Как сделать солнечный коллектор. Коллектор солнечный своими руками: виды, принцип работы и фото Принцип работы солнечного коллектора самотеком
Ежедневно солнце является поставщиком неограниченного энергетического потенциала, которое будет доступно для человеческого пользования на протяжении еще многих лет. Такие возможности природы являются главными движителями для человека придумывать и воплощать в реальность более новые возможности и устройства, которые способны перерабатывать солнечное излучении в полезную для человечества энергию.
Вакуумный солнечный коллектор – эффективное устройство, способное питать не только электрическую лампочку, но и целую отопительную систему для помещений.
Переработанная солнечная энергия превращается в тепловую, и передается теплоносителю. Такое применение современных установок используется для обогрева помещения, подогрева жидкости, архитектурных конструкций.
Процесс нагревания воды от солнца
Для того, чтоб солнечное светило могло осуществить нагрев воды, должны быть осуществлены некоторые предпосылки. На протяжении всего года расход остается практически на одном и том же уровне. Именно по этой причине в роли энергетического источника для нагрева жидкости эффективнее всего использовать энергию большого светила – Солнца.
Если правильно осуществить установку солнечных коллекторов, то они способны увеличить температуру воды на 50- 65% в холодное время и до 100% в летнее.
Такие условия работы системы свидетельствуют о том, что в теплое время года можно будет отказаться от использования традиционных систем обогревания при помощи газа или электричества. Использование такой системы в летнее время является крайне выгодным еще и по той причине, что выработанной энергии хватает даже на питание некоторых бытовых электрических машин, работающих на благо домашнего хозяйства.
Важным достоинством современных солнечных водонагревательных установок является простота технологического новшества, использование которого дает возможность жить комфортно, экономно, без нанесения вреда для окружающей среды.
Конструктивные отличия
Главным конструктивным отличием вакуумных коллекторов являются стеклянные трубки, которые надежно закреплены на базовой панели. Такие трубки покрыты специальным веществом, которое способно притягивать солнечное тепло. Помимо этого, внутри такой трубки находится еще одна, меньшим диаметром.
Следует отметить, что между ними находится вакуум. Именно благодаря этой вакуумной прослойке удается сохранить большую часть тепла и повысить эффективность коллектора более чем на 30%, по сравнению с плоскими моделями. В таких коллекторах вода способна нагреться до 300 °C.
Следующим не менее важным отличием вакуумных коллекторов является специальная жидкость внизу трубки, которая в результате нагревания превращается в пар, поднимаясь вверх, производит равномерное нагревание жидкости.
Отметим, что именно в регионах с небольшой продолжительностью светового дня и минусовой температурой реализация такой работы аппарата дает существенный выигрыш в количестве добытой тепловой энергии.
Относительно цены такие приборы имеют более высокую стоимость, нежели иные, однако, выходные характеристики оправдываются по истечении нескольких лет.
Принцип работы солнечных коллекторов
Если говорить доступным языком, то солнечные коллекторы направлены на оккупацию тепловой солнечной энергии, ее накапливание и последующее распределение по оборудованию для человеческих потребностей.
Для большего понимания работы системы, прежде всего, необходимо разобраться из чего она состоит. Зачастую такая система собрана из коллектора, контура для самого теплообменника, теплового аккумулятора, температурных датчиков, приемника. В качестве такого аккумулятора чаще всего используют водяной бак.
Теперь разберем особенности некоторых частей более подробно. Главной особенностью приемника является состав сплава – медь, изолированная полиуретановым типом, защищенная анодированным алюминиевым покрытием. Именно через него происходит подача тепловой энергии. В случае обнаружения неисправности в приемнике его процесс замены происходит без особых затруднений, без необходимости слива всей не замерзшей жидкости из теплообменника.
Температурные датчики расположены на выходе из вакуумного коллектора и на обратной стороне устройства отопления. На основе данных температурных датчиков происходит включение и выключение циркуляционного насоса.
В случае перегрева теплоносителя (жидкости) в системе может возникнуть так называемое избыточное давление, нейтрализовать которое поможет только расширительный бак.
Работа системы происходит следующим образом. В качестве теплоносителя вакуумного солнечного коллектора является незамерзшая жидкость, которая, продвигаясь через верхнюю зону устройства, осуществляет поглощение тепловой энергии со специальных наконечников из медных сплавов.
В результате использования змеевого механизма осуществляется нагревание жидкости в накопителе. Замкнутый цикл передачи тепла происходит до тех пор, пока температура самой жидкости будет превышать температурные показатели воды в накопительной емкости. Время работы такой системы напрямую зависит от продолжительности дня и температуры окружающей среды.
Вакуумные накопители с прямой тепловой подачей
В приборах с прямой подачей тепла вакуумные приспособления, изготовленные из стекла, и накопительный бак крепятся к единому рамному каркасу в наклоне от 40° до 60 °. Через резиновое соединительное кольцо соединены все вакуумные механизмы с накопительным баком.
При помощи запорного клапана устройство может быть подключено к водопроводным линиям, а специальный фиксирующий клапан осуществляет контроль за состоянием уровней водных масс в накопительной емкости.
Ввиду того, что носителем в таких системах является вода, то такие устройства относят к сезонным обменникам тепловой энергии.
