Солнечный коллектор

Солнечные коллекторы: виды, принцип работы, устройство системы

Тепловые насосы черпают энергию из грунта, воды или воздуха, согретых солнцем. Котлы используют тепло, высвобождающееся при сгорании топлива, которое в конечном итоге тоже является продуктом преобразования солнечной энергии в ходе длительной эволюции Земли. Гелиоколлекторы в некотором смысле уникальны: они получают энергию непосредственно от солнца.

Чтобы завтра иметь возможность абсолютно бесплатно нагревать воду для ГВС или отапливать свой дом, сегодня придется все-таки потратиться на приобретение солнечных коллекторов. С учетом немалой стоимости подобного оборудования очень важно не допустить ошибку при выборе. А значит, следует заранее получить хотя бы общие представления о специфике гелиоколлекторов и нюансах их работы.

Специфика использования солнечных коллекторов

Главной особенностью гелиоколлекторов, отличающей их от теплогенераторов других типов, является цикличность их работы. Нет солнца – нет и тепловой энергии. Как следствие, в ночное время подобные установки пассивны.

Среднесуточная выработка тепла напрямую зависит от продолжительности светового дня. Последняя же определяется, во-первых, географической широтой местности, и во-вторых, временем года. В летний период, на который в северном полушарии приходится пик инсоляции, коллектор будет работать с максимальной отдачей. Зимою же его продуктивность падает, достигая минимума в декабре-январе.

В зимний период эффективность гелиоколлекторов снижается не только из-за уменьшения продолжительности светового дня, но и из-за изменения угла падения солнечных лучей. Колебания производительности солнечного коллектора в течение года следует учитывать при расчетах его вклада в систему теплоснабжения.

Еще один фактор, который может повлиять на продуктивность солнечного коллектора, – климатические особенности региона. На территории нашей страны есть немало мест, где 200 и более дней в году солнце скрыто за толстым слоем туч или за пеленой тумана. В пасмурную погоду производительность гелиоколлектора не падает до нуля, поскольку он способен улавливать рассеянные солнечные лучи, но существенно снижается.

Принцип работы и виды солнечных коллекторов

Настала пора сказать несколько слов об устройстве и принципе работы солнечного коллектора. Основным элементом его конструкции является адсорбер, представляющий собой медную пластину с приваренной к ней трубой. Поглощая тепло падающих на нее солнечных лучей, пластина (а вместе с ней и труба) быстро нагревается. Это тепло передается циркулирующему по трубе жидкому теплоносителю, а тот в свою очередь транспортирует его далее по системе.

Способность физического тела поглощать или отражать солнечные лучи зависит, прежде всего, от характера его поверхности. Например, зеркальная поверхность отлично отражает свет и тепло, а вот черная, напротив, поглощает. Именно поэтому на медную пластину адсорбера наносится черное покрытие (простейший вариант – черная краска).

Принцип работы солнечного коллектора

1. Солнечный коллектор.
2. Буферный бак.
3. Горячая вода.

4. Холодная вода.
5. Котроллер.
6. Теплообменник.

7. Помпа.
8. Горячий поток.
9. Холодный поток.

Увеличить количество получаемого от солнца тепла можно и путем правильного подбора стекла, прикрывающего адсорбер. Обычное стекло недостаточно прозрачно. Кроме того, оно бликует, отражая часть падающего на него солнечного света. В гелиоколлекторах, как правило, стараются использовать специальное стекло с пониженным содержанием железа, что повышает его прозрачность. Для снижения доли отраженного поверхностью света на стекло наносят антибликовое покрытие. А чтобы внутрь коллектора не попадали пыль и влага, которые тоже снижают пропускную способность стекла, корпус делают герметичным, а иногда даже заполняют инертным газом.

Несмотря на все эти ухищрения, КПД солнечных коллекторов все же далек от 100%, что связано с несовершенством их конструкции. Часть полученного тепла нагретая пластина адсорбера излучает в окружающую среду, нагревая контактирующий с ней воздух. Чтобы свести к минимуму теплопотери, адсорбер необходимо изолировать. Поиск эффективного способа теплоизоляции адсорбера привел инженеров к созданию нескольких разновидностей солнечных коллекторов, самыми распространенными из которых являются плоские и трубчатые вакуумные.

Плоские солнечные коллекторы.

Конструкция плоского солнечного коллектора предельно проста: это металлический короб, покрытый сверху стеклом. Для теплоизоляции дна и стенок корпуса, как правило, используется минеральная вата. Вариант этот далеко не идеален, поскольку не исключен перенос тепла от адсорбера к стеклу посредством воздуха, находящегося внутри короба. При большой разнице температур внутри коллектора и снаружи потери тепла бывают довольно существенными. В результате плоский гелиоколлектор, прекрасно функционирующий весной и летом, зимой становится крайне неэффективным.

Устройство плоского солнечного коллектора

1. Впускной патрубок.
2. Защитное стекло.

3. Абсорбционный слой.
4. Алюминиевая рама.

5. Медные трубки.
6. Теплоизолятор.
7. Выпускной патрубок.

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы.

Вакуумный солнечный коллектор представляет собой панель, состоящую из большого количества сравнительно тонких стеклянных трубок. Внутри каждой из них расположен адсорбер. Чтобы исключить перенос тепла газом (воздухом), трубки вакуумированы. Именно благодаря отсутствию газа вблизи адсорберов, вакуумные коллекторы отличаются низкими теплопотерями даже в морозную погоду.

Устройство вакуумного коллектора

1. Теплоизоляция.
2. Корпус теплообменника.
3. Теплообменник (коллектор)

4. Герметичная пробка.
5. Вакуумная трубка.
6. Конденсатор.

7. Поглощающая пластина.
8. Тепловая трубка с рабочей жидкостью.

Области применения солнечных коллекторов

Главное назначение солнечных коллекторов, как и любых других теплогенераторов, – отопление зданий и подготовка воды для системы горячего водоснабжения. Осталось выяснить, какой именно тип гелиоколлекторов лучше подходит для выполнения той или иной функции.

Плоские солнечные коллекторы, как мы выяснили, отличаются хорошей производительностью в весенне-летний период, но малоэффективны зимой. Из этого следует, что использовать их для отопления, потребность в котором появляется именно с наступлением холодов, нецелесообразно. Это, однако, не означает, что для данного оборудования вовсе не найдется дела.

У плоских коллекторов есть одно неоспоримое преимущество – они существенно дешевле вакуумных моделей, поэтому в тех случаях, когда планируется использовать солнечную энергию исключительно летом, имеет смысл приобретать именно их. Плоские гелиоколлекторы прекрасно справляются с задачей подготовки воды для ГВС в летний период. Еще чаще их используют для подогрева до комфортной температуры воды в открытых бассейнах.

Трубчатые вакуумные коллекторы более универсальны. С приходом зимних холодов их производительность снижается не столь существенно, как в случае плоских моделей, а значит, они могут использоваться круглогодично. Это дает возможность задействовать подобные гелиоколлекторы не только для горячего водоснабжения, но и в системе отопления.

Сравнение плоских и вакуумных солнечных коллекторов.

Расположение солнечных коллекторов

Эффективность гелиоколлектора напрямую зависит от количества солнечного света, попадающего на адсорбер. Из этого следует, что коллектор должен располагаться на открытом пространстве, куда никогда (или, по крайней мере, максимально долго) не падает тень от соседних зданий, деревьев, расположенных вблизи гор и т. д.

Большое значение имеет не только расположение коллектора, но и его ориентация. Самой «солнечной» стороной в нашем северном полушарии является южная, а значит, в идеале «зеркала» коллектора должны быть развернуты строго на юг. Если технически сделать этого невозможно, то следует выбрать направление, максимально приближенное к южному, – юго-запад или юго-восток.

Не следует выпускать из внимания и такой параметр, как угол наклона гелиоколлектора. Величина угла зависит от отклонения положения Солнца от зенита, которое в свою очередь определяется географической широтой той местности, в которой будет эксплуатироваться оборудование. Если угол наклона будет выставлен неправильно, то существенно возрастут оптические потери энергии, поскольку значительная часть солнечного света будет отражаться от стекла коллектора и, следовательно, не достигнет абсорбера.

Как подобрать солнечный коллектор нужной мощности

Если вы хотите, чтобы отопительная система вашего дома справлялась с задачей поддержания в помещениях комфортной температуры, а из кранов текла горячая, а не еле теплая вода, и при этом планируете использовать в качестве генератора тепла солнечный коллектор, нужно заранее вычислить необходимую мощность оборудования. При этом потребуется учесть довольно большое количество параметров, в том числе назначение коллектора (ГВС, отопление или их комбинация), потребности объекта в тепле (суммарная площадь обогреваемых помещений или средний суточный расход горячей воды), климатические особенности региона, особенности установки коллектора.

В принципе, произвести подобные расчеты не так уж и сложно. Производительность каждой модели известна, а значит, вы без труда оцените количество коллекторов, необходимое для обеспечения дома теплом. Компании, занимающиеся выпуском солнечных коллекторов, обладают информацией (и могут предоставить ее потребителю) об изменении мощности оборудования в зависимости от географической широты местности, угла наклона «зеркал», отклонения их ориентации от южного направления и т. д., что позволяет внести необходимые поправки при расчете производительности коллектора.

При подборе необходимой мощности коллектора очень важно достичь баланса между нехваткой и избытком генерируемого тепла. Специалисты рекомендуют ориентироваться на максимально возможную мощность коллектора, т. е. использовать в расчетах показатель для самого продуктивного летнего сезона. Это идет в разрез с желанием среднестатистического пользователя взять оборудование с запасом (т. е. посчитать по мощности самого холодного месяца), чтобы тепла от коллектора хватала и в менее солнечные осенние и зимние дни.

Однако если вы пойдете по пути выбора солнечного коллектора повышенной мощности, то на пике его производительности, т. е. в теплую солнечную погоду, вы столкнетесь с серьезной проблемой: тепла будет производиться больше, чем потребляться, а это грозит перегревом контура и прочими малоприятными последствиями. Существует два варианта решения этой задачи: либо устанавливать маломощный солнечный коллектор и в зимний период параллельно подключать резервные источники тепла, либо приобрести модель с большим запасом по мощности и предусмотреть при этом пути сброса избыточного тепла в весенне-летний сезон.

Стагнация системы

Поговорим чуть подробнее о проблемах, связанных с переизбытком генерируемого тепла. Итак, предположим, что вы установили достаточно мощный гелиоколлектор, способный полностью обеспечить теплом отопительную систему вашего дома. Но наступило лето, и потребность в отоплении отпала. Если у электрического котла можно отключить электропитание, у газового – перекрыть подачу топлива, то над солнцем мы не властны – «выключить» его, когда стало слишком жарко, нам не под силу.

Стагнация системы – одна из главных потенциальных проблем солнечных коллекторов. Если из контура коллектора забирается недостаточно тепла, происходит перегрев теплоносителя. В определенный момент последний может закипеть, что приведет к прекращению его циркуляции по контуру. Когда теплоноситель остынет и конденсируется, работа системы возобновится. Однако далеко не все виды теплоносителей спокойно переносят переход из жидкого состояния в газообразное и обратно. Некоторые в результате перегрева приобретают желеобразную консистенцию, что делает невозможной дальнейшую эксплуатацию контура.

Избежать стагнации поможет лишь стабильный отвод производимого коллектором тепла. Если расчет мощности оборудования сделан правильно, вероятность возникновения проблем практически нулевая.

