Гелиосистема для горячего водоснабжения: принцип работы и устройство, типы, особенности монтажа

Вакуумні трубчасті колектори з тепловою трубою

Перевагами вакуумованих трубчастих колекторів з тепловою трубою є:

• збереження високої ефективності до температури -30°С (для колектора зі скляною тепловою трубкою) і, навіть, до -45°С (для колектора з металевої тепловою трубкою) в сонячну погоду,
• можливість заміни окремих трубок у випадку поломки,
• можливість повертати трубки навколо своєї осі для вибору найоптимальнішого кута по відношенню до сонця і забезпечення.

Так, використання сонячної енергії з максимальною ефективністю стало можливим завдяки «сухому» з’єднанню теплової трубки з основним контуром теплоносія.

У таблиці нижче представлені технічні характеристики вакуумних трубок для колектора різної довжини компанії NARVA в стандартному виконанні. Один колектор може складатися з 5, 10, 20 або 30 трубок.

Изготовление солнечного водонагревателя с медным абсорбером

Предлагаемый к изготовлению гелиоколлектор в зимний солнечный день разогревает воду до температуры выше 90 °C, а в пасмурную погоду — до 40 °С. Этого хватит, чтобы обеспечить дом горячей водой. Если же вы хотите отапливать солнечной энергией жилище, то потребуется несколько таких установок.

Необходимые материалы и инструмент

Для изготовления водонагревателя понадобятся:

• листовая медь толщиной не менее 0,2 мм размерами 0,98×2 м;
• медная трубка Ø10 мм длиной 20 м;
• медная трубка Ø22 мм длиной 2,5 м;
• резьба 3/4˝ — 2 шт;
• заглушка 3/4˝ — 2 шт;
• припой мягкий SANHA или ПОС-40 — 0,5 кг;
• флюс;
• химреактивы для чернения абсорбера;
• плита OSB толщиной 10 мм;
• уголки мебельные — 32 шт;
• базальтовая вата толщиной 50 мм;
• листовой теплоотражающий утеплитель толщиной 20 мм;
• рейка 20х30 — 10м;
• дверной или оконный уплотнитель — 6 м;
• оконное стекло толщиной 4 мм или стеклопакет 0,98х2,01 м;
• саморезы;
• краска.

Кроме этого, подготовьте такие инструменты:

• электрическая дрель;
• набор свёрл по металлу;
• «коронка» или фреза для работы по дереву Ø20 мм;
• труборез;
• газовая горелка;
• респиратор;
• малярная кисть;
• набор отвёрток или шуруповёрт;
• электрический лобзик.

Для опрессовки контура также понадобится компрессор и манометр, рассчитанный на давление до 10 атмосфер.