Вакуумные коллекторы с косвенной подачей
Принцип работы оборудования, который имеет свойства косвенной передачи тепловых ресурсов, чем-то схож с процессом системных линий централизованной системы отопления. Работа в данных соединениях происходит благодаря давлению от водопроводных путей.
Достоинства вакуумных коллекторов
Для осуществления работы системы используются вакуумные изолированные приспособления. Главным достоинством таких тепловых соединений является постоянная работоспособность и при пониженных температурах (до - 40 °C) и усиленном давлении водопроводных каналов. Сам прибор с накопительным баком устанавливаются по отдельности, которые соединяются при помощи специальных металлопрокатных изделий.
Для получения максимального количества солнечной энергии стандартный вакуумный коллектор устанавливают на крыше дома, а накопительную емкость внутри помещения. Такие установки получили название всесезонных сплит-систем.
Работоспособность косвенных устройств автоматизирована при использовании контроллеров, а бесперебойная циркуляция носителя тепловой энергии в системе осуществляет насос.
Главными достоинствами коллекторов солнечного тепла являются:
- Высокая эффективность процесса даже в условиях минусовой температуры.
- Легкость установки всей конструкции.
- Противоветровая устойчивость коллектора.
- Продолжительность работы.
К недостаткам использования работы такой системы необходимо отнести высокую стоимость оборудования, окупаемого по истечении нескольких лет.
Распространенность солнечных коллекторов
На сегодняшний день ситуация распространения солнечных коллекторов претерпела небольших изменений. Ввиду изменения климата в некоторых областях использование солнечных коллекторов приобрело больше популярности.
Солнечные коллекторы с успехом используют как для реализации бытовых нужд, так и для обогрева жилых помещений, на предприятиях различных масштабов, на овощных плантациях. Такой способ получения энергии стал достаточно популярен в Европейских государствах, для которых экономия средств стоит на первом месте: США, Китай, Германия и так далее.
Для всего мира массовый переход на солнечную энергию означает прорыв в современных технологиях, которые обеспечивают большие возможности обеспечения населения планеты бесплатным электричеством, не оказывающим пагубное воздействие на атмосферу.
Использование такого рода коллекторов является прекрасной альтернативой электрического и газового отопления, так как является экологически чистым устройством, не осуществляющим выбросы в атмосферу. Помимо этого наибольшим достоинством использования такого рода устройств является экономическая выгода.
В настоящее время производители предлагают гелиосистемы, позволяющие получать горячую воду и отапливать дом без привычных энергетических затрат - исключительно за счет солнечного излучения.
Единственный недостаток таких систем - зависимость от уровня инсоляции, и в ряде регионов они могут работать с полной эффективностью лишь в теплое время года, когда солнечного излучения достаточно.
Но даже это является существенным подспорьем для владельца загородного дома. Кроме того, на рынке уже имеются всесезонные гелиосистемы, которые способны как минимум наполовину закрыть проблему с отоплением в холодное время года - и это при условии довольно суровой зимы и не слишком высокого уровня инсоляции. Ниже мы рассмотрим классификацию гелиосистем и принцип работы солнечного коллектора.
Принцип работы гелиосистемы с солнечным коллектором, предназначенной для горячего водоснабжения и отопления: 1 - солнечный коллектор; 2 - гидроаккумулятор; 3 - бойлер; 4 - горячая вода
Классификация и виды гелиосистем для отопления
Современные гелиосистемы делятся на одно- и двухконтурные.
- В одноконтурной роль теплоносителя играет вода. Такая система используется только в теплое время года, при наступлении холодов воду из нее необходимо сливать.
- В двухконтурной роль теплоносителя выполняет антифриз, который способен выдерживать очень низкие температуры. Такая система может эксплуатироваться круглогодично.
Различают также термосифонные и циркулярные гелиосистемы.
- Циркулярная система действует благодаря насосу, что очень удобно: накопительный бак может располагаться каким угодно образом.
В термосифонной используется естественное течение жидкости: теплая жидкость поднимается, а холодная - опускается. При этом накопительный бак должен располагаться над коллектором, что не всегда возможно.
К примеру, если речь идет об оснащении гелиосистемой существующего дома, приходится учитывать мощность перекрытий: не всякие способны выдержать дополнительный вес накопительного бака.
Опять же если коллектор размещается на скатах крыши, то накопительный бак, установленный над коллектором, может представлять собой слишком оригинальный архитектурный «изыск».
Принцип работы и особенности солнечного коллектора
Основой гелиосистемы является гелиоустановка. Принцип работы солнечного коллектора известен давно.
Чуть ли не на каждой даче в жаркие летние дни для подогрева воды использовали металлический или пластиковый бак, выкрашенный черной краской и установленный на крыше душевой кабины.
Вода в нем прогревается под воздействием солнечных лучей и уже горячая поступает в систему водоснабжения. Подобные солнечные коллекторы по сей день применяют во многих арабских странах: уровень инсоляции в том регионе позволяет подогревать таким образом воду практически круглый год.
И в поселках нередко можно увидеть огромные черные баки, установленные на крышах домов.
Современному солнечному коллектору не нужен такой высокий уровень инсоляции. Более того, он может работать даже в пасмурный день, хотя, конечно, не столь эффективно, как при ясном небе.
А гелиоустановки с незамерзающей жидкостью (к примеру, такие, как на рис. 1.2, - с этанолом) способны работать и зимой. Единственное, что требуется, - счищать с них снег.