Однако даже в этом случае не исключено возникновение форс-мажорных обстоятельств, поэтому следует заранее предусмотреть способы защиты от перегрева:

1. Установка резервной емкости для накопления горячей воды. Если вода в основном баке системы горячего водоснабжения достигла установленного максимума, а гелиоколлектор продолжает поставлять тепло, автоматически произойдет переключение, и вода начнет греться уже в резервной емкости. Созданный запас теплой воды можно будет использовать для бытовых нужд позже, в пасмурную погоду.

2. Подогрев воды в бассейне. У владельцев домов с бассейном (не важно, крытым или размещенным под открытым небом) имеется прекрасная возможность отводить излишки тепловой энергии. Объем бассейна несравнимо больше объема любого бытового накопителя, из чего следует, что вода в нем не нагреется так сильно, что уже не сможет поглощать тепло.

3. Слив горячей воды. При отсутствии возможности тратить избыток тепла с пользой можно попросту сливать небольшими порциями нагретую воду из накопительного резервуара для ГВС в канализацию. Поступающая при этом в емкость холодная вода будет понижать температуру всего объема, что позволит продолжать отводить тепло от контура.

4. Внешний теплообменник с вентилятором. Если гелиоколлектор обладает большой производительностью, избыток тепла может быть тоже очень велик. В этом случае система оборудуется дополнительным контуром, заполненным хладагентом. Этот дополнительный контур сопряжен с системой посредством теплообменника, оснащенного вентилятором и монтируемого за пределами здания. При возникновении риска перегрева избыточное тепло поступает в дополнительный контур и через теплообменник «выбрасывается» в воздух.

5. Сброс тепла в грунт. Если помимо солнечного коллектора в доме имеется грунтовый тепловой насос, избыток тепла можно направить в скважину. При этом вы решаете сразу две задачи: с одной стороны, защищаете контур коллектора от перегрева, с другой – восстанавливаете истощенный за зиму запас тепла в грунте.

6. Изоляция гелиоколлектора от прямых солнечных лучей. Этот способ с технической точки зрения один из самых простых. Конечно, забираться на крышу и занавешивать коллектор вручную не стоит – это тяжело и небезопасно. Гораздо рациональнее установить дистанционно управляемый заслон, наподобие рольставень. Можно даже подключить блок управления заслоном к контроллеру – при опасном повышении температуры в контуре коллектор будет закрываться автоматически.

7. Слив теплоносителя. Этот способ можно считать кардинальным, но в то же время он довольно прост. При возникновении риска перегрева теплоноситель посредством насоса сливается в специальную емкость, интегрированную в контур системы. Когда условия вновь станут благоприятными, насос вернет теплоноситель в контур, и работа коллектора будет восстановлена.

Другие компоненты системы

Недостаточно просто собрать излучаемое солнцем тепло. Нужно его еще транспортировать, накопить, передать потребителям, нужно контролировать все эти процессы и т. д. А это означает, что помимо расположенных на крыше коллеторов система содержит множество других компонентов, может быть менее заметных, но при этом не менее важных. Остановим ваше внимание лишь на некоторых из них.

Теплоноситель

Функцию теплоносителя в контуре коллектора может выполнять либо вода, либо незамерзающая жидкость.

Вода имеет ряд недостатков, накладывающих определенные ограничения на использование ее в качестве теплоносителя в гелиоколлекторах:

• Во-первых, при отрицательных температурах она застывает. Чтобы замерзший теплоноситель не разорвал трубы контура, с приближением холодов его придется сливать, а значит, зимой вы не получите от коллектора даже небольших количеств тепловой энергии.
• Во-вторых, не слишком высокая температура кипения воды может стать причиной частых стагнаций в летний период.

Незамерзающая жидкость в отличие от воды обладает значительно более низкой температурой замерзания и несравнимо более высокой температурой кипения, что повышает удобство использования ее в качестве теплоносителя. Однако при высоких температурах «незамерзайка» может претерпеть необратимые изменения, поэтому ее следует оберегать от чрезмерного перегрева.

Насос адаптированный для гелиосистем

Для обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя по контуру коллектора необходим насос, адаптированный для гелиосистем.

Теплообменник для ГВС

Перенос тепла от контура гелиоколлектора к воде, используемой в ГВС, или к теплоносителю системы отопления осуществляется посредством теплообменника. Как правило, для накопления горячей воды используют резервуар большого объема с уже встроенным теплообменником. Рационально использовать баки с двумя и более теплообменниками: это позволит забирать тепло не только у солнечного коллектора, но и у других источников (газовый или электрический котел, тепловой насос и т. д.).

Автоматика

Такой сложной системе не обойтись без автоматики, осуществляющий контроль и управление процессом. Контроллер позволяет автоматизировать работу коллектора: он осуществляет анализ температуры в контуре и накопительном резервуаре, управляет насосом и клапанами, ответственными за движение теплоносителя по контуру. При перегреве теплоносителя в контуре и воды в баке контроллер отдаст команду на сброс тепла в альтернативный теплоприемник – дополнительный резервуар с водой или уличный воздушный теплообменник.

Если в конце светового дня температура воды в накопительной емкости превысит температуру теплоносителя в контуре коллектора, автоматика остановит циркуляцию теплоносителя по контуру, чтобы накопленное тепло не выбрасывалось в атмосферу через сам коллектор. Современные контроллеры дают возможность удаленно следить за работой системы и при необходимости вносить корректировки.

Сегодня не составит труда найти на рынке гелиоколлектор и любой из компонентов, необходимых для его работы. Вполне реально собрать систему из купленных по отдельности элементов. Однако производители предлагают уже готовые комплекты, которые включают в себя коллектор, насосы, накопительные резервуары, управляющую автоматику и т. д. Приобретение такого комплекта – это не только экономия вашего времени, но и гарантия работоспособности системы.

Если вы заметили ошибку, не рабочее видео или ссылку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter. Поделиться: 0

Солнечный коллектор для отопления дома

Солнечный коллектор – это техническое устройство, служащее для преобразования солнечной энергии в тепловую. По типу теплоносителя, солнечные коллекторы подразделяются на воздушные и жидкостные, в которых теплоносителем служит вода или иное жидкое вещество (антифриз, этиленгликоль и подобные). По конструкции, данные устройства, бывают плоские и вакуумные.

Принцип действия

Для отопления жилого дома или иного объекта могут быть использованы все виды солнечных коллекторов, однако принцип их работы, вне зависимости от конструкции и вида теплоносителя, является единым.

Принцип работы солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать энергию солнца в видимом и невидимом, человеческому глазу, диапазонах, в связи с чем, внутри данного материала, начинаются физические процессы, молекулы начинают быстрее двигаться, материал (вещество) – нагревается. Тепло выделяемое материалами, на которые воздействуют солнечные лучи, передается теплоносителя для последующего использования.

Схематично, принцип работы различных видов устройств, можно отразить следующим образом:

1. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование жидкого теплоносителя:
2. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование воздуха:
3. Вакуумный солнечный коллектор, с жидким теплоносителем:

Виды

В соответствии с конструкцией, видом теплоносителя и способу его использования и передачи тепла, солнечные коллекторы бывают:

По типу конструкции:

• Плоские – представляют из себя конструкцию в виде прямоугольника (коробки), выполняемую из прочного материала и служащую корпусом устройства. Во внутренне пространство корпуса укладывается изоляция, по поверхности которой монтируется абсорбирующая (поглощающая тепло) пластина. В специальные углубления абсорбера, укладываются трубки (как правили изготовленные из меди), в которые, в дальнейшем, подается теплоноситель. С наружной стороны корпус закрывается поглощающей оболочкой и защитным стеклом.
• Вакуумные – в устройстве данного типа, определенное количество вакуумных трубок, объединены в общем корпусе коллектора. В корпусе устроен теплообменник, в котором теплоноситель, циркулирующий во внутреннем контуре вакуумных трубок, передает полученную энергию, теплоносителю наружного контура.

По типу теплоносителя:

• Воздушные;
• Водяные.

По способу использования теплоносителя:

• Пассивные – солнечный коллектор используется в паре с баком накопителем, и служит для горячего водоснабжения, без устройства дополнительных инженерных элементов сети (циркуляционный насос, элементы защиты и т. д.).
• Активные – система, кроме монтажа коллектора, комплектуется техническими устройствами (насос, защитные клапана, бак накопитель, дополнительные элементы нагрева теплоносителя), и может использоваться как для горячего водоснабжения, так и для отопления помещений.

По способу передачи тепла:

• Косвенного действия, когда в системе отопления (горячего водоснабжения), присутствует бак-аккумулятор (накопитель), в котором происходит передача тепловой энергии, полученной, наружным контуром, от солнечных лучей, и передаваемой внутреннему контуру, циркулирующему в системах ГВС и отопления.
• Прямого действия, прямоточные – данный способ используется в системах ГВС, при этом циркуляция воды, в контуре коллектора, осуществляется под воздействием разности температур и путем установки дополнительных элементов (кранов, клапанов и т. д.).

Как работает зимой?

В системах отопления, как правило, используются вакуумные коллекторы, это определяется их техническими характеристиками и условиями эксплуатации.

Основной элемент вакуумного солнечного коллектора – это вакуумная трубка, которая состоит из:

• Изоляционной трубки, выполненной из стекла или иного материала, пропускающего солнечные лучи с минимальными потерями их мощности;
• Медной, тепловой трубки, помещенной во внутреннее пространство изоляционной трубки;
• Алюминиевой фольги и поглощающего слоя, расположенных между трубками;
• Крышкой изоляционной трубки, являющейся уплотнительной прокладкой, обеспечивающей вакуум во внутреннем пространстве устройства.

Работа системы осуществляется следующим образом:

1. Под воздействием солнечной энергии, теплоноситель контура трубки, испаряется и поднимается вверх, где в теплообменнике коллектора конденсируется, передает свое тепло теплоносителю наружного контура, после чего стекает вниз, и процесс повторяется.
2. Теплоноситель наружного контура, из теплообменника солнечного коллектора, подается на бак-аккумулятор, где происходит передача полученной тепловой энергии теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения.
3. Циркуляция теплоносителя наружного контура осуществляется путем установки циркуляционного насоса и систем автоматики, обеспечивающей работу системы в автоматическом режиме.
4. В комплекс системы автоматики входит контроллер, датчики и элементы управления, обеспечивающие установленные параметры работы системы (температура, расход жидкости в системе ГВС и т. д.)

Для того, чтобы данная система была эффективна и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и в зимний период, системой предусматривается установка дублирующих источников энергии. Это может быть дополнительная система нагрева, с использованием теплоносителя, как на приведенной схеме, когда теплоноситель дополнительного контура нагревается путем использования различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество). Также, с подобную задачу можно выполнить путем установки электрических ТЭНов, непосредственно в бак-аккумулятор. Работу дублирующих источников энергии контролирует система автоматики, включая в работу данные устройства, по мере необходимости.

Выгодно ли это

Определить, выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей.
Регион проживания – это важный критерий, при определении эффективности использования устройств, служащих для преобразования энергии солнца в другие виды энергии. Солнечная активность (продолжительность солнечного сияния), в разных регионах нашей страны разная, что видно на приведенной ниже схеме.
Из данной схемы видно, что наиболее благоприятные регионы, для использования солнечной энергии, с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположены в южных районах страны. В этих районах также не бывает холодных и продолжительных зим, что определяет возможность успешного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения, именно в этих областях России.