Для пайки мягким припоем подойдёт простая газовая горелка

Инструкция по ходу работ

1. При помощи трубореза медную трубку нарезают на куски. Получатся 2 части Ø22 мм длиной 1,25 м и 10 элементов Ø10 мм длиной 2 м.
2. В толстых трубах делают отступ от края 150 мм и выполняют по 10 сверлений Ø10 мм через каждые 100 мм.
3. В полученные отверстия вставляют тонкие трубки так, чтобы они выступали внутрь не более чем на 1–2 мм. В противном случае в радиаторе будут появляться излишние гидравлические сопротивления.
4. Используя газовую горелку, термофен и припой, все части радиатора соединяют между собой.
5. По диагоналям радиатора к трубам 3/4˝ попарно припаивают заглушки и резьбы.
6. Закрыв выходную резьбу заглушкой, на вход собранного коллектора навинчивают штуцер и присоединяют компрессор.
7. Помещают радиатор в ёмкость с водой и компрессором нагнетают давление 7–8 атм. По поднимающимся в местах стыков пузырькам судят о герметичности паяных соединений.
8. После проверки герметичности радиатор сушат и обезжиривают. Затем приступают к припаиванию медного листа. Паять полотно абсорбера к трубкам следует сплошным швом по всей длине каждого элемента медного контура.
9. Поскольку абсорбер гелиоколлектора изготавливается из меди, то вместо покраски можно использовать химическое чернение. Это позволит получить на поверхности настоящее селективное покрытие, наподобие того, что получают в заводских условиях. Для этого в ёмкость для проверки герметичности наливают нагретый химический раствор и укладывают абсорбер лицевой стороной вниз. Во время реакции поддерживают температуру реактивов любым доступным способом (например, постоянной прокачкой раствора через ёмкость с кипятильником).
10. Из листа OSB вырезают детали для сборки корпуса гелиоколлектора — днище 1х2 м, боковые стороны 0,16х2 м, верхнюю 0,18х1 м и нижнюю 0,17х1 м панели, а также 2 опорные перегородки 0,13х0,98 м.
11. Рейку 20х30 мм нарезают на части: 1,94 м — 4 шт. и 0,98 м — 2 шт.
12. В боковых стенках делают отверстия Ø20 мм для входного и выходного патрубков, а в нижней части коллектора выполняют 3–4 сверления Ø8 мм для микровентиляции.
13. В перегородках делают вырезы под трубки абсорбера.
14. Из реек 20х30 мм собирают опорную раму.
15. Воспользовавшись мебельными уголками и саморезами, раму обшивают панелями OSB. При этом боковые стенки должны опираться на днище — это позволит предотвратить прогиб корпуса. Нижнюю панель опускают на 10 мм от остальных, чтобы перекрыть её стеклом. Это не даст осадкам попадать внутрь рамы.
16. Устанавливают внутренние перегородки.
17. Днище и бока корпуса утепляют минеральной ватой и укрывают рулонным теплоотражающим материалом.
18. Абсорбер укладывают на подготовленное пространство. Для этого демонтируют одну из боковых панелей, которую затем ставят на место.
19. На расстоянии 1 см от верхнего края короба внутренний периметр сооружения обшивают деревянной рейкой 20х30 мм так, чтобы стенок касалась её широкая сторона.
20. По периметру проклеивают уплотнительную резинку.
21. Укладывают стекло или стеклопакет, контур которого также обклеивают оконным уплотнителем.
22. Прижимают конструкцию алюминиевым уголком, в котором предварительно сверлят отверстия для саморезов. На этом этапе сборку коллектора считают завершённой.

Чтобы предотвратить попадание влаги и утечку тепла, на всех этапах стыки и места сопряжений деталей обрабатывают силиконовым герметиком. Для защиты конструкции от осадков древесину покрывают специальным составом и окрашивают эмалью.

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет

Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).

Виды солнечных коллекторов и принцип работы

Солнечным коллектором называется устройство, преобразующее энергию солнца в тепловую.

Различаются приборы по множеству признаков:

• по типу теплоносителя на воздушные и жидкостные, где в качестве жидкости используется вода, антифриз, этиленгликоль, прочие субстанции;
• по конструкции устройства могут быть плоскими и вакуумными.

Для отопления дома применяются любые типы агрегатов, так как принцип работы не меняется и основан на способности материалов поглощать солнечную энергию в любом диапазоне. При потреблении энергии физические свойства материалов проявляются в увеличении скорости движения молекул, нагревании вещества и это тепло затем передается для отопления дома.

В соответствии с конструктивными особенностями солнечные коллекторы бывают:

1. Плоскими. Это системы в виде прямоугольника, выполненные из прочного материала. Внутри корпуса выложена изоляционная прокладка, поверхность которой накрыта пластиной, абсорбирующей тепло. В углубления пластины монтируются медные трубки, передающие теплоноситель. Корпус закрыт оболочкой со свойством поглощения солнечных лучей и защитным стеклом.
2. Вакуумными. Это трубчатые системы, также закрытые специальным корпусом. Внутри вакуумных трубок циркулирует теплоноситель, передающий тепловую энергию теплоносителю наружного контура.

Различаются коллекторы по способу использования носителя тепла:

• пассивные системы – это агрегаты, применяемые в конструкции с накопительным баком, используемые для горячего водоснабжения дома без обустройства других инженерных сооружений сети;
• активные системы – агрегаты, где кроме коллектора конструкция дополняется насосом, защитными клапанами и применяется не только для обеспечения горячего водоснабжения, но и отопления дома.

По передаче тепла различаются агрегаты:

1. Косвенного действия, при которых система отопления и водоснабжения дополняется баком-аккумулятором. Этот бак передает тепловую энергию, полученную наружным путем во внутренний контур, то есть отопление, ГВС.
2. Прямого действия или прямоточные, используемые для систем горячего водоснабжения. Транспортировка воды в контуре коллектора происходит за счет разности температур и при помощи дополнительно установленных кранов, клапанов.