Рис. 1.2. Устройство солнечного коллектора с незамерзающей жидкостью: 1 - пары этанола; 2- вакуум (0,1 мбар); 3 - теплообменник; 4 - жидкий этанол
Конструкция нуждается в очистке не только в холодное время года. Любое загрязнение снижает эффективность коллектора, поэтому периодически его требуется промывать, удаляя пыль и грязь, которые мешают проникновению солнечных лучей.
Видео: работа солнечного коллектора зимой
Стоимость гелиоустановки, который можно эксплуатировать круглогодично, довольно высока. Но даже при недостаточной инсоляции (при большом количестве пасмурных дней и снежной зиме) он окупается в течение пяти лет.
А если уровень инсоляции немного выше, чем в среднерусской полосе, то период окупаемости сокращается до двух-трех лет.
Гарантийный же срок службы такого коллектора - до 30 лет, что делает подобную систему весьма привлекательной.
Устройство всесезонного солнечного коллектора
Всесезонная гелиоустановка устроена по принципу сосуда Дьюара или обычного бытового термоса: внутри одной трубы находится другая, а теплоизоляцией между ними служит вакуум.
Из таких труб, расположенных параллельно, и состоит устройство. Внутренняя труба имеет специальное покрытие (гелиотан), удерживающее солнечную энергию.
Трубы изготавливаются из ситала (стеклокристаллический материал с пониженным содержанием железа, что значительно уменьшает теплопотери) и стали. В них находится медная пластина с гелиотановым покрытием.
Подобный вакуумный коллектор с тепловой трубой стоит дороже остальных моделей, зато суровой зимой коллектору всё нипочем: он сохраняет работоспособность при температурах до -45 °С.
Все, что ему требуется, - немного солнечного света, пусть даже рассеянного. За счет высокоселективного покрытия внутренней трубы вода в системе может прогреваться до +48 °С при морозе на улице.
Плоские солнечные коллекторы
Нередко применяются и плоские солнечные коллекторы, которые привлекают потребителей умеренной ценой и высоким КПД (98 %). В них поглотителем тепла служат металлические пластины (обычно из меди, так как она отлично проводит тепло и устойчива к коррозии).
Поверхность пластин имеет специальное покрытие, как и внутренние трубы «термосовидных» коллекторов. Пластины расположены в ситаловых панелях, а дно и боковые стенки коллектора защищены от теплопотерь с помощью различных теплоизоляционных материалов.
Плоские коллекторы используются в прямоточных гелиосистемах, то есть в таких где тепло передается от солнца к теплоносителю напрямую.
В качестве рабочей жидкости (теплоносителя) в коллекторах используется антифриз или вода.
Теплоноситель, циркулирующий в коллекторе, прогревается под воздействием солнечных лучей и передает тепло воде (или другой рабочей жидкости) в теплообменнике.
В вакуумном коллекторе с тепловой трубой теплоносителем служит жидкость с низкой температурой кипения. Закипая под воздействием солнечных лучей, эта жидкость испаряется, пар поднимается вверх, нагревает воду (или другую рабочую жидкость) в теплообменнике и, охлаждаясь, преобразуется в конденсат, стекающий обратно в трубу
Воздушный солнечный коллектор
Cхема устройства воздушного коллектора: 1 - перфорированные пластины; 2 - окружающий воздух; 3 - воздушное пространство; 4 - вентилятор; 5 - подогретый воздух.
Для поддержания в доме комфортной температуры в прохладное время года (весной и осенью) подходит воздушный солнечный коллектор. Это очень простое устройство, предназначенное для сезонной работы. Оно может служить отличным подспорьем при организации отопительной системы, не зависящей от внешних ресурсов.
Воздух в системе циркулирует за счет вентилятора, который может быть подключен к солнечной батарее для электропитания. Сам коллектор представляет собой ящик, в котором содержится нагревательный элемент - перфорированные пластины, выкрашенные в черный цвет для лучшего поглощения солнечного излучения.
Сверху ящик закрывается прозрачной панелью из стекла или оргстекла, снизу находится слой теплоизоляционного материала, предотвращающий теплопотери.
Подобную систему можно приобрести относительно недорого, а можно без особого труда изготовить самостоятельно.
Работа воздушного солнечного коллектора характеризуется низким КПД. Однако в качестве дополнительной (вспомогательной) системы отопления для межсезонья он отлично подходит.
Каждый день солнце поставляет человеку неограниченный энергетический потенциал. При этом он будет доступен для человечества еще на протяжении многих лет. Это толкает человека придумывать и воплощать в реальность новые устройства, способные трансформировать солнечное излучение в полезную для человека энергию. Последняя может и электрическую лампочку питать, а может обогревать помещение.
Примером устройства, которое способно превращать солнечную энергию в тепло, является солнечный коллектор – отзывы о нем доказывают эффективность системы. После того, как энергия, полученная от солнца, превращается в тепловую энергию, она передается теплоносителю. Все это делает возможным использование солнца для обогрева помещения, подогрева воды, а также подогрева бассейнов и прочих конструкций.
Нагрев воды и солнце
Для того чтобы солнце могло нагреть воду, имеются некоторые предпосылки. В течение года расход остается практически на одном и том же уровне. Поэтому именно энергию солнца эффективнее всего использовать в качестве источника энергии для нагрева воды. Если установить солнечные коллекторы правильно, то они способны поднимать температуру воды процентов на 50, а то и 65. Если же заводить речь о летних месяцах, тогда показатели подогрева могут достигать 100 процентов.