При необходимости создать абсолютно автономную систему, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что, установив только коллектор, создать подобную систему не получится, т. к. для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электрическая энергия. Поэтому, для полной автономии, необходимо проработать вопрос по независимому электроснабжению подключаемого объекта. Следовательно, для того, чтобы сделать абсолютно независимую систему, потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости оборудования.

Как сделать своими руками

Наиболее простой, но тем не менее эффективный вариант, это плоский солнечный коллектор, в котором в качестве теплоносителя используется вода.
Из имеющихся под рукой материалов, изготавливается корпус устройства. Это может быть дерево, профильный черный или цветной металл. Размеры каркаса определяются местом установки солнечного коллектора, его назначением и наличием требуемых материалов.

Во внутреннее пространство корпуса укладывается утеплитель, поверх которого укладывается медная трубка. Для создания большей поглощающей площади, трубку укладывают в форме змеевика. Чтобы увеличить КПД устройства, под трубку можно положить слой фольги (на схеме не показано), это позволит снизить тепловые потери в нижнюю сторону устройства и увеличит температуру во внутреннем пространстве корпуса.

С наружной стороны корпус закрывается защитным стеклом, щели герметизируются. В местах ввода и выхода труб, монтируются патрубки холодной и горячей воды.
Изготовленной таким образом устройство, можно использовать для горячего водоснабжения летнего душа и подогрева воды в бассейне, для этого патрубки коллектора подключаются к выбранным системам, после чего устройство готово к работе.

Плюсы и минусы

Как у любого технического устройства, так и у солнечного коллектора, есть свои плюсы и минусы, как по возможности использования и эксплуатации, так и по иным параметрам и показателям. В зависимости от конструкции устройства, плюсы и минусы, разнятся, поэтому необходимо их рассмотреть в отдельности друг от друга.

Плоские солнечные коллекторы.

Достоинства использования:

1. При использовании в южных регионах с теплым климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
2. При осадках в виде снега, имеют способность к самоочищению;
3. Обладают высоким КПД, при использовании в летний период;
4. Относительно низкая стоимость, в сравнении с аналогами другой конструкции.

Недостатками являются:

1. Значительные тепловые потери, вызванные конструктивными особенностями устройства;
2. Низкий КПД при работе в осенне-весенний период;
3. Сложность транспортировки и монтажа готовых изделий;
4. Высокая парусность конструкции, создает опасность повреждения ее элементов, в процессе эксплуатации;
5. Сложность и трудозатратность выполнения ремонтных работ.

Вакуумные солнечные коллекторы.

Достоинства использования:

1. При использовании в регионах с холодным и умеренным климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
2. Незначительные тепловые потери, в процессе эксплуатации, в сравнении с аналогами другой конструкции;
3. Способность работать при низких и отрицательных температурах окружающего воздуха;
4. Способность работать при низкой солнечной активности в утренние и вечерние часы, а также при отсутствии прямых солнечных лучей (пасмурная погода);
5. Легкий и удобный монтаж, транспортабельность конструкций;
6. Надежность в процессе эксплуатации.

Недостатками являются:

1. Относительно высокая стоимость;
2. Жесткие требования к монтажу, определяющие расположение коллектора в пространстве по отношению к поверхности земли.

Солнечный коллектор

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя.

Обычно применяются для нужд горячего водоснабжения и отопления помещений.

Типы солнечных коллекторов

Плоские

Плоский солнечный коллектор

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Абсорбер связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель или напыление оксида титана) для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурат). Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней закрываются силиконовым герметиком.

При отсутствии забора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—210 °C.

Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре.

Вакуумные

Вакуумный солнечный коллектор

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При облучении установки солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Устройство бытового коллектора

Основная статья: Солнечный водонагреватель

Теплоноситель (вода, воздух, масло или антифриз) нагревается, циркулируя через коллектор, а затем передает тепловую энергию в бак-аккумулятор, накапливающий горячую воду для потребителя.

В простом варианте циркуляция воды происходит естественно из-за разности температур в коллекторе. Такое решение позволяет повысить эффективность солнечной установки, поскольку КПД солнечного коллектора снижается с ростом температуры теплоносителя.

Бывают и солнечные водонагревательные установки аккумуляционного типа, в которых отсутствует отдельный бак-аккумулятор, а нагретая вода сохраняется непосредственно в солнечном коллекторе. В этом случае установка представляет собой близкий к прямоугольной форме бак.

Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов

Вакуумные трубчатые	Плоские высокоселективные
Преимущества	Преимущества
Низкие теплопотери	Способность очищаться от снега и инея
Работоспособность в холодное время года до −30С	Высокая производительность летом
Способность генерировать высокие температуры	Отличное соотношение цена/производительность для южных широт и тёплого климата
Длительный период работы в течение суток	Возможность установки под любым углом
Удобство монтажа	Меньшая начальная стоимость
Низкая парусность
Отличное соотношение цена/производительность для умеренных широт и холодного климата
Недостатки	Недостатки
Неспособность к самоочистке от снега	Высокие теплопотери
Относительно высокая начальная стоимость проекта	Низкая работоспособность в холодное время года
Рабочий угол наклона не менее 20°	Сложность монтажа, связанная с необходимостью доставки на крышу собранного коллектора
	Высокая парусность

Солнечные коллекторы-концентраторы

Повышение эксплуатационных температур до 120—250 °C возможно путём введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.

Солнечные воздушные коллекторы

Основная статья: Солнечный нагреватель воздуха

Солнечные воздушные коллекторы — это приборы, работающие на энергии Солнца и нагревающие воздух. Солнечные воздушные коллекторы чаще всего используются для отопления помещений, сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора.

В некоторых солнечных воздухонагревателях к поглощающей пластине присоединены вентиляторы, которые улучшают теплопередачу. Недостаток этой конструкции в том, что она расходует энергию на работу вентиляторов, таким образом увеличивая затраты на эксплуатацию системы. В холодном климате воздух направляется в промежуток между пластиной-поглотителем и утеплённой задней стенкой коллектора: таким образом избегают потерь тепла сквозь остекление. Однако, если воздух нагревается не более, чем на 17 °С выше температуры наружного воздуха, теплоноситель может циркулировать по обе стороны от пластины-поглотителя без больших потерь эффективности.

Основными достоинствами воздушных коллекторов являются их простота и надёжность. При надлежащем уходе качественный коллектор может прослужить 10-30 лет, а управление им весьма несложно. Теплообменник не требуется, так как воздух не замерзает.

Применение

Солнечный водонагреватель на жилом доме. Мальта.

Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. Наибольшее количество производственных процессов, в которых используется тёплая и горячая вода (30—90 °C), проходят в пищевой и текстильной промышленности, которые таким образом имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов.

В Европе в 2000 году общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн м², а во всём мире — 71,341 млн м².

Солнечные коллекторы — концентраторы могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга.

Солнечные коллекторы могут использоваться в установках для опреснения морской воды. По оценкам Германского аэрокосмического центра (DLR) к 2030 году себестоимость опреснённой воды снизится до 40 евроцентов за кубический метр воды

В России

По исследованиям ОИВТ РАН в тёплый период (с марта—апреля по сентябрь) на большей части территории России средняя дневная сумма солнечного излучения составляет 4,0-5,0 кВтч/м² (на юге Испании — 5,5-6,0 кВтч/м², на юге Германии — до 5 кВтч/м²). Это позволяет нагревать для бытовых целей около 100 л воды с помощью солнечного коллектора площадью 2 м² с вероятностью до 80 %, то есть практически ежедневно. По среднегодовому поступлению солнечной радиации лидерами являются Забайкалье, Приморье и Юг Сибири. За ними идут юг европейской части (приблизительно до 50º с.ш.) и значительная часть Сибири.

Использование солнечных коллекторов в России составляет 0,2 м²/1000 чел.. В Германии эксплуатируется 140 м²/1000 чел., в Австрии 450 м²/1000 чел., на Кипре около 800 м²/1000 чел..

В летнем периоде, большинство районов России вплоть до 65º с.ш. характеризуются высокими значениями среднедневной радиации. В зимнее время количество поступающей солнечной энергии снижается в зависимости от широтного расположения установки в разы.

Для всесезонного применения установки должны иметь большую поверхность, два контура с антифризом, дополнительные теплообменники. В таком случае применяется вакуумированные коллекторы или плоские коллекторы с высокоселективным покрытием, поскольку больше разность температур между нагреваемым теплоносителем и наружным воздухом. Однако такая конструкция выше по стоимости.

Сооружение коллекторов в настоящее время осуществляется, в основном, в Краснодарском крае, Бурятии, в Приморском и Хабаровском краях.

Солнечные башни

Солнечная башня, Севилья, Испания. Построена в 2007 г.

Впервые идея создания солнечной электростанции промышленного типа была выдвинута советским инженером Н. В. Линицким в 1930-х гг. Тогда же им была предложена схема солнечной станции с центральным приёмником на башне. В ней система улавливания солнечных лучей состояла из поля гелиостатов — плоских отражателей, управляемых по двум координатам. Каждый гелиостат отражает лучи солнца на поверхность центрального приёмника, который для устранения влияния взаимного затенения поднят над полем гелиостатов. По своим размерам и параметрам приёмник аналогичен паровому котлу обычного типа.

Экономические оценки показали целесообразность использования на таких станциях крупных турбогенераторов мощностью 100 МВт. Для них типичными параметрами являются температура 500 °C и давление 15 МПа. С учётом потерь для обеспечения таких параметров требовалась концентрация порядка 1000. Такая концентрация достигалась с помощью управления гелиостатами по двум координатам. Станции должны были иметь тепловые аккумуляторы для обеспечения работы тепловой машины при отсутствии солнечного излучения.

В США с 1982 г. было построено несколько станций башенного типа мощностью от 10 до 100 МВт. Подробный экономический анализ систем этого типа показал, что с учётом всех затрат на сооружение 1 кВт установленной мощности стоит примерно 1150. Один кВт·ч электроэнергии стоил около $0,15.

Параболоцилиндрические концентраторы

Параболоцилиндрические концентраторы.

Параболоцилиндрические концентраторы имеют форму параболы, протянутую вдоль прямой.

В 1913 году Франк Шуман построил в Египте водоперекачивающую станцию из параболоцилиндрических концентраторов. Станция состояла из пяти концентраторов каждый 62 метра в длину. Отражающие поверхности были изготовлены из обычных зеркал. Станция вырабатывала водяной пар, с помощью которого перекачивала около 22 500 литров воды в минуту.

Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в линию и может обеспечить его стократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка с теплоносителем (масло), или фотоэлектрический элемент. Масло нагревается в трубке до температуры 300—390 °C. В августе 2010 года специалисты NREL испытали установку компании SkyFuel. Во время испытаний была продемонстрирована термальная эффективность параболоцилиндрических концентраторов 73 % при температуре нагрева теплоносителя 350 °C.

Параболоцилиндрические зеркала изготовляют длиной до 50 метров. Зеркала ориентируют по оси север—юг, и располагают рядами через несколько метров. Теплоноситель поступает в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором.

С 1984 года по 1991 год в Калифорнии было построено девять электростанций из параболоцилиндрических концентраторов общей мощностью 354 МВт. Стоимость электроэнергии составляла около 0,12 за кВт·ч.