Устройство и область применения в быту

На сегодняшний день применяются такие типы гелиоустановок: плоскопластинчатые и вакуумные

Плоскопластинчатые

Это самые простые и дешевые устройства. Они состоят из улавливающей солнечное излучение пластины (абсорбера), прозрачного покрытия и закрывающей нижнюю поверхность теплоизоляции. На обращенную к солнцу поверхность пластины наносят черную краску или особое покрытие, например, из оксида титана или черного никеля. Оно называется селективным. Наиболее эффективными являются абсорберы, изготовленные из меди.

Светопропускающее покрытие выполняют из специального профильного поликарбонатного листа (с рифлением) или закаленного стекла, почти полностью очищенного от металлических примесей.

Все зазоры между корпусом коллектора и прозрачной крышкой герметизируются, что способствует уменьшению теплопотерь вследствие конвекции.

Плоский пластинчатый коллектор

В воздушных коллекторах используемый в качестве теплоносителя воздух омывает непосредственно абсорбер – с одной или с двух сторон. В устройствах, ориентированных на применение жидкостного теплоносителя (вода, масло или антифриз), к абсорберу могут быть прикреплены медные или алюминиевые трубки, в которые этот теплоноситель подается.

Если не отбирать накапливаемое плоско-пластинчатым коллектором тепло, он сможет нагреть воду до температуры в 190 – 210 градусов.

Для повышения эффективности таких установок применяют покрытия из особых материалов, не излучающих тепло в виде инфракрасных волн.

Вакуумные

Роль абсорбера в таком коллекторе играет поверхность трубки, по которой протекает теплоноситель. При этом сама она заключена в круглый прозрачный кожух, из которого выкачан воздух. Таким образом, каждая трубка с теплоносителем окружена, подобно колбе термоса, вакуумом.

Вакуумный коллектор стоит дороже, но зато является более эффективным: с его помощью воду можно нагреть уже до 250 – 300 градусов.

Вакуумные коллекторы

Значительно повысить производительность вакуумного коллектора можно при помощи параболоцилиндрических отражателей. Это продолговатые элементы с вогнутой зеркальной поверхностью, которая в поперечном сечении образует параболу. Такие отражатели устанавливаются в коллекторе за трубками, фокусируя на них весь неусвоенный солнечный свет.

Оснащенная такими элементами установка может нагревать теплоноситель (применяется масло) до температуры в 300 – 390 градусов. Чтобы еще больше увеличить производительность коллектора, его оснащают системой слежения за солнцем.

Прочие элементы системы

Помимо собственно коллектора в гелиоустановке имеется накопительный бак с водой, которой при помощи встроенного теплообменника передается накопленная теплоносителем энергия.

Существуют системы как с естественной циркуляцией теплоносителя (накопительный бак устанавливается выше коллектора), так и с принудительной – при помощи насоса (бак можно устанавливать на любом уровне).

Гелиоколлекторы в системе отопления

Применение

В быту гелиоустановки применяются для приготовления горячей воды, в том числе для бань, подогрева бассейна либо в качестве дополнительного источника тепла для системы отопления. В промышленности сфера применения таких систем является более широкой: на их основе сооружают опреснители воды, парогенераторы (пар приводит в движение различные машины) и даже электростанции.

Виды гелиосистем

Существуют разные конструкции коллекторов, способные демонстрировать свои эффективность и возможности:

1. Открытые. Представляют собой плоские продолговатые емкости черного цвета, наполненные водой. Она нагревается от солнечного тепла и может поддерживать температуру воды в открытых бассейнах, летнем душе и т.д. КПД таких устройств крайне низок, поэтому их можно использовать только в летнее время
2. Трубчатые. Основным элементом этих систем являются стеклянные коаксиальные трубки, между внешней и внутренней частями которых создан вакуум. Возникает прозрачный защитный слой с крайне низкой теплопроводностью, позволяющий воде (или антифризу) получать солнечную энергию, практически не расходуя ее на окружающую среду. Стоимость таких коллекторов высока, ремонтопригодность крайне низка и проблематична
3. Плоские. Представляют собой плоские ящики с прозрачной крышкой. Днище покрыто слоем, активно принимающим энергию. КЕ нему припаяны трубки, по которым перемещается вода. Получая тепло, она направляется в отопительную систему. Иногда из-под крышки выкачивают воздух, усиливая эффективность приема энергии и снижая потери. Существуют также конструкции, где трубки находятся между двух приемных слоев, в которых для них созданы канавки. Это позволяет улучшить теплопередачу