Это все говорит о том, что традиционные системы, которые используют электричество или газ, можно будет вовсе не включать. Это, естественно, будет плюсом, ведь в летние месяцы обогрев помещений не нужен, а посему традиционные системы будут иметь низкий КПД. Это еще одно доказательство эффективности использования солнечных коллекторов. Кроме всего прочего, от такой системы может питаться посудомоечная машина, работающая на теплой воде.
Современные солнечные водонагревательные установки отличаются своей простотой и технологическим новшеством, которые позволяют жить комфортно, не принося вред окружающей среде.
Принцип работы термических солнечных установок
В качестве сердца термических солнечных установок выступает коллектор. Наиболее распространена его плоская форма. Состоит коллектор из покрытого избирательного абсорбера, который в свою очередь поглощает солнечные лучи, трансформируя их в тепловую энергию. Для того чтобы свести к минимуму термические потери, такой коллектор помещается в термоизолированный ящик с прозрачными стенками.
Принципиальная схема работы солнечного коллектора Теплоноситель, роль которого в основном выполняет смесь воды и антифриза, протекает через абсорбер. Циркуляция производится между резервуаром с горячей водой и коллектором. Запуск в действие термической солнечной установки производится посредством специального регулятора. Когда в коллекторе температура превышает температуру жидкости в резервуаре, включается насос, и теплоноситель переносит тепловую энергию в резервуар из коллектора.
Чаще всего абсорберы создают из большого количества металлических пластинок. Теплоноситель передается по трубкам к этим пластинкам, где и происходит процесс теплообмена. Если заводить речь о листовом абсорбере, то здесь два металлических листа сваривают между собой таким образом, чтобы между ними мог циркулировать теплоноситель. Обычно в таком случае в качестве исходного материала используют алюминий и медь.
Если нужны солнечные коллекторы для бассейнов, то применяют искусственные материалы, ведь параметры термостойкости здесь несколько ниже. Существуют и комбинированные аппараты, которые не нуждаются в циркуляционных насосах. В таком случае вода нагревается прямо в коллекторе.
Из чего состоит солнечная установка
Вообще конструкция солнечной установки, используемой для нагрева воды, является достаточно сложной. Сюда входят:
- датчики температуры в накопителе и коллекторе;
- подключение системы к холодной воде;
- расширительный бак;
- солнечный регулятор;
- циркуляционный насос;
- водосток горячих вод;
- датчики температуры для подогрева воды.
Конструкция солнечного коллектора Обыкновенное отопление способно таким образом обеспечить первичную цель, что человек получит в свое распоряжение достаточные объемы горячей воды. Что касается солнечных установок, то они либо вовсе не производят никакой полезной энергии, либо ее количество недостаточное для удовлетворения потребностей. Но такую установку, работающую от солнца, без проблем можно интегрировать в техническое оснащение практически любого здания. Это позволит дополнить традиционную систему отопления резервным источником как минимум на 20 лет.
С точки зрения биологии оптимальными принято считать технологии, в которых комбинировано потребление современных котлов и солнечной энергии. Период энергетической амортизации в таком случае, будет составлять около двух лет.
Это существенно отличает такую технологию от традиционных методов отопления, в которой для работы всей системы нужно запитать ее определенным количеством энергии. При этом, если говорить о традиционном отоплении, то период амортизации можно и не ждать, поскольку он не наступит никогда.
Эффективные абсорберы
Абсорберы в основном делают черного цвета, ведь именно данный цвет располагает самым большим коэффициентом поглощения солнечных лучей. Последний показатель отображает, какое количество коротковолновых лучей абсорбер поглощает, а какое отражает. Поскольку при этом устройство нагревается, то это является признаком отдачи абсорбером в виде длинноволновых лучей большой части принятой энергии. Все данные об этом можно найти в коэффициенте излучения.
Сердцем всей системы являются абсорберы, которые поглощают тепло солнца Для минимизации потерь тепловой энергии используют абсорберы, конструкция которых имеет органическое покрытие. Такое оборудование позволяет получить наибольшее количество энергии из лучей солнца, после чего трансформировать его в тепло. Вдобавок в процессе работы сокращается эмиссия теплового излучения. Как правило, у обычного покрытия коэффициент абсорбции составляет 90 процентов.
В процессе производства абсорберы покрывают специальным лаком, который наносится не на всю поверхность из-за высокого уровня эмиссии. Элементы, выполненные из оксида алюминия, окрашенного никелем, черного никеля или хрома, указывают на частичное покрытие. Достаточно новым принято считать технологию с использованием слоя, состоящего из титана-оксида-нитрида, напыляемого в вакуумном коллекторе. Данный слой позволяет не только сократить уровень эмиссии, а в некоторых случаях вовсе ее ликвидировать.
Плоские коллекторы
Конструкция плоского коллектора предполагает наличие абсорбера, корпуса, прозрачного покрытия и теплоизоляции. Для прозрачного покрытия чаще всего используют безосколочное стекло, обладающее высоким коэффициентом пропуска коротковолновых солнечных лучей. Одновременно с этим снижается отражение с поверхности стеклянного слоя. Ко всему прозрачное покрытие коллектора способствует отводу тепла через процесс конвекцию.
