Солнечный коллектор отопление: Солнечное отопление частного дома: обзор лучших конструкций

Содержание

Солнечное отопление частного дома: обзор лучших конструкций


Использование “зеленой” энергии, поставляемой природными стихиями, позволяет существенно сокращать коммунальные расходы. К примеру, устроив солнечное отопление частного дома, вы будете снабжать фактически бесплатным теплоносителем низкотемпературные радиаторы и системы теплых полов. Согласитесь, это уже экономия.

Все о “зеленых технологиях” вы узнаете из предложенной нами статьи. С нашей помощью вы запросто разберетесь в разновидностях солнечных установок, способах их устройства и специфике эксплуатации. Наверняка заинтересуетесь одним из популярных вариантов, интенсивно работающих в мире, но не слишком пока востребованных у нас.

В представленном вашему вниманию обзоре разобраны конструктивные особенности систем, детально описаны схемы подключения. Приведен пример расчета солнечного отопительного контура для оценки реалий его сооружения. В помощь самостоятельным мастерам прилагаются фото-подборки и видео.

Содержание статьи:

“Зеленые” технологии получения тепла

В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года.

В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.

Современные гелиосистемы способны эффективно работать в пасмурную и холодную погоду до -30°С

Задача использования с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи. Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.

Тепловые коллекторы нагреваясь под действием солнечных лучей нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.

Галерея изображений

Фото из

Солнечные коллекторы - основные поставщики подготовленного к использованию теплоносителя в системы отопления загородных домов

Коллектор представляет собой систему трубок, незакрытых или закрытых темной, усиливающей эффект поглощения солнечных лучей поверхностью

Трубки открытых солнечных приборов изнутри покрыты составом, привлекающим к себе солнечные лучи и усиливающим действие

Трубчатые разновидности коллекторов применяются в подогреве всех видов теплоносителей, задействованных в системах отопления

В наших широтах тепла, поступающего в результате переработки солнечной энергии, недостаточно для полноценной работы отопления. Повысить производительность поможет концентрическая форма и крупногабаритная лупа

Модификации солнечных коллекторов, позволяющие привлечь наибольшее количество солнечных лучей, выпускаются в виде вогнутых концентраторов с зеркальным отражателем

Модели, используемые для получения переработанной солнечной энергии в больших масштабах, оснащают устройствами "слежения" за движением солнца

Усиливают производительность системы не только с помощью изменения формы и использования устройств движения.

В основном повышают, увеличивая приемную площадь

Солнечный коллектор на крыше дома

Прибор с поглощающей поверхностью

Открытый вакуумный солнечный коллектор

Для воздушного и парового отопления

Линза для повышения производительности прибора

Коллектор концентратор с отражателем

Промышленная модель с устройством движения

Мощная группа коллекторов-концентраторов

Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты. Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.

Промышленность в широком ассортименте производит коллекторные системы для включения в независимую отопительную сеть. Однако простейший вариант для дачи несложно сделать собственноручно:

Галерея изображений

Фото из

Самодельный закрытый солнечный коллектор

Простейшая конструкция

Змеевик коллектора из медных трубок

Методы усиления эффективности

Использование жестких водопроводных труб и фитингов

Пластиковые бутылки в изготовлении коллекторов

Воздушный солнечный коллектор из металлических банок

Полимерные трубы в самостоятельном производстве

Несмотря на явный прогресс в разработке решений по собиранию, аккумулированию и использованию солнечной энергии, существуют достоинства и недостатки.

Эффективное использование энергии солнца

Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.

Второй плюс – это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.

Эффективность солнечного отопления в наших широтах довольно низка, что объясняется недостаточным количеством солнечных дней для регулярной работы системы (+)

Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году. Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Существенный недостаток отопления, основанного на применении солнечных коллекторов, заключается в отсутствии возможности накапливать тепловую энергию. В схему включен только расширительный бак (+)

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель.

В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.

Солнечные коллекторы открытого типа не способны справиться с отоплением частного дома. Из-за отсутствия изоляции теплоноситель быстро остывает. Их используют в летнее время в основном для нагрева воды в душевых или бассейнах

У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.

Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД.  Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых.

Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.

Самый простой солнечный коллектор с теплоприемником, сделанным из бухты полимерных труб, обеспечит поставку подогретой воды на даче для полива и бытовых нужд

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.

Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.

Трубчатый коллектор имеет модульную структуру. Основным элементом является вакуумная трубка, количество трубок варьируется от 18 до 30, что позволяет точно подобрать мощность системы

Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.

Специальное многослойное покрытие создает своего рода оптическую ловушку для солнечных лучей. На схеме частично показана внешняя стенка вакуумной колбы отражающая лучи на стенки внутренней колбы (+)

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.

При цилиндрической форме трубки солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

Свое название система получила от перьевого абсорбера, который плотно обхватывает тепловой канал из теплопроводящего металла

Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe). Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Поскольку легкоиспаряющаяся жидкость естественным образом стекает на дно термотрубки, минимальный угол наклона составляет 20° С

Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении. В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.

При прямоточном подключении давление в системе не может быть высоким, так как внутри колбы технический вакуум

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель. Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.

Достоинства:

  • низкие теплопотери;
  • способность работать при температуре до -30⁰С;
  • эффективная производительность в течение всего светового дня;
  • хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
  • низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
  • возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность.

Обладает следующими недостатками:

  • не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
  • высокая стоимость.

Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются.

Имеют большой срок эксплуатации.

Трубчатые коллекторы относятся к гелиоустановкам открытого типа, потому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления (+)

Плоские закрытые системы

Плоский коллектор состоит из алюминиевого каркаса, специального поглощающего слоя – абсорбера, прозрачного покрытия, трубопровода и утеплителя.

В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.

С наружной стороны закрытая панель защищена прозрачным покрытием. Оно изготовлено из противоударного закаленного стекла, имеющего полосу пропускания 0,4-1,8мкм. На такой диапазон приходится максимум солнечного излучения. Противоударное стекло служит хорошей защитой от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.

Плоские солнечные коллекторы отличаются максимальной производительностью и простой конструкцией. КПД их увеличен за счет применения абсорбера. Они способны улавливать рассеянное и прямое солнечное излучение

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

  • простота конструкции;
  • хорошая производительность в регионах с теплым климатом;
  • возможность установки под любым углом при наличии приспособлений для изменения угла наклона;
  • способность самоочищаться от снега и инея;
  • низкая цена.

Плоские солнечные коллекторы особенно выгодны, если их применение запланировано еще на стадии проектирования. Срок службы у качественных изделий составляет 50 лет.

К недостаткам можно отнести:

  • высокие теплопотери;
  • большой вес;
  • высокая парусность при расположении панелей под углом к горизонту;
  • ограничения в производительности при перепадах температуры более 40°С.

Сфера применения закрытых коллекторов значительно шире, чем гелиоустановок открытого типа. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальщиками в отопительный период, они могут поработать вместо газовых и электрообогревателей.

Желающим собственными руками для устройства отопления на даче предлагаем ознакомиться с проверенными на практике схемами и пошаговыми инструкциями по сборке.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.

Значения КПД зависят от качества изготовления солнечного коллектора. Цель графика показать эффективность применения разных систем в зависимости от разницы температуры

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

  • коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
  • коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
  • общая и апертурная площадь;
  • КПД.

Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема с водяным коллектором

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

  1. Летний вариант для горячего водоснабжения
  2. Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без , используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор. Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

Чтобы ночью коллектор не превратился в радиатор охлаждения необходимо прекращать циркуляцию воды принудительно

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй – на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора.

Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе. В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Новым словом и эффективной альтернативой солнечным коллекторам с теплоносителем стали системы с , с принципом действия и устройства которых мы предлагаем ознакомиться.

Схема с солнечной батареей

Было бы заманчиво применить схожую к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Галерея изображений

Фото из

Солнечные электростанции в отоплении дома

Процесс установки солнечных панелей на кровлю

Самостоятельный монтаж прибора на крышу гаража

Самодельный электроприбор для солнечного отопления

Все о вариантах организации отопления частного дома на солнечных батареях вы найдете .

Пример расчета необходимой мощности

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:

  • обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
  • обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м2 земли называется инсоляцией.

Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная – 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д.

С всеми видами и способами их использования вы сможете ознакомиться в представленной статье.

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Демонстрация действия солнечного коллектора в зимнее время:

Видео #2. Сравнение разных моделей солнечных коллекторов:

На протяжении всего собственного существования человечество с каждым годом потребляется все больше энергии. Попытки использовать бесплатное солнечное излучение предпринимались давно, но только в последнее время стало возможным эффективно использовать солнце в наших широтах. Несомненно, что за гелиосистемами будущее.

Хотите сообщить об интересных особенностях в организации солнечного отопления загородного дома или дачи? Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос, оставить фото с демонстрацией процесса сборки системы, поделиться полезными сведениями.

Солнечные коллекторы для ГВС и отопления дома. Лучшее соотношение цена-качество!

Качество достойное уважения!

ООО «ОПТОН ИМПЭКС»лауреат Национального Рейтинга качества товаров и услуг «Звезда качества»

Почетная награда «Звезда качества» и Экспертное заключение на компанию с правом использования графического изображения «Звезда качества» для маркировки продукции и услуг.

 

Всесезонные солнечные водонагревательные сплит-системы для отопления и горячего водоснабжения.

Сплит-система Стандарт модель SH бренд АНДИ Групп

 

 

Солнечная сплит-система идеальное решение для обеспечения горячего водоснабжения и поддержки отопления в современных условиях.Использование солнечных коллекторов для отопления и горячего водоснабжения позволяет существенно снизить постоянно увеличивающиеся расходы на традиционные источники тепла (газ, твердое и жидкое топливо, электроэнергия).

 Преимущества сплит-систем.

 Круглогодичное использование (при температурах воздуха до ― 40°C).

 Возможность использования на территориях имеющих среднее солнечное излучение (умеренный климат)

 Можно использовать как самостоятельно, так и как дополнительную систему для нагрева в системах с комбинированным нагревом теплоносителей, что ощутимо снижает затраты на обогрев.

 Возможность управления температурой нагрева.

 Комплектация:
  • Вакуумный солнечный коллектор 12, 18, 24,36, 48, 60 трубок (в зависимости от модели)
  • Бак горячей воды 100, 150, 200, 300, 400, 500 литров ( в зависимости от модели) с одним или двумя теплообменниками, датчиками температуры воды, магниевым анодом, предохранительным клапаном.
  • Рабочая станция с циркуляционным насосом, встроенным контроллером автоматического управления и расширительным баком

В основе системы ― солнечный коллектор, преобразующий энергию солнца в тепловую с эффективностью поглощения до 98%. Высокая эффективность достигается за счет специального покрытия трубок.

Вакуумная трубка солнечного коллектора сделана из высококачественного, сверхпрочного боросиликатного стекла, обеспечивающего защиту и от града и механических повреждений.

Бак горячей воды выполнен из нержавеющей стали  с теплоизоляцией из полиуретана (50 мм), сохраняет высокую температуру до 72 часов. Потери тепла при отсутствии подогрева 2°C― 4°C в сутки.

ЗАКАЗАТЬ РАСЧЁТ

 Если выбор солнечной сплит-системы вызывает у Вас затруднение, оставьте заявку на расчёт и квалифицированные специалисты нашей компании помогут подобрать солнечную водонагревательную систему удовлетворяющую Вашим потребностям. 

Солнечные коллекторы и системы теплоснабжения

Нагреть 1 кг воды на 1 градус можно, затратив 1,16 Вт*ч. Значит, нагреть тонну воды на 30 градусов (от 20 до 50) можно, затратив 1,16х1000х30=34800 Вт*ч.

Считается, что минимальная мощность, при которой еще более-менее будет работать гелиосистема – это 100 Вт/м². Летом в средней полосе России приход солнечной энергии составляет примерно 5 кВт*ч/м², с учётом среднего КПД солнечного коллектора около 60% получаем 3 кВт*ч энергии с 1 м² солнечного коллектора.

В среднем от вакуумного коллектора в течение года можно получить до 15-30% больше энергии, чем от плоского, причём эта добавка будет за счет более эффективной работы при низких температурах (т.е. как раз тогда, когда нужно поддерживать систему отопления и тепло нужнее всего). С другой стороны, при этом увеличивается стоимость системы. Целесообразность установки вакуумных или плоских коллекторов решается в каждом конкретном случае.

Одна сертификационная европейская лаборатория собрала параметры разных солнечных коллекторов в достаточно удобную форму для анализа. Основным итоговым корректным показателем для сравнения является удельный параметр – КОЛИЧЕСТВО ВЫРАБОТАННОЙ ЭНЕРГИИ ЗА ГОД приведенный к АПЕРТУРНОЙ площади солнечного коллектора (апертурная площадь – это площадь проекции внутреннего габарита коллектора или суммы проекций внутреннего размера вакуумных трубок или рефлектора на горизонтальную поверхность).

Сайт на английском, но при желании можно разобраться. Приведены данные по разным типам коллекторов разных производителей, показана конструкция коллекторов и их основные параметры, включая удельную выработку:
– для горячего водоснабжения,
– преднагрев (когда греется много воды до невысокой температуры),
– отопление.

Последние годы по всему миру стала популярной европейская система сертификации солнечных коллекторов Solar Keymark. Практически все серьезные производители получили такой сертификат на свою продукцию. В интернете есть онлайн база данных по всем сертифицированным Solar Keymark коллекторам.

Каждый тип коллекторов имеет свои области применения. В последнее время появилось много продавцов вакуумных коллекторов китайского производства сомнительного качества. Мы тоже продаем вакуумные китайские коллекторы, но при этом мы, путем проб и ошибок, выбрали одного из лучших производителей. Очень часто продавцы коллекторов вводят в заблуждение покупателей, завышая показатели выработки тепла и возможности солнечных коллекторов. Нужно понимать, что приход солнечной энергии в зимнее время на большей части территории России недостаточен для отопления (исключение составляют южные регионы европейской части России и некоторые регионы Восточной Сибири и Дальнего Востока.