Существуют также более современные виды коллекторов, в которых используется принцип теплового насоса — в герметичной емкости находится легкоиспаряемая жидкость. Нагреваясь от солнечного тепла, она испаряется. Этот пар поднимается в конденсационную камеру и оседает на стенках, выделяя при этом много тепловой энергии. По ту сторону стенок создана водяная рубашка, которая принимает это тепло и направляется в систему отопления.

Трубчатые коллекторы для отопительных систем

В таких устройствах по трубкам также циркулирует теплоноситель, однако каждая из трубок еще и вставлена в другую. А все вместе они соединяются в особую конструкцию – манифолд или гребенку. Современные трубчатые коллекторы выпускаются двух видов – перьевые и коаксиальные. Последние представляют собой трубу в трубе, они вложены друг в друга, и края их запаяны. А из пространства между трубками выкачан воздух.

В перьевых трубках вставляется еще и специальная адсорберная пластинка, напоминающая по структуре перо – для повышения теплоотдачи.

Плоские солнечные коллекторы для отопления и горячего водоснабжения

Такие гелиоустановки имеют наиболее простую конструкцию, и именно их имеют в виду, когда говорят про солнечное отопление своими руками. В принципе самодельный солнечный коллектор можно сделать из прозрачной трубки, свернутой кольцами, а среди дачников популярен солнечный коллектор из старого радиатора.

Как правило, на металлической раме закрепляют дно, на которое укладывают теплоизоляцию, уменьшающую потери энергии. Затем идет слой специального материала – адсорбера, хорошо поглощающего солнечное излучение и преобразующего его в тепло. А уже на адсорбере закрепляют трубки, по которым и циркулирует теплоноситель. Сверху вся конструкции должна быть закрыта особой прозрачной крышкой, изготавливаемой из закаленного стекла либо специального пластика, например, поликарбоната. Кроме того, нередко материал крышки еще и предварительно обрабатывают, чтобы он был чуть матовым и не гладким. Конечно, такое устройство для дома своими руками непросто будет сделать.

Принцип работы солнечного коллектора

Трубки обычно укладывают змейкой, и в коллекторе имеется 2 отверстия – выпускное и впускное. Как правило, для нормального теплообмена в схему включают и циркуляционный насос, но возможен и самотечный вариант, хотя это заметно снизит эффективность системы – ее вряд ли хватит даже на теплый пол, не то что на батареи.

А вот правильная заводская гелиоустановка имеет коэффициент полезного действия на уровне 72-75 процентов. Однако всегда есть минусы:

• при ветре возможны большие потери тепла;
• система плохо работает в пасмурную погоду и вообще не функционирует ночью;
• если какая-то деталь выходит из строя, то часто приходится менять всю панель.

Воздушные коллекторы

Устанавливаются для обогрева частных домовладений и воздушные солнечные коллекторы. Такие установки обычно используются для воздушного отопления зданий. По своей конструкции они сильно напоминают описанные выше системы, однако по трубкам здесь циркулирует не жидкость, а воздух. Кстати, нередко такой обогрев совмещают с вентиляцией.

Виды

В зависимости от назначения, режима работы и технического устройства, гелиосистемы подразделяются на несколько видов, это:

1. По типу получаемой энергии:

• Электрические – в результате работы комплекта оборудования на выходе получается электрическая энергия.
• Тепловые – путем преобразования в устройствах, входящих в состав данной группы гелиосистем, получается тепловая энергия.

1. По назначению (для тепловых гелиоустановок):

• Для отопления;
• Для горячего водоснабжения;
• Комбинированного типа (для отопления и горячего водоснабжения).
• По виду теплоносителя (для тепловых гелиосистем):
• С использованием жидкого теплоносителя (вода, антифриз и т.д.);
• С использованием воздуха.