Германская компания Solar Millennium AG строит во Внутренней Монголии (Китай) солнечную электростанцию. Общая мощность электростанции увеличится до 1000 МВт к 2020 году. Мощность первой очереди составит 50 МВт.

В июне 2006 года в Испании была построена первая термальная солнечная электростанция мощностью 50 МВт. В Испании к 2010 году может быть построено 500 МВт электростанций с параболоцилиндрическими концентраторами.

Всемирный банк финансирует строительство подобных электростанций в Мексике, Марокко, Алжире, Египте и Иране.

Концентрация солнечного излучения позволяет сократить размеры фотоэлектрического элемента. Но при этом снижается его КПД, и требуется некая система охлаждения.

Параболические концентраторы

Экспериментальный коллектор НПО «Астрофизика»

Параболические концентраторы имеют форму параболоида вращения. Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала отражают около 92 % падающего на них солнечного излучения. В фокусе отражателя на кронштейне закреплён двигатель Стирлинга, или фотоэлектрические элементы. Двигатель Стирлинга располагается таким образом, чтобы область нагрева находилась в фокусе отражателя. В качестве рабочего тела двигателя Стирлинга используется, как правило, водород, или гелий.

В феврале 2008 года Национальная лаборатория Sandia достигла эффективности 31,25 % в установке, состоящей из параболического концентратора и двигателя Стирлинга.

В настоящее время строятся установки с параболическими концентраторами мощностью 9—25 кВт. Разрабатываются бытовые установки мощностью 3 кВт. КПД подобных систем около 22—24 %, что выше, чем у фотоэлектрических элементов. Коллекторы производятся из обычных материалов: сталь, медь, алюминий, и т. д. без использования кремния «солнечной чистоты». В металлургии используется так называемый «металлургический кремний» чистотой 98 %. Для производства фотоэлектрических элементов используется кремний «солнечной чистоты», или «солнечной градации» с чистотой 99,9999 %.

В 2001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $0,09—0,12 за кВт·ч. Департамент энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до $0,04—0,05 к 2015 — 2020 году.

Компания Stirling Solar Energy разрабатывает солнечные коллекторы крупных размеров — до 150 кВт с двигателями Стирлинга. Компания строит в южной Калифорнии крупнейшую в мире солнечную электростанцию. До 2010 года будет 20 тысяч параболических коллекторов диаметром 11 метров. Суммарная мощность электростанции может быть увеличена до 850 МВт.

Линзы Френеля

Линзы Френеля используются для концентрации солнечного излучения на поверхности фотоэлектрического элемента или на трубке с теплоносителем. Применяются как кольцевые, так и поясные линзы. В английском языке употребляется термин LFR — linear Fresnel reflector.

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Распространение

В 2010 году во всём мире работало 1170 МВт солнечных термальных электростанций. Из них в Испании 582 МВт и в США 507 МВт. Планируется строительство 17,54 ГВт солнечных термальных электростанций. Из них в США 8670 МВт, в Испании 4460 МВт, в Китае 2500 МВт. В 2011 году насчитывалось 23 производителя и поставщика плоских коллекторов из 12 стран; 88 производителей и поставщиков вакуумных коллекторов из 21 страны.

> См. также

• Солнечный водонагреватель
• Солнечная батарея
• Гелиоконцентратор
• Солнечная архитектура

Примечания

1. 1 2 3 Екатерина Зубкова. Дорогой коллектор для бесплатной энергии.. Energyland.info (19.07.12). Дата обращения 1 августа 2012. Архивировано 6 августа 2012 года.
2. German Aerospace Centre (DLR), 2007, «Aqua-CSP:Concentrating Solar Power for Seawater Desalination».
3. В.А. Бутузов. Солнечное теплоснабжение в России: состояние дел и региональные особенности. журнал Энергосовет № 5 (18) (2011). Дата обращения 1 ноября 2012. Архивировано 5 ноября 2012 года.
4. The other kind of solar power
5. SkyFuel’s Parabolic Troughs Are 73 % Efficient 31 Август 2010
6. «Установлен новый рекорд эффективности Архивная копия от 23 ноября 2008 на Wayback Machine»
7. Кремний для солнечной энергетики и электроники (недоступная ссылка). Дата обращения 18 марта 2008. Архивировано 29 июля 2009 года.
8. Ucilia Wang The Rise of Concentrating Solar Thermal Power 6 Июнь 2011 г.
9. Solar thermal industry: worldwide 2011 (англ.). Дата обращения 1 ноября 2012. Архивировано 5 ноября 2012 года.

Литература

• А. И. Капралов Рекомендации по применению жидкостных солнечных коллекторов. ВИНИТИ, 1988
• Гелиотехника. Академия Наук Узбекской АССР, 1966
• Солнечный душ // Наука и жизнь, издательство Правда. 1986 № 1, стр 131
• Г. В. Казаков Принципы совершенствования гелиоархитектуры. Свит, 1990

Ссылки

Поговорим про солнечные коллекторы для отопления дома

Любой владелец частного дома сталкивался с проблемой выбора системы отопления. Особенно данный вопрос актуален для удаленных от городов зон. Экономное отопление теплиц, бытовых помещений также часто вызывает много раздумий. Печи с котлами нагревания, электрические батареи, дровяные камины – распространенные, но не самые выгодные под итоговый расчет варианты. Носители энергии (дерево, уголь, газ, электричество) обходятся дорого. При этом расход ресурсов, особенно для помещений больших площадей, отличается немалым показателем.

В ответ на существующий спрос технический прогресс продвинулся до создания энергетических коллекторов, действующих за счет поглощения солнечного света. Изобретение является довольно молодым, но уже активно используется для нагревания воды, воздушных масс внутри разных теплоносителей. Особенно широко для отопления такой комплект включается в «эко» дома.

Солнечные коллекторы – инновационные системы, постепенно набирающие популярность. Технология относится к дорогостоящим, но при этом предлагает качественный альтернативный способ получения энергии. Некоторые фирмы могут изготовить коллектор или их комплект на заказ в соответствии с нужными размерами, мощностью. Большинство предлагают универсальные экземпляры.

Использование для отопления дома

Любой солнечный коллектор является климатической техникой с возобновляемым ресурсом энергии. Источником тепла для данного случая выступает сама природа. Таким образом, расходы требуются только на оборудование. Результативный расчет показывает значительное снижение общих затрат на отопление дома.

Коллекторы каждым своим квадратным метром экономят в среднем 800 кВт в год. Это покрывает практически половину потребности типового частного дома в тепле. Зимой солнечный комплект способен обогреть до 30-40% жилых помещений. Автоматизированные экземпляры улавливают и перерабатывают на отопление до 75% дневного света.

Солнечные коллекторы работают по тому же принципу, что и бытовые водонагреватели – энергия действует на тепловой элемент, повышая температуру воды, воздуха или антифриза в полостях отопительных приборов. Руководящим элементом выступает сам корпус коллектора – плоская пластина площадью несколько квадратных метров.

Погодная нестабильность породила идею совмещения энергий солнца и электричества у некоторых приборов такого класса. При низкой освещенности и прохладной погоде площадь устройства только впитывает доступное тепло, нагревая комплект. Дальнейшее прогревание системы частного отопления проводится уже при участии электричества. Подобный подход позволяет выжать из установки максимум, хотя расчет затрат останется скромным. Технология получила название «принудительной циркуляции». Как правило, она характерна крупномасштабным коллекторам.

Созависимое функционирование в умеренных поясах планеты используются чаще автономного. Но в условиях преобладания годового активного солнца возможно использовать исключительно природную энергию. Для этого понадобиться только рациональный расчет с правильной теплоизоляцией постройки.

Способ включения коллектора в отопительный комплект частного дома напрямую зависит от выбранного типа циркуляции. При естественной форме бак накопления ставится выше основной пластины, верхний вывод подключается ко входу горячего содержимого, а нижний – в обратном направлении. Такой способ более дешев, но рискован появлением воздушных пробок.

Использование дополнительных насосов для принудительной работы подразумевает иной монтаж. На бак, выход и обратный ход таких коллекторов обязательно ставятся температурные датчики. Показания автоматики дают дальнейшие команды контроллеру и управляют движениями насоса. При таком способе частыми вспомогательными источниками энергии выступают газовые котлы и котлы на твердом топливе.

Для обоих вариантов важно установить коллектор таким образом, чтобы уровень наклона позволял улавливать максимум прямого солнечного света за сутки. В противном случае система не станет функционировать как следует, особенно при пасмурной погоде.

Видео на эту тему, рассказ о готовом примере применения

Эффективность работы

Солнечные коллекторы, или гелиосистемы, способны работать круглый год без перерыва.

Даже в условиях облачности до поверхности земли доходит больше половины излучения. Кроме того, их эксплуатация абсолютно безопасна для человека и окружающей среды. Любой гелио комплект прост в обслуживании, выглядит эстетично, облагораживает внешний облик частного дома. К плюсам устройств также можно отнести:

• автономность горячего водоснабжения зимой, летом, при перебоях и ремонтных работах;
• срок службы до 30 лет, окупаемость с выгодой от трат на отопление через 3-5 лет;
• отсутствие тарификации, ежемесячный расчет независим от повышения цен на электричество;
• возможность одновременного использования для обогрева бассейнов, теплиц, хозяйственных помещений;
• легкая интеграция в существующий комплект отопления;
• отсутствие грязи, отходов;
• снижение суммарной нагрузки на электро- и теплосеть дома;
• оптимизация под собственные нужды.

Отрицательные моменты использования солнечных коллекторов не столь многочисленны:

• высокая стоимость первичной покупки и установки. В зависимости от производителя, масштабности и комплектации вся гелиосистема может обойтись до 10 тысяч долларов. Даже модели попроще обходятся в крупную сумму, которую необходимо заплатить единовременно;
• на эффективность работы коллекторов могут влиять не только климатические условия, но и особенности ландшафта, форма крыши, типичная длина светового дня и прочие факторы. От подобных показателей зависит период окупаемости.

Пассивная циркуляция внутри солнечного коллектора обусловит меньшую производную эффективность. При принудительном управлении вода и энергия расходуются более продуктивно. Второй вариант требует усложненного обслуживания, но больше подходит для условия средней полосы проживания. Для южных регионов введение в обиход гелиосистемы нередко сокращает расчет за электроэнергию вдвое.

КПД солнечного коллектора достигает 95%. Края с суровым климатом проявляют показатель пониже, но также оправдывают использование. Чтобы произвести расчет годовой эффективности коллектора, требуется перемножить величину инсоляции в регионе за год (существуют специальные таблицы), площадь поглощения системы и его КПД. Расчет дневной выгоды проводится таким же образом, но с учетом соответственного (дневного) показателя инсоляции.

Рассказ о коллекторе зимой

Типы солнечных коллекторов

Конструкция солнечного коллектора может соответствовать одному из классов, описанных ниже.

Плоский светопоглощающий

Представляет собой темный алюминиевый ящик с медными трубками внутри. Снизу ограничен слоем теплоизоляции. Сверху закрыт закаленным стеклом и пропилен-гликолем, выполняющим работу поглотителя солнечных лучей. Функционален в любое время года, популярен ввиду доступной себестоимости.

Вакуумный

Вакуумные коллекторы состоят из многочисленных медных трубок. Элементы уложены ровными рядами. Каждая трубка с поглощающим и отражающим веществами расположена внутри еще одной стеклянной колбы аналогичной формы, но большего диаметра. Между стенками емкостей образуется вакуум, выступающий теплоизолятором и проводником. Главным достоинством класса является большая принимающая площадь, а значит, высокий КПД.