Вакуумный солнечный коллектор на крыше

На сайте SintSolar есть перевод документа о сравнительном тестировании немецких плоских и вакуумных солнечных коллекторов. Там же можно почитать про особенности использования коллекторов с вакуумными трубками. Однако, нужно учитывать, что это сравнение тенденциозное, и делалось продавцом плоских коллекторов. Какая-то доля правды там есть, но выводы о нецелесообразности использования вакуумных коллекторов неверные. Обсуждение этой статьи можно почитать здесь и здесь.

Для того, чтобы сделать правильный выбор, мы рекомендуем проанализировать различные коллекторы из баз данных результатов испытаний Institut für Solartechnik и Solar Keymark.

Для целей отопления необходимо примерно 2 кВт*ч энергии на 1 м²отапливаемой площади дома в сутки. Эта цифра средняя для энергоэффективного дома и температуры окружающего воздуха до -20°С. То есть за месяц для среднего дома площадью 200 м² нужно около 12000 кВт*ч энергии.

Как рассчитать систему с солнечными коллекторами?

В осенне-весенний среднемесячный приход солнечной радиации на 1м² наклонной поверхности составляет от 20 до 80 кВт*ч/месяц. Летом в пике приход солнечной радиации может доходить до 160 кВт*ч/месяц, но обычно летом не нужно нагревать здание. Даже если мы хотим получить четверть требуемой для отопления энергии (аккумулировать солнечную энергию для отопления не имеет смысла, поэтому обычно солнечное тепло добавляется в систему отопления в режиме “онлайн”, т.е. только когда светит и греет солнце), нам нужно около 3000 кВт*ч тепловой энергии. При зимнем КПД системы с солнечными коллекторами максимум 50% (с учетом потерь как в самом коллекторе, так и в трубопроводах от коллектора до потребителя) для сбора такого количества энергии необходимо 3000/50*0,5=120 м² площади солнечных коллекторов. Один 20-ти трубочный вакуумный коллектор имеет полезную площадь около 1,8 м² и занимает площадь около 3м². Таким образом, потребуется 40 таких коллекторов.

Летом эти коллекторы будут выдавать в 5-8 раз больше тепловой энергии, т.е. до 24 000 кВт*ч. Для сравнения, для целей горячего водоснабжения на 1 человека при норме в 100 л/сутки горячей воды температурой 40°С требуется примерно 100*1,16*30=3,48 кВт*ч. На семью из 4-5 человек потребуется до 15-20 кВт*ч энергии. Необходимо предусмотреть, куда девать остальные 20000 кВт*ч энергии. Хорошо , если есть бассейн, который нужно греть. В противном случае нужно будет накрывать большую часть коллекторов. Хорошим решением является сезонное аккумулирование в конструкциях здания или в земле, но такие решения, естественно, потребуют дополнительных капитальных затрат.

Поэтому мы рекомендуем рассчитывать систему солнечного теплоснабжения в расчете на горячее водоснабжение, можно раза в 2 увеличить количество коллекторов для того, чтобы гарантированно обеспечить ГВС в весенне-осенний период и иметь заметную добавку к генерации тепла в зимний период. Если увеличить количество коллекторов в 3-5 раз, то можно ощутить добавку солнечного тепла в отопительный баланс в межсезонье. Большее количество солнечных коллекторов в нашем климате использовать нецелесообразно.

В зависимости от солнечной радиации и температуры окружающей среды, КПД солнечного коллектора может быть от 20-70%. Таким образом, при ярком солнце может сниматься до 650 Вт/м², а в пасмурную – 10 Вт/м². А когда в баке 50°С, при этом в пасмурную погоду в коллекторе 40°С, то в данный момент КПД коллектора = 0. Эту ситуацию можно исправить путем применения тепловых насосов, но такое решение также повышает общую стоимость системы.

Очень немногие продавцы солнечных коллекторов могут правильно (и правдиво) рассчитать систему солнечного теплоснабжения – как для целей горячего водоснабжения, так и для отопления. Мы утверждаем, что использовать солнечные коллекторы (как вакуумные, так и плоские) для ГВС в весенне-осенний период удобно и выгодно. Мы можем подобрать оптимальный состав системы для ваших конкретных целей. Опасайтесь тех, кто обещает вам за счет солнечной энергии обеспечить дом теплом зимой – в нашем климате это практически невозможно. Заполните форму заявки на подбор оборудования на нашем сайте, наши специалисты помогут вам сделать правильное решение.

Как правильно расположить солнечные коллекторы?

Солнечные коллекторы нужно ориентировать по возможности строго на юг. Однако, без существенного падения производительности можно отклониться от южного направления на 30 градусов. Для фотоэлектрических панелей можно без существенного ухудшения отклоняться до 45 градусов. Превышение этих рекомендуемых цифр сильно ухудшить эффективность системы солнечного тепло или электроснабжения.

Располагать СК и СБ для круглогодичного использования обычно рекомендуют по углом к горизонту, примерно равным широте местности. Если система эксплуатируется в основном летом, то нужно уменьшить этот угол на 15°, если в основном зимой – увеличить на 15°. Если широта местности больше 60 градусов, то СК можно вообще устанавливать вертикально – таким образом решается также проблема со снегом – на вертикальных поверхностях он обычно не задерживается. Если вакуумный коллектор установлен под углом менее 80°, то нужно, чтобы под коллектором было свободное пространство для падающего с него снега. Обычно коллекторы (как плоские, так и вакуумные) и солнечные батареи, установленные прямо на крышах, в наших условиях на большую часть зимы оказываются занесенными снегом и льдом, поэтому фактически не работают. Если для вас важно обеспечить работу системы солнечного энергоснабжения зимой, мы рекомендуем устанавливать их или вертикально, или под углом около 60 градусов, но с обеспечением свободного пространства под коллекторами, куда с коллекторов может спадать снег и лед.

Эта статья прочитана 13231 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 77

    Энергия Солнца на все случаи жизни Источник: Аква-терм №3 (19) май 2004 Самым простым и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев воды в плоских солнечных коллекторах.Принцип действия такого устройства весьма прост: видимые лучи солнца, проникая сквозь стекло (проходит…
  • 74

    Солнечная альтернатива газу В.С.ИОНОВ исполнительный директор «Национального центра меди» Источник: СтройПРОФИль №2/1 2006 Солнечные системы ГВС и отопления на основе медных коллекторов – реальная экологическая альтернатива органическим видам топлива в ЖКХ События этой зимы — выяснения отношений между Украиной и…
  • 73

    Эффективность применения солнечных водонагревателей в климатических условиях средней полосы России Автор: О. С. Попель Институт высоких температур Российской академии наук АННОТАЦИЯ На основе математического моделирования простейшей солнечной водонагревательной установки с использованием современных программных средств и данных типичного метеогода показано, что…
  • 71

    Интересные ссылки по солнечным коллекторам Солнечные коллекторы: правда и мифы. Приведено сравнение плоских и вакуумных коллекторов. Написано все, на удивление, правильно, видно что писал не журналист, а практик. Видео о солнечных коллекторах https://youtu.be/Bm-hgBhgwL0 Процесс кипячения воды в вакуумной трубке Испытания…

  • 69

    Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в…
  • 67

    Энергия - даром (солнечный водонагреватель) Вода, ветер и солнце — самые доступные и неисчерпаемые источники энергии, которые природа дарит человеку. Не случайно к ним в последние годы снова обращается самое пристальное внимание как науки и промышленности, так и энтузиастов технического творчества,…

виды, устройство, принцип работы, расчет солнечных батарей, панелей.

Солнечное излучение это один из самых доступных и распространенных альтернативных источников тепла. А солнечные коллектора в свою очередь — самый простой способ эту энергию преобразовать. С каждым годом все больше людей рассматривают коллектора в качестве дополнительного источника энергии для дома.

Но что же представляют собой коллектора, чем отличаются между собой и действительно ли они так эффективны? Читайте далее в статье.

Что такое солнечный коллектор и зачем он нужен

Ежедневно на землю падает огромное количество солнечного излучения большая часть которого не используется. Задача коллектора — «впитать» в себя определенную долю этого излучения и преобразовать его в пригодную для человеческих потребностей энергию.

При этом важно отличать:  солнечное излучение может быть преобразовано в 2 вида энергии – тепловую и электрическую.

  1. Солнечные коллекторы применяются для получения тепла и нагрева воды. Они нагревают воду которая используется для ГВС и отопления здания.
  2. Солнечные батареи (они же фотоэлектрические модули) применяются для выработки электроэнергии. Они имеют совершенно другой принцип действия.

Существует также комбинированная технология. Панели, которые одновременно вырабатывают электрическую и тепловую энергию.

Преимущества солнечных коллекторов для отопления дома

Экономия газа

Летом солнечные коллектора способны полностью закрыть потребность здания в горячей воде. В межсезонье – весной и осенью, коллектора снижают нагрузку на газовый котел, что в конечном итоге сокращает потребление газа. В зимнее время коллектора работают с очень низкой эффективностью.

Энергонезависимость

Используя солнечный коллектор для отопления вы снижаете собственную зависимость от газа. Коллектор является дополнительным источником тепла. Как минимум в летнее время вы сможете бесплатно получать горячую воду не используя для этого газ. Аналогичный результат вы можете получить при отоплении тепловым насосом.

Доступность

Для установки солнечного коллектора не требуется разрешение. Все что нужно – сантехник с прямыми руками и компетентный продавец, знающий все особенности и тонкости монтажа.

Долгий срок службы

Срок службы коллектора – более 15 лет. А значит, вы очень долго сможете пользоваться бесплатным солнечным теплом. 

[block_reclama1]

Их недостатки

Стоимость

Цены на солнечные коллекторы для нагрева воды плавают от 500$ до 1000€ за штуку. А целая система «под ключ» состоящая из двух коллекторов будет стоить от 2500$. Немалые начальные вложения, со сроком окупаемости 7-10 лет.

Непостоянство

Солнце нельзя включать и выключать по собственному желанию. Поэтому коллектора нельзя рассматривать как единственный источник тепла.

Нужен бак-накопитель

Для работы солнечных коллекторов требуется бак-накопитель. Если в вашей отопительной системе он не предусмотрен, то это повлечет дополнительные затраты на покупку коллекторов.

Эффективность солнечных коллекторов для нагрева воды

Эффективность коллектора зависит от региона. Чем южнее регион, тем активнее солнце и выше эффективность работы коллектора.

На территории Украины солнечные коллектора имеют большой потенциал использования. В среднем на 1м2 земли за год падает от 1000 до 1350кВт-ч солнечной энергии. Это эквивалентно 120-140м3 газа.

Произведем простой расчет. Возьмем обычный коллектор, рабочая площадь которого – 2,3м2. За год его выработка тепловой энергии в газовом эквиваленте составит 276-322м3. При тарифе на газ 1,8грн/м3 получаем: за год один коллектор экономит 496-579грн.

Не очень много, учитывая начальную стоимость коллектора. При таких цифрах его окупаемость будет очень большой. Конечно цифры очень усредненные и для каждого региона нужно делать свой расчет.

Виды солнечных коллекторов для нагрева воды

Существует множество видов солнечных коллекторов, которые отличаются назначением, внешним видом, принципом работы и так далее.  Основные отличия можно классифицировать следующим образом:

Конструкция и внешний вид:

  • Плоские.
  • Трубчатые вакуумные.

Назначение:

  • Для поддержки системы отопления и ГВС (солнечными коллекторами в принципе сложно обеспечить полноценное отопление дома, они работают только в поддержку системе отопления).
  • Для нагрева воды в бассейне (отдельный вид панелей, изготавливают из пластика).

Принцип работы

  • Самотечные — идеальный вариант для дачи или сезонного использования. Это автономная система, которая не требует подключения к электросети.
  • С принудительной циркуляцией. Этот вид солнечных коллекторов подключается к общей системе отопления и работает под давлением насоса.

Сезонность

  • Круглогодичные (летом — полноценное обеспечение горячей водой, зимой — поддержка отопления).
  • Сезонные – используются только летом и в межсезонье. Обычно внутри таких коллекторов течет вода, которая на холоде замерзает. Поэтому на зиму такие системы консервируются.

Заключение

  1. Солнечный коллектор для отопления это один из самых распространенных и доступных альтернативных источников энергии для частного дома.
  2. Коллектора в первую очередь следует рассматривать как инвестицию в энергонезависимость. Их срок окупаемости очень велик – 7-10 и более лет. Поэтому ставить коллектора только ради экономии газа нецелесообразно. Возможно, что с этой задачей лучше справятся и другие альтернативные газу источники тепла — камин с водяным контуром или тепловой насос. Все зависит от ситуации.
  3. Но для каждого правила есть исключения. Коллектор тоже может быстро окупиться и приносить ощутимую экономию газа. Об этом мы подробно расскажем в одной из будущих статей.
  4. Наиболее оправдано использовать коллектора в южных регионах, где высокая солнечная активность. Самую высокую эффективность коллектора показывают летом и в межсезонье. Зимой их вклад в систему отопления хоть и есть, но невелик.
  5. Если вы рассматриваете коллектора ради экономии газа и денег, то вероятно это будет одно из самых дорогих и наименее эффективных решений. В первую очередь лучше всего обратить внимание на простые и недорогие мероприятия. К счастью, таких мероприятий множество.

Рекомендуемые статьи

  1. Скрытые утечки тепла в частном доме о которых вы не догадываетесь
  2. Зеленый тариф в Украине. Как зарабатывать на продаже электроэнергии государству? 
  3. Принцип действия теплового насоса

Как сделать систему обогрева дома от солнечных коллекторов: выбор гелиоколлектора

Способы получения «зелёной» энергии становятся с каждым годом всё более популярными. Геотермальное отопление, ветровые и солнечные электростанции позволяют экономить немалое количество денежных знаков при оплате коммуналки. Отопление от солнечных коллекторов также является одним из способов обеспечения теплом домовладение, без использования традиционных энергоносителей. В этой статье будут рассмотрены разновидности этого оборудования, критерии выбора, установки и расчета мощности.