1. По режиму работы:

• Постоянного действия;
• Периодического действия (сезонный или циклический характер работы).

1. По типу использования:

• В качестве основного источника получаемой энергии;
• В качестве резервного источника, обеспечивающего покрытие части требуемой мощности (при получении электрической энергии) и частичное – при отоплении или получении горячей воды, при тепловом типе гелиосистем.

1. По техническому оснащению и устройству:

• Параметры напряжения на выходе гелиоустановки – при преобразовании солнечной энергии в электрическую;
• Количество контуров, обеспечивающих получение и преобразование энергии солнца в тепловую энергию – одно-, двух- и многоконтурные.

В быту и на работе

Применение гелиоустановок решает проблемы с отоплением при ограниченном доступе к газу или электричеству, при недостаточной мощности центрального электроснабжения; в качестве вспомогательной системы отопления, горячего водоснабжения дома, коттеджа, дачи, бассейна позволяет сэкономить значительные средства владельцам. Область применения самая различная:

• отопление производственных помещений;
• отопление и горячее водоснабжение жилых зданий, предназначенных для постоянного и временного проживания.
• отопление учреждений здравоохранения, туристических баз, спортивных комплексов, небольших автономных магазинов.
• обогрев открытых и закрытых бассейнов;
• отопление и горячее водоснабжение временных жилых и рабочих помещений.

Как выбрать гелиоустановку

Выбор вида гелиоустановки и ее мощности зависит от того назначения, для которого она предназначена и района проживания: количество солнечных дней в году и минимальная температура воздуха зимой. Так как в наших широтах зимой имеют место отрицательные температуры, то лучшим выбором будут двухконтурные установки с теплоносителем в виде незамерзающей жидкости.

Если с помощью гелиосистемы будет осуществляться только горячее водоснабжение дома, тогда потребуется установка меньшей мощности и соответственно меньшая площадь солнечного коллектора. Если же с помощью солнечной энергии предполагается и отапливать дом, то здесь мощность установки и площадь коллекторов должна быть значительно большей. Так площади солнечного коллектора 4-6 м2 будет достаточно, чтобы обеспечить на 50-70% горячее водоснабжение в доме. Площади 10-12 м2 уже должно полностью хватать для горячего водоснабжения и частично – для отопления.

Установка и ориентация

Солнечные коллекторы на крыше дома и перед бассейном

Солнечные коллекторы, в зависимости от их вида и площади, можно установить как на крыше дома, так и на открытой площадке возле дома, обязательно с южной стороны

Очень важное значение имеет и угол их наклона. Чем он ближе к значению 90° по отношению к солнечным лучам, тем лучше будет нагреваться теплоноситель в них

Наилучшим вариантом здесь были бы системы с автоматическим регулированием угла наклона. Но такие гелиосистемы имеют большую стоимость. Если же коллекторы закрепляются неподвижно, то они должны быть ориентированы на юг или максимально близко к этому направлению.

Срок окупаемости

Окупаемость гелиосистем зависит, как от самой их стоимости, так и он цены на традиционный виды энергии, которые используются для отопления в той или иной местности. Для Европы, где гелиоустановки пользуются наибольшей популярностью, срок окупаемости, в среднем, составляет до 5 лет. Для средней полосы России, а также сопредельных стран он будет, как минимум, в два раза больше. Хотя, учитывая постоянный рост цен на энергоносители, со временем, он будет сокращаться. При этом, необходимо учитывать, что даже используя гелиоустановки, как дополнительное отопление или для горячего водоснабжения можно экономить от 40 до 70% топлива других, традиционных видов.

Видео по теме:

Виды систем подключения ГВС, принцип работы и нормативы

По способу подключения системы ГВС подразделяются на централизованные и автономные. Первый вид предполагает нагревание жидкости на тепловых подстанциях и доставку ее потребителю по специализированной магистрали открытого или закрытого типа.

При подаче центрального горячего водоснабжения должны соблюдаться определенные нормы и требования. Согласно СаНПиНам и СНИПам:

• Температура водной среды должна быть выше 40 градусов. Допускается отклонение до пяти градусов.
• Период отключения горячей воды из-за аварии не должен составлять более восьми часов ежемесячно.
• Максимум времени на профилактические работы летом – две недели.