Воздушный

Основан на принципе «парникового эффекта». Лучи попадают на поглощающее покрытие и полностью впитываются им. Заряженный приемник обогревает воздушные массы внутри себя. Горячий воздух заполняет помещения, поступая в дом с помощью естественной конвекции или вентилятора.

Все классы подходят для отопления частных домов в равном соотношении. Конкретный тип выбирается исходя из собственных нужд, платежеспособности, площади крыши (или иной поверхности) для установки.

Критерии выбора

Все виды коллекторов солнечного типа обладают недостатками и достоинствами.

Выбирая устройство по своим нуждам, следует обращать внимание на некоторые нюансы:

• Плоские разновидности прочнее остальных, однако, не выгодны при ремонте. Поломка выводит из строя всю систему адсорбции, что увеличивает траты. Экземпляры данного класса способны нагревать воду на 20-40 градусов выше температуры окружающей среды.
• Вакуумные виды коллекторов чувствительны к внешним действиям, быстрее поддаются повреждениям из-за хрупких полых трубок. Между тем, ремонт может быть произведен в виде замены конкретной колбы. Зимой эффективнее плоского типа, поскольку нагревает теплоноситель в более широком диапазоне и дольше поддерживает температуру.
• Воздушные виды просты по конструкции, редко требуют ремонтных вмешательств. Стойко выдерживают очень низкие температуры, служат дольше остальных. В целом же, они слабее прогревают помещения.
• Преобразование солнечной энергии на тепло внутри вакуумного коллектора прямо пропорционально размеру трубок. Короткая трубка мелкого диаметра снизит расчет выработки нагрева. Вакуумные коллекторы оптимальны при наличии нескольких колб длиной до 2 метров и шириной около 6 см. Внутри должна иметься U-образная или прямая вставка для эффективного термогенеза.
• Мощность гелиотехники измеряется в кВт и является номинальной. Т.е. показатель говорит о количестве тепла, которое будет производиться за период пребывания яркого солнца на уровне зенита. Для раннего утра и вечера такой расчет не актуален. Ночью в режиме поддержания используется накопленная днем энергия. По этой причине необходимо учитывать мощность сопрягаемой с коллектором системы и проверять возможность длительного сохранения тепла. Устройства с низким сбережением температур не подойдут для морозного времени года. Особенно данный фактор важен для моделей с водным проводником.
• Перед приобретением коллектора требуется составить проект полной системы отопления и крепления к крыше. Во многих случаях будет оправданно использование дополнительных каркасов. Замеры, расчет предпочтительно делать при участии специалиста данной сферы деятельности.
• Выбор вертикального расположения коллектора избавит от проблем с зачисткой снега, но может снизить КПД. В любом случае, нужно предусмотреть под установкой место для схода осадков зимой.
• Самым выгодным будет размещение системы «лицом» на южную сторону или с отклонением от нее не более 30 градусов. Для функционирования 12 месяцев в год лучше брать угол установки равный широте местности.

Вопрос выбора освещается в видео

Отзывы

Мнения по поводу использования солнечных коллекторов на практике расходятся. Положительные отзывы опираются на экологическую чистоту метода и рентабельность использования такого отопления как дополнительного источника горячей воды. Подавляющее число потенциальных пользователей сомневается в способности такой техники справиться с обогревом полноценного дома.

Нередко отзывы содержат споры о целесообразности применения гелиосистем где-то кроме южных территорий. Многие считают коллекторы в средней полосе дорогостоящей игрушкой с непредсказуемой окупаемостью. Большинство видит выгоду только для обогрева теплиц, бассейнов, небольших домов и мелких помещений на летние периоды.

Рассказ пользователя коллектором о первом дне использования

В целом, интерес к альтернативным способам получения тепловой энергии проявляется очень активно. Массы людей, изучающих вопрос углубленно, растут с каждым днем.

Обзор моделей

HH-SCH-12

Вакуумный коллектор солнечного класса с 12 трубками диаметра 5,8 см, длиной 1,8 м. КПД поглощения равен не менее 92%. Рабочая площадь 1,5 кв.м. Давление при испытании – 1 МПа. Подходит для отопительных сплит-систем. Допустимо последовательное объединение нескольких штук для наращивания производительности.

Цена – 27 тыс. руб.

FPC-2200

Плоский коллектор с активной площадью 2,1 кв.м. Адсорбция лучей превышает 94%. Максимальное давление при работе – 1 МПа. Диапазон рабочей температуры – от 33 до 135 градусов Цельсия. Требует дополнительного приобретения монтажной рамы.

Цена – 28 тыс.руб.

Сокол-Эффект-А

Бюджетный солнечный коллектор плоского типа. Российское производство. Предназначен для круглогодичного пользования. Поглощающая панель – 2,06 кв.м. Профиль изготовлен из алюминия. Лучшим образом работает с отоплением на основе воды или антифриза. Поглощает до 95% света. Теплопотери – не более 5%. Средняя производительность – 125 л воды (от 15 градусов) до 50 градусов.

Цена – 17 тыс. руб.

Комплект солнечных коллекторов Galmet Premium 2хKSG 21

Состоит из двух плоских гелиосистем, инсталляционных креплений, расширительного бака на 24 л, водонагревателя. Теплоноситель – жидкости. Подходит для скатных крыш из черепицы, рубероида. Выгодный вариант для дач, пригородных домов небольшой площади. Стекло призматическое антибликовое. Коэффициент поглощения – от 95%. Площадь одного листа – 2,1 кв.м. максимальная мощность – 1,5 кВт. Работает круглогодично.

Цена комплекта – 117 тыс. руб.

SOLARVENTI SV3

Воздушный коллектор. Обогревает помещения без питания от электросети, избавляет от затхлости, улучшает качество воздуха в домах. Подходит для складов, гаражей, жилых и технических помещений до 25 кв.м. Полный воздухообмен площади происходит за 2 часа. КПД – 57%, производительность за год – 200кВт/ч. Диапазон нагрева – 15 градусов. Толщина панели – 10 мм. Вес не более 6 кг позволяет крепить вертикально даже к стене. Габариты 53 на 70 на 5,5 см.

Цена – 39 тыс. руб.

Вывод

Солнечный коллектор – изобретение современной науки, вызывающее множество любопытства и споров.

Об абсолютном переходе на подобные установки говорить рано. При этом разумные доводы в сторону использования такого метода генерации тепла, безусловно, присутствуют.

В условиях истощения ресурсов природы коллекторы солнечного света становятся все актуальнее. Технология продолжает идти по пути развития, совершенствования, распространения в массы.

Производство гелиосистем набирает обороты. Количество моделей на разные потребности увеличивается. Даже при обширных сомнениях народа в таком отоплении, ниша растет и занимает все более устойчивые позиции.

Солнечный коллектор — типы и принцип работы, обзор моделей с описанием, характеристиками и ценами

Евгений Седов Когда руки растут из нужного места, жить веселее 🙂 4 нояб. 2017 г.

Все люди стремятся контролировать свои расходы на коммунальные услуги и минимизировать их. Обладателям частных домов в этом поможет воздушный, вакуумный или плоский солнечный коллектор для нагрева помещений. Такие установки могут работать автономно или быть частью общей системы контуров отопления, обеспечивают горячее водоснабжение. Узнайте, чем они выгодны, какими бывают и сколько приблизительно стоят.

Что такое солнечный коллектор

Это гелиоустановка – устройство для сбора энергии Солнца, которая переносится видимым светом и ближним инфракрасным излучением. Солнечные коллекторы для отопления дома зимой отличаются от батарей. Второе устройство производит электричество, а первое греет материал-теплоноситель. Как правило, коллекторы используются для того, чтобы отапливать помещения и снабжать их горячей водой.

Устройство

В оборудовании есть теплоноситель, в качестве которого может использоваться вода, антифриз, масло, воздух. Он нагревается, циркулируя в коллекторе, после чего передает тепловую энергию в бак-аккумулятор. Там накапливается вода для бытовых нужд. В простом оборудовании циркуляция жидкости идет за счет разницы температур. Это существенно повышает эффективность установки, ведь при нагреве теплоносителя наблюдается низкий КПД. Есть и более сложные конструкции солнечных установок. В них нет отдельного бака аккумулятора. Подогретая вода хранится в самом коллекторе.

Принцип работы

Оборудование собирает солнечную радиацию, преобразует ее в тепловую энергию, передает циркулирующему носителю, а потом воде, содержащейся в баке. В резервуаре вода хранится и используется на отопление и бытовые нужды. Жидкость в гелиоустановке может циркулировать естественным или принудительным способом. Отопление солнечными коллекторами имеет свои особенности в зависимости от модификации оборудования.

Типы

Есть несколько разновидностей коллекторов в зависимости от конструкции, принципа работы, выполняемых задач. Выделяют такие типы солнечных гелиоустановок:

1. Конструкция плоского типа. Состоит из абсорбера – элемента для поглощения солнечных лучей, прозрачного покрытия, слоя термоизоляции. Солнечные лучи проходят через верхнее защитное стекло и нагревают поглотитель. Тепло сохраняется внутри панели и греет теплообменные трубки, в которых происходит циркуляция теплоносителя. Плоские коллекторы надо размещать под углом 90 градусов к падающим солнечным лучам.
2. Вакуумный коллектор. Содержит определенное количество коаксиальных или перьевых трубок. Первые по строению напоминают термос. Каждая коаксиальная трубка состоит из двух герметично спаянных между собой колб. Между их стенками вакуум и поглощающий слой. Перьевая трубка – это одна колба с толстыми стенками. Внутри тепловой канал с пластиной из абсорбирующего материала и вакуум.
3. Воздушный. Состоит из двух пластин. Между ними по лабиринту проходит воздух и нагревается. Потом он через отверстие в стене попадает в помещение. устройство может работать с вентилятором, насосом и автономно.
4. Концентратор. Многофункциональное оборудование, состоящее из комплекса устройств.

Виды­

Есть несколько вариантов оборудования. Принцип работы каждого типа отличается. Чтобы понять, какой из них лучше использовать, нужно принять во внимание огромное количество параметров: климатические особенности региона, цели (только отопление или использование горячей воды), размер помещения и многое другое. Чтобы определиться было немного проще, изучите самые популярные варианты установок.

Плоский

Такое оборудование считается самым эффективным. Описание одного из вариантов:

• название модели: Kyrazis Energy Evo 2.5;
• цена: 17800 рублей;
• характеристики: для горячего водоснабжения, поддержки отопления, подогрева бассейна, площадь абсорбции 2,3 кв. м, , абсорбер – алюминиевый лист с селективным покрытием на медном трубопроводе, монтируется на фасад, скатную кровлю, другие плоские поверхности;
• плюсы: надежно защищен от града, сильного снегопада и ветра, длительный срок службы, дешево стоит;
• минусы: сложно монтируется.

Отопление от солнечных коллекторов плоского типа очень популярно. Людям, которых интересует эта тема, может понравиться следующая установка:

• название модели: Hummel FKHE 2.5 MS;
• цена: 46920 р.;
• характеристики: площадь абсорбции 2,3 кв. м, высокоселективное специальное покрытие BlueTec на алюминиевой пластине, КПД 80,7%;
• плюсы: улучшенная теплоизоляция для эффективной эксплуатации в холодных регионах в течение всего года, надежный, рассчитан на большие нагрузки снега и ветра, высокая производительности при минимальной площади оборудования, легкий вес;
• минусы: маленький гарантийный период.

