрать нужное количество бутылок, просверлить днища, снять крышки и одну за другой надеть на трубки. Они будут работать как термосы, создавая дополнительную отсечку от внешнего пространства и обеспечивая парниковый эффект в небольшом объеме. Как вариант, используют не стальные, а пластиковые трубы для полива, обязательно черного цвета. Этот способ позволит обойтись без сварки, а вода, циркулируя по шлангу, успеет хорошо прогреться и получить достаточно высокую температуру.

Монтаж солнечного коллектора

Оптимальным местом для установки системы является солнечная сторона дома. Коллектор устанавливается на основание, желательно как можно ближе к стенам дома. Накопительная емкость располагается внутри, за стеной, соединительные трубопроводы проводятся сквозь отверстия в стене. Сложность заключается в необходимости обеспечить правильные перепады высот и расстояния между узлами системы, чтобы исключить потери тепловой энергии при перемещении потоков. Если все величины удается обеспечить, то работа системы станет наиболее эффективной. Вода в накопительной емкости не будет остывать так быстро, как на улице, для чего можно ее дополнительно утеплить. Для разводки труб внутри дома понадобится меньшее количество трубопроводов, потери тепла снизятся до минимума.

Менее удачный вариант — установка накопительной емкости на улице. При этом температура воды будет быстро падать, снижая эффективность системы. Такой способ можно рассматривать только как временный, рассчитанный на пользование до тех пор, когда завершится монтаж системы, расположенной внутри дома.

Полезное видео

Солнечные коллекторы, используемые для отопления и ГВС, позволяют увеличить степень автономности дома и снизить расходы. Приобретение готовых систем потребует серьезных денежных вложений, поэтому возможность изготовления комплекта своими руками следует рассматривать как перспективный и экономичный вариант.

Рейтинг автора
Автор статьи
Фомин Олег Александрович
Горный инженер, строитель.
Написано статей
87
Помогла статья? Оцените её
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (4 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
ВК

Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте!

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Как выбрать солнечные батареи для дома?