Содержание статьи:

Отопление от солнечных коллекторов: назначение, эффективность, где можно использовать

Использовать тепловой коллектор эффективно, можно только при наличии определённых условий, среди которых доступ к открытой площадке является обязательным.

Можно ли установить в частном доме

Частный дом более всего подходит для монтажа солнечного обогрева. Гелиоколлектор для отопления таких строений может устанавливаться на крыше, что позволяет минимизировать расстояние от устройства, собирающего тепловую энергию к радиаторов отопления.

 

 

Как правило, к частному домовладению примыкает земельный участок, который представляет собой открытую для солнечного света площадку.

Обратите внимание! Если по тем или иным причинам гелиоколлектор невозможно установить на кровле, то в непосредственной близости от частного дома такая установка может быть размещена на специальных опорах.

Эффективность работы

Эффективность отопления стационарными солнечными коллекторами зависит от многих факторов. Прежде всего, необходимо учитывать следующие обстоятельства при размещении такого типа оборудования:

  • Количество солнечных дней в году (следует определить продолжительность беспасмурного периода в период отопления, наличие полярной ночи либо слишком короткого светового дня в зимний период являются «противопоказаниями» к установки гелиоколлектора).
  • Отсутствие вместе размещения многоэтажных строений, высоких деревьев и других препятствий солнечным лучам.
  • Ориентация поверхности (при размещении коллекторов на крыше).

Все перечисленные факторы очень важны, ведь при отсутствии солнечного света, в независимости от причины, эффективность такой системы будет равна нулю.

Типы оборудования

Солнечные коллекторы можно изготовить своими руками, но существует достаточно большое количество готовых моделей, которые достаточно приобрести и установить на любой подходящей для этой цели поверхности. Оборудование этого типа может существенно отличаться по мощности и принципу накопления тепловой энергии, поэтому вначале следует ознакомиться с основными разновидностями, прежде чем принять решение о покупке.

Плоский светопоглощающий

Конструкция плоского светопоглощающего коллектора является самой простой. Такая установка состоит из металлического короба, внутренняя часть которого защищена прозрачным стеклом. Такое устройство хорошо функционирует весной или в осеннее время, но, по причине большой передачи тепла от накопителя к стеклу, в зимнее время года становится крайне неэффективным.

Обратите внимание! Основное достоинство плоского солнечного коллектора заключается в относительно невысокой стоимости.

Воздушный

Воздушный солнечный коллектор также не обладает высокими показателями трансформации солнечной энергии в тепло, но в таком устройстве потери не так велики, как в плоском приборе. Основной принцип работы такого изделия заключается в парниковом эффекте. В воздушных солнечных системах отопления применяется поликарбонат, который пропускает инфракрасное излучение только в одну сторону.

Обратите внимание! Благодаря парниковому эффекту даже в пасмурную погоду может накапливаться значительное количество тепла.

Вакуумный

Вакуумный прибор солнечного отопления является одним из самых совершенных, но в тоже время сложных и дорогих устройств.

Состоит такое изделия из множества стеклянных трубок, по которым циркулирует теплоноситель. Такие элементы накопления тепла находятся в коробе, в котором практически отсутствует газовая среда. Благодаря этому, тепловые потери минимальны и устройство может быть эффективно использовано даже в зимнее время года.

Обзор популярных моделей

Обзор популярных моделей позволит получить представление об установках, которые пользуются спросом у населения. Обычно, востребованность является несомненным признаком качества. Наиболее часто покупаются коллекторы следующих моделей:

  • ЯSolar VU-20 — вакуумный солнечный коллектор отечественного производства. Устройство идеально подходит для установки на кровле частного дома, ведь работоспособность изделия сохраняется практически под любым углом размещения.
  • Flex — система используется в небольших помещениях. Принцип работы коллектора основан на нагреве солнечными лучами предметов чёрного цвета.
  • AuroStep Plus — установка используется в качестве водонагревателя, но, при необходимости, может быть переделана для применения в системе отопления.

Перечисленные модели являются наиболее популярными гелиоколлекторами, но на рынке также могут появиться новые устройства, в которых могут применять более совершенные технологии.

Критерии выбора гелиоколлектора

При выборе теплового коллектора для отопления частного дома следует обращать внимание на следующие критерии:

  • Отапливаемая площадь;
  • Уровень теплопотерь;
  • Площадь солнечного коллектора;
  • Стоимость.

Все перечисленные критерии очень важны, поэтому, например, при наличии небольшой стоимости следует обязательно убедиться в том, что устройство имеет достаточную для обогрева помещения мощность.

Расчёт мощности и этапы монтажа

Для расчёта необходимой мощности потребуется знать величину инсоляции в регионе, где будет устанавливаться тепловое оборудование.

Среднее значение мощности установки рассчитывается умножением суммы площадей всех теплообменных трубок на величину инсоляции и КПД установки.

Установка солнечного коллектора осуществляется в такой последовательности:

  • Подобрать место установки (идеально подойдёт южный скат крыши).
  • Собрать солнечный коллектор (если устройство поставляется в разобранном виде).
  • Произвести крепление каркаса к крыше в наиболее прочных местах.
  • Закрепить на каркасе коллекторную панель.
  • Подключить к выпускному и впускному патрубкам трубы контура системы отопления.
  • Проверить работоспособность установки.

Если при монтаже не было допущено грубых ошибок, то качественный коллектор сразу начнёт производить тепло (при наличии солнечного света).

Нужен ли тепловой насос

Установка теплового насоса позволит наиболее эффективно использовать солнечный коллектор зимой. Такая система позволяет обогреть помещение даже при очень низких температурах окружающей среды, ведь устройство позволяет переносить тепловую энергию от менее нагретых тел с увеличением температуры. При этом расход электроэнергии будет меньше в 3 — 4 раза, чем при использовании электрокотла.

Советы и рекомендации

Советы и рекомендации помогут установить коллектор, если нет опыта выполнения подобных работ.

  • Монтаж коллектора следует осуществлять только в пасмурную погоду.
  • Отправляясь в отпуск, рабочую поверхность рекомендуется закрывать специальным экраном.
  • Металлические трубы, подключаемые к коллектору, должны быть дополнительно изолированы.

Если есть сомнения в собственных силах, то монтаж системы солнечных коллекторов следует доверить профессиональным мастерам.

Солнечный коллектор может являться отличным источником тепла, но только при наличии достаточного уровня инсоляции в регионе. В противном случае, следует рассмотреть альтернативные способы получения тепла, например, геотермальное отопление.

Солнечное отопление: экологично и экономно

Солнечное отопление является экологически чистым и выгодным средством поддержания тепла. Основные траты приходятся на покупку и установку соответствующего оборудования. Конструкции не нуждаются в периодическом контроле и техническом обслуживании.

К минусам использования солнечного отопления в российских условиях можно отнести то, что на данный момент в большинстве регионов оно не способно полностью удовлетворить потребность в обогреве помещений на протяжении круглого года. Поэтому приходится использовать системы, комбинирующие солнечные коллекторы с другими источниками тепла. Но даже в этом случае затраты на отопление в холодное время года снижаются до 30-50%. Переключение с солнечного отопления на другие источники тепла в большинстве систем происходит в автоматическом режиме. Правда в некоторых случаях бывает достаточно обойтись увеличением площади поверхности коллектора и установкой дополнительных теплообменников.

На данный момент в мире больше всего используются солнечные коллекторы в Китае – на эту страну приходится больше половины всех смонтированных установок. По состоянию на 2011 год Европа занимала второе место с 14%.

В России ситуация с солнечными коллекторами (как с ВИЭ и энергоэффективностью в целом) значительно хуже, не смотря на то, что даже в условиях Салехарда, расположенного на полярном круге, в летнее время солнечные тепловые установки могут удовлетворить потребность в теплой воде на протяжении более 60% времени. Наибольшим же потенциалом в использовании солнечных коллекторов обладают Приморье, юг Сибири и Забайкалье, как регионы  с наибольшим среднегодовым поступлением солнечного излучения. За ними идут значительная часть Сибири и юг европейской части РФ.

Общая площадь солнечных коллекторов в РФ по состоянию на 2013 год оценивается всего в 30 тыс. кв. м.  Для сравнения, в Китае за тот же период – более 2 млн кв. м или чуть больше четверти всей площади.

Виды солнечных коллекторов

Под солнечным коллектором понимают специальное устройство, которое собирает тепловую энергию Солнца. Коллектор не производит электричество как фотоэлектрические батареи, а лишь нагревает теплоноситель.

В основном используют два типа коллекторов.

Плоский солнечный коллектор состоит из корпуса и поглощающего инфракрасное излучение элемента в виде пластины, на которую нанесено селективное покрытие. Корпус теплоизолирован с боковых и тыльной сторон. Обращенная к Солнцу часть коллектора прозрачна, что обеспечивает проникновение солнечного излучения внутрь него. Чем больше размер пластины и, следовательно, ее площадь, тем выше мощность всего устройства. Поглощаемая пластиной энергия затем передается на теплоноситель.

Вакуумный солнечный коллектор представляет собой более совершенную конструкцию. В основе его работы лежит применение вакуумных трубок, устройство каждой из которых можно сравнить с устройством колбы термоса. Это стеклянная трубка с двумя стенками, между которыми находится вакуум. Внешняя стенка прозрачна. На наружную поверхность внутренней стенки нанесен особый селективный слой, который способен улавливать солнечное излучение. Вакуумная прослойка способствует сохранению около 90% всей полученной энергии. Проводниками тепла в устройстве служат тепловые трубки с залитой внутрь специальной легкокипящей жидкостью. Под воздействием солнечной энергии этот состав быстро вскипает и испаряется. Пар поднимается в верхнюю область трубки и отдает тепло теплоносителю. При этом происходит конденсация газа, он переходит в жидкую фазу и стекает внутрь трубки. Процесс повторяется.

У каждого типа коллекторов есть свои преимущества.

Так, более простые плоские коллекторы способны самоочищаться от снега, могут быть установлены под любым углом наклона, стоят дешевле, чем вакуумные, обладают высокой производительностью в летнее время.

Вакуумные коллекторы способны запасать тепло на больший срок и с меньшими потерями, позволяют генерировать более высокие температуры и лучше работают в условиях низких температур и слабой освещенности.

Пасмурная погода, дождь и облачность не станут преградой для системы теплоснабжения с солнечным коллектором, хотя и понизят ее эффективность. На этот случай во многие коллекторы встроены интеллектуальные контроллеры, позволяющие подключать к работе другие энергетические источники.

Солнечные коллекторы окупаются в течение нескольких лет. Конкретный срок зависит от начальных затрат на покупку и установку, стоимости энергии в данном регионе, интенсивности использования оборудования.

Применяются коллекторы обычно для отопления и снабжения горячей водой домов, дач, гостиниц, баз отдыха. Подходят они и для производственных помещений небольших размеров, а также для теплиц и оранжерей. Наибольший потенциал для их использования имеют текстильная и пищевая промышленность как отрасли, в которых в наибольшем количестве производственных процессов используется теплая и горячая вода.

Солнечный коллектор для отопления дома, в чём плюсы подобного обогрева

Солнечный коллектор – техническое сооружение, преобразующее энергию солнечных лучей в тепловую.

Гелиосистемы, основу которых составляют эти устройства, всё чаще можно встретить сегодня в загородных домах.

Источником тепла при установке такой системы в жилье работает природа, а это означает, что затраты на теплоэнергию для комфортной жизни, в некоторых условиях, практически равны нулю.

Особенности солнечного коллектора как прибора для отопления дома

Солнечный коллектор — это устройство, работающее за счёт поглощения солнечного излучения и передачи его энергии с помощью жидкости-теплоносителя.

Конструкция гелиосистемы состоит из следующих элементов:

  • Солнечный абсорбер(панель).
  • Резервуар-накопитель.
  • Узлы подачи и слива воды.
  • Регуляторы и датчики.

Принцип работы заключается в улавливании солнечных лучей панелью и преобразование их в теплоэнергию. Накопленная энергия воздействует на жидкость-теплоноситель (воду или антифриз). Теплоноситель поступает к резервуару с водой и отдаёт энергию. Запуск системы осуществляется специальным регулятором.

Проходя по контуру теплообмена — системе труб, нагретая жидкость отдаёт тепло в воздух. И за счёт этого отапливает помещение. В резервуаре-накопителе из-за подаваемого тепла происходит запас горячей воды впрок. За счёт системы теплоизоляции нагретая солнцем вода хранится до того момента, когда её необходимо будет использовать.

Для поддержания нужной температуры воды в резервуаре система снабжается специальными датчиками и насосами для принудительной циркуляции. В более простых вариантах циркуляция происходит за счёт естественного самотёка.

Современные гелиосистемы в настоящее время используются как основные и вспомогательные элементы отопительного оборудования. В качестве главного источника тепла гелиосистема может использоваться исключительно в южных регионах, где солнца достаточно круглый год.

Установка в доме солнечного коллектора позволяет извлечь следующую выгоду:

  • Приобретение энергонезависимости.
  • Снижение затрат на закупку газа и электричества для отопления и горячего водоснабжения.
  • Доступность.
  • Долговечность. Срок службы одного коллектора не менее 20-25 лет.
  • Отсутствие грязи и отходов.
  • Снижение нагрузки на электросеть дома.

У гелиосистем есть и некоторые недостатки:

  • Высокая стоимость оборудования. Срок окупаемости системы равен примерно 7-10 годам.
  • Зависимость от климатических условий. В некоторых регионах солнечная энергия поступает не регулярно, поэтому система не сможет работать в нужном режиме. В северных регионах КПД солнечного коллектора слишком низкий, и затраты на установку не окупаются.

Виды устройств для обогрева: принципы работы и правила установки

В зависимости от типа абсорбера — солнечной панели, коллекторы делятся на три вида.

Плоский светопоглощающий

Панель этой модели представляет собой плоский алюминиевый ящик с чёрной поверхностью и тепловой изоляцией на нижней части. Поверхность покрыта закалённым стеклом и пропиленгликолем. Он поглощает лучи солнца.