В продаже есть еще один плоский коллектор, покупку которого стоит рассматривать. Краткие сведения:

• название модели: Huch Entec FKF 240-V/H Al/Cu;
• цена: 48690 р.;
• характеристики: площадь абсорбции 2,15 кв. м, преобразует солнечную энергию в тепловую, может устанавливаться горизонтально и вертикально;
• плюсы: производительный даже при низкой освещенности, эффективная абсорбционная пластина, есть система защиты от высоких температур теплоносителя, дополнительное насосное оборудование устанавливать не нужно;
• минусы: дорого стоит.

У установок такого типа не хватает тепловой мощности на полноценный обогрев помещения, но они очень просты в обслуживании. Описание варианта:

• название модели: Solar Fox VSF-2 w;
• цена: 25400 р.;
• характеристики: воздушный, для монтажа на стену, расчетная площадь до 50 кв. м, в комплекте выключатель;
• плюсы: качественный, простой в эксплуатации;
• минусы: перестает работать в ночное время и при сильной облачности.

Следующий коллектор подойдет для тех помещений, которые нужно вентилировать при отсутствии отопления. Краткие сведения:

• название модели: Solar Fox VSF-4;
• цена: 40100 р.;
• характеристики: воздушный, работает без давления, для круглогодичного использования, горизонтальный монтаж, для устранения влажности и посторонних запахов из неотапливаемого здания;
• плюсы: работает полностью автономно, обеспечивает естественную приточную вентиляцию, препятствует образованию плесени, просто монтируется, безопасен в применении, затраты на эксплуатацию отсутствуют;
• минусы: высокая стоимость.

Коллектор, информация о котором будет представлена ниже, поможет вам сильно сократить расходы на отопление. Описание:

• название модели: Solar Fox CSF-2;
• цена: 24600 р.;
• характеристики: воздушный, работает под давлением, для круглогодичного использования, горизонтальный монтаж, для помещений площадью до 50 кв. м;
• плюсы: фильтрует и прогревает воздух, быстро окупается, существенно снижает расходы на отопление;
• минусы: дает маленькое повышение температуры.

Системы, работающие на трубках со сжиженным пространством, пользуются огромной популярностью. Описание одного из вариантов:

• название модели: ES 58-1800-30 R-5;
• цена: 46100 р.;
• характеристики: для отопления и горячего водоснабжения, преобразует солнечную энергию в тепловую в стеклянных вакуумных трубках с минимальной тепловой потерей;
• плюсы: быстро нагревает воду, малогабаритный, может быть объединен с общей системой отопления, работает, даже если одна или несколько трубок сломаются, легко ремонтируется;
• минусы: маленький гарантийный период.

Следующий трубчатый коллектор дорогой, но он очень надежный и не подведет вас. Описание:

• название модели: Kairos VT 15 B Ariston;
• цена: 84900 р.;
• характеристики: установка на земле или плоской крыше вертикальным или горизонтальным способом;
• плюсы: работает круглогодично, снижает нагрузку на общую систему отопления на 40-60%, эффективный, упрощенная конструкция гидравлических соединений, легко монтируется;
• минусы: дорого стоит.

Ниже представлен коллектор отечественного производства. Краткие сведения о ней:

• название модели: Я Solar VU-20;
• цена: 33900 р.;
• характеристики: трубы и теплообменник из мели, многослойное абсорбирующее покрытие, прозрачная вакуумная изоляция, алюминиевый корпус,
• плюсы: улучшенная конструкция, надежный, эффективный, нет минимальной температуры начала работы, любое положение монтажа;
• минусы: сложен в уходе.

Водяной

Такие установки имеют накопительный бак для теплой воды и чем-то напоминают бойлер. Сведения об одном из вариантов:

• название модели: Alpha Therm-150;
• цена: 69000 р.;
• характеристики: плоский, для круглогодичной эксплуатации, объем бака для воды 150 л, основные элементы изготовлены из стали и термозакаленного призматического стекла;
• плюсы: долговечный, практичный, эффективный;
• минусы: дорогой.

У следующего коллектора бак для воды небольшого объема, но этого хватает на основные нужды. Описание:

• название модели: Солнечный водонагреватель Sapun CPS-100 нержавеющая сталь;
• цена: 35490 р.;
• характеристики: вакуумный коллектор, для сезонного применения, угол наклона рамы 45 градусов, объем бака 100 л, 12 вакуумных трубок, рекомендуется использовать весной, летом и осенью;
• плюсы: компактная солнечная гелиоустановка, колбы из двойного стекла с медным стержнем, может использоваться самостоятельно или в комбинации с дополнительным источником нагрева;
• минусы: не применяется зимой в регионах с холодным климатом.

Этот солнечный коллектор для нагрева воды имеет большой бак. Краткие сведения об оборудовании:

• название модели: Sapun CPS-250;
• цена: 75960 р.;
• характеристики: вакуумный, для сезонного использования, объем бака 250 л, со встроенным напорным баком, угол наклона рамы 45 градусов, емкость из пищевой нержавеющей стали;
• плюсы: компактный, выполнен по инновационной технологии, длительный срок службы;
• минусы: не используется зимой, дорого стоит.

Как выбрать

Оборудование дорогостоящее, поэтому к покупке нужно отнестись очень ответственно. Коллектор можно взять в специализированной точке продаж или заказать в интернет-магазине с доставкой по почте из Москвы, Санкт-Петербурга, других городов. На такие устройства производители часто делают скидки, объявляют распродажи и акции, благодаря которым вы сможете немножко сэкономить. Советы по выбору коллектора:

1. Плоские установки прочнее, но их ремонт и обслуживание обходятся дорого.
2. Вакуумное оборудование чувствительно к внешним воздействиям. Эффективность их работы зависит от диаметра и длины трубок. Такие коллекторы быстро выходят из строя, они хрупкие. Зато ремонт состоит в том, чтобы заменить вышедшую из строя колбу, а это недорого и не слишком хлопотно.
3. Воздушный коллектор прост в уходе и эксплуатации, долговечен, но хуже остальных прогревает помещение.
4. Устройства с низким сбережением температур не рекомендуется использовать в холодное время года, когда на улице морозы.

>Видео

Солнечный вакуумный коллектор АТМОСФЕРА СВК Nano

Солнечные водонагреватели в Саратове. Магазин Термолюкс

Игорь, 47 лет При строительстве дачного дома задумался о том, что не помешает дополнительный источник отопления. После долгих размышлений выбор пал на солнечный гелиоколлектор плоского типа. Оборудование дорогое, но денег своих стоит. Работает в общей системе отопления. Расходы сократились приблизительно на 40%, конкретная цифра зависит от погоды. Валерий, 35 лет В нашем загородном доме всегда тепло, но счета выходят очень большими. Попробовал решить проблему, установив несколько солнечных гелиоколлекторов вакуумного типа. Проектирование системы и само оборудование стоит дорого, но я доволен. За два года использования окупилась уже большая часть затраченных нами средств. Маргарита, 37 лет Для экономии муж предложил купить солнечный коллектор для отопления дома. Я сомневалась, но решила согласиться. Выбрали вакуумные коллекторы с водяным баком на 150 литров. Мне очень нравится, что расходы на отопление сейчас сократились. За три года использования пришлось сменить одну вакуумную трубку, но это обошлось недорого. Нашли в тексте ошибку? Выделите её, нажмите Ctrl + Enter и мы всё исправим! Понравилась статья? Реклама на сайте

Солнечные коллекторы для отопления дома как альтернативный источник энергии

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

На поверхность земли ежедневно поступает большое количество солнечного излучения, которое преимущественно не используется. Однако это бесплатный источник тепла, который может быть преобразован в пригодную для человеческих нужд энергию. С данной задачей идеально справляются солнечные коллекторы для отопления дома. О том, каков принцип их действия, в чем заключаются различия между ними и насколько они эффективны, можно узнать из данной статьи.

Солнечные коллекторы – это выгодный источник энергии для отопления дома

Что собой представляет солнечный коллектор и принцип его действия

Солнечный тепловой коллектор является техническим устройством, которое способно преобразовывать солнечную энергию в тепловую. Его применяют для получения горячей воды, которая в дальнейшем может быть использована для различных нужд. Главное отличие солнечных коллекторов от других вариантов аналогичной техники заключается в принципе изменения во время нагрева плотности воды. Холодные массы вытесняют наверх нагретый водяной поток, благодаря чему нет необходимости в использовании дополнительного насосного оборудования.

Схема принципа работы солнечного теплового коллектора

Принцип работы устройства состоит в следующем. Солнечная энергия абсорбируется в приемном устройстве, в качестве которого можно использовать медные или стеклянные поверхности темного или черного цвета. Такие материалы характеризуются хорошей способностью поглощения энергии.

Солнечные нагреватели воды удобно располагать на крыше, где много места и куда попадает максимальное количество солнечного света. Здесь такие устройства не занимают полезное пространство и никому не мешают. Далее тепло из накопителя переносится в бак с теплоносителем. Это может быть вода, антифриз или другая жидкость, которая используется в системе отопления.

В большинстве случаев применяется смесь, состоящая из 40% гликоля и 60% дистиллированной воды. Теплоноситель, который нагревается до определенной температуры, подается к радиаторам посредством системы трубопроводов.

Направление движения воды в системе может меняться благодаря смесителю. Остывшая и теплая вода постоянно сменяют друг друга. Такая естественная циркуляция происходит благодаря расширению теплой воды, которая поднимается, вытесняя холодную в нагревательный бак.

Солнечный коллектор – это устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую

Эта система отопления должна быть оснащена теплоизоляционным слоем толщиной не менее 25-30 см, что обеспечит ее эффективную и стабильную работу. В качестве накопительной емкости для теплоносителя лучше использовать резервуар прямоугольной формы. Здесь может быть расположен дублирующий нагревательный элемент. Он будет автоматически включаться в работу, когда создаются погодные условия, которые не способствуют нагреву теплоносителя до необходимой температуры.

Достоинства и недостатки солнечных коллекторов для нагрева воды

В летний период солнечные коллекторы способны полностью обеспечить дом горячей водой. В межсезонье такая альтернативная системы отопления способна уменьшить нагрузку на газовый котел, что позволит снизить потребление газа, сократив при этом финансовые затраты.

Важно! Зимой солнечные коллекторы работают малоэффективно, что связано с небольшим количеством солнечного излучения.

Коллектор выступает в качестве дополнительного источника бесплатного тепла, благодаря чему можно снизить зависимость от газа. В летний период для получения горячей воды не понадобятся финансовые затраты.

Солнечный коллектор в летний период может обеспечить дом теплой водой

На монтаж солнечного коллектора не требуется получения разрешения. При выборе оборудования следует подробно изучить всю имеющуюся информацию и проконсультироваться со знающим продавцом. Установку системы необходимо доверить специалисту или выполнить самостоятельно при наличии определенных навыков и умений в области сантехники. Период эксплуатации системы в среднем составляет около 15 лет. В течение этого времени можно использовать бесплатное солнечное тепло для собственных нужд.

К недостаткам такой системы относятся большие финансовые затраты, которые необходимо будет понести при покупке солнечных коллекторов. Средняя стоимость одного элемента составляет 500-1000 $. Система, состоящая из двух коллекторов и собранная под ключ, обойдется в пределах 2300-3000 $.