Чтобы контролировать расход горячей воды, производится установка счетчиков. Эти приборы имеют право ставить только специалисты управляющей организации, занимающейся поставкой ГВС по договору с владельцем квартиры либо дома.

В автономных системах нагрев ведется за счет отопительных приборов – котлов, газовых колонок, различных бойлеров. Обычно используется в частных домах, но в последнее время, из-за перебоев с подачей горячей воды или несоблюдения нормативов, их стали устанавливать и жильцы квартир в многоэтажках.

Расчёт мощности и этапы монтажа

Переход на солнечную энергетику не приемлет спешки и поверхностного подхода. Зачастую выводы о целесообразности установки гелиосистемы можно сделать только через несколько лет наблюдений и расчётов.

К сожалению, полагаться на инсоляционные карты не имеет особого смысла, ибо местные погодные условия могут сильно искажать среднестатистические показатели. Поэтому первое, что нужно сделать — самостоятельно составить отчёт по интенсивности солнечной радиации в месте установки коллекторов. Для измерений используют пиранометры, в пределах 5 тысяч рублей можно приобрести бюджетный прибор с достаточным набором функций.

Пиранометр

Измерения следует проводить в разное время суток с периодичностью около недели в течение всего года. В процессе замеров нужно учитывать угол наклона и ориентацию коллекторов. Полученные данные в итоге сверяются со статистикой гидрометцентра о процентном содержании пасмурных дней в году.

Чтобы обеспечить высокую эффективность работы гелиоустановки, следует рассматривать самый негативный сценарий, то есть принимать за точку отсчёта наиболее продолжительный период с самой низкой освещённостью. В идеале можно сделать поправку на вероятность возникновения ещё более неблагоприятных погодных условий, пользуясь метеорологической статистикой за последние 15–20 лет. Полученные данные о поступающей солнечной энергии помогут установить необходимую общую площадь абсорбционного поля и определиться с количеством коллекторов, которые необходимо приобрести.

Как упоминалось, коллекторы очень редко используют как основной источник нагрева, обычно они играют вспомогательную роль. Но долю участия рассчитать можно, она указывается в виде процентной части от совокупной мощности энергосистемы дома или его теплопотерь. Получив требуемое количество киловатт, его умножают на оптический КПД абсорберов, добавляют несколько коэффициентов — поправок на ориентацию, наклон, температурный режим, а также запас надёжности.

По «чистому» значению генерируемой мощности подбирается:

• нужное число коллекторов определённой модели и в среднем по одному резервному солнечному коллектору на 10–15 находящихся в работе;
• система трубопроводов с рекомендуемой производителем пропускной способностью и термостойкостью;
• циркуляционная группа, запорная арматура, прочие вспомогательные устройства;
• объём и место размещения аккумуляторного бака. В системах с суточным накопителем или мощностью теплового отбора более 20 кВт имеет смысл строить изолированные бетонные резервуары объёмом от 15–20 м3.

Для самостоятельного монтажа и обслуживания необходимо составить проект системы, выделить место для размещения вспомогательных устройств и закрепить солнечный коллектор на южном (для северного полушария) склоне кровли с учётом рекомендаций поставщика техники по части ветровых нагрузок. Не забывайте, что приобретая полный комплекс оборудования у одного дистрибьютора, вы получаете возможность бесплатно составить если не проект отопительной гелиосистемы, то как минимум список хорошо совместимого оборудования и комплектующих.

Разновидности и отличия коллекторов

Если не вдаваться в технические тонкости устройства, основное различие между плоскими и вакуумными коллекторами заключено в целесообразности их использования в разных климатических зонах. Плоские коллекторы лучше использовать в южных широтах с преобладающими температурами выше нуля, вакуумные — ближе к северным.

Конструкция плоского солнечного коллектора: 1 — выход теплоносителя; 2 — рама коллектора; 3 — структурированное градостойкое стекло; 4 — абсорбер; 5 — медные трубки; 6 — теплоизоляция; 7 — вход теплоносителя

Целесообразность применения отдельных разновидностей солнечных коллекторов обусловлена рядом особенностей:

• неспособностью вакуумных коллекторов самостоятельно очищаться от снега;
• высокими теплопотерями плоских солнечных коллекторов, растущими вместе с разницей температур;
• низкой устойчивостью плоских коллекторов к ветровым нагрузкам;
• высокой стоимостью проекта на вакуумных солнечных коллекторах;
• низким температурным диапазоном эффективного применения плоских коллекторов.