Типичный плоский коллектор Таким образом, прозрачное покрытие вместе с корпусом способно защитить абсорбер от неблагоприятных погодных и природных условий. Достаточно часто в производстве корпусов применяют оцинкованную сталь или алюминий, а в некоторых случаях – даже синтетические материалы. За счет наличия на обратной стороне и стенках абсорбера теплоизоляционного слоя существенно сокращаются потери тепла. В основном роль изоляционного материала играет минеральная вата или пена из полиуретана, изредка можно встретить минеральное волокно, куда относят стеклопластик, стекловату, стекловолокно и т.д.
Плоские солнечные коллекторы для отопления дома всегда отличались прекрасными показателями соотношения мощности и цены. Кроме этого, они предлагают большой выбор способа установки, ведь можно заказать себе отдельно стоящие коллекторы, можно встроенные в крышу, а можно и расположенные над кровлей.
Для сокращения потерь от процесса конвекции внутри корпуса коллектора используется множество способов, один из которых предполагает откачку теплого воздуха из коллектора в помещение. Такой коллектор называется вакуумным, и особенностью его является то, что процедуру вакуумирования он должен проходить регулярно каждые 1-3 года.
Трубные вакуумные коллекторы
Данный вид вакуумных коллекторов предполагает расположение полос абсорбера в стеклянных вакуумных ударопрочных трубках. Теплоноситель в таком случае проходит через абсорбер по принципу труба в трубе, или же по трубе U-образной формы. В таком случае солнечный коллектор будет состоять из множества небольших труб, соединенных между собой в единую систему. В таком коллекторе жидкость начинает испаряться при достаточно низких температурах, когда она находится в тепловой трубе.
Так выглядит трубный вакуумный коллектор В процессе нагрева жидкость испаряется. Получившийся пар, поднимаясь по тепловым трубам, подает в сборную трубу через теплообменник большое количество тепла, в результате, теплоноситель стекает вниз. Та жидкость, которая образовалась в результате конденсата, обратно попадает в тепловую трубу. Чтобы происходило испарение и конденсация, трубки должны располагаться под небольшим углом.
Различают два вида соединения коллектора с солнечным циклом. Либо процесс протекает в теплообменнике, к которому подходят все трубы, либо все сосредотачивается в сборной трубе. В первом случае соединение называют сырым, а в последнем – сухим. Сухое соединение дает возможность осуществления процесса только в части труб, не используя на полную мощность солнечный цикл. Преимуществом такого вакуумного коллектора считается возможность работы системы с высоким коэффициентом полезного действия, низким излучением и при высоких температурах абсорбера.
Как насчет цены и выбора?
Достаточно часто недостатком использования подобных систем принято считать низкий уровень рентабельности, или полное ее отсутствие. Это же является причиной отказа от использования в процессе жизнедеятельности человека возобновляемого источника энергии. Но ведь и работа котла, технология которого была разработана в 70-е годы прошлого века, подвергается некоторым сомнениям со стороны экономической выгоды.
Кроме всего прочего, нужно помнить большущий вклад солнечных установок в состояние окружающей среды всей планеты. Приемлемая стоимость использования традиционных источников энергии только скрывает реальную картину. В цену такого оборудования также можно вносить отсутствие вреда для человека и окружающей среды. А вдобавок, традиционная энергия со временем будет дорожать, поскольку она располагает таким свойством, как исчерпаемость .
Что касается солнечной энергии, то ее поставки происходят абсолютно бесплатно. Но человек при первом знакомстве с данными технологиями может посчитать, что первичные затраты на установку такого оборудования могут быть чрезмерно высокими. После установки все, что нужно будет от потребителя, – это мизерные затраты на работу и обслуживание насоса.
Можно с уверенностью говорить, что люди, вкладывающие сегодня свои средства в солнечные установки, являются инвесторами в будущее.
Для правильного выбора коллектора главное – ориентироваться на температурную зону. Таким образом, для производства тепла не подойдет незакрытый коллектор. Иногда важно и расположение здания, что существенно будет сказываться на выборе типа коллектора. Наверное, самым важным фактором является стоимость установок.
Цена является наиболее высокой среди представленных на рынке. После вакуумного следует плоский, цена которого ниже предыдущего типа в три раза. Поэтому каждый выбирает для себя что-то наиболее подходящее. Даже с хорошим коллектором система может работать неэффективно. Главным критерием является качество всех составных частей системы и правильный ее монтаж.
О чем говорят отзывы
«Год назад приобрел себе такое оборудование с монтажом у хорошей компании. Результатами вполне удовлетворен. Заплатить, правда, пришлось немалую сумму, зато горд за сохранение окружающей среды».
«Поскольку средств на установку подобной системы не было, было принято решение сделать все своими руками. Результатами вполне доволен. По сравнению с услугами профессиональной компании расходы были ниже как минимум в два раза».
Солнечные коллекторы российского производства - это эффективное оборудование, обладающее довольно высокими качественными характеристиками и способное обогревать жилые дома.
Описание работы устройства
Суть работы таких агрегатов заключается в том, что они способны поглощать, накапливать и распределять накопленную энергию. Используется она для удовлетворения различных нужд потребителей дома. Общий принцип работы солнечного коллектора обусловлен его составляющими компонентами. Он имеет собирательное устройство, контур теплообменника, аккумулятор, приемник и датчики. Основной элемент конструкции изготавливается из сплава меди, который впоследствии изолируется при помощи полиуретана и покрытия. Именно через поглощающее устройство и осуществляется дальнейшее распределение тепла.