Интенсивность солнечной энергии отличается в разный период года, поэтому солнечные коллекторы не могут использоваться как единственный источник тепла. Для работы системы понадобится накопительная емкость, покупка которой повлечет увеличение затрат на обустройство системы нагрева воды от солнца.

Солнечные коллекторы для отопления дома: разновидности установок

По конструктивному исполнению солнечные коллекторы могут быть плоскими или вакуумными. Последний вариант является более распространенным типом, который характеризуется простотой монтажа, высокой эффективностью, способностью обеспечить необходимым количеством тепла весь дом. Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома, цена которого превышает стоимость плоского изделия, представлен сложной конструкцией, которую можно использовать для полноценного обогрева помещения и нагрева воды в любой сезон года.

По типу конструкции солнечные коллекторы бывают вакуумными и плоскими

Существует особый тип установки, который называется коллектор-концентратор. Он представляет собой систему параболических отражателей, которые располагаются на одной криволинейной поверхности, где концентрируется в определенных точках солнечный свет. Для получения максимального эффекта необходимо изменять вслед за движением солнца положение устройства, которое может находиться в двух плоскостях.

В зависимости от теплоносителя различают жидкостные и воздушные конструкции. В первом случае используется дистиллированная вода или антифриз, а во втором – нагретый воздух.

По варианту применения теплоносителя различают пассивные и активные системы. В первом варианте солнечный коллектор используется совместно с баком накопителем. Такая система приемлема для горячего водоснабжения и не комплектуется дополнительными инженерными элементами. Активный вариант предполагает установку солнечного коллектора и других технических устройств, таких как насос, бак-накопитель, защитные клапаны, дополнительные приборы нагрева теплоносителя. Такая система может применяться и для горячего водоснабжения, и для отопления дома.

По виду использования коллекторы могут быть пассивными и активными

Способ передачи тепла может быть косвенным или прямым. Первый вариант предполагает наличие аккумулирующего бака, в котором выполняется передача тепловой энергии, полученной наружным контуром от солнечного излучения, внутреннему контуру, циркулирующему в системах отопления и ГВС. В прямоточных системах, которые применяются для горячего водоснабжения, циркуляция воды в контуре коллектора происходит под воздействием разности температур и благодаря наличию дополнительных элементов в виде клапанов и кранов.

Классификация солнечных коллекторов для отопления по температуре нагрева теплоносителя

Воздушные или водяные солнечные коллекторы для отопления дома можно классифицировать по степени нагревания его рабочих органов и теплоносителя. В зависимости от этого критерия различают низко-, средне- и высокотемпературные установки. Низкотемпературные варианты способны обеспечить нагрев теплоносителя до 50 °С. Такие тепловые коллекторы используются для подогревания воды в душевых летом, в емкостях для полива, для создания комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.

Среднетемпературные системы обеспечивают нагрев теплоносителя до 80 °С. Такие установки употребляются для обогрева помещений, для бассейнов. Солнечные коллекторы данной категории наиболее целесообразно устанавливать при обустройстве частного дома. Высокотемпературные системы способны нагреть теплоноситель до температуры 250-300 °С. Такие устройства рекомендуется использовать в промышленных масштабах. Их применяют для обогрева коммерческих зданий, производственных цехов и других технологических помещений.

Высокотемпературные системы предполагают сложный процесс преобразования и передачи тепловой энергии. Конструкции имеют внушительные габариты, требующие много свободного пространства для их монтажа. Процесс изготовления системы является весьма трудоемким и затратным, что связано с использованием специализированного оборудования. Самостоятельно выполнить такой вариант не удастся.

По температуре нагрева коллекторы классифицируются на низко-, средне- и высокотемпературные

Конструктивные особенности плоского солнечного коллектора

Наиболее востребованным вариантом является, согласно многочисленным отзывам, солнечный коллектор плоского типа, который можно изготовить своими руками. Такая система эффективна для организации горячего водоснабжения в теплый период года. В зимнее время КПД устройства очень низкий.

Корпус коллектора имеет плоскую квадратную или прямоугольную форму. Он выполняется из металла или другого материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Изделие покрывается темной краской для улучшения абсорбирующих качеств.Внутри корпуса располагается пластина, в которой находится змеевик, изготовленный из медной трубки малого сечения. По трубкам осуществляется циркуляция теплоносителя. Для минимизации потерь тепла внутри корпуса уложен теплоизоляционный материал.

Чтобы мусор не проникал в корпус устройства, он сверху закрывается стеклянной или поликарбонатной крышкой, которая способна усилить нагрев. Для эффективной работы коллектора ее необходимо периодически протирать от загрязнений и пыли.

Плоский солнечный коллектор рекомендуется устанавливать в южных регионах, где данный вариант характеризуется наилучшими показателями цены и эффективности. Такое устройство отличается способностью к самоочищению, высоким КПД в летний период и низкой стоимостью.

Плоские солнечные коллекторы являются самыми востребованными

Однако плоским коллекторам свойственны значительные тепловые потери, которые возникают вследствие конструктивных особенностей устройства. Такая система имеет низкий КПД в весенне-осенний период. Конструкция характеризуется высокой парусностью, что вызывает опасность повреждения в процессе эксплуатации ее элементов.

Характеристика вакуумного солнечного коллектора для отопления дома зимой

Вакуумный солнечный коллектор является довольно сложным устройством. Главный рабочий элемент представлен дорогостоящей светопоглощающей колбой с прозрачной поверхностью, в которой располагается трубка. В основу работы положен принцип термоса. Вакуумная колба пропускает солнечный свет во внутреннюю трубку, где отсутствует воздух, что позволяет сохранить до 95% тепла.

Полезный совет! Изготавливать вакуумный солнечный коллектор своими руками нецелесообразно, что связано со спецификой технологии производства.

Нижнюю часть внутренней вакуумной трубки для солнечного коллектора занимает антифриз, который переходит в газообразное состояние при нагревании. В верхней ее части выполняется передача тепла коллектору с теплоносителем. Антифриз при этом охлаждается и конденсирует, возвращаясь в первоначальное состояние.

Вакуумный солнечный коллектор – сложное устройство, поэтому стоит он довольно дорого

Вакуумный солнечный коллектор характеризуется высоким значением КПД при плохой освещенности и температуре ниже -37 °С. Он был специально разработан для северных широт и может функционировать при отсутствии прямого солнечного излучения. Для эффективной работы конструкция нуждается в постоянном уходе, который заключается в очищении ее поверхности от загрязнения.

Важно! Коллектор должен быть смонтирован под определенным углом, что указано в инструкции по монтажу устройства.

Главным недостатком является высокая стоимость конструкции. При выходе из строя хотя бы одной трубки ремонт будет проблематичным, поскольку все изделия смонтированы последовательно.

Солнечный воздушный коллектор для отопления: особенности изделия

В воздушных солнечных коллекторах для отопления в качестве теплоносителя используется воздух. Устройство может быть выполнено в двух вариантах: в виде плоской гофрированной или перфорированной панели либо системы из металлических труб.

Принцип работы солнечного воздушного коллектора для отопления дома

Самым простым вариантом является плоский абсорбер, состоящий из панели и трубки с входным и выходным патрубком. Все элементы располагаются в коробе, задняя и боковые стенки которого покрыты теплоизоляцией. Панель изготавливается из меди или алюминия и окрашивается в черный цвет. Она накрывается прозрачной защитной поверхностью из стекла, пластика или поликарбоната.

Воздух, поступающий на панель, нагревается от контакта с металлом. Ребра на поверхности изделия способствуют увеличению теплоотдачи. Для максимальной эффективности конструкцию следует установить на южной стороне дома, выполнив качественную изоляцию. Система может быть организована с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя. Последний вариант предполагает монтаж вентилятора.

Котел на отработанном масле: надежный и бюджетный вариант отопления помещения

Принцип действия и отличительные особенности. Разновидности устройства. Как самостоятельно изготовить. Производители и популярные модели.

Система с естественной циркуляцией используется крайне редко, что связано с медленным движением воздушных масс, вследствие чего происходят значительные потери тепла. Воздушные солнечные коллекторы Solar Fox могут функционировать уже при температуре 25 °С, в то время как для водяной гелиосистемы оптимальным является значение 45 °С. Такие конструкции можно использовать только для воздушного обогрева дома. Коллекторы не способны нагреть воду. Устройства характеризуются низким КПД, отличаются весьма внушительными габаритами, однако имеют простую конструкцию, легки в монтаже и доступны по стоимости.

Полезный совет! Для повышения эффективности воздушных гелиосистем коллекторы можно встраивать в стены южной ориентации на стадии строительства дома.

Солнечные воздушные коллекторы бывают плоскими или в виде системы из труб

Теплопроводность воздуха в значительной степени ниже данных показателей воды, что отражается на эффективной работе системы. Во избежание потерь тепла все стыковые соединения должны быть тщательно изолированы. Несмотря на существующие недостатки, воздушный солнечный коллектор хорошо справляется с задачей нагрева воздуха в помещении при разнице температур внутри и снаружи в 15-17 °С.

Требования к материалам для изготовления самодельного солнечного коллектора

Для изготовления каркаса солнечного коллектора для отопления своими руками применяется фанера, деревянный брус, плиты ОСП или другие подобные варианты. Как альтернативу можно использовать алюминиевый или стальной профиль со вставками из аналогичных материалов, что придаст конструкции прочность и надежность. Однако такой корпус будет иметь высокую стоимость.

Материалы должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к конструкциям, которые располагаются на открытом воздухе. Поскольку в среднем период эксплуатации солнечного коллектора составляет 20-30 лет, необходимо, чтобы материалы характеризовались высокими эксплуатационными характеристиками, которые будут оставаться неизменными на протяжении всего периода службы установки.

Древесина для корпуса должна обрабатываться водно-полимерными составами и покрываться лакокрасочными эмульсиями. Стальной профиль необходимо надежно защитить от коррозии.

Для изготовления каркаса коллектора используется фанера, плиты ОСБ или брус

Для изготовления абсорбера гелиостата своими руками используют доступные подручные материалы. Змеевик может быть произведен из жесткой ПВХ трубы с фитингами, гибкой ПНД трубы, гнутой медной или металлической трубки. Для абсорбера подойдет теплообменник старого холодильника. Также элемент можно выполнить из алюминиевых банок или пластиковых бутылок. Главным критерием выбора является теплопроводность материала.

Для предотвращения потерь тепла корпус следует утеплить со всех сторон. Для этих целей преимущественно используется минеральная вата или пенопласт. Хорошо себя зарекомендовал фольгированный вариант утеплителя, который обеспечит не только теплоизоляцию, но и отражение лучей солнца от поверхности.

Важно! В слое утеплителя из пенопласта необходимо выполнить канавки для укладки змеевика.

Теплообменник закрывается защитной поверхностью, в качестве которой может быть использовано закаленное стекло или монолитный поликарбонат. Материал должен иметь рифленую, а не гладкую поверхность.

Чтобы предотвратить потерю тепла, корпус коллекторов утепляют минеральной ватой или пенопластом

Изготовление плоского солнечного коллектора своими руками

На первом этапе выполняется расчет солнечного коллектора для отопления, исходя из площади помещения. Его габариты также определяются уровнем активности солнца в данном регионе, расположением дома, характеристикой местности.

Корпус коллектора изготавливается из древесины или стекла. Можно использовать старые окна с остеклением. Для создания абсорбера подойдут алюминиевые или медные трубки, свернутый резиновый шланг, стальные плоские батареи. Можно создать коллектор из полипропиленовых труб черного цвета.