Преимуществом этого вида коллекторов является его низкая стоимость. Недостатком — большая потеря тепла и низкий КПД. Плоский прибор может выйти из строя при понижении температуры воздуха до минус 25 градусов. Эффективность его работы зависит от угла падения солнечных лучей.

Фото 1. Составные части (указаны стрелками) конструкции плоского светопоглощающего солнечного коллектора.

Правила установки

Панель плоского коллектора можно устанавливать на крыше под любым углом, а затем менять его, в зависимости от погоды, для повышения площади поглощения солнечных лучей. Для обеспечения оптимального КПД летом панель устанавливают под углом 55 градусов, зимой — 35 градусов.

Важно! При монтаже нужно учесть, что на панель не должна падать тень от посторонних предметов выше 20 градусов от нижней кромки. При установке нескольких пластин требования по тени также нужно учесть.

Панель закрепляют на кронштейнах или на дополнительно установленных профилях. Один из вариантов установки — вровень со скатом кровли. В этом случае панели крепятся на обрешётку крыши. Стыки между ними и кровельным материалом заделывают герметиком. Этот вариант установки возможен только на скатных крышах с углом не менее 30 градусов.

Монтаж трубок коллектора предусматривает отверстия в крыше. Места нарушения кровли необходимо заделать герметиком. Трубопроводы можно установить на вертикальной стене, тогда сверлить отверстия в крыше не придётся.

Буферная ёмкость и бак косвенного нагрева устанавливают чаще всего рядом с обычным водонагревателем. Все части системы коллектора соединяются между собой магистральным трубопроводом с резьбовым соединением.

Вам также будет интересно:

Вакуумный

Устройство с КПД до 85%. Способен работать в любых климатических условиях при наличии солнечных лучей. Состоит из набора трубок, представляющих собой двойные колбы, которые абсорбируют тепло. Во внутренней колбе находится поглотитель из металла и трубка с жидкостью.

Фото 2. Вакуумный солнечный коллектор, установленный на крыше дома. Устройство состоит из множества трубок.

Между двумя колбами расположено свободное пространство, в котором образуется вакуум. За счёт вакуума производится теплоизоляция внутренней колбы. Существует 2 вида вакуумных коллекторов:

  1. Прямоточный — где теплоноситель течёт непосредственно в трубки абсорбера.
  2. С тепловой трубкой — образует испарения, которые передают тепло через теплоноситель.

Основной недостаток такого коллектора — высокая стоимость и необходимость монтажа электронасоса для принудительной циркуляции.

Правила монтажа

Соблюдение рекомендаций по установке вакуумного коллектора — залог его правильной и эффективной работы. Нельзя использовать для этого вида гелиосистемы оцинкованные или полимерные трубопроводы. Связано это с тем, что в жаркую погоду вода внутри коллектора может нагреться до 300 градусов. для установки вакуумного коллектора используются исключительно медные или стальные трубки. При монтаже следует придерживаться следующих рекомендаций:

  • Угол наклона панели коллектора при установке на крыше должен соответствовать географической широте местности.
  • На открытых пространствах коллектор устанавливают рядом с объектом, потребляющим его тепло.
  • Угол падения солнца для правильной работы должен составлять 90 градусов.
  • Следует полностью исключить возможность затенения.

Добиться правильного наклона панели вакуумного коллектора в течение всего года трудно. Поэтому рекомендуется установка мобильных конструкций, когда угол можно менять по необходимости.

В северных регионах вакуумные коллекторы устанавливают практически вертикально, чтобы использовать зимой свет, отражённый от снега.

В этом случае оптимальный вариант — крепление коллектора на стене дома. Низкое крепление позволяет сократить расстояние между панелью и баком-накопителем, что способствует снижению теплопотерь.

Справка. Дополнительный электрический и газовый подогрев устанавливается после полного монтажа вакуумного коллектора. При этом следует исключить параллельное подключение. Добавочные источники тепла должны работать в автономном режиме, на случай недостатка подогрева при помощи солнечных лучей.

Воздушный

Работает за счёт циркуляции нагретого воздуха, который перемешается по системе с помощью вентилятора или естественным путём. При естественном теплообмене горячий воздух отдав тепло опускается вниз, а нагретый поднимется вверх. Это самая простая конструкция, но её мощности не хватает для обогрева дома в холодное время года. Такие конструкции можно использовать для согревания небольших дачных построек в межсезонье.

Воздушный коллектор состоит из следующих деталей:

  • Герметичный корпус для размещения в нём действующих компонентов.
  • Поглотитель солнечной энергии — серебряная панель внутри корпуса.
  • Внешняя изоляция — закалённое стекло для защиты поглотителя.
  • Теплоизолирующий материал.

Преимущество воздушного солнечного коллектора состоит в простоте конструкции и отсутствии риска замерзания жидкости и образования течей. Воздушный коллектор. Кроме обогрева дома, может выполнять функцию снижения влажности в помещении. Недостаток — крайне низкий КПД.

Фото 3. Воздушные солнечные коллекторы, расположенные на стене дома. Такой способ размещения наиболее эффективен.

Правила монтажа

Устанавливают воздушный коллектор только на южной стороне дома. Отклонения в сторону востока или запада не должны превышать 40 градусов. Угол наклона — 35-45 градусов. Вертикальный монтаж воздушного коллектора на стене дома наиболее выгоден, так как увеличивает его КПД.

Со стороны расположения панели в стене делают два отверстия, одно над другим, для забора воздуха и его выхода наружу. В нижнем отверстии закрепляют вентилятор, он будет вытягивать воздух из помещения. Через верхнее отверстие в дом будет поступать нагретый воздух.

Внимание! Длина труб-воздуховодов не должна превышать 5 метров. Если предполагается транспортировка тёплого воздуха на большие расстояния, необходимо установка дополнительного вентилятора. Естественная циркуляция воздуха в этом случае будет невозможна.

Коллектор крепят на стену при помощи дюбелей и подсоединяется к трубам воздуховодов. На выходе из воздухоотвода устанавливают обратный клапан, который будет препятствовать проходу воздуха при неработающем вентиляторе ночью или в пасмурную погоду.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается об особенностях отопления и нагрева воды при помощи солнечных коллекторов в зимнее время.

Оцени выгоду перед установкой

Полное обеспечение горячей водой и отоплением с помощью солнечного коллектора возможно только в южных регионах. В северных широтах конструкции могут использоваться только как дополнение к основному отоплению, и это необходимо учитывать, закупая оборудование. В большинстве российских регионов, с их снежными зимами и недостатком солнца гелиосистемы возможно использовать только в весенне-летний период для подогрева воды. Для отопления это практически бесполезная вещь.

Предотвращение перегрева солнечного коллектора

Даже полностью функциональная солнечная гидронная система отопления может перегреться, и это наиболее вероятно, когда много солнца, но тепло не может быть использовано. Это может произойти по нескольким причинам, но чаще всего:


1) когда тепло не требуется, потому что все тепловые нагрузки удовлетворены, или
2) из-за сбоя питания, отказа насоса или отказа управления в системах сбора, хранения или распределения тепла.


Тепло начинает накапливаться в контуре солнечного коллектора, когда оно не используется для полезного обогрева, и, если его не остановить, может достичь точки кипения жидкости.Перегрев часто сопровождается стуком парового удара в солнечном коллекторе тепла; пропиленгликоль может начать готовиться и стать коричневым, а затем становится все более кислым. Шлейф пара может появиться на любом открытом поплавковом вентиляционном отверстии, и из предохранительного клапана может начаться капание или выброс жидкости, в то время как предохранительный клапан давления и температуры (P&T) на резервуарах для хранения тепла может начать выпускать горячую воду.


Условия, вызывающие перегрев, могут происходить только один раз в год или даже реже, но когда это происходит, результаты могут варьироваться от раздражающих неудобств в лучшем случае до серьезного отказа системы отопления в худшем случае.Правильно спроектированная система всегда должна использовать средства управления и стратегии, которые могут безопасно и надежно рассеивать избыточное тепло, а также обеспечивать температурную защиту во время сбоя питания в солнечный день.


Четыре основных "отказоустойчивых" стратегии солнечного перегрева


Предотвращение перегрева входит практически в каждую систему солнечного отопления, которую мы проектируем в наши дни, и как пассивные, так и активные множественные стратегии обычно включаются вместе, чтобы обеспечить подход «ремень и подтяжки».Четыре самых надежных и безотказных метода, которые мы используем сегодня, следующие:


1. Термосифонная система ребер самоохлаждения (TSC). Ребристые трубы TSC могут быть добавлены к любому блоку плоских солнечных коллекторов, если трубопровод внутри коллектора соответствует некоторым простым требованиям. То есть коллекторы должны иметь конфигурацию «арфы» с внутренними коллекторами (верхним и нижним), расположенными горизонтально, с прямыми параллельными стояками, идущими вертикально.


На Рис. 98-1 показана фотография системы пассивных самоохлаждающихся ребристых труб, установленной на задней части группы из восьми солнечных коллекторов.


Термосифонирование можно определить как движение жидкости по водопроводному контуру, вызванное только разницей температур в контуре (жидкость «перекачивается» только за счет тепла). Горячая жидкость менее плотная, чем холодная, поэтому, когда она содержится в петле, холодная жидкость имеет тенденцию падать вниз, а горячая жидкость имеет тенденцию всплывать вверх. Этот принцип можно использовать для рассеивания солнечного тепла за счет включения охлаждающих ребер в контур.


Рисунок 98-2 показывает, насколько простыми могут быть детали водопровода при подключении петли TSC к группе плоских коллекторов.Обычный наклон панели позволяет горячей жидкости подниматься вверх за счет естественной конвекции, а наклон ребристых труб в задней части позволяет холодной жидкости стекать вниз и снова попадать в нижнюю часть коллекторов. В солнечный день, если солнечный циркуляционный насос останавливается, поворотный обратный клапан внизу легко открывается в ответ на тепловой поток, и охлаждение происходит за счет естественной конвекции. Когда циркуляционный насос включается, охлаждающий контур закрывается с помощью пассивного обратного клапана, который закрывается в ответ на относительно высокий расход и давление, создаваемые циркуляционным насосом.Таким образом, охлаждающий поток термосифона продолжается, пока солнце излучает тепло, и останавливается, когда циркуляционный насос снова включается.


2. Система ребер самоохлаждения (PVSC) с фотоэлектрическим приводом. Некоторые солнечные коллекторы не могут должным образом охлаждаться термосифонным потоком. Например, коллекторы с плоскими пластинами, в которых используется змеевидный путь потока или другое внутреннее трубопроводное устройство «без арфы», не могут использоваться с системой TSC, описанной выше. К массиву коллектора все еще может быть добавлен контур охлаждающих ребер, но он должен закачиваться с помощью солнечного циркуляционного насоса, чтобы обеспечить надлежащий поток для охлаждения.В этих случаях мы используем фотоэлектрический солнечный циркулятор и небольшую солнечную электрическую панель, чтобы система охлаждения продолжала работать от солнечной энергии даже во время сбоя в электросети.


На Рис. 98-3 показана фотография фотоэлектрической системы самоохлаждения, использующей модуль солнечного насоса Caleffi с опцией фотоэлектрического насоса, установленной в начальной школе в Альбукерке.


3. Конфигурация солнечного коллектора с обратным стоком. Солнечные системы отопления с обратным дренажом также прекрасно выдерживают перегрев и перебои в подаче электроэнергии, потому что коллекторы опустошаются, когда солнечный насос теряет мощность.Вода чаще всего используется в качестве собирающей жидкости и стекает под действием силы тяжести по подающим трубам в сборный резервуар для слива в закрытом помещении всякий раз, когда система отключается. Воздух из обратного дренажного бака заменяет воду, которая защищает панели и трубы на открытом воздухе от замерзания или кипения. Панели и подводящие трубы должны быть правильно подобраны по размеру и наклонены для быстрого и полного дренажа во избежание поломки из-за замерзания. Змеевидные коллекторы и некоторые другие типы коллекторов с плоской пластиной и откачиваемой трубкой нельзя использовать в конфигурации с обратным сливом, поэтому следуйте рекомендациям производителя.


4. Конфигурация перегрева пароотводчика. Другой распространенной пассивной стратегией, используемой в гликолевых системах с замкнутым контуром, является метод расширительного бака с обратным паром. Это не предотвращает попадание высокотемпературного пара в солнечные тепловые коллекторы во время сбоя питания, а скорее позволяет пару заполнять панели без потери какой-либо жидкости коллектора. Объем жидкого гликоля, который вытесняется паром, когда он накапливается внутри горячих коллекторов, будет пытаться найти убежище в расширительном баке гликоля.Если расширительный бак достаточно большой и был установлен с надлежащим давлением воздуха, это может предотвратить утечку гликоля через предохранительный клапан. После захода солнца, когда пар конденсируется внутри коллекторов, а давление воздуха (в расширительном баке) заставляет гликоль обратно в солнечный контур, система будет продолжать работать в обычном режиме до тех пор, пока электрическая мощность, насосы, клапаны и элементы управления будут в рабочем состоянии. не поврежден и давление гликоля не упало слишком низко.


Системы обратного пара работают лучше всего, когда коллекторы и соединительный трубопровод установлены так, чтобы спускать воду вниз к расширительным бакам, подобно тому, как выполняется обратная дренажная канализация.Приемный объем жидкости в расширительном баке должен быть как минимум равен объему жидкости самих солнечных коллекторов.


Другие распространенные стратегии солнечного перегрева (менее отказоустойчивые)


Некоторые из наиболее распространенных сегодня методов контроля солнечного перегрева не являются полностью надежными. Это связано с тем, что они обычно зависят от активного электрического управления или циркуляционных насосов для обеспечения охлаждения солнечных коллекторов. В наших установках мы комбинируем методы обеспечения отказоустойчивости, описанные выше, с большинством стандартных средств управления, перечисленных ниже, чтобы обеспечить наиболее полное и избыточное управление перегревом.Так, например, мы обычно комбинируем числа 1 и 4 выше с A, B, C и E ниже в большинстве наших недавних установок.