За счет того, что в верхней части оборудования происходит движение жидкости, которая производит забор энергии из медных наконечников. Носитель будет нагреваться в змеевике. Такой цикл будет являться замкнутым и продолжаться до тех пор, пока температура носителя не станет выше, чем температура жидкости. Естественно, что существенная часть эффективной работы солнечного коллектора российского производства, как и любого другого, будет зависеть от продолжительности солнечного дня и других особенностей погоды.
Виды коллекторов
Существует несколько основных типов устройств.
- Первая модель - это коаксиальная установка. Это приспособление имеет вид двойной колбы из стекла, внутри которой нет воздуха. Он откачивается оттуда. На поверхность наносится абсорбирующее покрытие. По этой причине передача энергии осуществляется непосредственно от самой трубки.
- Вторая модель - это перьевая конструкция, которая представлена в виде одностенной колбы.
- Имеются также разновидности моделей по циркуляции носителя термосифонной системы.
- Имеются системы солнечных коллекторов, в которых устанавливается насос малой мощности. Это сети с принудительной циркуляцией. Преимущество заключается в том, что потребляемая мощность значительно уменьшается, а получаемая энергия увеличивается.
- Различают модели и по числу их контуров.
Характеристики российских моделей
Наиболее известные солнечные коллекторы российского производства - это "Дача" и "Универсал". К примеру, модель SCH-18 отличается довольно высоким показателем коэффициента полезного действия, температура конденсата в котором достигает 250 градусов по Цельсию. Колбы у этих видов устройств изготовлены из меди, а теплоноситель - жидкость. Также здесь важно отметить, что в вакууме отсутствует вода, что помогает избежать замерзания в холодный период. Корпус достаточно прочный, что является важным свойством для участков с сильными ветрами. Для того чтобы избежать попадания пыли и грязи, устанавливаются прорезиненные противопылевые прокладки. Наибольшая эффективность наблюдается до температуры в -35 градусов по Цельсию. Данные солнечные коллекторы российского производства изготавливаются по всем международным стандартам, что гарантирует их надежность и безопасность.
Как выбирать устройство
Если возникла необходимость в покупке такого рода устройств, то необходимо учитывать несколько основных нюансов.
- Если крыша, на которую планируется установить систему, является плоской, то лучше всего выбрать коллектор с трубчатой системой. Приспособление будет держаться очень прочно при большой парусности.
- Нужно довольно подробно изучить такие характеристики трубок, как тип, размер, количество, а также площадь, занимаемая оборудованием.
- Кроме того, важно выяснить такие общие параметры системы, как габариты, объем жидкости, поверхность абсорбера, качество стекла колбы и толщина изолятора.
- При приобретении нужно учитывать, что в цену солнечного коллектора не входит стоимость таких комплектующих, как бак, аккумулятор и обменник.
Производство в России
Конечно, производство коллекторов в России развивается с каждым годом, но если учитывать мировые масштабы, то российский рынок даже не учитывается при анализе данных. Однако тут стоит отметить, что качество моделей отечественного производства стремительно приближается к европейскому. Если говорить о стоимости данного вида товара, то здесь нужно учитывать такие факторы. Во-первых, имеет ли компания собственное производство комплектующих, а во-вторых, занимается ли она сборкой импортных элементов или покупает уже готовые. Учитывая эти два довольно важных фактора, можно сказать, что средняя цена солнечного коллектора находится в районе от 20 до 30 тысяч рублей.
Также здесь важно понимать, что полноценной сборкой гелиосистем занимаются только такие фирмы, как "Солнечный Ветер" и "Соларинтех". Остальные же компании выпускают лишь солнечные панели. Большой популярностью среди людей пользуются модели, которые изготавливает компания "Сокол". Они хороши тем, что имеется возможность модификации устройства.
Нагрев жидкости
Существуют солнечные водонагреватели для дома, однако для их нормального функционирования необходимо, чтобы соблюдались некоторые условия. Очень важно правильно провести процесс монтажа устройства. От этого зависит мощность нагрева воды. При наиболее благоприятных условиях в зимнее время года удастся увеличить температуру воды примерно на 50-65%, а в летнее время года на 100%.
Основываясь на этих цифрах, можно с уверенностью сказать, что в летнее время года такого рода системы хватит не только на то, чтобы нагревать воду, но и на то, чтобы обеспечить теплом дом. Еще одним довольно большим преимуществом станет то, что в летний период вырабатываемой энергии хватит еще и для работы некоторых бытовых приборов.
Отличия в конструкции и отзывы
Существуют такие типы, как Основное отличие - это трубки для солнечного коллектора данного типа. Они покрываются специальными материалами, чтобы увеличить степень поглощения солнечных лучей. Кроме того, в таких трубках чаще всего имеется еще одна, но с меньшим диаметром.
Между этими двумя комплектующими находится вакуум. Благодаря этому удалось повысить эффективность примерно на 30% и увеличить количество сохраняемого тепла. В коллекторах такого типа можно нагревать жидкость до 300 градусов по Цельсию.
Принцип работы солнечного коллектора, виды, особенности
Наша звезда по имени Солнце каждый даёт нам бесплатно неограниченное количество энергии. Причём эта энергия практически неисчерпаема. Поэтому всё больше разработок мы видим в области солнечной энергетики. В развитых странах постоянно работают над тем, как поднять эффективность устройств, преобразующих солнечный свет в энергию. Это может быть электрическая энергия или тепловая. О сборе тепловой энергии мы сегодня и будем говорить. Ведь сколько тепла на халяву можно собрать из солнечного света в летнее время. А при наличии соответствующего оборудования, и в зимний период также. В ясную погоду Солнце «одаривает» каждый квадратный метр энергией 500─800 ватт/час. То есть, солнечный коллектор компактных размеров вполне может обеспечить отопление частного дома или его горячее водоснабжение. Солнечный коллектор представляет собой систему сбора солнечного тепла, в которой теплоносителем может быть воздух, вода, антифриз и т. п. В этой статье мы рассмотрим эти виды, поговорим об их эффективность и принцип работы.
Как могут использоваться тепловые коллекторы в хозяйственной деятельности? Собранное ими тепло можно пустить на:
- Горячее водоснабжение ванной комнаты, душа, кухни;
- Система обогрева сада, теплицы и других подобных конструкций практически круглый год;
- Вспомогательный источник нагрева воды для отопительной системы осень и зимой.
Коллекторных установок по сбору солнечного тепла много. Попробуем выделить основные группы.
- Плоские или вакуумные системы. Могут иметь естественную, но чаще всего принудительную циркуляцию теплоносителя. Обычно это стационарные установки, некоторые из которых работают в летний сезон, а другие круглый год;
- Воздушные коллекторы. Тепло собирается с абсорбера при помощи воздушного потока. Циркуляция также может быть естественной или принудительной. Этот тип установок проще и дешевле остальных, но имеют самый низкий КПД;
- Третья группа систем может использовать тепло для преобразования его в электричество (пароэлектрические и термохолодильные установки). Цена на эти устройства большая и они мало распространены в частном секторе.
Принцип работы солнечных коллекторов
Принцип работы солнечного коллектора заключается в сборе тепла и передаче его теплоносителю, циркулирующему в нём. Коллектор является ключевым элементом гелиосистем. Так сказать, их сердцем. Но помимо него туда входит ещё немало компонентов, о которых будет сказано ниже. Самый распространённый вариант коллектора – это плоский. Он имеет в своём составе абсорбер, поглощающий солнечное излучение и преобразующий его в тепло. Чтобы минимизировать потери тепла, абсорбер расположен в ящик с прозрачной передней стенкой и теплоизоляцией.
Через абсорбер прогоняется или идёт самотёком теплоноситель. В этой роли используют воду, антифриз или их смесь. Циркуляция поддерживается между коллектором и накопительной ёмкостью с горячей водой. Гелиосистема управляется посредством специального регулятора. Это своеобразный контроллер солнечного коллектора. Этот регулятор отслеживает, когда жидкость в резервуаре доходит до заданной температуры. После этого включается насос и начинается циркуляция теплоносителя. В большинстве случаев абсорберы делают из змеевика и массивного металлического листа. Как правило, для этого используют медь и алюминий.
Теплоноситель проходит по змеевику и идёт процесс теплообмена. Есть исполнения в виде двух сваренных листов металла, между которыми проходит жидкость-теплоноситель. Для изготовления коллекторов, нагревающих воду для бассейна, часто используют пластиковые трубы в качестве змеевика. Соответственно, и нагрев теплоносителя здесь происходит значительно меньше.
Теперь стоит поговорить о том, что включают в себя подобные гелиосистемы. В состав коллекторной установки входят следующие компоненты:
- Коллектор;
- Расширительный бак;
- Температурные датчики (в коллекторе, накопителе, для подогрева воды и т. п.);
- Система подключения для подключения холодному водоснабжению;
- Регулятор;
- Система стока горячей воды;
- Насос.
Используя стандартные решения для отопления дома, можно постоянно получать в своё распоряжение необходимый объём горячей воды. Если используется солнечный коллектор, то в какой-то момент его мощности хватает для нагрева необходимого количества воды, а в следующий момент он простаивает или его выработка значительно снижена.
Поэтому чаще всего солнечные коллекторы, как правило, интегрируются в систему отопления с котлами на традиционных источниках энергии. С их интеграцией проблем не возникает, поскольку коллекторные системы могут быть легко установлены на здании. Пока ещё гелиотехнологии недостаточно развиты для того, чтобы эффективно работать без обычных электрических или газовых котлов.
Виды
Давайте рассмотрим основные конструкции солнечных коллекторов.
Воздушные
Как понятно из названия, теплоносителем в таких коллекторах является воздух. Такие конструкции очень просты, надёжны и обходятся недорого. Очень часто их делают своими руками без особых проблем. Абсорбер в таких коллекторах представляет собой батарею вертикальных трубок (каналов), которые выкрашены в чёрный матовый цвет. В основе функционирования такой системы лежит прогон воздуха по этим трубам для его нагрева.
Среди плюсов воздушного коллектора можно отметить:
- Простота и высокая надёжность;
- Простой монтаж, дешевизна;
- Расход электричества минимален (на вентилятор) или его нет (когда воздух идёт самотёком).
Конструкция этой системы обычно делается из алюминиевых трубок с тонкой стенкой. Часто в сети можно встретить примеры, где работает солнечный коллектор из пивных банок. При этом поверхность этих банок окрашена в чёрный матовый цвет. В этой батарее есть воздуховоды для подачи холодного и отвода нагретого воздуха. В холодном подводе ставится вентилятор с, так называемым, нулевым сопротивлением. При необходимости он отключается, и воздух идёт самотёком. А этот вентилятор должен создавать для него как можно меньшее сопротивление. Воздухозаборник позволяет изменять количество воздуха, который забирается из помещения, а также извне.
По производительности и эффективности воздушные коллекторы несколько уступают плоским жидкостным установкам. Они могут хорошо нагреть помещение, только при максимальной освещённости солнечным светом. Мощность таких систем регулируется в зависимости от числа труб в абсорбере. Очень часто подобные установки применяют в системах отопления и сушки хозяйственных, складских помещений, хранятся овощи и фрукты.
Жидкостные
В этой группе рассмотрим коллекторные системы с жидким теплоносителем.
Плоские
Плоский солнечный коллектор имеет в своём составе абсорбер, корпус и теплоизоляцией и прозрачным покрытием с одной стороны. В роли прозрачного покрытия может использоваться стекло, поликарбонат. В самодельных установках иногда можно встретить прозрачный пластик или полиэтилен. Лучше всего использовать стекло, которое хорошо пропускает коротковолновые солнечные лучи. Кроме того, у обычного прозрачного стекла без напыления небольшое отражение лучей от поверхности.
Помимо пропускания света, прозрачное стекло или другой материал должны защищать абсорбер от воздействия окружающей среды.
При фабричном производстве корпусов используется алюминий или оцинкованная сталь. В последнее время встречаются установки, в которых корпус выполнен из синтетических материалов.
Теплоизоляция корпуса делается внутри с оборотной стороны и по бокам. Это позволяет значительно понизить потери тепла. В качестве изоляционного материала может быть использован полиуретан или минеральная вата. А также часто используют стекловолокно, стеклопластик, стекловату прочие подобные материалы.
Плоские коллекторные установки привлекают отличным соотношением цены и производительности. Стоит также отметить различные способы их монтажа. Они ставятся на крыше, на стене здания. Могут быть и отдельно стоящие установки. Чтобы снизить потери от конвекции в корпусе коллектора, производители использует разные методы. Один из таких методов предполагает откачку воздуха в помещение.
Вакуумные
Плоские коллекторы выгодны по цене, привлекают простотой и надёжностью, но эффективно работают только в солнечный день. Кроме того, они становятся бесполезными зимой. Даже осенью и весной эффективность таких систем сильно падает. Если вы хотите использовать коллектор в северных широтах в любое время года, придётся покупать вакуумный аппарат.
Вакуумные коллекторы (часто их ещё называют трубчатыми) обладают высокой эффективностью. Сердцем системы являются вакуумные трубки. Принцип действия – это известная из физики тепловая трубка. Такая конструкция обладает высокой теплопроводностью. Тепло на одном конце трубки собирается и передаётся на противоположный конец.
Один элемент такого коллектора является своеобразной колбой из стекла высокой прочности. Внутри оно имеет зеркальное напыление. Поскольку зеркало одностороннее, то лучи солнца попадают внутрь колбы и не выходят обратно. В результате медная тепловая трубка поглощает максимальное количество солнечной энергии. А чтобы тепло не терялось в окружающую среду, трубка помещена в другую трубку, а между ними создан вакуум. Тепловую энергия, получаемую от солнца, медная трубка передаёт теплоносителю (тосол, масло) внутри себя самой. Он, в свою очередь, передаёт тепло воде во внешнем контуре. Это называется схема косвенного нагрева.
И также тепло трубка может отдавать напрямую воде, циркулирующей в системе. Это схема прямого нагрева.
В чём заключаются плюсы вакуумных коллекторов?
- В три─четыре раза более эффективны, чем плоские модели;
- Работают даже в зимнее время года;
- Имеют небольшую чувствительность к углу падения света от солнца. Даже при острых углах падения эти системы функционируют нормально;
- Конструкция весит немного и может быть установлена прямо на крыше дома без создания несущих конструкций.
Стоит отметить, что запас прочности стекла позволяет выдержать удары градин до 2 сантиметров в диаметре. Кроме того, оно выдерживает многократные циклы нагрев-охлаждение. Периодически нужно очищать поверхность трубок. Это делается мойкой тёплой водой, лучше в вечернее время. Многие спрашивают, а как рассчитать площадь солнечного коллектора для нагрева определённого объёма воды. Можно сказать, что коллектор площадью один квадратный метр даёт в сутки около 60 литров воды температурой 60─70 градусов.
Хотя эти данные могут значительно отличаться для продукции различных производителей. Полезным можно назвать такую возможность, как самостоятельную проверку вакуумных трубок. Их работоспособность можно оценить без специального инструмента. Для этого к нижнему торцу трубки неработающей системы нужно приложить ладонь. Трубка считается нормальной, если место прикосновения долго остаётся холодным и не появляется никакого налёта в области прикосновения.
Вода из накопительной ёмкости может подаваться, как самотёком, так и с помощью насоса небольшой мощности. С последним резервуар заполняется значительно быстрее. Есть довольно сложные конструкции, где солнечный коллектор соединяется тепловым накопителем, системой отопления, горячего водоснабжения и электроникой для управления. Стоимость подобных систем может доходить до нескольких тысяч евро. Производители заявляют, что срок службы устройств составляет до 25─30 лет.