На днище корпуса укладывается теплоизоляционный материал в виде пенопласта или минеральной ваты. Далее вся площадь покрывается металлическим листом из тонкой стали или алюминия для усиления эффекта теплоотдачи.

Сверху монтируются трубы змеевика, которые крепятся к металлическому листу с помощью скоб. Его концы выводятся наружу. Поверхность конструкции покрывается ударопрочным закаленным стеклом или прозрачным поликарбонатом, оставляя зазор 10-15 см для хорошего теплообмена. Накопительный бак защищается теплоизолирующим материалом или окрашивается в черный цвет. К нему подключается нагревательный элемент, от которого выполняется разводка труб системы отопления дома.

Солнечный коллектор плоского типа можно изготовить собственноручно

Важно! Все стыковые соединения должны быть надежно загерметизированы.

Варианты создания воздушного солнечного коллектора своими руками

Изготовление традиционного воздушного солнечного коллектора для отопления дома своими руками начинается с создания каркаса из деревянных досок. Заднюю и торцевые стенки следует утеплить минватой. Корпус закрепляется на стене. Все зазоры необходимо заизолировать монтажной пеной. По боковым сторонам выполняются отверстия под патрубки для входа и выхода воздушных масс. Наружные элементы надежно обматываются теплоизоляционным материалом.

В качестве абсорбера используется перфорированный металлический лист из алюминия, который характеризуется высокой теплопроводностью и низкой стоимостью. Для увеличения селективных качеств он покрывается черной краской. Сверху укладывается лист из стекла или поликарбоната.

Важно! Степень нагрева определяется габаритами солнечной панели.

В качестве абсорбера для воздушного коллектора можно использовать водопроводные трубы

Абсорбер может быть выполнен из водопроводных труб прямоугольного сечения, которые устанавливаются на лист из алюминия и фиксируются к нему с помощью монтажной ленты и саморезов. Задняя стенка деревянного корпуса утепляется минеральной ватой, а боковые – пенополистиролом. Трубы окрашиваются в черный цвет и покрываются листом закаленного стекла или поликарбоната.

Еще более простая конструкция изготавливается из профнастила. Каркас выполняется из деревянных брусков. В дне проделывается выходное отверстие. На брус укладывается профнастил со множеством отверстий по всей площади изделия, которые обеспечат приток воздуха.

Хорошим решением является сооружение воздушного коллектора на окне. Это довольно эффективный вариант, позволяющий неплохо обогреть помещение. Каркас изготавливается из алюминиевых рамок и крепится к окну в виде москитной сетки. Задняя стенка выполняется из листа алюминия, в котором проделываются отверстия в нижней, (для забора холодного воздуха) и в верхней (для отведения теплого воздуха) частях. Роль абсорбера может также выполнять черная фольга, которая покрывается защитной пленкой ПВХ.

Солнечный коллектор для отопления дома: отзывы и рекомендации по выбору устройства

При выборе солнечного коллектора следует учитывать некоторые нюансы. Плоские модели являются более прочными, чем другие разновидности. Однако такие конструкции непригодны для ремонта. Незначительная поломка способна вывести из строя всю систему абсорбции, что приводит к затратам на приобретение новой. Сэкономить средства можно, изготовив плоский солнечный водонагреватель своими руками, нагревающий теплоноситель на 30-40 °С выше температуры окружающей среды.

При выборе коллектора нужно учесть, что плоские модели более прочные, но не подлежат ремонту

Вакуумные солнечные системы нагрева весьма чувствительны к внешнему воздействию, более податливы к повреждениям, что связано с хрупкостью полых труб. Однако в случае выхода из строя одной из колб ее можно заменить новой. Данный коллектор намного эффективнее в зимний период, чем плоский вариант, поскольку обеспечивает нагрев в более широком диапазоне и способен поддерживать температуру длительное время.

Производительность вакуумного коллектора зависит от размера трубок. Чем они короче, тем меньше выработка тепловой энергии. Оптимальным вариантом является система с несколькими колбами длиной 2 м и шириной 6 см. Для обеспечения эффективного термогенеза во внутренней части колбы должна располагаться прямая или U-образная вставка.

Воздушные варианты имеют простую конструкцию, редко нуждаются в ремонте, способны выдерживать очень низкие температуры. Срок их службы превышает период эксплуатации остальных систем. Однако они слабо нагревают помещение.

Полезный совет! Перед приобретением системы необходимо выполнить расчет солнечного коллектора при участии квалифицированного специалиста в данной области деятельности.

Вакуумные коллекторы обеспечивают нагрев в более широком диапазоне, чем плоские

Важно правильно выбрать место для установки системы. Солнечный нагреватель воды своими руками необходимо располагать на южной стороне или с отклонением от нее на 30°. Должны быть предусмотрены мероприятия по отводу осадков в зимний период. Устройство может располагаться вертикально, что избавит от проблем, связанных с очисткой коллектора от снега. Однако такое положение негативно отразится на КПД нагревателя.

Последовательность монтажа гелиосистемы для отопления от солнца

После покупки или изготовления своими руками солнечного коллектора для отопления дома можно приступать к его установке.

Монтаж начинается с установки накопительного бака емкостью 20-40 л. Можно также использовать несколько небольших резервуаров, которые соединены в последовательную цепочку с помощью труб. Бак следует утеплить во избежание быстрой потери тепловой энергии. Накопительная емкость располагается в самой высокой точке. При этом следует учитывать, что при заполнении системы жидкостью конструкция будет иметь значительный вес, что потребует усиления перекрытия в месте ее расположения.

Далее выполняется монтаж своими руками солнечного коллектора для нагрева воды, который располагается на южной стороне здания под углом относительно линии горизонта в 35-45°. Затем система обвязывается трубами, что необходимо для получения замкнутого гидравлического контура. Для этого используются дюймовые или полудюймовые элементы. Детали меньшего диаметра применяются для организации напорной части системы. Трубы должны быть заизолированы, что снизит вероятность тепловых потерь.

Чтобы коллектор качественно работал необходимо правильно произвести сборку и монтаж конструкции

Важно! От герметичности всех узлов соединения зависит эффективная работа коллектора отопления.

По завершении монтажа выполняется испытание системы. Ее наполнение происходит через патрубок в нижней части коллектора, что исключит вероятность образования воздушных пробок. Теплоноситель поступает в накопительную емкость до достижения оптимального уровня, что регулируется с помощью поплавкового клапана. Нагретая жидкость будет подниматься в аванкамере и поступать в систему отопления. Естественная циркуляция происходит до тех пор, пока не выровняется температура жидкости, поступающей в радиатор, и той, что выходит из коллектора.

При обустройстве гидравлической системы предусматривается установка запорной арматуры, которая препятствует обратной циркуляции теплоносителя в накопитель из коллектора. Такое явление происходит при снижении температуры окружающей среды, что характерно для вечернего или ночного времени суток.

Отечественные производители солнечных коллекторов для дома

Популярным производителем солнечных коллекторов является компания Новый полюс, которая предлагает широкий ассортимент моделей по демократичным ценам. Особое место занимают плоские устройства, выполненные из алюминия. Теплоноситель циркулирует по медным трубкам, оснащенным двойной изоляционной защитой, благодаря чему обеспечивается эффективная работа системы при низких температурах.

Отечественная компания Новый полюс предлагает широкий ассортимент коллекторов

Оборудование для отопления дома можно приобрести в комплекте с накопительным баком, контроллером температуры и циркуляционным насосом. Средняя цена солнечного коллектора составит 20-22 тыс. руб.

Другим успешным производителем преобразователей солнечной энергии в тепловую является компания АльтЭнергия, которая выпускает плоские и вакуумные коллекторы. Первый вариант изделий может поставляться совместно с бойлером объемом 200-500 л, который работает по принципу косвенного нагрева. Вакуумные коллекторы комплектуются накопительными емкостями на 100-1000 л и циркуляционными насосами.

Важно! Продукция от компании АльтЭнергия проходит сертификацию в Германии.

Плоское устройство будет стоить около 13 тыс. руб. Цена вакуумного солнечного коллектора составит 35-50 тыс. руб.

Плоский солнечный коллектор от АльтЭнергия будет стоить около 13 тыс. рублей

Отечественный производитель АНДИ Групп специализируется на изготовлении коллекторов вакуумного типа. Главной особенностью изделия является их возможность адаптироваться к сложным погодным условиям. Коллекторы способны преобразовывать энергию даже в пасмурные дни. Каждая колба имеет трехслойное покрытие, благодаря которому обеспечивается максимальное поглощение солнечного излучения. Купить солнечный коллектор можно в среднем за 25-35 тыс. руб.

Компания НПО Машиностроения выпускает ряд солнечных коллекторов, которые отличаются простой модификацией, функциональностью и доступной стоимостью. При изготовлении изделий задействуют новейшие технологии. Отличительной чертой коллекторов является наличие многослойного поглотителя, который наносится на абсорбер способом магнитного напыления. Данный слой способствует максимальному захвату и удержанию солнечной энергии, благодаря чему КПД устройств составляет 85-90%. Купить гелиосистему можно за 15-20 тыс. руб.

Обзор популярных моделей солнечных коллекторов для отопления

Популярной моделью солнечного коллектора плоского типа является изделие Сокол-Эффект А отечественного производства. Такая установка может использоваться круглогодично. Размер панели составляет 2,06 м². Абсорбер изготовлен из алюминия. Поглощает до 95% солнечной энергии. Потери тепла составляют 5%. Средняя производительность установки – 125 л. Жидкость может нагреваться до 50 °С. Цена солнечного коллектора отопления – 17 тыс. руб.

Еще одной эффективной плоской моделью является коллектор FPC-2200. Адсорбер представлен алюминиевой панелью, которая способна поглощать до 94% солнечного излучения. Максимальное давление установки составляет 1 МПа. Активная площадь панели равна 2,1 м². Солнечный коллектор считается высокотемпературной установкой, которая нагревает теплоноситель до температуры 135 °С. Стоимость устройства – 28 тыс. руб.

Плоский солнечный коллектор Сокол-Эффект А может поглощать до 95% солнечной энергии

Лучшим вакуумным солнечным коллектором является модель HH-SCH-12. Устройство состоит из 12 колб длиной 1,8 м и диаметром 5,8 см. КПД коллектора составляет 92%. Рабочая площадь установки равна 1,5 м². Такой солнечный коллектор считается идеальным решением для сплит-систем. Для увеличения производительности можно последовательно объединить несколько таких приборов. Стоит данная модель 27 тыс. руб.

Популярностью среди воздушных солнечных коллекторов пользуется модель Solarventi SV3. Такое устройство может работать в автономном режиме. Коллектор используется для обогрева жилых, складских и технических помещений площадью до 25 м². Полный цикл воздухообмена происходит в течение 2 часов. КПД системы составляет 57%. Коллектор нагревает теплоноситель до 15 °С. Благодаря небольшому весу, который равен 6 кг, устройство можно закрепить вертикально к стене. Стоимость такого коллектора – 40 тыс. руб.

Солнечный коллектор является одним из самых популярных и доступных альтернативных источников тепла для централизованного горячего водоснабжения и отопления дома. Такое техническое устройство можно приобрести в готовом виде или изготовить самостоятельно из подручных материалов, что позволит сэкономить финансы. Выбирать определенный тип изделия следует после изучения всех преимуществ и недостатков конструкции, которые необходимо учитывать для конкретной ситуации.