A. Наклон или фиксированное затенение коллектора. В любой солнечной комбинированной системе необходимо тщательно продумывать наклон коллектора, чтобы максимизировать сбор тепла в сезон, когда это необходимо, и минимизировать его, когда в нем нет необходимости. Например, крутой наклон от 65 градусов к вертикали будет способствовать зимнему сбору и избавит от значительной части летней жары в большинстве стран США.С. локации. Крутой наклон можно также увеличить с помощью тщательно спроектированного фиксированного свеса крыши для летнего затенения (обычно на стеновых панелях), чтобы при необходимости еще больше снизить приток тепла летом.


Б. Ночное циркуляционное охлаждение резервуара через коллектор. Плоские панели можно использовать в ночное время для охлаждения. Это известно как радиационное охлаждение ночного неба (NSRC). Охлаждение NSRC может быть выполнено с помощью застекленных плоских солнечных панелей или, что еще лучше, с помощью неглазурованных плоских панелей (часто используемых для обогрева бассейнов).Во многие недавние установки мы включили настройки управления, которые позволяют охлаждать теплые полы в ночное время летом за счет включения солнечных коллекторов в обратном направлении в ночное время. Аналогичные функции управления могут быть запрограммированы для отвода тепла в ночное время от перегрева водяных баков, когда накопленное тепло не потребляется.


C. Активный отвод тепла (на землю, фанкойл или зону). Распространенной практикой является программирование системы управления для рассеивания тепла с использованием теплоаккумулирующей способности существующих резервуаров для горячей воды, пола гаража, тающего льда на тротуаре (или других обычных зон нагрева кирпичной кладки) для контролируемого охлаждения коллекторов.В некоторых случаях это может быть использовано в качестве накопителя тепла для предварительного нагрева пола гаража на зиму или для выполнения другой полезной стратегии накопления тепла.


Существующие конвекторы с ребристыми трубами или фанкойлы также иногда используются для прерывистого охлаждения. При правильном управлении комфорт человека не нарушается, и пар предотвращается в коллекторах с использованием существующих контуров в полу или в земле. Использование существующего оборудования для распределения тепла для контроля перегрева может устранить необходимость в более сложных надстройках системы охлаждения.Такой подход может продлить срок службы солнечного нагревательного оборудования, поддерживая его в более умеренном температурном диапазоне во время нормальной работы. Однако он не будет обеспечивать температурную защиту во время отключения электроэнергии в солнечный день, если не будет включена автоматическая аварийная подача электроэнергии.


D. Тепловой разъединитель OEM, вентиляция или рассеивание. Узнайте у предпочитаемого вами производителя оригинального оборудования (OEM) поставщика солнечного оборудования, что нового в области охлаждения. Производители солнечных батарей задумывались об этом уже некоторое время, и наряду с новыми элементами управления некоторые из них придумали и другие интересные продукты.Например, Apricus и Butler Sun Solutions предоставляют оборудование для отвода тепла, которое работает за счет отвода жидкости с тепловым расширением в систему охлаждения.


Также производители коллекторов задумались над охлаждением. Некоторые вакуумные трубчатые коллекторы (например, Thermomax) имеют отключение по верхнему пределу температуры, встроенное в каждую трубку, а EnerWorks предлагает модель коллектора с плоской пластиной, которая включает систему вентиляции, активируемую нагревом, встроенную в раму. Эти OEM-стратегии охлаждения сильно отличаются друг от друга и предназначены для их собственных комплексных систем, которые обычно доступны с небольшими конструкциями для нагрева воды для бытового потребления.


E. Обдув P&T горячей воды. Каждый резервуар для горячей воды под давлением должен иметь P&T клапан из соображений безопасности, требуемых правилами водопровода. Когда водяной бак, нагретый солнечными батареями, становится слишком горячим, продувочная система P&T охлаждает его добавлением подпиточной воды, поскольку перегретая вода сдувается. Клапан P&T не предназначен для управления работой, поэтому, когда это произойдет, скрестите пальцы и надейтесь, что клапан P&T перестанет протекать позже, когда все остынет. Это последняя система охлаждения, которая не рекомендуется для нормальной работы.


Заявление об ограничении ответственности: эти статьи предназначены для жилых и небольших коммерческих зданий площадью менее десяти тысяч квадратных футов. Основное внимание уделяется гликоль / гидронным системам под давлением, поскольку эти системы могут применяться в зданиях различной геометрии и ориентации с небольшими ограничениями. Торговые марки, организации, поставщики и производители упоминаются в этих статьях только в качестве примеров для иллюстрации и обсуждения и не представляют собой каких-либо рекомендаций или одобрения.Предыдущие выпуски этой рубрики можно найти в архивах на сайтах TMB Publishing и SolarLogic LLC.

Bristol Stickney занимается проектированием, производством, ремонтом и установкой систем солнечного гидронного отопления более 30 лет. Он имеет степень бакалавра наук в области машиностроения и является лицензированным подрядчиком в области машиностроения в Нью-Мексико. Он является главным техническим директором компании SolarLogic LLC в Санта-Фе, штат Нью-Мексико, где он участвует в разработке систем управления солнечным отоплением и инструментов проектирования для профессионалов в области солнечного отопления.Посетите www.solarlogicllc.com для получения дополнительной информации.

Солнечные водонагреватели - Ecohome

Что такое солнечный тепловой коллектор?

Фотоэлектрический солнечный коллектор преобразует солнечное излучение в электричество, но солнечный тепловой коллектор намного проще. Он относится к устройству, собирающему тепло непосредственно от солнечного излучения. Это может быть так же просто и примитивно, как если бы вода перекачивалась через черную трубку, лежащую на солнце.В Интернете можно найти бесчисленное множество конструкций солнечных панелей, сделанных своими руками, но есть коммерчески доступные солнечно-тепловые панели, которые можно использовать для нагрева воды и обогрева помещений.

Тепловой солнечный коллектор в теплом климате может пропускать воду через панели, но в холодном климате мы используем гликоль для предотвращения замерзания панелей.

Схема солнечного коллектора с вакуумной трубкой

Эффективны ли солнечные тепловые коллекторы?

Мощность и эффективность панели частично определяются степенью поглощения, а частично - коэффициентом излучения; Имеется в виду не только то, сколько тепла он может собрать, но и сколько он будет выделять (или терять) до того, как будет доставлен к месту назначения.

Более ранние модели имели высокий коэффициент поглощения в диапазоне 90-95% (эффективность поглощения солнечного излучения), но они также имели коэффициент излучения в диапазоне 55-95% (излучение энергии в виде теплового излучения), поэтому большая часть собранное тепло было потеряно перед тем, как покинуть панель. В этих моделях также использовалась стандартная черная краска для печей, тогда как панели теперь имеют покрытия, специально разработанные для поглощения и удержания тепла.

Несмотря на то, что современное поколение тепловых коллекторов, представленных на рынке, сейчас очень эффективно, их фотоэлектрическая «конкуренция» в солнечной промышленности опережает достижения в области тепловых солнечных батарей и влияет на окупаемость инвестиций.Это не означает, что качество и эффективность солнечных тепловых панелей каким-то образом ухудшаются, просто существует точка зрения, согласно которой ваши солнечные доллары лучше инвестировать в приобретение фотоэлектрических солнечных панелей и использование энергии, которую они вырабатывают, для нагрева воды. традиционный водонагреватель.

Это связано с постоянным развитием технологий и снижением затрат в фотоэлектрической промышленности, в то время как технология и стоимость солнечной тепловой энергии оставались практически неизменными в течение того же периода.Они по-прежнему хороши, проблема в том, что конкуренция становится все лучше (ярким примером этого является то, что Tesla теперь предлагает солнечные панели в аренду, что делает солнечные фотоэлектрические системы гораздо более доступными для домовладельцев).

Предпосылка, лежащая в основе этой философии, заключается в том, что во времена, когда горячая вода не нужна, панель не остается неподвижной и бесполезной. Если бы ваша солнечная установка была фотоэлектрической, а не тепловой, солнечное излучение всегда поглощалось бы для того или иного использования; для питания других устройств, храниться в батареях или возвращаться в сеть для кредита.Трудно отрицать логику этого; однако бывают ситуации, когда солнечное тепловое излучение полезно, поэтому мы опишем варианты.

Солнечные тепловые коллекторы с вакуумными трубками:

Солнечный тепловой коллектор © Viessmann

Это наиболее распространенный тип солнечного теплового коллектора, который вы, вероятно, увидите на крыше дома. Сама коллекторная панель обычно состоит из стеклянных трубок, в сердцевине которых находятся медные трубы, с затемненной пластиной, закрывающей трубу для поглощения тепла.Стеклянные трубки герметично закрыты с помощью только открытой медной арматуры, и каждая трубка устанавливается в коллектор отдельно.

Это упрощает замену трубки, если вакуумное уплотнение сломано; это также может дать преимущество при установке. Вместо того, чтобы транспортировать отдельный тяжелый блок на крышу, поскольку это модульная система, ее можно транспортировать по частям.

Герметично закрытый воздух обеспечивает отличную изоляцию и делает коллектор практически невосприимчивым к температуре наружного воздуха зимой.Даже в летнюю жару можно было дотронуться до трубок голой рукой, хотя трубка внутри сразу ругала бы.

Плоские солнечные коллекторы:

Схема плоского пластинчатого коллектора из учебных пособий по альтернативной энергии

Конструкция

, конечно, может быть разной, но типичный коллектор с плоской пластиной - это немного больше, чем неглубокая коробка с медными трубками, которые проходят через нее, покрытые металлической пластиной-поглотителем и прозрачной крышкой. Холодная жидкость прокачивается через медную трубку под пластиной коллектора и при этом нагревается.Как в плоских пластинчатых, так и в вакуумных трубчатых коллекторах используется смесь гликоля, поэтому в обоих случаях требуются специальные резервуары для хранения с теплообменниками.

Плоские солнечные коллекторы и вакуумные трубчатые солнечные коллекторы

У каждого солнечного коллектора есть свои достоинства и недостатки. Воздух внутри герметичных стеклянных трубок вакуумных трубчатых коллекторов обеспечивает гораздо лучшую изоляцию, чем плоские пластинчатые коллекторы, но часть вашего потенциального солнечного урожая теряется, когда он проходит через промежутки между трубками.

Плоский пластинчатый коллектор будет терять больше тепла, чем вакуумная трубчатая панель, но он способен собирать больше энергии, поскольку вся поверхность представляет собой черный коллектор. Таким образом, при отсутствии других факторов, плоская пластина будет вырабатывать больше энергии, чем конструкция с вакуумной трубкой, летом, потому что она имеет большую площадь поверхности коллектора, а температура окружающего воздуха не представляет проблемы.

И наоборот, зимой температура воздуха вызывает гораздо большие потери энергии при использовании плоского пластинчатого коллектора, чем при использовании вакуумной трубной панели, поэтому конструкция с вакуумной трубкой будет более эффективной.

Выбор дизайна, который принесет вам наибольшую пользу, зависит от того, как вы его используете. Если вы хотите сократить расходы на отопление дома круглый год, то, вероятно, вам пригодится коллектор с плоской пластиной. Если вы собираетесь использовать его вместе с бойлером для отопления помещений зимой, тогда вам будет больше пользы от конструкции с откачанными трубами, поскольку они работают зимой лучше, чем коллекторы с плоскими пластинами.

Теплопередача:

Схема солнечного теплового теплообменника © Viessmann

В гликолевых системах теплообменник необходим для нагрева воды для бытовых нужд, отопления помещений или и того, и другого.Нагретая жидкость от солнечных панелей нагревает воду, проходя через змеевик в резервуаре для хранения. Дополнительная газовая или электрическая катушка в баке будет нагревать воду, если солнечная панель не может поддерживать желаемую температуру или удовлетворять потребности.

Обслуживание и долговечность:

Опять же, еще одним отличием от солнечного тепла в холодном климате является гликоль. Хотя это необходимо зимой, летом пластинчатый коллектор может достигать температуры 200 ° C (395 ° F), а трубчатые коллекторы могут достигать температуры 295 ° C (563 ° F).

Гликоль разлагается и становится кислым при таких температурах, что может вызвать отложения и коррозию компонентов системы. Поэтому важно, чтобы панели имели какой-либо охлаждающий компонент, встроенный в их конструкцию, будь то ручной или автоматический.

Каким бы разумным ни было использование солнечного света для прямого нагрева воды, потребность в гликоле в качестве теплоносителя и проблемы, которые он приносит с собой, являются большой частью того, почему вы не видите больше таких систем в Канаде. .

Подробнее о солнечных водонагревателях читайте о новом концептуальном доме EcoHome с излучающим полом, нагретым солнечным воздухом, который в летние месяцы поставляет воду, нагретую солнечными батареями. Все это и все, что вам нужно знать о домостроении с высокими эксплуатационными характеристиками, можно найти на страницах Руководства по экологическому строительству EcoHome

.

Солнечные коллекторы своими руками

Разве вы не хотели бы отапливать дом с помощью бесплатной энергии солнца? Существуют простые, недорогие, самостоятельные солнечные проекты, которые могут снизить ваши счета за отопление.

Солнечная энергия может улавливаться самодельными солнечными коллекторами горячего воздуха и термосифонными панелями для обеспечения бесплатного тепла. Установки направляют нагретый солнцем воздух через окно или проем в стене в соседнюю комнату.

Если вы серьезно относитесь к сокращению счетов за отопление дома этой зимой, вам поможет один из этих недорогих самостоятельных проектов:

Захват солнечного тепла
Постройте этот простой солнечный обогреватель, который висит за окном и посылает в комнату бесплатное солнечное тепло.


План здания для захвата солнечного тепла
Из этого подробного крупномасштабного плана можно построить теплоотвод.

План строительства солнечного коллектора горячего воздуха
Этот коллектор горячего воздуха навесного типа поможет отапливать ваш дом зимой и предоставит место для хранения летом.

Солнечный коллектор горячей линии
Он похож на обычный плоский солнечный коллектор, но уникальность этой панели состоит в том, что она содержит специально изогнутый отражатель, который концентрирует падающий солнечный свет на клиновидной абсорбционной трубке.