Конструкция вакуумного коллектора с косвенной теплопередачей: 1 — вход охлаждённого теплоносителя; 2 — теплообменник (коллектор); 3 — герметичная пробка; 4 — вакуумная трубка; 5 — алюминиевая пластина (абсорбер); 6 — тепловая трубка; 7 — рабочая жидкость; 8 — выход нагретого теплоносителя; 9 — корпус теплосъёмника; 10 — конденсатор тепловой трубки; 11 — изоляция

Одно из важнейших отличий кроется в процессе монтажа. Плоские коллекторы требуют доставки на крышу в собранном виде, в то время как вакуумные могут собираться по месту. Также плоские коллекторы обычно не имеют собственного теплоаккумулятора и обменного контура.

Что такое гелиосистема и как она работает?

В широком смысле гелиосистема – это установка, которая преобразует солнечную энергию в электричество или в тепло. Для выработки электроэнергии в гелиосистемах используются фотоэлектрические элементы, а для преобразования в тепло для нагревания воды – коллекторы.

По конструкции коллекторы бывают плоскими и вакуумными. Дополняет коллектор (независимо от конструктивного исполнения) накопительный бак (аккумулятор), циркуляционный насос для принудительного перемещения теплоносителя (между баком и коллектором) и вспомогательное оборудование. Небольшая гелиосистема может обходиться без насоса, благодаря естественной циркуляции воды за счет перепада температур.

Плоский коллектор схематично – это медная или алюминиевая пластина под стеклом, с одной стороны черненая для лучшего поглощения солнечной энергии, а с другой – покрытая трубками с теплоносителем для отбора энергии. Чтобы снизить потери тепла, коллектор помещен в короб с теплоизолирующим слоем. Теплоноситель, нагревающий воду в баке-аккмуляторе, это или тоже вода, или антифриз.

Вакуумный коллектор отличается от плоского тем, что светопоглощающая черненая пластина под стеклом находится не в воздушном, а в безвоздушном пространстве, что практически полностью исключает потери тепла. В некоторых моделях таких коллекторов для более эффективного отбора тепла используется схема «трубка в трубке»: что-то вроде термоса, только между внешними стенками этих трубок находится не воздух, а вакуум.

Плоские коллекторы конструктивно проще, а следовательно дешевле, но, по мнению разработчиков, на данном технологическом этапе уже достигли оптимума своей эффективности. Вакуумные коллекторы являются более сложными и дорогими агрегатами, но зато и КПД у них значительно выше, особенно в холодное время года и в пасмурную погоду. Разница в эффективности особенно заметна с температуры воздуха +15 градусов и ниже, а при минусовых температурах вакуумный коллектор вообще вне конкуренции.

Новейшие вакуумные коллекторы на основе термотрубок (трубка из меди заполнена легкокипящей жидкостью, которая испаряется и эффективно отбирает тепло у вакуумной трубки) способны обеспечивать потребителей горячей водой и теплом даже если за окном трещит мороз от -35 до -50 градусов!

Не случайно гелиосистемы находят все более широкое применение как в отдельных домостроениях (загородные дома, коттеджи, дачи, бани, крытые бассейны), так и для обеспечения теплом и горячей водой многоквартирных домов и целых поселков с использованием систем суточного или сезонного аккумулирования тепла.

Где купить

Гелиосистемы в целом и их составные элементы, являются специфическим товаром, для приобретения который лучше всего обратиться в организацию, которая специализируется на реализации товаров в этой отрасли энергетики.

Оптимальный вариант, в этом случае, это найти дилера компании, производящей гелиосистемы, и заключить договор поставки.

При невозможности сделать это, и при желании снизить затраты на приобретение оборудования, можно обратиться к сети интернет, где присутствует достаточно большое количество предложений о продаже гелиоустановок, как полной комплектации, так и их отдельных элементов.

Сколько энергии дает солнце

Из вышесказанного ясно, что эффективней всего гелиосистема будет работать летом, когда солнце высоко и солнечного света больше.

В цифрах энергия солнечного света характеризуется для 52 параллели и южнее как: Для июня — около 600 Вт энергии с метра кв. нагреваемой площади за один час.