Панели солнечного обогрева штормового окна
В этой статье рассказывается, как использовать переработанные штормовые окна для создания солнечного коллектора горячего воздуха, который доставляет тепло в дом через вентиляционное отверстие, установленное в южной стене или окне.

Солнечная панель горячего воздуха
Постройте эту настенную воздушную панель с термосифонированием (TAP), чтобы обогревать комнату в вашем доме силой солнца.

Ультра-простой солнечный настенный обогреватель горячего воздуха
Это устройство сделано путем покрытия каркаса 9 на 14 футов из досок 1 на 6 дюймов прозрачным пластиком, установки панели на южной стене и установки верхних и нижних вентиляционных отверстий в доме.

Солнечный нагреватель горячего воздуха для банок из вторичного сырья
Алюминиевые банки, разрезанные пополам, используются для изготовления абсорбирующей пластины для этого солнечного коллектора горячего воздуха с двойным остеклением. Температура в коллекторе достигает более 200 градусов, а первоначальный блок снизил расходы на отопление церкви в Новой Англии более чем на 60 процентов.

Супер легкий, супер недорогой гофрированный коллектор горячего воздуха на солнечных батареях
Вы можете построить этот настенный коллектор горячего воздуха размером 8 на 12 футов из гофрированного стекловолокна, чтобы обогревать ваш дом.

Автоматический контроль коллектора
Гофрированный коллектор горячих волос (вверху) будет более эффективным с этим автоматическим термостатом.

Недорогой солнечный коллектор горячего воздуха
Вы можете обогреть здание размером 30 на 40 футов с помощью этого настенного солнечного коллектора.




Первоначально опубликовано: февраль / март 2006 г.

Как это работает - Солнечные водонагреватели | Продукция

Солнечные водонагреватели бывают самых разных конструкций, все они включают коллектор и накопительный бак, и все они используют тепловую энергию солнца для нагрева воды.

Солнечные водонагреватели обычно описываются по типу коллектора и циркуляционной системы.

Типы коллекторов
Коллекторы периодического действия , также называемые системами интегрированного коллектора-хранилища (ICS), нагревают воду в темных резервуарах или трубках внутри изолированного ящика, накапливая воду до тех пор, пока она не наберется. Вода может оставаться в коллекторе в течение длительного времени, если потребность домохозяйства невысока, что делает ее очень горячей.Клапан темперирования - ваша защита от ожогов на кране. Клапан темперирования подмешивает холодную воду, чтобы снизить температуру воды перед подачей в кран. Коллекторы периодического действия несовместимы с системами циркуляции замкнутого цикла. Таким образом, они обычно не рекомендуются для холодного климата.
Плоские коллекторы обычно состоят из медных трубок, установленных на плоских пластинах поглотителя. Наиболее распространенная конфигурация представляет собой серию параллельных трубок, соединенных на каждом конце двумя трубами, входным и выходным коллекторами.Узел плоской пластины находится в изолированной коробке и покрыт закаленным стеклом.

Плоские коллекторы обычно рассчитаны на 40 галлонов воды. Два коллектора обеспечивают примерно половину горячей воды, необходимой для обслуживания семьи из четырех человек.

Вакуумные трубчатые коллекторы - самые эффективные доступные коллекторы. Каждая откачиваемая трубка в принципе похожа на термос. Стеклянная или металлическая трубка, содержащая воду или теплоноситель, окружена стеклянной трубкой большего размера.Пространство между ними представляет собой вакуум, поэтому жидкость теряет очень мало тепла.

Эти коллекторы могут работать даже в пасмурную погоду и при температурах до -40 ° F. Отдельные трубки заменяются по мере необходимости. Вакуумные трубчатые коллекторы могут стоить вдвое дороже за квадратный фут, чем плоские пластинчатые коллекторы.

В системах с замкнутым или непрямым контуром используется незамерзающая жидкость для передачи тепла от солнца воде в резервуаре для хранения. Тепловая энергия солнца нагревает жидкость в солнечных коллекторах.Затем эта жидкость проходит через теплообменник в резервуаре для хранения, передавая тепло воде. Затем незамерзающая жидкость возвращается к коллекторам. Эти системы имеют смысл в условиях холодного климата.

Циркуляционные системы
В системах Direct вода циркулирует через солнечные коллекторы, где она нагревается солнцем. Затем нагретая вода хранится в баке, отправляется в безбаковый водонагреватель или используется напрямую.Эти системы предпочтительны в климате, где редко замерзает. Защита от замерзания необходима в холодном климате.
Замкнутый контур или непрямой , в системах используется незамерзающая жидкость для передачи тепла от солнца воде в резервуаре для хранения. Тепловая энергия солнца нагревает жидкость в солнечных коллекторах. Затем эта жидкость проходит через теплообменник в резервуаре для хранения, передавая тепло воде. Затем незамерзающая жидкость возвращается к коллекторам.Эти системы имеют смысл в условиях холодного климата.
Активные системы или с принудительной циркуляцией , в системах используются электрические насосы, клапаны и контроллеры для перемещения воды из коллекторов в резервуар для хранения. Они распространены в США
Пассивные системы не требуют насосов. Естественная конвекция перемещает воду из коллекторов в резервуар для хранения по мере того, как она нагревается.

Урок 2: Основы солнечного горячего водоснабжения

Обзор

В этом уроке вы узнаете об использовании солнца для получения тепла.В этой части курса мы уделим особое внимание нагреву горячей воды для дома.

В солнечной водонагревательной системе сбор тепла является основной целью наряду с отводом тепла от собирающей поверхности, передачей его в накопитель и, в конечном итоге, использованием его для нагрева горячей воды для бытового потребления.

Мелкая вода в озере обычно теплее, чем глубокая. Это потому, что солнечный свет может нагреть дно озера на мелководье, которое, в свою очередь, нагревает воду.Это природный способ солнечного нагрева воды. Солнце можно использовать практически так же, как для нагрева воды в зданиях и бассейнах.

Большинство солнечных водонагревательных систем для зданий состоит из двух основных частей: солнечного коллектора и накопительного бака . Самый распространенный коллектор называется коллектором с плоской пластиной . Установленный на крыше, он представляет собой тонкую плоскую прямоугольную коробку с прозрачной крышкой, обращенной к солнцу. Маленькие трубки проходят через коробку и несут жидкость - воду или другую жидкость, такую ​​как раствор антифриза, - для нагрева.Трубки прикреплены к пластине-поглотителю , окрашенной в черный цвет для поглощения тепла. По мере того, как в коллекторе накапливается тепло, он нагревает жидкость, проходящую по трубкам. Ниже описаны различные типы солнечных коллекторов.

В накопительном баке находится горячая жидкость. Это может быть просто модифицированный водонагреватель, но обычно он больше по размеру и очень хорошо изолирован. Системы, в которых используются жидкости, отличные от воды (обычно смесь пропиленгликоля), нагревают воду, пропуская ее через теплообменник, который передает тепло от смеси гликоля к нагреваемой воде.

Солнечные водонагревательные системы могут быть активными или пассивными . Наиболее распространены активные системы, в которых для перемещения жидкости между коллектором и резервуаром для хранения используются насосы. С другой стороны, пассивные системы полагаются на силу тяжести и склонность воды к естественной циркуляции при нагревании.

Этот дом в Неваде имеет встроенную коллекторную систему хранения (ICS) для обеспечения горячей водой.
Солнечные коллекторы - ключевой компонент активных систем солнечного отопления.Солнечные коллекторы собирают солнечную энергию, преобразуют ее излучение в тепло, а затем передают это тепло воде, солнечной жидкости или воздуху. Солнечная тепловая энергия может использоваться в солнечных водонагревательных системах, солнечных нагревателях бассейнов и солнечных системах отопления помещений. Есть несколько видов солнечных коллекторов:
  • Плоские коллекторы
  • Коллекторы вакуумные
  • Интегральные коллекторно-накопительные системы

В жилых и коммерческих зданиях, где требуется температура ниже 200F, обычно используются плоские коллекторы, тогда как в тех, где требуется температура выше 200F, используются вакуумные трубчатые коллекторы.

В начало

Типы солнечных водонагревательных систем

Активные солнечные водонагревательные системы

Активные солнечные водонагреватели используют электрические насосы, клапаны и контроллеры для циркуляции воды или других теплоносителей (обычно смеси пропиленгликоля) через коллекторы. Существуют три типа активных солнечных водонагревательных систем:

1. В системах с прямой циркуляцией (или открытых системах ) используются насосы для циркуляции воды через коллекторы.Эти системы подходят для мест, которые не замерзают в течение длительного времени и не имеют жесткой или кислой воды. Эти системы не одобрены Solar Rating & Certification Corporation (SRCC), если в них используется рециркуляционная защита от замерзания (циркуляция теплой воды в резервуаре в условиях замерзания), потому что для эффективной защиты требуется электроэнергия.

2. Системы с косвенной циркуляцией (или закрытые системы ) перекачивают теплоносители, такие как смесь гликоля и водяного антифриза, через коллекторы.Теплообменники передают тепло от жидкости питьевой воде, хранящейся в резервуарах. Некоторые непрямые системы имеют защиту от перегрева, которая защищает коллектор и гликолевую жидкость от перегрева при низкой нагрузке и высокой интенсивности поступающего солнечного излучения.

3. Дренажные системы , тип косвенной системы, используют насосы для циркуляции воды через коллекторы. При остановке насосов вода из коллекторного контура стекает в резервуар-накопитель.Это делает дренажные системы хорошим выбором в более холодном климате. Дренажные системы должны быть тщательно установлены, чтобы гарантировать, что трубопровод всегда наклонен вниз, чтобы вода полностью стекала из трубопровода. В некоторых обстоятельствах этого может быть сложно.

Солнечные водонагревательные системы с отводом воды - хороший выбор для холодного климата, такого как Пенсильвания. Иллюстрация: Солнечный центр Северной Каролины.

Пассивные солнечные водонагревательные системы

Пассивные солнечные водонагревательные системы обычно дешевле активных систем, но обычно не так эффективны.Пассивные солнечные водонагреватели полагаются на силу тяжести и склонность воды к естественной циркуляции при нагревании. Поскольку они не содержат электрических компонентов, пассивные системы, как правило, более надежны, проще в обслуживании и, возможно, имеют более длительный срок службы, чем активные системы.

1. Системы хранения со встроенным коллектором состоят из одного или нескольких резервуаров для хранения, помещенных в изолированную коробку с застекленной стороной, обращенной к солнцу. Зимой их необходимо осушить или защитить от замерзания.Эти солнечные коллекторы лучше всего подходят для областей, где температура редко опускается ниже нуля. Они также хороши в домохозяйствах со значительными дневными и вечерними потребностями в горячей воде; но они плохо работают в семьях с преимущественно утренними розыгрышами, потому что они теряют большую часть собранной энергии за ночь.

2. Системы Thermosyphon - это экономичный и надежный выбор, особенно в новых домах. Эти системы основаны на естественной конвекции теплой воды, поднимающейся вверх, для циркуляции воды через коллекторы и в резервуар (расположенный над коллектором).Когда вода в солнечном коллекторе нагревается, она становится светлее и естественным образом поднимается в резервуар наверху. Тем временем более холодная вода стекает по трубам к нижней части коллектора, улучшая циркуляцию. Некоторые производители размещают накопительный бак на чердаке дома, скрывая его от глаз. Непрямые термосифоны (которые используют гликолевую жидкость в коллекторном контуре) могут быть установлены в климатических условиях, склонных к замерзанию, если трубопровод в некондиционном пространстве должным образом защищен.

Солнечные водонагревательные системы почти всегда нуждаются в резервной системе в пасмурные дни и в периоды повышенного спроса.Обычные накопительные водонагреватели обычно обеспечивают резервное копирование и могут уже быть частью солнечной системы. Резервная система также может быть частью солнечного коллектора, например, резервуары на крыше с термосифонными системами. Поскольку накопительная система со встроенным коллектором уже накапливает горячую воду в дополнение к солнечному теплу, она может быть укомплектована водонагревателем (без резервуара или проточным) для резервного копирования

.

В начало

Компоненты солнечной водонагревательной системы

Компоненты: Коллекторы

1.Коллекторы плоские

Плоские коллекторы - наиболее распространенные солнечные коллекторы для солнечных водонагревательных систем в домах и солнечного отопления помещений. Типичный коллектор с плоской пластиной представляет собой изолированный металлический ящик со стеклянной или пластиковой крышкой (так называемое остекление) и поглотительной пластиной темного цвета. Эти коллекторы нагревают жидкость или воздух до температуры менее 180 ° F. (см. рис. 1) Жидкие плоские коллекторы нагревают жидкость, когда она течет по трубкам внутри или рядом с пластиной абсорбера.В простейших жидкостных системах используется бытовая питьевая вода, которая нагревается, проходя непосредственно через коллектор, а затем течет в дом. Солнечное отопление бассейна также использует технологию жидкостных плоских коллекторов.

Рис.1

Неглазурованные солнечные коллекторы обычно используются для обогрева плавательных бассейнов.
Воздушные плоские коллекторы используются в основном для солнечного отопления помещений.Пластины абсорбера в коллекторах воздуха могут быть металлическими листами, слоями экрана или неметаллическими материалами. Воздух проходит мимо абсорбера за счет естественной конвекции или вентилятора. Поскольку воздух проводит тепло гораздо хуже, чем жидкость, от абсорбера коллектора воздуха передается меньше тепла, чем от абсорбера коллектора жидкости. Для отопления помещений используются воздушные плоские коллекторы.

2.Коллекторы вакуумные

Рис. 2 | Коллекторы с вакуумными трубками эффективны при высоких температурах.

Коллекторы с вакуумированными трубками могут достигать чрезвычайно высоких температур (от 170F до 350F), что делает их более подходящими для коммерческого и промышленного применения. Однако коллекторы с вакуумированными трубками дороже, чем коллекторы с плоскими пластинами, при этом стоимость единицы площади примерно в два раза выше, чем у коллекторов с плоскими пластинами.(см. рисунок 2)

Коллекторы обычно состоят из параллельных рядов прозрачных стеклянных трубок. Каждая трубка содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Ребро покрыто покрытием, которое хорошо поглощает солнечную энергию, но препятствует радиационным потерям тепла. Воздух удаляется или откачивается из пространства между стеклянными трубками и металлическими трубками для создания вакуума, который устраняет кондуктивные и конвективные потери тепла.

Новая конструкция с вакуумными трубками доступна от китайских производителей, Beijing Sunda Solar Energy Technology Co.Ltd. Конструкция «Дьюара» представляет собой вакуум, содержащийся между двумя концентрическими стеклянными трубками, с избирательным покрытием абсорбера на внутренней трубке. Обычно воде позволяют термосифонировать вниз и обратно во внутреннюю полость, чтобы передать тепло резервуару для хранения. Металлических уплотнений нет. Этот тип вакуумной трубки может стать конкурентоспособным по стоимости по сравнению с плоскими пластинами.

3. Интегральные коллекторно-накопительные системы

Интегральные коллекторно-накопительные системы (ICS), также известные как системы периодического действия, состоят из одного или нескольких пустых резервуаров или трубок в изолированном остекленном ящике.Холодная вода сначала проходит через солнечный коллектор, который предварительно нагревает воду, а затем попадает в обычный резервный водонагреватель.

Системы

ICS - это простые и надежные солнечные водонагреватели. Однако их следует устанавливать только в климате с умеренным морозом, потому что сам коллектор или наружные трубы могут замерзнуть в очень холодную погоду. Некоторые недавние исследования показывают, что проблему замерзания труб в некоторых случаях можно решить, используя устойчивые к замерзанию трубопроводы в сочетании с методом защиты от замерзания.

Компоненты: Теплообменник
В солнечных водонагревательных системах используются теплообменники для передачи солнечной энергии, поглощенной в солнечных коллекторах, жидкости или воздуху, используемым для нагрева воды или помещения.

Теплообменники могут быть изготовлены из стали, меди, бронзы, нержавеющей стали, алюминия или чугуна. В системах солнечного отопления обычно используется медь, поскольку она является хорошим проводником тепла и обладает большей устойчивостью к коррозии.

Солнечные водонагревательные системы используют два типа теплообменников:

1.Теплообменники жидкость-жидкость

Теплообменники жидкость-жидкость используют теплоноситель, который циркулирует через солнечный коллектор, поглощает тепло, а затем проходит через теплообменник для передачи тепла воде в резервуар для хранения. Жидкие теплоносители, такие как антифриз, защищают солнечный коллектор от замерзания в холодную погоду. Жидкостные теплообменники имеют один или два барьера (одностенные или двустенные) между теплоносителем и водопроводом.

Одностенный теплообменник представляет собой трубу или трубку, окруженную жидкостью. Либо жидкость, проходящая через трубки, либо жидкость, окружающая трубки, может быть теплоносителем, а другая жидкость - питьевой водой. Двухстенные теплообменники имеют две стенки между двумя жидкостями. Две стенки часто используются, когда теплоноситель токсичен, например, этиленгликоль. Двойные стенки часто требуются в качестве меры безопасности в случае утечек, чтобы гарантировать, что антифриз не смешается с питьевой водой.Примером двустенного теплообменника жидкость-жидкость является «кольцевой теплообменник», в котором трубка обернута вокруг резервуара с горячей водой и прикреплена к внешней стороне. Трубка должна быть должным образом изолирована, чтобы уменьшить тепловые потери. В некоторых местных нормах и правилах требуются двустенные теплообменники в солнечных водонагревательных системах.

Хотя двустенные теплообменники повышают безопасность, они менее эффективны, поскольку тепло должно передаваться через две поверхности, а не через одну. Для передачи такого же количества тепла теплообменник с двойными стенками должен быть больше, чем теплообменник с одинарными стенками.

2. Воздухо-жидкостные теплообменники

Солнечные системы отопления с воздухонагревательными коллекторами обычно не нуждаются в теплообменнике между солнечным коллектором и системой распределения воздуха. Некоторые солнечные системы воздушного отопления предназначены для нагрева воды, если удовлетворяются требования к обогреву помещения. В этих системах используются теплообменники типа "воздух-жидкость", которые аналогичны теплообменникам "жидкость-воздух".

Конструкции теплообменников
Существует множество конструкций теплообменников.Вот несколько распространенных:

1. Змеевик в баке

Теплообменник представляет собой змеевик в накопительном баке. Это может быть одинарная трубка (одностенный теплообменник) или толщина двух трубок (двустенный теплообменник). Менее эффективной альтернативой является размещение змеевика снаружи резервуара коллектора с изоляционным покрытием.

2. Кожухотрубный теплообменник

Теплообменник отделен от накопительного бака (вне его).У него есть две отдельные петли для жидкости внутри корпуса или оболочки. Жидкости текут в противоположных направлениях друг к другу через теплообменник, обеспечивая максимальную теплопередачу. В одном контуре нагреваемая жидкость (например, питьевая вода) циркулирует по внутренним трубкам. Во втором контуре теплоноситель протекает между кожухом и трубками с водой. Трубки и оболочка должны быть из одного материала. Когда коллектор или жидкий теплоноситель токсичны, используются трубы с двойными стенками, а нетоксичная промежуточная переносящая жидкость помещается между внешней и внутренней стенками труб.

3. Трубчатый теплообменник

В этой очень эффективной конструкции трубы для воды и теплоносителя находятся в прямом тепловом контакте друг с другом. Вода и теплоноситель движутся в противоположных направлениях. Этот тип теплообменника имеет две петли, аналогичные описанным в кожухотрубном теплообменнике.

В начало

Калибровка

Чтобы теплообменник был эффективным, он должен иметь правильный размер.При выборе правильного размера необходимо учитывать множество факторов, в том числе следующие:

  • Тип теплообменника
  • Характеристики жидкого теплоносителя (удельная теплоемкость, вязкость и плотность)
  • Расход
  • Температура на входе и выходе для каждой жидкости.

Обычно производители предоставляют показатели теплопередачи для своих теплообменников (в британских тепловых единицах в час) для различных температур жидкости и расхода. Кроме того, размер поверхности теплообменника влияет на его скорость и эффективность: большая площадь поверхности передает тепло быстрее и эффективнее.

Установка

Для обеспечения наилучшей производительности всегда соблюдайте рекомендации производителя по установке теплообменника. Обязательно выберите жидкий теплоноситель, совместимый с типом теплообменника, который вы будете использовать. Если вы хотите построить свой собственный теплообменник, имейте в виду, что использование различных металлов в конструкции теплообменника может вызвать коррозию. Кроме того, поскольку разнородные металлы имеют разные характеристики теплового расширения и сжатия, могут возникнуть утечки или трещины.Любое из этих условий может сократить срок службы теплообменника.

Компоненты: теплоносители

Жидкие теплоносители переносят тепло через солнечные коллекторы и теплообменник в резервуары для хранения тепла в солнечных водонагревательных системах. При выборе теплоносителя следует учитывать следующие критерии:

  • Коэффициент расширения: относительное изменение длины (или, иногда, объема, если указано) материала за единицу изменения температуры
  • Вязкость сопротивления жидкости сдвиговым силам (и, следовательно, течению)
  • Теплоемкость: способность вещества накапливать тепло
  • Точка замерзания температура, ниже которой жидкость превращается в твердое вещество
  • Точка кипения Температура, при которой жидкость кипит
  • Точка вспышки: самая низкая температура, при которой пар над жидкостью может воспламениться на воздухе.

Например, в холодном климате для солнечных водонагревательных систем требуются жидкости с низкой температурой замерзания. Жидкости, подвергающиеся воздействию высоких температур, например, в пустынном климате, должны иметь высокую температуру кипения. Вязкость и теплоемкость определяют количество необходимой энергии перекачивания. Жидкость с низкой вязкостью и высокой удельной теплоемкостью перекачивать легче, поскольку она менее устойчива к течению и передает больше тепла. Другими свойствами, которые помогают определить эффективность жидкости, являются ее коррозионная активность и стабильность

.

Типы жидкостей-теплоносителей
Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых жидкостей-теплоносителей и их свойства:

Воздух
Воздух не замерзает и не закипает, не вызывает коррозии.Однако он имеет очень низкую теплоемкость и имеет тенденцию вытекать из коллекторов, воздуховодов и заслонок.

Вода
Вода нетоксична и недорогая. Благодаря высокой удельной теплоемкости и очень низкой вязкости его легко перекачивать. К сожалению, вода имеет относительно низкую температуру кипения и высокую температуру замерзания. Он также может вызывать коррозию, если pH (уровень кислотности / щелочности) не поддерживается на нейтральном уровне. Вода с высоким содержанием минералов (т. Е. «Жесткая» вода) может вызывать образование минеральных отложений в трубах коллектора и водопроводах системы.

Смеси гликоль / вода
Наиболее распространенной жидкостью, используемой в закрытых солнечных водонагревательных системах, является пропиленгликоль. Смеси гликоль / вода имеют соотношение гликоль-вода 50/50 или 60/40. Этилен и пропиленгликоль - «антифризы». Этиленгликоль чрезвычайно токсичен и должен использоваться только в двустенных замкнутых системах. Вы можете использовать смеси пропиленгликоля и воды пищевого качества в одностенных теплообменниках, если смесь сертифицирована как нетоксичная.Убедитесь, что в него не добавлены токсичные красители или ингибиторы. Большинство гликолей портятся при очень высоких температурах. Значение pH, точку замерзания и концентрацию ингибиторов следует проверять ежегодно, чтобы определить, нуждается ли смесь в каких-либо корректировках или заменах для поддержания ее стабильности и эффективности.

Хладагенты / жидкости с фазовым переходом
Обычно используются в качестве теплоносителя в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах. Обычно они имеют низкую температуру кипения и высокую теплоемкость.Это позволяет небольшому количеству хладагента очень эффективно передавать большое количество тепла. Хладагенты быстро реагируют на солнечное тепло, что делает их более эффективными в пасмурные дни, чем другие перекачивающие жидкости. Поглощение тепла происходит, когда хладагент закипает (переходит из жидкой фазы в газообразную) в солнечном коллекторе. Высвобождение накопленного тепла происходит, когда газообразный хладагент снова конденсируется в жидкость в теплообменнике или конденсаторе. Солнечные коллекторы с вакуумными трубками и тепловыми трубками используют этот вид жидкости.

В течение многих лет хлорфторуглеродные (CFC) хладагенты, такие как фреон, были основными жидкостями, используемыми производителями холодильников, кондиционеров и тепловых насосов, поскольку они негорючие, малотоксичные, стабильные, некоррозионные и не замерзают. Однако из-за негативного воздействия ХФУ на озоновый слой Земли производство ХФУ постепенно прекращается, как и производство гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ). Те немногие компании, которые производили солнечные системы с хладагентом, либо полностью прекратили производство этих систем, либо в настоящее время ищут альтернативные хладагенты.Некоторые компании исследовали метиловый спирт как замену хладагентам.

Если солнечная система заправлена ​​хладагентом и нуждается в обслуживании, следует связаться с местным специалистом по обслуживанию солнечных батарей или холодильного оборудования. С 1 июля 1992 г. преднамеренный выброс ХФУ и ГХФУ во время обслуживания и ремонта или утилизации оборудования, содержащего эти соединения, является незаконным и карается высокими штрафами. Несмотря на то, что производство CFC было прекращено в США в 1996 г., лицензированный техник по холодильному оборудованию все еще может обслуживать вашу систему.

В начало

Компоненты: Циркуляционные насосы

Центробежные циркуляционные насосы чаще всего используются в солнечных водонагревательных системах. Центробежные насосы обычно имеют низкое энергопотребление, низкие эксплуатационные расходы и высокую надежность. Корпуса обычно изготавливаются из чугуна, бронзы или нержавеющей стали. Для более дешевых замкнутых систем подходят циркуляционные насосы из чугуна. Для разомкнутых систем циркуляции пополняющей воды необходим циркуляционный насос из бронзы.Насосы из нержавеющей стали используются в плавательных бассейнах и других областях, где присутствуют химические вещества.

Как только определено, что насос должен работать в замкнутом контуре, разомкнутом контуре или в другой конкретной среде, для выбора подходящего насоса используются требования к напору и расходу солнечной системы. Напор - это давление, которое насос должен создать, чтобы создать желаемый поток через систему. Общее давление, которое должен создать насос, определяется высотой подъема воды и сопротивлением трения трубы.

Статический напор - это давление, возникающее в результате вертикальной высоты и соответствующего веса столба жидкости в системе. Чем выше насос должен поднимать жидкость против силы тяжести, тем выше статический напор, который он должен развивать. Динамический напор включает сопротивление трению жидкости, протекающей по трубе и фитингам в системе. Давление, которое должен создать насос для преодоления динамического напора, зависит от размера и длины трубы, количества фитингов и изгибов, а также скорости потока и вязкости жидкости.

Циркуляционные насосы обычно делятся на категории с низким, средним или высоким напором. Приложения с низким напором имеют напор от 3 до 10 футов (0,9–3 м); аппликации со средним напором, от 10 до 20 футов (3-6 м) напора; и аппликации с высоким напором, более 20 футов напора.

Компоненты: датчики и органы управления

Дифференциальный контроллер сообщает насосу, когда включать и выключать. Контроллер через датчики, подключенные к коллектору и накопительному резервуару, определяет, достаточно ли теплее выход коллектора, чем дно резервуара, чтобы включить циркуляционный насос.
Датчики расположены на выходе из коллектора и в нижней части солнечного резервуара. Эти датчики представляют собой термисторы, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры. Дифференциальный контроль сравнивает сопротивления двух датчиков. Он включает насос, когда коллекторы теплее (обычно 20F), чем дно солнечного резервуара для сбора полезного тепла. Контроллер обычно отключает насос, когда разница температур составляет от 3 до 50F.