Зимой же – чуть ли не в десять раз меньше. Для декабря – 80 Вт/м кв. за час.

В межсезонье, что-то среднее – октябрь, апрель – 300 – 350 Вт/м кв.

Но это, как указывалось, — для южных широт. Севернее солнца все меньше, и получаемой энергии значительно меньше.

Что же это значит с практической точки зрения, — что можно нагреть?

Принцип работы и конструкционные особенности

Современные гелиосистемы – один из видов альтернативных источников получения тепла. Они применяются в качестве вспомогательного отопительного оборудования, перерабатывающего солнечное излучение в полезную владельцам дома энергию.

Они способны полностью обеспечить горячее водоснабжение и отопление в холодное время года только в южных регионах. И то, если занимают достаточно большую площадь и установлены на открытых, не затененных деревьями площадках.

Несмотря на большое количество разновидностей, принцип работы у них одинаковый. Любая гелиосистема представляет собой контур с последовательным расположением приборов, и поставляющих тепловую энергию, и передающих ее потребителю.

Основными рабочими элементами являются солнечные батареи на фотоэлементах или солнечные коллекторы. Технология сборки солнечного генератора на фотопластинах несколько сложнее, чем трубчатого коллектора.

В этой статье мы рассмотрим второй вариант – коллекторную гелиосистему.

Солнечные коллекторы пока служат вспомогательными поставщиками энергии. Полностью переключать отопление дома на гелиосистему опасно из-за невозможности прогнозировать четкое количество солнечных дней

Коллекторы представляют собой систему трубок, соединенных последовательно с выходной и входной магистралью или выложенных в виде змеевика. По трубкам циркулирует техническая вода, воздушный поток или смесь воды с какой-либо незамерзающей жидкостью.

Циркуляцию стимулируют физические явления: испарение, изменение давления и плотности от перехода из одного агрегатного состояния в другое и др.

Принцип действия солнечных коллекторов основан на получении и накапливании солнечной энергии, сообщаемой теплоносителю (+)

Сбор и аккумуляция солнечной энергии производится абсорберами. Это либо сплошная металлическая пластина с зачерненной наружной поверхностью, либо система отдельных пластин, присоединенных к трубкам.

Для изготовления верхней части корпуса, крышки, используются материалы с высокой способностью к пропусканию светового потока. Это может быть оргстекло, подобные полимерные материалы, закаленные виды традиционного стекла.

Для того чтобы исключить потери энергии с тыльной стороны прибора в короб укладывается теплоизоляция

Надо сказать, что полимерные материалы довольно плохо переносят влияние ультрафиолетовых лучей. Все виды пластика имеют достаточно высокий коэффициент теплового расширения, что часто приводит к разгерметизации корпуса. Поэтому использование подобных материалов для изготовления корпуса коллектора стоит ограничить.

Вода в качестве теплоносителя может применяться только в системах, предназначенных для поставки дополнительного тепла в осенне/весенний период. Если планируется круглогодичное использование гелиосистемы перед первым похолоданием техническую воду меняют на смесь ее с антифризом.

В воздушных гелиосистемах в качестве теплоносителя используется воздух. Каналы для его движения можно сделать из обычного профлиста (+)

Если солнечный коллектор устанавливается для обогрева небольшого строения, не имеющего связи с автономным отоплением коттеджа или с централизованными сетями, сооружается простейшая одноконтурная система с нагревательным прибором в начале ее.

В цепочку не включают циркуляционные насосы и нагревательные устройства. Схема предельно проста, но работать она может лишь солнечным летом.

При включении коллектора в двухконтурное техническое сооружение все гораздо сложнее, но и диапазон пригодных для применения дней существенно увеличен. Коллектор обрабатывает только один контур. Преобладающая нагрузка возлагается на основной отопительный агрегат, работающий на электроэнергии или любом виде топлива.

Для изготовления солнечного коллектора можно воспользоваться готовой схемой, можно построить собственную пилотную модель и опробовать ее на практике (+)

Несмотря на прямую зависимость производительности солнечных приборов от количества солнечных дней, они востребованы, и спрос на солнечные устройства стабильно повышается. Популярны они среди народных умельцев, стремящихся направить все виды природной энергии в полезное русло.