Компоненты: Накопительный бак

Солнечная система нагрева воды обычно устанавливается между холодной водой, поступающей в дом, и обычным водонагревателем, и используется для предварительного нагрева воды, поступающей в обычный водонагреватель. Накопительный бак необходим для хранения воды, нагретой солнечной системой нагрева воды. Добавление еще одного накопительного бака для хранения воды, нагретой солнечными батареями, не только более эффективно, чем обычный водонагреватель, но и солнечный водонагреватель действует как средство защиты солнечных панелей от перегрева.На этом рисунке слева показан накопительный бак емкостью 80 галлонов, а справа - обычный водонагреватель, работающий на природном газе, с дополнительным изоляционным покрытием.

В летние месяцы, которые могут быть удовлетворены только солнечной горячей водой, вы можете установить «узел байпасного клапана» между солнечным накопительным баком и резервным водонагревателем. Обвод солнечного коллектора состоит из трех клапанов (или двух трехходовых клапанов), которые позволяют напрямую снабжать дом водой, нагретой солнечными батареями.Клапан темперирования должен быть добавлен, когда вода, нагретая солнечными батареями, горячее, чем обычно производится в обычном баке с термостатическим управлением. Клапан темперирования устанавливается на трубопроводе горячей воды, питающей дом. Желаемую максимальную температуру воды, подаваемой в кран, можно отрегулировать. Горячая вода поступает с одной стороны, холодная при необходимости - снизу, а смешанная вода уходит в дома по водопроводу горячей воды.
Компоненты: обратный клапан

Обратный клапан позволяет жидкости течь только в одном направлении.Он предотвращает потерю тепла в ночное время за счет конвективного потока от теплого накопительного бака к холодным коллекторам. Обратные клапаны бывают «поворотного» или «пружинного» типа. Обратные клапаны поворотного типа должны быть установлены надлежащим образом (т. Е. Не перевернутыми вертикально, чтобы они могли висеть открытыми). Обратный клапан поворотного типа следует использовать с насосом, питаемым непосредственно от фотоэлектрического модуля. В условиях низкой освещенности происходит более низкая скорость потока, которая может быть недостаточно сильной, чтобы преодолеть пружинный обратный клапан. Для систем, использующих циркуляционные насосы переменного тока, следует установить пружинные обратные клапаны.Пружина сопротивляется потоку термосифона в любом направлении.

Компоненты: Расширительный бак

Расширительный бак позволяет жидкости в замкнутой системе расширяться и сжиматься в зависимости от температуры жидкости. Без расширительного бачка водопровод легко лопнул бы при нагревании жидкости. Расширительные баки мембранного типа состоят из внутренней камеры и камеры сжатого воздуха. Нагретая жидкость расширяется в замкнутом контуре относительно баллона и камеры сжатого воздуха.Поскольку жидкость сжимается при охлаждении, воздушная камера поддерживает давление в замкнутом контуре. Размер расширительного бака должен выдерживать расширение в зависимости от объема, коэффициента расширения и диапазона колебаний температуры. Размер и количество коллекторов, а также размер и длина трубопроводов и фитингов определяют объем жидкости. Расширительные баки мембранного типа можно найти в большинстве домов водоснабжения.

Компоненты: Клапан сброса давления

Каждая гидравлическая система отопления должна иметь защиту от высокого давления из-за высоких температур.Клапан сброса давления на 50 фунтов на квадратный дюйм обычно достаточен для защиты водопроводных систем с замкнутым контуром от чрезмерного давления. Клапаны сброса температуры / давления обычно не используются в замкнутом контуре, поскольку часто встречаются высокие температуры. Чаще всего используются предохранительные клапаны только по давлению. Клапаны сброса давления должны иметь вентиляционную трубку, которая направляет вытекающую жидкость в ведро или слив в полу. Как только один из этих клапанов открывается, целесообразно заменить его, так как они часто не устанавливаются полностью, частицы накипи или грязи могут привести к медленной утечке.

Манометр
Компоненты: манометры и датчики температуры

Манометр показывает, находится ли система с замкнутым контуром в допустимом диапазоне давления. Типичное давление в системе составляет от 10 до 15 фунтов на квадратный дюйм. Манометр используется в качестве диагностического прибора для контроля состояния заряда гликоля. Падение давления указывает на утечку в системе, которую необходимо найти и отремонтировать.

Датчик температуры
Два датчика температуры в замкнутом контуре и один в водяном контуре не являются обязательными, но являются ценными индикаторами функционирования системы. По одному датчику на каждой стороне теплообменника в коллекторном контуре показывает повышение температуры в коллекторах и изменение температуры в теплообменнике. Разница температур от 15 до 20F указывает на эффективную работу системы.Один датчик температуры в водяном контуре между выходом из теплообменника и входом в резервуар-хранилище будет отображать текущую температуру воды, нагретой солнечными батареями, поступающей в резервуар-хранилище. Температурные датчики должны иметь диапазон от 0 до 240 или 300F. В жаркий летний день температура воды в солнечном контуре может составлять около 200F, хотя обычно максимальная достигаемая температура составляет 180F.

, Урок 2, Вопросы

  1. Кратко опишите два основных типа активных солнечных водонагревательных систем.
  2. Что движет циркуляцией жидкости из коллектора (коллекторов) в накопительный бак в пассивных солнечных водонагревательных системах?
  3. Какой наиболее распространенный тип солнечного коллектора?
  4. Когда требуется теплообменник с двойными стенками в солнечной водонагревательной системе?
  5. Почему хладагенты-теплоносители, такие как хлорфторуглерод, постепенно исключаются из систем солнечного отопления?
  6. Какой тип насоса обычно используется в типичной жилищной системе солнечного водонагревания с замкнутым контуром?
  7. В чем разница между статической головкой и динамической головкой?
  8. Где следует размещать датчики контроллеров в солнечной водонагревательной системе?
  9. Почему следует устанавливать обратный клапан в солнечной системе водяного отопления? Где следует установить пружинный обратный клапан?
  10. Какова основная функция расширительного бачка в системе с обратной связью?
  11. Где должны быть установлены датчики температуры, чтобы указать, как работает система в разомкнутой и замкнутой системе солнечного водонагревания?

В начало

ответы

Плоские солнечные коллекторы, Солнечный коллектор

Плоский солнечный тепловой коллектор Apricus FPC-A32 подходит для жилых или коммерческих проектов солнечного нагрева воды.

Плоский коллектор имеет низкопрофильный дизайн (профиль 80 мм / 3,15 дюйма), который в сочетании со сверхлегкой изоляцией из вспененного меламина делает его одной из самых легких плоских панелей на метр 2 на рынке.

Лист абсорбера TINOX Energy Aluminium поглощает до 95% доступного солнечного света, превращаясь в полезное тепло для производства горячей воды.

Обзор продукции

FPC-A26 FPC-A32

Длина

1981 мм / 78 " 2444 мм / 96 дюймов

Ширина

1222 мм / 48 дюймов

1223 мм / 48 "

Высота

80 мм / 3.15 "

80 мм / 3,15 дюйма

Пиковая мощность **

1706 Вт / 5,820 BTU *

2114 Вт / 7,158 BTU *

Площадь апертуры

2,26 м 2 / 24,3 футов 2

2.8 м 2 / 30,14 футов 2

Площадь брутто

2,42 м 2 /26 футов 2

2,99 м 2 / 32,2 фута 2

Сухая масса брутто

38,5 кг / 85 фунтов

46 кг / 101.2 фунта

Объем жидкости

1,55 л / 52,4 флоза

1,8 л / 61 флоз

* Рассчитано в полдень (транс IAM = 1), G = 1000 Вт / м 2 , ∠† T (tm-ta) = 0, отчет TUV 154027362.

Хотя базовая конструкция плоских пластин существует уже давно и является наиболее широко используемым типом солнечных тепловых панелей для горячего водоснабжения, не все коллекторы спроектированы и изготовлены одинаково.

Выбор материала и конструкции может сильно повлиять не только на тепловые характеристики солнечной энергии, но и на надежность при эксплуатации в различных условиях окружающей среды. Apricus выбрал только материалы высочайшего качества, чтобы обеспечить надежную, эффективную работу и долговечность коллектора.

На схеме ниже показана основная конструкция коллектора.

Стекло

Закаленное стекло (остекление) защищает поглотитель от внешней среды, пропуская> 90% солнечного света.

Абсорбер

Тонкий лист алюминия покрыт высокоселективным материалом, который чрезвычайно эффективно поглощает солнечный свет и преобразует его в полезное тепло.Алюминиевый лист приваривается к медным стоякам с помощью ультразвуковой сварки.

Изоляция

Изоляция помогает снизить теплопотери по бокам и сзади коллектора. Изготовленный из сверхлегкого пенопласта меламина, этот материал выбран для значительного уменьшения веса коллектора.

Задний лист

Лист из алюминиевого сплава герметизирует заднюю часть панели и увеличивает жесткость коллектора.

Подъемник и коллектор

Коллектор и стояк спаяны вместе, образуя теплообменник в форме арфы, через который циркулирует теплоноситель солнечной системы.Лист абсорбера приварен ультразвуком к трубам стояка, таким образом передавая тепло теплоносителю.

Алюминиевые направляющие

Направляющие, изготовленные из высокопрочного алюминиевого сплава 6063, образуют внешний каркас коллектора и имеют крылья для легкого крепления монтажной рамы.

Щелкните здесь, чтобы просмотреть доступную документацию по продукту.

Солнечное водонагревание | SEIA

Обзор

Солнечное водонагревание - это чистая, надежная и экономичная технология, которая снижает счета за коммунальные услуги для тысяч домов и предприятий.Сегодня американцы по всей стране производят и устанавливают эти системы, которые значительно снижают нашу зависимость от импортного топлива. Нам нужна разумная политика для расширения этого быстрорастущего сектора, создающего рабочие места.

Солнечное нагревание воды входит в понятие «солнечные технологии нагрева и охлаждения» наряду с солнечным нагревом бассейна, солнечным обогревом помещений, солнечным охлаждением и предварительным солнечным промышленным обогревом. Проще говоря, солнечная система нагрева воды собирает тепловую энергию солнца и использует ее для нагрева воды для использования в доме или на предприятии, а не с помощью электричества или природного газа.

Солнечные водонагревательные системы 1 могут быть установлены в каждом доме в США и состоят из трех основных элементов: солнечного коллектора, изолированных трубопроводов и резервуара для хранения горячей воды.

Также могут быть включены электронные элементы управления, а также система защиты от замерзания для более холодного климата. Солнечный коллектор собирает тепло солнечного излучения и передает его питьевой воде. Эта нагретая вода вытекает из коллектора в резервуар для горячей воды и используется по мере необходимости; этот тип системы называется незамкнутой или прямой системой.Дополнительный нагреватель может оставаться подключенным к резервуару для горячей воды в качестве резервного при необходимости.

В более холодном климате с возможностью отрицательных температур используется непрямая система. (См. Диаграмму слева). Раствор антифриза, такой как нетоксичный пропиленгликоль, нагревается в солнечном коллекторе и циркулирует в резервуаре для горячей воды через теплообменник. Переносная вода в резервуаре для хранения нагревается горячим теплообменником, заполненным антифризом, и затем нагретая вода может использоваться по мере необходимости, в то время как охлажденный гликоль возвращается по трубопроводу в солнечный коллектор для повторного нагрева.

Другой распространенный тип конструкции солнечных водонагревательных систем для холодного климата называется «обратный дренаж». Этот тип солнечной энергетической системы обычно использует воду в качестве теплоносителя и предназначен для того, чтобы вся вода из солнечного коллектора могла «стекать обратно» в накопительный бак в отапливаемой части здания, в котором она используется. Когда солнечный свет недоступен для обогрева, солнечный насос выключается, и вода под действием силы тяжести перетекает в сливной бак.

Независимо от того, какой тип солнечной энергетической системы используется, можно ожидать, что правильно спроектированная и установленная солнечная система водяного отопления обеспечит значительный процент (от 40 до 80 процентов) потребности здания в горячей воде.

Солнечные водонагревательные коллекторы

Солнечные водонагревательные коллекторы производят тепло и отличаются от фотоэлектрических модулей, которые производят электричество. Существует несколько типов коллекторов: плоская пластина, откачиваемая трубка, интегральный коллектор-накопитель (ICS), термосифон и концентрирующий. Коллекторы с плоскими пластинами являются наиболее распространенным типом коллекторов в США; медные трубы образуют матрицу стояков и прикрепляются к пластине-поглотителю, находящейся в изолированной коробке, покрытой закаленным стеклом или полимерной крышкой.Вакуумные трубчатые коллекторы состоят из рядов параллельных прозрачных стеклянных трубок, из которых «откачан» воздух, создавая высокоэффективный теплоизолятор для жидкости, которая течет по длине трубки. 2 Системы с вакуумными трубами обычно используются, когда требуются более высокие температуры или большие объемы воды, а также в системах технологического отопления и солнечных систем кондиционирования воздуха.

Хотя как солнечные водонагревательные системы, так и солнечные фотоэлектрические (PV) системы включают в себя коллекторные панели, это очень разные технологии.Солнечные водонагревательные системы используют солнечное излучение для выработки тепла для воды, тогда как солнечные электрические системы используют солнечное излучение для непосредственного производства электроэнергии. 3



[1] Солнечные водонагревательные системы могут быть активными (в которых используются электрические насосы для циркуляции воды) или пассивными (в зависимости от термодинамики). Наиболее распространенный тип системы для использования в коммерческих и жилых зданиях - это активная система. [2] Две трубки соединяются вместе, образуя одну большую трубку, а из пространства между этими двумя трубками «откачивается» воздух.По мере того, как жидкость внутри большей трубы нагревается, она поднимается вверх, где теплообменник передает тепло воде, которая затем перекачивается обратно в резервуар для хранения и распределяется по мере необходимости. [3] Относительно показателей энергии: Энергия от солнечных водонагревателей обычно измеряется в британских тепловых единицах (BTU), которые могут быть преобразованы в кВт-ч с помощью принятого в отрасли коэффициента преобразования.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *